Un astfel de gaz precum ozonul posedă proprietăți extrem de valoroase pentru întreaga omenire. Elementul chimic cu care se formează este O. De fapt, ozonul O 3 este una dintre modificările alotropice ale oxigenului, constând din trei unități de formulă (O÷O÷O). Primul și mai cunoscut compus este oxigenul însuși, mai exact gazul care este format de cei doi atomi ai săi (O=O) - O 2 .
Alotropia este capacitatea unui element chimic de a forma un număr de compuși simpli cu proprietăți diferite. Datorită ei, omenirea a studiat și folosește substanțe precum diamantul și grafitul, sulful monoclinic și rombic, oxigenul și ozonul. Un element chimic care are această capacitate nu se limitează neapărat la doar două modificări, unele au mai multe.
Istoricul deschiderii conexiunii
Unitatea constitutivă a multor substanțe organice și minerale, inclusiv cum ar fi ozonul - element chimic, a cărui denumire este O - oxigen, tradus din greacă "oxys" - acru și "gignomai" - a da naștere.
Pentru prima dată, unul nou în timpul experimentelor cu descărcări electrice a fost descoperit în 1785 de olandezul Martin van Marun, atenția i-a fost atrasă de un miros specific. Și un secol mai târziu, francezul Shenbein a remarcat prezența acestuia după o furtună, rezultând că gazul a fost numit „miroase”. Dar oamenii de știință au fost oarecum înșelați, crezând că simțul lor olfactiv mirosea a ozon însuși. Mirosul pe care l-au simțit era cel al celor oxidați la reacția cu O 3 , deoarece gazul este foarte reactiv.
Structura electronică
O2 și O3, un element chimic, au același fragment structural. Ozonul are o structură mai complexă. În oxigen, totul este simplu - doi atomi de oxigen sunt legați printr-o legătură dublă, constând din componente ϭ și π, în funcție de valența elementului. O 3 are mai multe structuri rezonante.
O legătură multiplă conectează doi oxigeni, iar a treia are o singură legătură. Astfel, datorită migrării componentei π, în imagine de ansamblu trei atomi au un compus sesqui. Această legătură este mai scurtă decât o legătură simplă, dar mai lungă decât o legătură dublă. Experimentele efectuate de oamenii de știință exclud posibilitatea ciclicității moleculei.
Metode de sinteză
Pentru formarea unui gaz precum ozonul, elementul chimic oxigen trebuie să fie într-un mediu gazos sub formă de atomi individuali. Astfel de condiții sunt create atunci când moleculele de oxigen O 2 se ciocnesc cu electronii în timpul descărcărilor electrice sau a altor particule cu energie mare, precum și atunci când este iradiat cu lumină ultravioletă.
Cota leului din cantitatea totală de ozon din atmosfera naturală se formează printr-o metodă fotochimică. Omul preferă să folosească alte metode în activitatea chimică, cum ar fi, de exemplu, sinteza electrolitică. Constă în faptul că mediu acvatic electrolit, electrozii de platină sunt plasați și curentul este pornit. Schema de reactie:
H 2 O + O 2 → O 3 + H 2 + e -
Proprietăți fizice
Oxigenul (O) este o unitate constitutivă a unei astfel de substanțe precum ozonul - un element chimic, a cărui formulă, precum și masa molară relativă, sunt indicate în tabelul periodic. Formând O 3, oxigenul capătă proprietăți care sunt radical diferite de proprietățile O 2.
Gaz culoarea albastra- Aceasta este starea obișnuită a unui compus cum ar fi ozonul. element chimic, formulă, caracteristici cantitative- toate acestea au fost determinate în timpul identificării și studierii acestei substanțe. pentru aceasta -111,9 ° C, starea lichefiată are o culoare violet închis, cu o scădere suplimentară a gradului la -197,2 ° C, începe topirea. În stare solidă de agregare, ozonul capătă o culoare neagră cu o nuanță violetă. Solubilitatea sa este de zece ori mai mare decât această proprietate a oxigenului O2. La cele mai mici concentrații din aer se simte mirosul de ozon, este ascuțit, specific și seamănă cu mirosul de metal.
Proprietăți chimice
Foarte activ, din punct de vedere reactiv, este gazul ozon. Elementul chimic care îl formează este oxigenul. Caracteristicile care determină comportamentul ozonului în interacțiunea cu alte substanțe sunt capacitatea mare de oxidare și instabilitatea gazului în sine. La temperaturi ridicate, se descompune cu o viteză fără precedent, procesul este, de asemenea, accelerat de catalizatori, cum ar fi oxizii metalici, oxizii de azot și alții. Proprietățile unui agent oxidant sunt inerente ozonului datorită caracteristicilor structurale ale moleculei și mobilității unuia dintre atomii de oxigen, care, divizându-se, transformă gazul în oxigen: O 3 → O 2 + O .
