Одержання озону із сірчаної кислоти. Озон – формула в хімії (9 клас)

Озон – це газ. На відміну від багатьох інших, він не прозорий, а має характерний колір і навіть запах. Він присутній у нашій атмосфері і є одним із найважливіших її складових. Якою є щільність озону, його маса та інші властивості? Яка його роль життя планети?

Блакитний газ

У хімії озон немає окремого місця у таблиці Менделєєва. Все тому, що вона не є елементом. Озон - це алотропна модифікація або варіація кисню. Як і О2, його молекула складається тільки з атомів кисню, але має їх не два, а три. Тому його хімічна формула має вигляд О3.

Озон є газом блакитного кольору. Він має добре помітний різкий запах, що нагадує хлор, якщо концентрація буде занадто великою. Чи пам'ятаєте ви запах свіжості під час дощу? Це і є озон. Завдяки такій властивості він і отримав свою назву, адже з давньогрецької мови «озон» – це «пахну».

Молекула газу є полярною, атоми в ній з'єднуються під кутом 116,78°. Озон утворюється, коли до молекули О2 приєднується вільний атом кисню. Відбувається це під час різних реакцій, наприклад окислення фосфору, електричного розряду або розкладання перекисів, в ході яких і звільняються атоми оксигену.

Властивості озону

За нормальних умов озон існує з молекулярною масою майже 48 г/моль. Він є діамагнетиком, тобто не здатний притягатися до магніту, так само, як срібло, золото або азот. Щільність озону становить 2,1445 г/дм3.

У твердому стані озон набуває синьо-чорного кольору, в рідкому - колір індиго, близький до фіолетового. Температура кипіння становить 111,8 градусів Цельсія. При температурі нуль градусів він розчиняється у воді (тільки в чистій) у десять разів краще за кисень. Він добре поєднується з азотом, фтором, аргоном, а за певних умов і з киснем.

Під впливом низки каталізаторів легко окислюється, виділяючи у своїй вільні атоми кисню. З'єднуючись з ним, відразу запалюється. Речовина здатна окислити майже всі метали. Не піддаються його дії лише платина та золота. Він руйнує різні органічні та ароматичні сполуки. При контакті з аміаком утворює нітрит амонію, руйнує подвійні вуглецеві зв'язки.

Присутня в атмосфері великих концентраціях, озон мимоволі розкладається. При цьому виділяється тепло та утворюється молекула О2. Чим вища його концентрація, тим сильніша реакція тепловиділення. При вмісті озону більше 10% супроводжується вибухом. При збільшенні температури та зниженні тиску або при контакті з органічними речовинами розкладання О3 відбувається швидше.

Історія відкриття

У хімії озон був відомий до XVIII століття. Виявлений він був у 1785 році завдяки запаху, який фізик Ван Марум почув поряд із працюючою електростатичною машиною. Ще 50 років після цього не фігурував у наукових експериментах і дослідженнях.

Вчений Крістіан Шенбейн 1840 року вивчав окислення білого фосфору. Під час експериментів йому вдалося виділити невідому речовину, яку він назвав «озон». Хімік впритул зайнявся вивченням його властивостей та описав способи одержання знову відкритого газу.

Незабаром до досліджень речовини приєдналися й інші вчені. Знаменитий фізик Нікола Тесла навіть спорудив перший історії Промислове використання О3 почалося наприкінці ХІХ століття з появою перших установок для подачі в будинки питної води. Речовину застосовували для дезінфікування.

Озон у атмосфері

Наша Земля оточена невидимою оболонкою з повітря – атмосферою. Без неї життя на планеті було б неможливим. Складові атмосферного повітря: кисень, озон, азот, водень, метан та інші гази.

Сам собою озон немає і виникає лише результаті хімічних реакцій. Близько поверхні Землі він утворюється з допомогою електричних розрядів блискавки під час грози. Неприродним шляхом він з'являється завдяки викидам вихлопних газів автомобілів, заводів, випаровуванням бензину, дії теплових електростанцій.

Озон нижніх шарів атмосфери називають приземним чи тропосферним. Існує і стратосферний. Він виникає під впливом ультрафіолетового випромінювання, що йде від Сонця. Він утворюється на відстані 19-20 км над поверхнею планети і тягнеться до висоти 25-30 км.

Стратосферний О3 формує озоновий прошарок планети, який захищає її від потужної сонячної радіації. Він поглинає приблизно 98% ультрафіолетового випромінювання із довжиною хвилі, достатньою для виникнення ракових захворювань та опіків.

Застосування речовини

Озон - це чудовий окислювач та руйнівник. Така властивість давно використовується для очищення питної води. Речовина згубно діє на небезпечні для людини бактерії та віруси, а саме при окисленні перетворюється на нешкідливий кисень.

Він здатний вбити навіть стійких до хлору організмів. Крім того, його застосовують для очищення стічних вод від згубних для довкілля нафтопродуктів, сульфідів, фенолів і т.д. Такі практики поширені переважно на території США та деяких країн Європи.

Озон застосовують у медицині для знезараження інструментів, у промисловості з його допомогою відбілюють папір, очищають олії, одержують різні речовини. Застосування О3 для очищення повітря, води та приміщення називається озонуванням.

Озон та людина

Незважаючи на всі свої корисні властивості, озон може бути небезпечним для людини. Якщо повітря газу виявиться більше, ніж може перенести людина, отруєння не уникнути. У його допустима норма становить 0,1 мкг/л.

При перевищенні цієї норми з'являються типові ознаки хімічного отруєння, такі як біль голови, подразнення слизових, запаморочення. Озон зменшує опір організму до інфекцій, які передаються через дихальні шляхи, а також знижує тиск крові. При концентрації газу вище 8-9 мкг/л можливий набряк легень і навіть загибель.

При цьому розпізнати озон у повітрі досить легко. Запах «свіжості», хлору чи «раків» (як стверджував Менделєєв) чітко чутно і за незначному вмісті речовини.

Що таке формула озону? Спробуймо разом виявити відмінні характеристики даної хімічної речовини.

Алотропна модифікація кисню

Молекулярна формула озону в хімії 3 . Його відносна молекулярна маса становить 48. У складі сполуки є три атоми О. Так як формула кисню і озону включає один і той же хімічний елемент, в хімії їх називають алотропними модифікаціями.

Фізичні властивості

За звичайних умов хімічна формула озону - газоподібна речовина, що має специфічний запах, що має світло-блакитний колір. У природі дану хімічну сполуку можна відчути під час прогулянки після грози сосновим бором. Так як формула озону О 3 він важче кисню в 1,5 рази. У порівнянні з 2 розчинність озону значно вища. При нульовій температурі 49 об'ємів легко розчиняється в 100 об'ємах води. У незначних концентраціях речовина не має властивості токсичності, отрутою озон є лише у значних обсягах. Граничною допустимою концентрацією вважають 5% кількості повітря О 3 . У разі сильного охолодження він легко скраплюється, а при зниженні показника температури до -192 градусів стає твердою речовиною.

В природі

Молекула озону, формула якого була представлена ​​вище, у природі утворюється при грозовому розряді з кисню. Крім того, 3 формується при окисленні смоли хвойних порід, він знищує шкідливі мікроорганізми, вважається корисним для людини.

Отримання у лабораторії

Як отримати озон? Речовина, формула якого Про 3 утворюється при пропусканні через сухий кисень електричного розряду. Процес здійснюється у спеціальному приладі – озонаторі. В його основі - дві скляні трубки, які вставлені одна в одну. Усередині знаходиться металевий стрижень, зовні є спіраль. Після підключення до котушки високої напруги між зовнішньою та внутрішньою трубкою виникає розряд, і кисень перетворюється на озон. Елемент, формула якого представлена ​​у вигляді сполуки з ковалентним полярним зв'язком, підтверджує алотропію кисню.

Процес перетворення на озон кисню є ендотермічною реакцією, що передбачає істотні витрати енергії. У зв'язку із оборотністю такого перетворення спостерігається розкладання озону, що супроводжується зменшенням енергії системи.

Хімічні властивості

Формула озону пояснює його окисну здатність. Він здатний взаємодіяти з різними речовинами, втрачаючи при цьому атом кисню. Наприклад, у реакції з йодидом калію у водному середовищі відбувається виділення кисню, утворення вільного йоду.

Молекулярна формула озону пояснює його здатність розпочинати реакцію практично з усіма металами. Виняток становлять золото та платина. Наприклад, після пропускання через озон металевого срібла спостерігається його почорніння (утворюється оксид). Під впливом цього сильного окислювача спостерігається руйнація гуми.

У стратосфері озон утворюється завдяки дії УФ-опромінення Сонця, утворюючи шар озону. Ця оболонка захищає поверхню планети від негативної дії сонячної радіації.

Біологічна дія на організм

Підвищена окисна здатність даної газоподібної речовини, утворення вільних радикалів кисню свідчать про її небезпеку для людини. Яку шкоду здатна завдати людині озону? Він ушкоджує та дратує тканини дихальних органів.

Озон діє на холестерин, що міститься у крові, викликаючи атеросклероз. При тривалому знаходженні людини в середовищі, що містить підвищену концентрацію озону, розвивається чоловіче безпліддя.

У нашій країні цей окислювач відносять до першого (небезпечного) класу шкідливих речовин. Його середньодобова ГДК має перевищувати 0,03 мг на кубічний метр.

Токсичність озону, можливість його застосування для знищення бактерій та плісняви, активно застосовують для дезінфекції. Стратосферний озон – чудовий захисний екран земного життя від ультрафіолетового випромінювання.

Про користь та шкоду озону

Ця речовина знаходиться у двох шарах земної атмосфери. Тропосферний озон небезпечний для живих істот, що негативно діє на сільськогосподарські культури, дерева, є компонентом міського смогу. Стратосферний озон приносить людині певну користь. Розпад його у водному розчині залежить від рН, температури, якості середовища. У медичній практиці застосовують озоновану воду різної концентрації. Озонотерапія передбачає прямий контакт цієї речовини з організмом людини. Вперше подібна методика була застосована у ХІХ столітті. Американські дослідники проаналізували здатність озону до окислення шкідливих мікроорганізмів, рекомендували медикам використовувати цю речовину для лікування простудних захворювань.