Oxigenul (blocul din care sunt construite moleculele unor substanțe precum oxigenul și ozonul) este un element chimic. După cum este scris în ecuațiile reacției - O . Ozonul oxidează toate metalele, cu excepția aurului, platinei și a subgrupurilor sale. Reacționează cu gazele din atmosferă - oxizi de sulf, azot și altele. Nu ramane inert si materie organică, procesele de rupere a legăturilor multiple prin formarea de compuși intermediari sunt deosebit de rapide. Este extrem de important ca produsele de reacție să fie inofensive mediu inconjurator si o persoana. Acestea sunt apa, oxigenul, oxizii superiori ai diverselor elemente, oxizii de carbon. Compușii binari de calciu, titan și siliciu cu oxigenul nu interacționează cu ozonul.
Aplicație
Principala zonă în care este folosit gazul „mirositor” este ozonarea. Această metodă de sterilizare este mult mai eficientă și mai sigură pentru organismele vii decât dezinfecția cu clor. Când nu există formarea de derivați toxici ai metanului, înlocuiți cu un halogen periculos.
Din ce în ce mai mult, această metodă de sterilizare ecologică este utilizată în industria alimentară. Echipamentele frigorifice, spațiile de depozitare a produselor sunt tratate cu ozon, iar mirosurile sunt eliminate cu ajutorul acestuia.
Pentru medicină, proprietățile dezinfectante ale ozonului sunt, de asemenea, indispensabile. Dezinfectează rănile, soluțiile saline. Sângele venos este ozonizat și o serie de boli cronice sunt tratate cu un gaz „mirositor”.
Fiind în natură și sens
Substanță simplă ozon - element compozitia gazelor stratosferă, o regiune a spațiului apropiat Pământului situată la o distanță de aproximativ 20-30 km de suprafața planetei. Eliberarea acestui compus are loc în timpul proceselor asociate cu descărcări electrice, în timpul sudării și funcționării mașinilor de copiat. Dar în stratosferă se formează și conține 99% din cantitatea totală de ozon din atmosfera Pământului.
Prezența gazului în spațiul apropiat de Pământ s-a dovedit a fi vitală. Formează în el așa-numitul strat de ozon, care protejează toate ființele vii de radiațiile ultraviolete mortale ale soarelui. Destul de ciudat, dar împreună cu mari beneficii, gazul în sine este periculos pentru oameni. O creștere a concentrației de ozon din aer pe care o persoană o respiră este dăunătoare organismului, datorită activității sale chimice extreme.
Ozonul a fost obținut și studiat pentru prima dată de Shenbein în 1840. Ozonul este un gaz albăstrui cu un miros caracteristic ascuțit;
Ozonul lichefiat este un lichid închis la culoare de culoare albastră, ozonul solid este o masă cristalină violet închis. Ozonul este solubil în tetraclorură de carbon, acid acetic glacial, azot lichid și apă. Se formează prin trecerea unei descărcări electrice liniștite prin aer sau oxigen (mirosul proaspăt după o furtună se datorează prezenței unor cantități mici de ozon în atmosferă), oxidarea fosforului umed, acțiunea razelor de radiu, ultraviolete sau catodice. razele asupra oxigenului din aer, descompunerea peroxidului de hidrogen, electroliza acidului sulfuric (etc. .
acizi care conțin oxigen), efectul fluorului asupra apei etc. Conținutul din atmosfera terestră este neglijabil; straturile de aer de lângă suprafața pământului conțin mai puțin ozon decât straturile superioare ale atmosferei; la o înălțime de 1.050 m(în regiunea Mont Blanc) Levy a găsit 0-3,7 mg, la o altitudine de 3.000 m—9,4 mg. ozon la 100 m cub aer. Ozonizatoarele sunt folosite în inginerie și laboratoare pentru a produce ozon. Pentru ozonare, oxigenul sau aerul este trecut între doi electrozi conectați la o sursă de curent de înaltă tensiune.
Ozonul în forma sa pură este eliberat dintr-un amestec de ozon cu oxigen atunci când este răcit cu aer lichid. Ozonul se descompune ușor, iar descompunerea ozonului pur este accelerată în prezența dioxidului de mangan, plumbului, oxizilor de azot. În prezența apei, descompunerea ozonului încetinește; ozonul uscat la 0° se descompune de 30 de ori mai repede decât ozonul umed la 20,4°. Ozonul are un efect oxidant extrem de puternic. Eliberează iod din iodura de potasiu, oxidează mercurul, transformă metalele sulfuroase în săruri de sulfat, decolorează coloranții organici etc. Ozonul distruge tuburile de cauciuc. Eterul, alcoolul, gazul de iluminat, vata se aprind la contactul cu oxigenul puternic ozonizat. Sub acțiunea ozonului asupra compușilor organici nesaturați se formează produse de adiție ai ozonidelor. Ozonul este folosit pentru sterilizarea apei, pentru dezodorizare - distrugerea mirosului neplacut, in practica organica preparativa.
Proprietăți fizice
Proprietăți chimice și metode de preparare
Lista literaturii folosite
- Volkov, A.I., Zharsky, I.M. Carte mare de referință chimică / A.I. Volkov, I.M. Zharsky. - Mn.: scoala moderna, 2005. - 608 cu ISBN 985-6751-04-7.