У нашій країні озонотерапія почала застосовуватися лише наприкінці минулого століття. У терапевтичних цілях цей окислювач виявляє характеристики сильного біорегулятора, який здатний збільшити результативність традиційних методик, а також проявити себе як ефективний самостійний засіб. Після розробки технології озонотерапії у медиків з'явилася можливість ефективно боротися з багатьма захворюваннями. У неврології, стоматології, гінекології, терапії фахівці з допомогою цієї речовини борються з різноманітними інфекціями. Озонотерапія характеризується простотою методу, його ефективністю, відмінною переносимістю, відсутністю побічних ефектів, незначними витратами.

Висновок

Озон є сильним окислювачем, здатним боротися із шкідливими мікробами. Ця властивість широко застосовують у сучасній медицині. У вітчизняній терапії озон використовують як протизапальний, імуномодулюючий, противірусний, бактерицидний, антистресовий, цитостатичний засіб. Завдяки його здатності відновлювати порушення кисневого обміну, дає йому чудові можливості для лікувально-профілактичної медицини.

Серед інноваційних методик, заснованих на окисній здатності даної сполуки, виділимо внутрішньом'язове, внутрішньовенне, підшкірне введення цієї речовини. Наприклад, обробка пролежнів, грибкових уражень шкіри, опіків, сумішшю кисню та озону визнана ефективною методикою.

У високих концентраціях озон можна застосовувати як кровоспинний засіб. При низьких концентраціях він сприяє репарації, загоєнню, епітелізації. Ця речовина, розчинена у фізіологічному розчині, є відмінним засобом для санації щелепи. У сучасній європейській медицині широкого поширення набула мала та велика аутогемотерапія. Обидва методи пов'язані із введенням в організм озону, використанням його окисної здатності.

У разі великої аутогемотерапії відбувається введення озонового розчину заданою концентрацією у вену пацієнта. Мала аутогемотерапія характеризується внутрішньом'язовим введенням озонованої крові. Крім медицини, цей сильний окисник затребуваний у хімічному виробництві.

Високо над нашими головами, у стратосфері, на висоті 19-48 км планета оточена озоном. Це різновид кисню. Якщо молекула кисню повітря складається з двох атомів кисню, з'єднаних разом - O2, то молекула, що має три атоми, позначена формулою озону - O3. Його створює сонячне світло. Коли ультрафіолетові промені від Сонця проходять крізь атмосферу, вони руйнують звичайні двоатомні молекули кисню. Кожен звільнений атом приєднується до сусіднього О2. Так утворюється хімічна формула озону – O3.

Що являє собою озон?

Відкрили вперше цей газ французькі фізики Фабрі та Бьюїссон. Ними 1913 р. було визначено, що сонячні промені з довжиною хвилі від 200 до 300 нм активно поглинаються атмосферою Землі. Термін «озон» у перекладі з грецької означає «ароматний», «запашний». Усі знають характерний запах цього газу, що виникає після грози. Кисень присутній в атмосфері у трьох алотропічних формах: О2 – молекулярному, О – атомарному та О3 – формула озону, яка виходить при хімічній сполукі перших двох.

Властивості газу

Озоновий шар досить тонкий, майже непомітний. Якби всі молекули цього газу, які займають 29 км космосу, об'єдналися в єдину тверду кулю, його товщина займала б лише третину сантиметра. Деяка кількість озону знаходиться у повітрі над поверхнею Землі. Коли автомобільні вихлопні гази або змогу викидаються в повітря, сонячне світло, вступаючи в реакцію з хімічними елементами викидів, утворює озон. Особливо відчувається він у спекотний день, у наповненому смогому повітрі, адже він досягає загрозливого для здоров'я рівня. Формула речовини озону фізично непостійна, і за концентрації їх у повітрі понад 9% газ вибухає, тому його зберігання можливе лише за низьких температурах. При охолодженні до -111,9 0 С газ перетворюється на рідину.

Надлишок озону

Людина не може жити в чистому кисні, їй корисна мала кількість озону в атмосфері, але надмірна концентрація може бути смертельно небезпечною. Вдихати його не потрібно, тому що ця форма кисню може зашкодити легені. Спортсмени, які вдихають велику кількість повітря, насиченого озоном, можуть скаржитися на тяжкість та біль при вдиху. Дерева та рослини, що ростуть уздовж шосе, де повітря насичене вихлопними газами, теж страждають від надлишку озону. Така характеристика цього газу над поверхнею землі. Природний його вміст (одна частина його на десятки мільйонів інших частин повітря) бере участь в окислювальних процесах, що відбуваються на клітинному рівні в людському організмі. У формулі озону виступає в якості окислювача тільки один атом кисню, а два, що залишилися, виділяються у вигляді вільного кисню.

Корисні властивості

При застосуванні повністю очищеного повітря у приміщеннях, дослідники помітили зростання кількості захворювань людей, які у них. Причина виявилася простою – відсутність озону в очищеному повітрі призвела до розладів в організмі. Регулярні незначні дози газу є корисними і для профілактики хвороб.

У чому полягає ефект газу? Враховуючи результати проведених дослідів, вчені дійшли висновку, що озон призводить до знищення багатьох наявних у природі вірусів, бактерій, найпростіших, а також цвілі та дріжджового грибка. За кілька хвилин мала порція (формула озону О3) у літрі повітря знешкоджує усі небезпечні для людини речовини. Адже озонування – це природний процес, звичайний для організму. Навіть у кімнаті озон освіжає повітря, практично прибирає ризик зараження хворобами, що переносяться повітряно-краплинним шляхом, знешкоджує дим, пил та алергени, з'єднання важких металів та інші шкідливі для людини компоненти повітря. Розкладаючись на воду, кисень і вуглекислий газ, ці сполуки позбавляються токсичності, забираються неприємні запахи. Враховуючи формулу озону в хімії, його висока здатність до окислення все ширше застосовується для знезараження повітря та води для пиття.

Шар, що знаходиться на відстані 20 кілометрів над поверхнею Землі, насправді захищає наше здоров'я тим, що поглинає ультрафіолетові промені. Він діє як фільтр, оберігаючи Землю від шкідливого ультрафіолетового випромінювання. Без захисного шару життя на планеті було б неможливим. Доведено, що рослинний та тваринний світ з'явився на Землі лише тоді, коли утворився потужний щит, що захищає її від сонячної радіації. Ультрафіолет допомагає шкірі придбати гарну засмагу, але, водночас, вона виступає головним винуватцем сонячних опіків та причиною раку шкіри.

Озонова діра

У 70-х роках вчені, які вивчають озоновий шар над планетою, з'ясували, що хімікати, які застосовуються в холодильниках, кондиціонерах та аерозолях, можуть знищувати озон. Гази надходять у повітря при кожному випадку ремонту цих приладів або при розпиленні різних аерозолів. На думку вчених, шкідливі гази досягають При цьому сонячна радіація звільняє з хлористо-фтористих вуглеводнів хлор, який руйнує структурну формулу озону, перетворюючи його на звичайний кисень. Таким чином руйнується захисний шар. Ще через 15 років британські вчені зробили чудове відкриття: величезна дірка в озоновому шарі розмістилася над Антарктидою. Ця діра з'являється щовесни і досягає розмірів приблизно території США. Коли змінюється напрямок вітру у зв'язку зі зміною пір року, діра знову наповнюється озоновими молекулами. При цьому деяка кількість молекул заповнює дірку, а в інших частинах шар газу стає тоншим.

Чим загрожує зменшення захисного шару?

Взимку 1992 року озоновий шар над Європою та Канадою став тоншим на 20%. У тих місцевостях, де цей шар недостатньо щільний і не здатний фільтрувати сильне випромінювання, дуже помітно зростає кількість захворювань на рак шкіри. Над самою Антарктидою вчені зафіксували дуже високий рівень одноокису хлору, який утворюється внаслідок руйнування хлором озону. Дослідники підрахували, що втрата всього 1% захисного шару призводить до зростання попадання на Землю ультрафіолетового випромінювання на 2%, а разом із цим на 3-6% зростає кількість захворювань на рак шкіри. Ультрафіолетове випромінювання руйнує також імунітет організму, роблячи людину беззахисною перед інфекціями. Ультрафіолет може пошкоджувати клітини всіх рослин від злаків до дерев.

Так як озоновий шар утримує тепло, при його зменшенні повітря на цій широті охолоджується, змінюючи вітри та погоду у світі. Важко передбачити, який вплив вплине на клімат надалі, вчені прогнозують висушування природних зон, втрату частини рослинності і недостатню кількість продуктів харчування, якщо проблема знищення цього газу не буде вирішена. Навіть при припиненні людської діяльності, що тягне за собою викиди газів, які руйнують захисний шар, йому знадобилося б не менше 100 років для повернення до попереднього рівня.

ОЗОН O3 (від грец. ozon-пахнучий) - алотропна модифікація кисню, яка може існувати у всіх трьох агрегатних станах. Озон - нестабільна сполука, і навіть за кімнатної температури повільно розкладається на молекулярний кисень, проте озон перестав бути радикалом.

Фізичні властивості

Молекулярна вага = 47,9982 г/моль. Газоподібний озон має щільність 2,144 10-3 г/см3 при тиску 1 атм і 29°.

Озон – речовина особлива. Він украй нестабільний і при підвищенні концентрації легко диспропорціонує за загальною схемою: 2О3 -> 3О2.

Озон за нормальних умов - газ із різким запахом. При дуже низьких концентраціях запах озону відчувається як приємна свіжість, але зі збільшенням концентрації стає неприємним. Запах замерзлої білизни - запах озону. До нього легко звикнути.

Основна його кількість зосереджена в так званому озонному поясі на висоті 15-30 км. У поверхні землі концентрація озону значно менша і абсолютно безпечна для живих істот; Існує навіть думка, що повна його відсутність також негативно позначається на працездатності людини.