Oamenii de știință au cunoscut pentru prima dată existența unui gaz necunoscut atunci când au început să experimenteze cu mașini electrostatice. S-a întâmplat în secolul al XVII-lea. Dar au început să studieze noul gaz abia la sfârșitul secolului următor. În 1785, fizicianul olandez Martin van Marum a creat ozonul prin trecerea scânteilor electrice prin oxigen. Denumirea de ozon a apărut abia în 1840; a fost inventat de chimistul elvețian Christian Schönbein, derivând din grecescul ozon, mirosind. De compoziție chimică acest gaz nu diferă de oxigen, dar era mult mai agresiv. Deci, a oxidat instantaneu iodură de potasiu incoloră cu eliberarea de iod maro; Shenbein a folosit această reacție pentru a determina ozonul după gradul de albastru al hârtiei impregnate cu o soluție de iodură de potasiu și amidon. Chiar și mercurul și argintul, care sunt inactive la temperatura camerei, se oxidează în prezența ozonului.
S-a dovedit că moleculele de ozon, ca și oxigenul, constau numai din atomi de oxigen, numai că nu din doi, ci din trei. Oxigenul O2 și ozonul O3 este singurul exemplu de formare a două substanțe simple gazoase (în condiții normale) de către un element chimic. În molecula de O3, atomii sunt situați într-un unghi, astfel încât aceste molecule sunt polare. Ozonul este produs ca urmare a „lipirii” de molecule de O2 ale atomilor de oxigen liberi, care se formează din molecule de oxigen sub acțiunea descărcărilor electrice, razelor ultraviolete, razelor gamma, electronii rapizi și alte particule de înaltă energie. Ozonul miroase întotdeauna lângă mașinile electrice care funcționează, în care periile „sclipesc”, lângă lămpi bactericide cu mercur-cuarț care emit radiații ultraviolete. Atomii de oxigen sunt, de asemenea, eliberați în timpul unora reacții chimice. Ozonul se formează în cantități mici în timpul electrolizei apei acidulate, în timpul oxidării lente a fosforului alb umed în aer, în timpul descompunerii compușilor cu conținut ridicat de oxigen (KMnO4, K2Cr2O7 etc.), sub acțiunea fluorului asupra apei. sau pe peroxid de bariu al acidului sulfuric concentrat. Atomii de oxigen sunt întotdeauna prezenți într-o flacără, așa că dacă direcționați un curent de aer comprimat peste flacăra unui arzător de oxigen, mirosul caracteristic de ozon va fi găsit în aer.
Reacția 3O2 → 2O3 este foarte endotermă: trebuie cheltuiți 142 kJ pentru a produce 1 mol de ozon. Reacția inversă are loc cu eliberarea de energie și se realizează foarte ușor. În consecință, ozonul este instabil. În absența impurităților, ozonul gazos se descompune lent la o temperatură de 70°C și rapid peste 100°C. Viteza de descompunere a ozonului este mult crescută în prezența catalizatorilor. Pot fi gaze (de exemplu, oxid nitric, clor) și multe substanțe solide (chiar și pereții vaselor). Prin urmare, ozonul pur este dificil de obținut, iar lucrul cu acesta este periculos din cauza posibilității unei explozii.
Nu este de mirare că timp de multe decenii după descoperirea ozonului, până și constantele sale fizice de bază au fost necunoscute: multă vreme nimeni nu a reușit să obțină ozon pur. După cum scria D.I. Mendeleev în manualul său Fundamentals of Chemistry, „pentru toate metodele de preparare a ozonului gazos, conținutul său în oxigen este întotdeauna nesemnificativ, de obicei doar câteva zecimi de procente, rareori 2% și doar la temperaturi foarte scăzute ajunge. 20%.” Abia în 1880, oamenii de știință francezi J. Gotfeil și P. Chappui au obținut ozon din oxigen pur la o temperatură de minus 23 ° C. S-a dovedit că într-un strat gros ozonul are o culoare albastră frumoasă. Când oxigenul ozonat răcit a fost comprimat lent, gazul a devenit albastru închis, iar după eliberarea rapidă a presiunii, temperatura a scăzut și mai mult și s-au format picături de ozon lichid violet închis. Dacă gazul nu a fost răcit sau comprimat rapid, atunci ozonul s-a transformat instantaneu, cu o fulger galbenă, în oxigen.
Mai târziu, a fost dezvoltată o metodă convenabilă pentru sinteza ozonului. Dacă o soluție concentrată de acid percloric, fosforic sau sulfuric este supusă electrolizei cu un anod răcit din platină sau oxid de plumb(IV), atunci gazul eliberat la anod va conține până la 50% ozon. Au fost de asemenea rafinate constantele fizice ale ozonului. Se lichefiază mult mai ușor decât oxigenul la -112°C (oxigenul la -183°C). La –192,7°C, ozonul se solidifică. Ozonul solid este de culoare albastru-negru.
Experimentele cu ozonul sunt periculoase. Ozonul gazos este capabil să explodeze dacă concentrația sa în aer depășește 9%. Ozonul lichid și solid explodează și mai ușor, mai ales când intră în contact cu substanțe oxidante. Ozonul poate fi depozitat la temperaturi scăzute sub formă de soluții în hidrocarburi fluorurate (freoni). Aceste soluții sunt de culoare albastră.
Proprietățile chimice ale ozonului.
Ozonul se caracterizează printr-o reactivitate extrem de ridicată. Ozonul este unul dintre cei mai puternici agenți oxidanți și este inferior în acest sens doar fluorului și fluorurii de oxigen OF2. Principiul activ al ozonului ca agent oxidant este oxigenul atomic, care se formează în timpul descompunerii moleculei de ozon. Prin urmare, acționând ca un agent de oxidare, molecula de ozon, de regulă, „folosește” doar un atom de oxigen, în timp ce ceilalți doi sunt eliberați sub formă de oxigen liber, de exemplu, 2KI + O3 + H2O → I2 + 2KOH + O2. Mulți alți compuși sunt oxidați în același mod. Cu toate acestea, există excepții când molecula de ozon folosește toți cei trei atomi de oxigen pe care îi are pentru oxidare, de exemplu, 3SO2 + O3 → 3SO3; Na2S + O3 → Na2SO3.
O diferență foarte importantă între ozon și oxigen este că ozonul prezintă proprietăți oxidante chiar și la temperatura camerei. De exemplu, PbS și Pb(OH)2 nu reacționează cu oxigenul în condiții normale, în timp ce în prezența ozonului, sulfura este transformată în PbSO4, iar hidroxidul în PbO2. Dacă o soluție concentrată de amoniac este turnată într-un vas cu ozon, va apărea fum alb - acesta este amoniac oxidat cu ozon pentru a forma nitritul de amoniu NH4NO2. O caracteristică deosebită a ozonului este capacitatea de a „înnegri” articolele de argint cu formarea de AgO și Ag2O3.
Prin atașarea unui electron și transformându-se într-un ion negativ O3–, molecula de ozon devine mai stabilă. „Sărurile ozonate” sau ozonidele care conțin astfel de anioni sunt cunoscute de multă vreme - sunt formate din toate metalele alcaline, cu excepția litiului, iar stabilitatea ozonidelor crește de la sodiu la cesiu. Sunt cunoscute și unele ozonide ale metalelor alcalino-pământoase, de exemplu Ca(O3)2. Dacă un curent de ozon gazos este direcționat către suprafața unui alcali solid uscat, se formează o crustă roșie portocalie care conține ozonide, de exemplu, 4KOH + 4O3 → 4KO3 + O2 + 2H2O. În același timp, alcalii solidi leagă eficient apa, ceea ce împiedică hidroliza imediată a ozonidei. Cu toate acestea, cu un exces de apă, ozonidele se descompun rapid: 4KO3 + 2H2O → 4KOH + 5O2. Descompunerea are loc și în timpul depozitării: 2KO3 → 2KO2 + O2. Ozonidele sunt foarte solubile în amoniac lichid, ceea ce a făcut posibilă izolarea lor în forma lor pură și studierea proprietăților lor.
Substanțele organice cu care ozonul intră în contact, de obicei le distruge. Deci, ozonul, spre deosebire de clor, este capabil să despartă inelul benzenic. Când lucrați cu ozon, nu puteți utiliza tuburi și furtunuri de cauciuc - se vor „scurge” instantaneu. Ozonul reacționează cu compușii organici cu eliberarea unei cantități mari de energie. De exemplu, eterul, alcoolul, vata umezită cu terebentină, metan și multe alte substanțe se aprind spontan la contactul cu aerul ozonizat, iar amestecarea ozonului cu etilena duce la o explozie puternică.
Utilizarea ozonului.
Ozonul nu „ard” întotdeauna materia organică; într-un număr de cazuri este posibil să se efectueze reacții specifice cu ozon foarte diluat. De exemplu, ozonarea acidului oleic (se găsește în cantități mari în uleiurile vegetale) produce acid azelaic HOOC(CH2)7COOH, care este folosit pentru a produce uleiuri lubrifiante de înaltă calitate, fibre sintetice și plastifianți pentru materiale plastice. În mod similar, se obține acidul adipic, care este utilizat în sinteza nailonului. În 1855, Schönbein a descoperit reacția compușilor nesaturați care conțin duble legături C=C cu ozonul, dar abia în 1925 chimistul german H. Staudinger a stabilit mecanismul acestei reacții. Molecula de ozon se unește cu dubla legătură pentru a forma o ozonidă, de data aceasta organică, iar un atom de oxigen înlocuiește una dintre legăturile C=C, iar grupa –О–О– o înlocuiește pe cealaltă. Deși unele ozonide organice au fost izolate în formă pură (de exemplu, ozonidă de etilenă), această reacție se desfășoară de obicei în soluție diluată, deoarece ozonidele în stare liberă sunt explozibili foarte instabili. Reacția de ozonare a compușilor nesaturați se bucură de un mare respect în rândul chimiștilor organici; sarcinile cu această reacție sunt adesea oferite chiar și pe olimpiadele școlare. Faptul este că atunci când ozonida este descompusă de apă, se formează două molecule de aldehidă sau cetonă, care sunt ușor de identificat și stabilesc în continuare structura compusului nesaturat original. Astfel, la începutul secolului al XX-lea, chimiștii au stabilit structura multor compuși organici importanți, inclusiv a celor naturali care conțin legături C=C.