При концентраціях близько 10 ГДК озон відчувається дуже добре, але за кілька хвилин відчуття зникає практично повністю. Це необхідно мати на увазі під час роботи з ним.

Проте озон забезпечує збереження життя Землі, т.к. озоновий шар затримує найбільш згубну для живих організмів і рослин частину ультрафіолетового випромінювання Сонця з довжиною хвилі менше 300 нм, поряд з СО2 поглинає ик-випромінювання Землі, перешкоджаючи її охолодженню.

Озон сильніший за кисень розчинний у воді. У воді озон розкладається значно швидше, ніж у газовій фазі, причому винятково великий вплив на швидкість розкладання має домішок, особливо іонів металів.

Рис1. Розкладання озону в різних видах води при температурі 20°С (1 - бідистилят; 2 - дистилят; 3 - вода "з-під крана"; 4 - фільтрована озерна вода)

Озон добре адсорбується силікагелем та алюмогелем. При парціальному тиску озону, наприклад, 20 мм рт. ст., і при 0 С силікагель поглинає близько 0,19% озону за вагою. При низьких температурах адсорбція помітно слабшає. В адсорбованому стані озон дуже стійкий. Потенціал іонізації озону дорівнює 12,8 еВ.

Хімічні властивості озону

Вони відрізняються двома головними рисами - нестійкістю та окислювальною здатністю. Примішаний до повітря в малих концентраціях, він розкладається порівняно повільно, але при підвищенні температури розкладання його прискорюється і при температурі понад 100° стає дуже швидким.

Присутність у повітрі NO2, Cl, а також каталітична дія оксидів металів – срібла, міді, заліза, марганцю – прискорюють розкладання озону. Озон має такі сильні окислювальні властивості, оскільки один з атомів кисню дуже легко відщеплюється від його молекули. Легко перетворюється на кисень.

Озон окислює за нормальної температури більшість металів. Кислі водні розчини озону досить стійкі, у лужних розчинах озон швидко руйнується. Метали змінної валентності (Mn, Co, Fe та ін), багато оксидів, перекису та гідроксиду ефективно руйнують озон. Більшість металевих поверхонь покривається плівкою оксиду у найвищому валентному стані металу (наприклад, PbO2, AgO або Ag2O3, HgO).

Озон окислює всі метали, крім золота і металів платинової групи, реагує з більшістю інших елементів, розкладає галогеноводороды (крім HF), переводить нижчі оксиди у вищі тощо.

Він не окислює золото, платину, іридій, сплав 75% Fe + 25% Cr. Чорний сірчистий свинець PbS він звертає в білий сірчанокислий PbSO4, миш'яковистий ангідрид Аs2O3 - в миш'яковий As2O5 і т.д.

Реакція озону з іонами металів змінної валентності (Мn, Сr і Со) в останні роки знаходить практичне застосування для синтезу напівпродуктів для барвників, вітаміну РР (ізонікотинова кислота) та ін. метилпіридини), окислюються озоном. При цьому іони Сr3+ переходять у Сr6+ і окислюють метилпіридин тільки по метальних групах. За відсутності солей металів руйнується переважно ароматичне ядро.

Озон реагує і з багатьма газами, які є в атмосфері. Сірководень H2S при з'єднанні з озоном виділяє вільну сірку, сірчистий ангідрид SO2 перетворюється на сірчаний SO3; закис азоту N2O - в окис NO, оксид азоту NO швидко окислюється до NO2, своєю чергою NO2 також реагує з озоном, причому в кінцевому рахунку утворюється N2O5; аміак NH3 - в азотноаміачну сіль NH4NO3.

Одна з найважливіших реакцій озону з неорганічними речовинами – розкладання ним йодистого калію. Ця реакція широко використовується для визначення кількісного озону.

Озон реагує часом і з твердими речовинами, утворюючи озоніди. Виділено озоніди лужних металів, лужноземельних металів: стронцію, барію, причому температура їх стабілізації зростає у зазначеному ряду; Са(O3) 2 стабільний при 238 К, (O3) 2 при 273 К. Озоніди розкладаються з утворенням надперекису, наприклад NaO3 -> NaO2 + 1/2O2. Різні озоніди утворюються також при реакціях озону з органічними сполуками.

Озон окислює численні органічні речовини, насичені, ненасичені та циклічні вуглеводні. Опубліковано багато робіт з дослідження складу продуктів реакції озону з різними ароматичними вуглеводнями: бензолом, ксилолами, нафталіном, фенантреном, антраценом, бензантраценом, дифеніламіном, хіноліном, акриловою кислотою та ін. Він знебарвлює індиго і багато інших органічних барвників, відбілювання тканин.

Швидкість реакції озону з подвійним зв'язком С=С у 100 000 разів вище, ніж швидкість реакції озону з одинарним зв'язком З-С. Тому від озону в першу чергу страждають каучуки та гуми. Озон реагує з подвійним зв'язком із утворенням проміжного комплексу:

Ця реакція йде досить швидко вже за температур нижче 0°С. У разі граничних сполук озон є ініціатором звичайної реакції окислення:

Цікавою є взаємодія озону з деякими органічними барвниками, які сильно флюоресцують за наявності озону в повітрі. Такі, наприклад, ейхрозин, рибофлавін і люмінол (триамінофталгідразид), і особливо, родамін-В і, подібний до нього родамін-С.