Un domeniu important de aplicare a ozonului este dezinfecția bând apă. De obicei, apa este clorurată. Cu toate acestea, unele impurități din apă sub acțiunea clorului sunt transformate în compuși cu un miros foarte neplăcut. Prin urmare, s-a propus de multă vreme înlocuirea clorului cu ozon. Apa ozonată nu capătă miros sau gust străin; atunci când mulți compuși organici sunt complet oxidați cu ozon, numai dioxid de carbon si apa. Purificați cu ozon și apă uzată. Produsele oxidării ozonului chiar și a unor astfel de poluanți precum fenolii, cianurile, agenții tensioactivi, sulfiții, cloraminele sunt compuși inofensivi, fără culoare și miros. Excesul de ozon se descompune rapid cu formarea de oxigen. Cu toate acestea, ozonarea apei este mai costisitoare decât clorarea; in plus, ozonul nu poate fi transportat si trebuie produs la fata locului.
Ozon în atmosferă.
Nu există mult ozon în atmosfera Pământului - 4 miliarde de tone, adică. în medie doar 1 mg/m3. Concentrația de ozon crește odată cu distanța de la suprafața Pământului și atinge un maxim în stratosferă, la o altitudine de 20-25 km - acesta este „stratul de ozon”. Dacă tot ozonul din atmosferă este colectat lângă suprafața Pământului la presiune normală, se va obține un strat de numai aproximativ 2–3 mm grosime. Și cantități atât de mici de ozon din aer oferă de fapt viață pe Pământ. Ozonul creează un „ecran de protecție” care nu permite razelor ultraviolete dure ale soarelui să ajungă la suprafața Pământului, care sunt dăunătoare tuturor viețuitoarelor.
În ultimele decenii, s-a acordat multă atenție apariției așa-numitelor „găuri de ozon” – zone cu un conținut semnificativ redus de ozon stratosferic. Printr-un astfel de scut „cu scurgeri”, radiația ultravioletă mai dură a Soarelui ajunge la suprafața Pământului. Prin urmare, oamenii de știință au monitorizat ozonul din atmosferă de mult timp. În 1930, geofizicianul englez S. Chapman a propus o schemă de patru reacții pentru a explica concentrația constantă a ozonului în stratosferă (aceste reacții se numesc ciclul Chapman, în care M înseamnă orice atom sau moleculă care transportă excesul de energie):
O2 → 2O
O + O + M → O2 + M
O + O3 → 2O2
O3 → O2 + O.
Prima și a patra reacție a acestui ciclu sunt fotochimice, sunt sub influența radiației solare. Pentru descompunerea unei molecule de oxigen în atomi, este necesară o radiație cu o lungime de undă mai mică de 242 nm, în timp ce ozonul se descompune atunci când lumina este absorbită în regiunea de 240–320 nm (aceasta din urmă reacție ne protejează doar de ultravioletele dure, deoarece oxigenul) nu absoarbe în această regiune spectrală) . Celelalte două reacții sunt termice, adică. merge fără acțiunea luminii. Este foarte important ca a treia reacție care duce la dispariția ozonului să aibă o energie de activare; aceasta înseamnă că viteza unei astfel de reacții poate fi crescută prin acțiunea catalizatorilor. După cum sa dovedit, principalul catalizator pentru degradarea ozonului este oxidul de azot NO. Se formează în straturile superioare atmosferă de azot și oxigen sub acțiunea celei mai severe radiații solare. Odată ajuns în ozonosferă, intră într-un ciclu de două reacții O3 + NO → NO2 + O2, NO2 + O → NO + O2, în urma cărora conținutul său în atmosferă nu se modifică, iar concentrația staționară de ozon scade. Există și alte cicluri care conduc la o scădere a conținutului de ozon din stratosferă, de exemplu, cu participarea clorului:
Cl + O3 → ClO + O2
ClO + O → Cl + O2.
Ozonul este distrus și de praful și gazele, care în cantități mari pătrund în atmosferă în timpul erupțiilor vulcanice. LA timpuri recente s-a sugerat că ozonul este eficient și în distrugerea hidrogenului eliberat din Scoarta terestra. Totalitatea tuturor reacțiilor de formare și degradare a ozonului duce la faptul că durata medie de viață a unei molecule de ozon în stratosferă este de aproximativ trei ore.
Se presupune că, pe lângă natura naturală, există și factori artificiali care afectează stratul de ozon. Bun exemplu celebru- freonii, care sunt surse de atomi de clor. Freonii sunt hidrocarburi în care atomii de hidrogen sunt înlocuiți cu atomi de fluor și clor. Sunt folosite în refrigerare și pentru umplerea cutiilor de aerosoli. În cele din urmă, freonii ajung în aer și se ridică încet din ce în ce mai sus cu curenții de aer, ajungând în cele din urmă în stratul de ozon. Descompunându-se sub acțiunea radiației solare, freonii înșiși încep să descompună catalitic ozonul. Deocamdată nu se știe exact în ce măsură freonii sunt vinovați pentru „găurile de ozon” și, cu toate acestea, au fost luate de multă vreme măsuri pentru limitarea utilizării acestora.