Високі окисні властивості озону, руйнуючі органічні речовини і окислювальні метали (особливо залізо) до нерозчинної форми, здатність розкладати розчинні у воді газоподібні сполуки, насичувати водні розчини киснем, низька стійкість озону у воді та самоліквідація його небезпечних для людини властивостей - все це робить озон найбільш привабливою речовиною для підготовки господарської води та обробки різних стоків.

Синтез озону

Озон утворюється в газовому середовищі, що містить кисень, якщо виникнуть умови, за яких кисень дисоціює на атоми. Це можливо у всіх формах електричного розряду: тліючому, дуговому, іскровому, коронному, поверхневому, бар'єрному, безелектродному тощо. Основною причиною дисоціації є зіткнення молекулярного кисню з електронами, що прискорені в електричному полі.

Крім розряду дисоціацію кисню викликають УФ-випромінювання з діної хвилі менше 240 нм та різні частинки високої енергії: альфа-, бета-, гамма – частки, рентгенівські промені тощо. Озон одержують також при електролізі води.

Практично у всіх джерелах освіти озону існує група реакцій, у яких озон розкладається. Вони заважають утворенню озону, але реально існують, і їх потрібно враховувати. Сюди входить термічне розкладання в об'ємі та на стінках реактора, його реакції з радикалами та збудженими частинками, реакції з добавками та домішками, які можуть контактувати з киснем та озоном.

Повний механізм складається із значної кількості реакцій. Реальні установки, на якому б принципі вони не працювали, показують високі енергетичні витрати на вироблення озону. ККД генератора озону залежить від того, на яку - повну або активну - потужність розраховується одиниця маси озону, що утворився.

Бар'єрний розряд

Під бар'єрним розрядом розуміють розряд, що виникає між двома діелектриками або діелектриком та металом. Через те, що електричний ланцюг розірваний діелектриком, живлення здійснюється лише змінним струмом. Вперше озонатор, близький до сучасних, було запропоновано 1897 р. Сіменсом.

При невеликих потужностях озонатор можна не охолоджувати, так як тепло, що виділяється, виноситься з потоком кисню і озону. У промислових виробництвах озон також синтезують у дугових озонаторах (плазмотрони), у генераторах озону тліючого (лазери) та поверхневого розряду.

Фотохімічний спосіб

Основна частка виробленого Землі озону у природі утворюється фотохімічним способом. У практичній діяльності фотохімічні методи синтезу грають меншу роль, ніж синтези в бар'єрному розряді. Головна сфера їх використання - отримання середніх та малих концентрацій озону. Такі концентрації озону потрібні, наприклад, при випробуванні гумотехнічних виробів на стійкість до розтріскування під дією озону. На практиці для виробництва озону даним методом застосовуються ртутні та ексімерні ксенонові лампи.

Електролітичний метод синтезу

Перша згадка про утворення озону в електролітичних процесах відноситься до 1907 р. Однак досі механізм його утворення залишається незрозумілим.

Зазвичай як електроліт застосовують водні розчини хлорної або сірчаної кислоти, електроди виготовляють з платини. Використання кислот, мічених О18, показало, що вони не віддають свого кисню під час утворення озону. Тому брутто-схема повинна враховувати лише розкладання води:

Н2О + O2 -> O3 + 2Н + + e-

з можливим проміжним утворенням іонів чи радикалів.

Утворення озону під дією іонізуючого випромінювання

Озон утворюється у низці процесів, що супроводжуються збудженням молекули кисню або світлом, або електричним полем. При опроміненні кисню іонізуючою радіацією можуть виникати збуджені молекули, і спостерігається утворення озону. Утворення озону під дією іонізуючого випромінювання досі не було використано для синтезу озону.

Освіта озону у НВЧ-полі

При пропущенні струменя кисню через НВЧ-поле спостерігалося утворення озону. Цей процес мало вивчений, хоча генератори, що ґрунтуються на цьому явищі, часто використовуються в лабораторній практиці.

Застосування озону в побуті та вплив його на людину

Озонування води, повітря та інших речовин

Озонована вода не містить токсичних галогенметанів – типових домішок стерилізації води хлором. Процес озонування проводять у барботажних ваннах чи змішувачах, у яких очищена від суспензій вода змішується з озонованим повітрям чи киснем. Недолік процесу – швидке руйнування О3 у воді (період напіврозпаду 15-30 хвилин).

Озонування застосовують також у харчовій промисловості для стерилізації холодильників, складів, усунення неприємного запаху; у медичній практиці – для знезараження відкритих ран та лікування деяких хронічних захворювань (трофічні виразки, грибкові захворювання), озонування венозної крові, фізіологічних розчинів.

Сучасні озонатори, в яких озон отримують за допомогою електричного розряду в повітрі або в кисні, складаються з генераторів озону та джерел живлення і є складовою озонаторних установок, що включають, крім озонаторів, допоміжні пристрої.

В даний час озон є газом, що використовується в так званих озонових технологіях: очищення та підготовка питної води, очищення стічних вод (побутових та промислових стоків), відходів газів та ін.

Залежно від технології використання озону продуктивність озонатора може становити від часток грама до десятків кілограмів озону на годину. Спеціальні озонатори застосовуються для газової стерилізації медичного інструментарію та дрібного обладнання. Стерилізація здійснюється в штучно зволоженому озонокисневому середовищі, що заповнює стерилізаційну камеру. Цикл стерилізації складається із стадії заміщення повітря в стерилізаційній камері зволоженою озонокисневою сумішшю, стадії стерилізаційної витримки та стадії заміщення озонокисневої суміші в камері мікробіологічно очищеним повітрям.

Озонатори, які застосовуються в медицині для озонотерапії, мають широкий діапазон регулювання концентрації озонокисневої суміші. Гарантована точність концентрації озонокисневої суміші, що виробляється, контролюється системою автоматики озонатора і автоматично підтримується.

Біологічна дія озону

Біологічна дія озону залежить від способу його застосування, дози та концентрації. Багато його ефектів у різних діапазонах концентрацій виявляються різною мірою. В основі лікувальної дії озонотерапії лежить застосування озонокисневих сумішей. Високий окислювально-відновний потенціал озону обумовлює його системну (відновлення кисневого гомеостазу) та локальну (виражену дезінфікуючу) лікувальну дію.

Вперше озон як антисептичний засіб був використаний А. Wolff у 1915 р. для лікування інфікованих ран. В останні роки озонотерапію успішно застосовують практично у всіх галузях медицини: у невідкладній та гнійній хірургії, загальній та інфекційній терапії, гінекології, урології, гастроентерології, дерматології, косметології та ін. Використання озону обумовлено його унікальним спектром впливу на організм, у т.ч. імуномодулюючим, протизапальним, бактерицидним, противірусним, фунгіцидним та ін.

Однак не можна і заперечувати, що методи використання озону в медицині, незважаючи на явні переваги за багатьма біологічними показниками, широкого застосування досі не отримали. Згідно з літературними даними, високі концентрації озону є абсолютно бактерицидними практично для всіх штамів мікроорганізмів. Тому озон використовується у клінічній практиці як універсальний антисептик при санації інфекційно-запальних осередків різної етіології та локалізації.

У літературі зустрічаються дані про підвищену ефективність антисептичних препаратів після їхнього озонування при лікуванні гострих гнійних хірургічних захворювань.

Висновки щодо побутового використання озону

Насамперед, потрібно беззастережно підтвердити факт застосування озону в практиці лікування у багатьох галузях медицини, як терапевтичного та знезаражувального засобу, проте говорити про широке його застосування поки що не доводиться.

Озон сприймається людиною з найменшими побічними алергічними проявами. І навіть якщо в літературі можна знайти згадку про індивідуальну непереносимість O3, то ці випадки ніяк не можуть бути порівнянними, наприклад, з хлоровмісними та іншими галогенопохідними антибактеріальними препаратами.

Озон – трихатомний кисень і найбільш екологічний. Кому не знайомий його запах "свіжості" - у літні спекотні дні після грози?! Постійна присутність їх у земної атмосфері відчуває у собі будь-який живий організм.

Огляд складено за матеріалами Інтернету.

Озон (Оз) - безбарвний газ, що має дратівливий гострий запах. Молекулярна маса 48 г/моль, густина щодо повітря 1,657 кг/м. Концентрація озону в повітрі біля порога нюху сягає 1 мг/м2. У малих концентраціях на рівні 0,01-0,02 мг/м (в 5 разів нижче гранично допустимої для людини концентрації), озон надає повітрю характерного запаху свіжості та чистоти. Так, наприклад, після грози ледь помітний запах озону незмінно асоціюється з чистим повітрям.

Відомо, що молекула кисню складається з 2 атомів: 0 2 . За певних умов молекула кисню може дисоціювати, тобто. розпадатися на 2 окремі атоми. У природі ці умови: створюються під час грози при розрядах атмосферної електрики та у верхніх шарах атмосфери, під впливом ультрафіолетового випромінювання сонця (озоновий шар Землі). Проте атом кисню неспроможна існувати окремо і прагне згрупуватися знову. У результаті такої перегрупування утворюються 3-х атомні молекули .

Молекула, що складається з 3-х атомів кисню, називається озон або активований кисень, є алотропною модифікацією кисню і має молекулярну формулу 0 3 (d = 1.28 A, q = 11.6.5°).

Слід зазначити, що зв'язок третього атома в молекулі озону є відносно неміцним, що зумовлює нестабільність молекули в цілому та її схильність до саморозпаду. Саме завдяки цій властивості озон є сильним окислювачем та винятковим за ефективністю дезінфікуючим засобом.