Calculele arată că în 60–70 de ani concentrația de ozon din stratosferă poate scădea cu 25%. Și, în același timp, concentrația de ozon în stratul de suprafață - troposfera, va crește, ceea ce este de asemenea rău, deoarece ozonul și produsele transformărilor sale în aer sunt otrăvitoare. Principala sursă de ozon în troposferă este transferul ozonului stratosferic cu masele de aer către straturile inferioare. Aproximativ 1,6 miliarde de tone intră anual în stratul de ozon. Durata de viață a unei molecule de ozon din partea inferioară a atmosferei este mult mai lungă - mai mult de 100 de zile, deoarece în stratul de suprafață există o intensitate mai mică a radiației solare ultraviolete care distrug ozonul. De obicei, în troposferă există foarte puțin ozon: în aer curat, concentrația sa este în medie de numai 0,016 μg/l. Concentrația de ozon din aer depinde nu numai de altitudine, ci și de teren. Astfel, există întotdeauna mai mult ozon peste oceane decât pe uscat, deoarece ozonul se descompune mai lent acolo. Măsurătorile efectuate la Soci au arătat că aerul din apropierea coastei mării conține cu 20% mai mult ozon decât în pădurea aflată la 2 km de coastă.
Oamenii moderni respiră mult mai mult ozon decât strămoșii lor. Motivul principal pentru aceasta este creșterea cantității de metan și oxizi de azot din aer. Astfel, conținutul de metan din atmosferă a crescut constant de la mijlocul secolului al XIX-lea, când utilizarea gaz natural. Într-o atmosferă poluată cu oxizi de azot, metanul intră într-un lanț complex de transformări care implică oxigen și vapori de apă, rezultatul căruia poate fi exprimat prin ecuația CH4 + 4O2 → HCHO + H2O + 2O3. Alte hidrocarburi pot acționa și ca metan, de exemplu, cele conținute în gazele de eșapament ale mașinilor în timpul arderii incomplete a benzinei. Ca rezultat în aer marile orașeÎn ultimele decenii, concentrația de ozon a crescut de zece ori.
S-a crezut întotdeauna că în timpul unei furtuni, concentrația de ozon din aer crește dramatic, deoarece fulgerul contribuie la conversia oxigenului în ozon. De fapt, creșterea este nesemnificativă și nu are loc în timpul unei furtuni, ci cu câteva ore înaintea acesteia. În timpul unei furtuni și timp de câteva ore după aceasta, concentrația de ozon scade. Acest lucru se explică prin faptul că înainte de o furtună are loc o amestecare verticală puternică a maselor de aer, astfel încât o cantitate suplimentară de ozon provine din straturile superioare. În plus, înainte de o furtună, intensitatea câmpului electric crește și se creează condiții pentru formarea unei descărcări corona în punctele diferitelor obiecte, de exemplu, vârfurile ramurilor. De asemenea, contribuie la formarea ozonului. Și apoi, odată cu dezvoltarea unui nor de tunete, sub acesta se nasc curenți puternici de aer ascendenți, care reduc conținutul de ozon direct sub nor.
O întrebare interesantă este despre conținutul de ozon din aerul pădurilor de conifere. De exemplu, la curs Chimie anorganică G. Remy se poate citi că „aerul ozonizat al pădurilor de conifere” este o ficțiune. E chiar asa? Nicio plantă nu emite ozon, desigur. Dar plantele, în special coniferele, emit în aer o mulțime de compuși organici volatili, inclusiv hidrocarburi nesaturate din clasa terpenelor (există o mulțime de terebentină). Deci, într-o zi fierbinte, un pin eliberează 16 micrograme de terpene pe oră pentru fiecare gram de greutate uscată a acelor. Terpenele se disting nu numai prin conifere, ci și prin unele foioase, printre care se numără plopul și eucaliptul. Și unii copaci tropicali sunt capabili să elibereze 45 de micrograme de terpene per 1 g de masă de frunze uscate pe oră. Ca urmare, un hectar de pădure de conifere poate elibera până la 4 kg de materie organică pe zi și aproximativ 2 kg de pădure de foioase. Suprafața împădurită a Pământului este de milioane de hectare și toate eliberează sute de mii de tone de diferite hidrocarburi, inclusiv terpene, pe an. Și hidrocarburile, așa cum sa arătat în exemplul metanului, sub influența radiației solare și în prezența altor impurități contribuie la formarea ozonului. Experimentele au arătat că, în condiții adecvate, terpenele sunt într-adevăr implicate foarte activ în ciclul reacțiilor fotochimice atmosferice cu formarea ozonului. Deci ozonul dintr-o pădure de conifere nu este deloc o invenție, ci un fapt experimental.
Ozon și sănătate.
Ce plăcere să faci o plimbare după o furtună! Aerul este curat și proaspăt, jeturile sale revigorante par să curgă în plămâni fără niciun efort. „Miroase a ozon”, spun adesea ei în astfel de cazuri. „Foarte bine pentru sănătate.” E chiar asa?
Pe vremuri, ozonul era considerat cu siguranță benefic pentru sănătate. Dar dacă concentrația sa depășește un anumit prag, poate provoca o mulțime de consecințe neplăcute. În funcție de concentrația și timpul de inhalare, ozonul provoacă modificări ale plămânilor, iritații ale mucoaselor ochilor și nasului, dureri de cap, amețeli, scăderea tensiunii arteriale; ozonul reduce rezistența organismului la infecțiile bacteriene ale tractului respirator. Concentrația sa maximă admisă în aer este de numai 0,1 µg/l, ceea ce înseamnă că ozonul este mult mai periculos decât clorul! Dacă petreci câteva ore în interior, cu o concentrație de ozon de numai 0,4 μg/l, pot apărea dureri în piept, tuse, insomnie, acuitatea vizuală scade. Dacă inhalați ozon pentru o perioadă lungă de timp la o concentrație mai mare de 2 μg / l, consecințele pot fi mai severe - până la stupoare și o scădere a activității cardiace. Cu un conținut de ozon de 8–9 µg/l, edem pulmonar apare după câteva ore, care este plin de moarte. Dar astfel de cantități neglijabile ale unei substanțe sunt de obicei dificil de analizat prin metode chimice convenționale. Din fericire, o persoană simte prezența ozonului chiar și la concentrații foarte scăzute - aproximativ 1 μg / l, la care hârtia cu iod amidon nu va deveni albastră. Pentru unii oameni, mirosul de ozon în concentrații mici seamănă cu mirosul de clor, pentru alții - dioxid de sulf, pentru alții - usturoi.
Nu doar ozonul în sine este otrăvitor. Odată cu participarea sa în aer, de exemplu, se formează azotat de peroxiacetil (PAN) CH3-CO-OONO2 - o substanță care are un puternic iritant, inclusiv lacrimare, efect care îngreunează respirația și, în concentrații mai mari, provoacă paralizia inimii. PAN este una dintre componentele așa-numitului smog fotochimic format vara în aerul poluat (acest cuvânt este derivat din engleza smoke - smoke și fog - fog). Concentrația de ozon în smog poate ajunge la 2 μg/l, ceea ce este de 20 de ori mai mare decât maximul admis. De asemenea, trebuie luat în considerare faptul că efectul combinat al ozonului și al oxizilor de azot din aer este de zece ori mai puternic decât fiecare substanță separată. Nu este surprinzător, consecințele unui astfel de smog în orase mari poate fi catastrofal, mai ales dacă aerul de deasupra orașului nu este suflat de „curenți” și se formează o zonă de stagnare. Deci, la Londra, în 1952, peste 4.000 de oameni au murit din cauza smogului în câteva zile. Un smog din New York în 1963 a ucis 350 de oameni. Povești similare au fost în Tokyo, altele marile orașe. Nu numai oamenii suferă de ozonul atmosferic. Cercetătorii americani au arătat, de exemplu, că în zonele cu un conținut ridicat de ozon în aer, durata de viață a anvelopelor auto și a altor produse din cauciuc este redusă semnificativ.
Cum se reduce conținutul de ozon din stratul de sol? Reducerea emisiilor de metan în atmosferă nu este deloc realistă. Rămâne o altă cale - reducerea emisiilor de oxizi de azot, fără de care ciclul de reacții care duc la ozon nu poate merge. Nici această cale nu este ușoară, deoarece oxizii de azot sunt emiși nu numai de mașini, ci și (în principal) de centralele termice.
Sursele de ozon nu sunt doar pe stradă. Se formează în camere de raze X, în săli de kinetoterapie (sursa sa sunt lămpile cu mercur-cuarț), în timpul funcționării copiatoarelor (copiatoarelor), imprimantelor laser (aici motivul formării sale este o descărcare de înaltă tensiune). Ozonul este un însoțitor inevitabil pentru producerea de perhidrol, sudare cu arc cu argon. Pentru a reduce efectele nocive ale ozonului, este necesar să echipați hota cu lămpi ultraviolete, o bună ventilație a încăperii.
Și totuși, nu este corect să considerăm ozonul dăunător necondiționat sănătății. Totul depinde de concentrația lui. Studiile au arătat că aerul proaspăt strălucește foarte slab în întuneric; Motivul strălucirii sunt reacțiile de oxidare cu participarea ozonului. S-a observat strălucire, de asemenea, când apa a fost agitată într-un balon, în care a fost introdus preliminar oxigen ozonizat. Această strălucire este întotdeauna asociată cu prezența unor cantități mici de impurități organice în aer sau apă. La amestecare aer proaspat cu o persoană expirată, intensitatea strălucirii a crescut de zece ori! Și acest lucru nu este surprinzător: în aerul expirat au fost găsite microimpurități de etilenă, benzen, acetaldehidă, formaldehidă, acetonă și acid formic. Sunt „evidențiate” de ozon. În același timp, „învechit”, adică. Complet lipsit de ozon, deși foarte curat, aerul nu provoacă o strălucire, iar o persoană îl simte ca „învechit”. Un astfel de aer poate fi comparat cu apa distilată: este foarte pur, practic nu conține impurități și este dăunător să-l bei. Deci, absența completă a ozonului în aer, aparent, este de asemenea nefavorabilă pentru oameni, deoarece crește conținutul de microorganisme în acesta, duce la acumulare. Substanțe dăunătoareși mirosurile neplăcute pe care ozonul le distruge. Astfel, devine clară necesitatea unei ventilații regulate și pe termen lung a încăperii, chiar dacă nu există oameni în el: la urma urmei, ozonul care a intrat în cameră nu rămâne în el pentru o lungă perioadă de timp - se descompune parțial. , și în mare măsură se depune (adsorb) pe pereți și alte suprafețe. Este greu de spus cât de mult ozon ar trebui să fie în cameră. Cu toate acestea, în concentrații minime, ozonul este probabil necesar și util.