Озон поширений у природі. Він завжди утворюється в повітрі під час грози за рахунок атмосферної електрики, а також під впливом короткохвильових випромінювань та потоків швидких частинок при природному розпаді радіоактивних речовин у ядерних реакціях, космічних випромінюваннях тощо. Утворення озону відбувається також при випаровуванні води з великих поверхонь, особливо танення снігу, окислення смолистих речовин, фотохімічне окислення ненасичених вуглеводнів та спиртів. Підвищена освіта озону в повітрі хвойних лісів та на березі моря пояснюється окисленням деревної смоли та морських водоростей. Так звана озоносфера, що утворюється у верхніх шарах атмосфери, є захисним шаром земної біосфери внаслідок того, що озон інтенсивно поглинає біологічно активне УФ випромінювання сонця (з довжиною хвилі менше 290 нм).

У приземний шар атмосфери озон заноситься із нижньої стратосфери. Концентрація озону в атмосфері коливається не більше 0,08-0,12 мг/м. Однак перед дозріванням купових хмар зростає іонізація атмосфери, внаслідок якої значно збільшується утворення озону, концентрація їх у повітрі може перевищувати 1,3 мг/м .

Озон – високоактивна, алотропна форма кисню. Утворення озону з кисню виражають рівнянням

3О2 = 20 3 - 285 кДж/моль, (1)

з якого випливає, що стандартна ентальпія утворення озону є позитивною і дорівнює 142,5 кДж/моль. Крім того, як показують коефіцієнти рівняння, під час цієї реакції з трьох молекул газу виходять дві молекули, тобто ентропія системи зменшується. Через війну стандартне відхилення енергії Гіббса в аналізованої реакції також позитивно (163 кДж/моль). Таким чином, реакція перетворення кисню на озон мимовільно протікати не може, для її здійснення необхідна витрата енергії. Зворотна реакція - розпад озону протікає мимовільно, оскільки під час цього процесу енергія Гіббса системи зменшується. Інакше висловлюючись, озон - нестійка речовина, швидко рекомбінується, перетворюючись на молекулярний кисень:

20з = 302 + 285 кДж/моль. (2)

Швидкість реакції залежить від температури, тиску суміші та концентрації озону в ній. При нормальній температурі та тиску реакція протікає повільно, при підвищеній температурі розпад озону пришвидшується. При невеликих концентраціях (без сторонніх домішок) у нормальних умовах озон розкладається досить повільно. З підвищенням температури до 100°З більш швидкість розкладання значно зростає. Механізм розпаду озону, в якому беруть участь гомогенні та гетерогенні системи, досить складний і залежить від зовнішніх умов.

Основні фізичні властивості озону представлені у таблиці 1.

Знання фізичних властивостей озону необхідне для правильного його використання в технологічних процесах у невибухонебезпечних концентраціях, проведення синтезу та розкладання озону в оптимальних безпечних режимах, оцінки його активності у різних середовищах.

Властивості озону характеризуються його активністю до випромінювань різного спектрального складу. Озон інтенсивно поглинає мікрохвильові, інфрачервоні та ультрафіолетові випромінювання.

Озон хімічно агресивний і легко входить у хімічні реакції. Реагуючи з органічними речовинами, він викликає різноманітні окисні реакції за порівняно низької температури. На цьому, зокрема, ґрунтується бактерицидна дія озону, який застосовується для знезараження води. Окислювальні процеси, що ініціюються озоном, часто є ланцюговими.

Хімічна активність озону обумовлена ​​переважно тим, що дисоціація молекули

0 3 -> 0 2 + О (3)

вимагає витрати енергії трохи більше 1 еВ. Озон легко віддає атом кисню, що має високу активність. У деяких випадках молекула озону може повністю приєднатися до органічних молекул, утворюючи нестійкі сполуки, які легко розпадаються під дією температури або світла з утворенням різних кисневмісних сполук.

Реакціям озону з органічними речовинами присвячена велика кількість досліджень, в яких показано, що озон сприяє залученню кисню в окислювальні процеси, деякі реакції окислення при обробці реагентів озонованим киснем починаються при нижчих температурах.

Озон активно входить у реакції з ароматичними сполуками, реакція у своїй може бути як із руйнацією, і без руйнації ароматичного ядра.

У реакціях озону з натрієм, калієм, рубідієм, цезієм, які йдуть через проміжний нестійкий комплекс М + О + Н + О3 з подальшою реакцією з озоном, утворюються озоніди. Іон О3 може утворюватися і в реакціях з органічними сполуками .

Для промислових цілей озон одержують обробкою атмосферного повітря чи кисню у спеціальних апаратах - озонаторах. Розроблено конструкції озонаторів, що працюють на підвищеній частоті струму (500-2000 Гц), та озонатори з каскадним розрядом, що не потребують попередньої підготовки повітря (очищення, осушення) та охолодження електродів. Енергетичний вихід озону в них досягає 20-40 г/кВт-год.

Перевага озону в порівнянні з іншими окислювачами полягає в тому, що озон може бути отриманий на місці споживання з кисню повітря, для чого не потрібно підвезення реагентів, сировини і т. д. Отримання озону не супроводжується виділенням шкідливих речовин, що кумулюються. Озон легко нейтралізувати. Вартість озону порівняно невелика.

З усіх відомих окислювачів лише кисень та обмежене коло перекисних сполук бере участь у природних біопроцесах.