Ilya Leenson
Introducere
Ozonul este o substanță simplă, o modificare alotropică a oxigenului. Spre deosebire de oxigen, molecula de ozon este formată din trei atomi. În condiții obișnuite, este un gaz exploziv cu miros ascuțit de culoare albastră și are proprietăți oxidante puternice.
Ozonul este o componentă permanentă a atmosferei pământului și joacă un rol esențial în susținerea vieții pe acesta. În straturile de suprafață ale atmosferei terestre, concentrația de ozon crește brusc. Starea generală a ozonului din atmosferă este variabilă și fluctuează în funcție de anotimpuri. Ozonul atmosferic joacă un rol cheie în susținerea vieții pe pământ. Protejează Pământul de efectele dăunătoare ale unui anumit rol al radiației solare, contribuind astfel la conservarea vieții pe planetă.
Astfel, este necesar să se afle ce efecte poate avea ozonul asupra țesuturilor biologice.
Proprietățile generale ale ozonului
Ozonul este o modificare alotropă a oxigenului constând din molecule triatomice de O 3. Molecula sa este diamagnetică și are o formă unghiulară. Legătura din moleculă este delocalizată, în trei centre.
Orez. 1 Structura ozonului
Ambii o-o conexiuniîntr-o moleculă de ozon au aceeași lungime de 1,272 angstromi. Unghiul dintre legături este de 116,78°. Atom central de oxigen sp²-hibridizat, are o singură pereche de electroni. Molecula este polară, momentul dipol este 0,5337 D.
Caracter legături chimiceîn ozon provoacă instabilitatea acestuia (prin anumit timp ozonul se transformă spontan în oxigen: 2O3 -> 3O2) și putere de oxidare mare (ozonul este capabil de o serie de reacții în care oxigenul molecular nu intră). Efectul oxidant al ozonului asupra substanțelor organice este asociat cu formarea de radicali: RH + O3 RO2 + OH
Acești radicali inițiază reacții radicale în lanț cu molecule bioorganice (lipide, proteine, acizi nucleici), ceea ce duce la moartea celulelor. Utilizarea ozonului pentru sterilizarea apei de băut se bazează pe capacitatea sa de a ucide germenii. Ozonul nu este indiferent nici organismelor superioare. Expunerea prelungită la o atmosferă care conține ozon (de exemplu, camere de fizioterapie și iradiere cu cuarț) poate provoca deteriorări severe. sistem nervos. Prin urmare, ozonul în doze mari este un gaz toxic. Concentrația maximă admisă în aer zonă de muncă- 0,0001 mg/litru. Poluarea aerului cu ozon are loc în timpul ozonării apei, datorită solubilității sale scăzute.
Istoria descoperirilor.
Ozonul a fost descoperit pentru prima dată în 1785 de către fizicianul olandez M. van Marum prin mirosul caracteristic și proprietățile oxidante pe care le dobândește aerul după trecerea scânteilor electrice prin el, precum și prin capacitatea de a acționa asupra mercurului la temperatura obișnuită, ca urmare a pe care isi pierde luciul si incepe sa se lipeasca de sticla . Cu toate acestea, nu a fost descrisă ca o substanță nouă; van Marum credea că s-a format o „materie electrică” specială.
Termen ozon a fost propus de chimistul german X. F. Schönbein în 1840 pentru mirosul său, a intrat în dicționare în sfârşitul XIX-lea secol. Multe surse îi acordă prioritate descoperirii ozonului în 1839. În 1840, Schonbein a arătat capacitatea ozonului de a înlocui iodul din iodura de potasiu:
Faptul unei scăderi a volumului de gaz în timpul conversiei oxigenului în ozon a fost demonstrat experimental de Andrews și Tet folosind un tub de sticlă cu un manometru umplut cu oxigen pur, cu fire de platină lipite în el pentru a produce o descărcare electrică.
proprietăți fizice.
Ozonul este un gaz albastru care poate fi văzut atunci când este privit printr-un strat semnificativ, de până la 1 metru grosime, de oxigen ozonizat. În stare solidă, ozonul este negru cu o nuanță violetă. Ozonul lichid are o culoare albastru intens; transparent într-un strat care nu depășește 2 mm. grosime; destul de rezistent.
Proprietăți:
§ Greutatea moleculară - 48 a.m.u.
§ Densitatea gazului in conditii normale - 2,1445 g/dm³. Densitatea relativă a gazului pentru oxigen 1,5; pe calea aerului - 1,62
§ Densitatea lichidului la −183 °C - 1,71 g/cm³
§ Punct de fierbere - -111,9 °C. (ozonul lichid are 106 °C.)
§ Punctul de topire - -197,2 ± 0,2 ° C (de obicei dat pt -251,4 ° C este eronat, deoarece determinarea sa nu a ținut cont de marea capacitate a ozonului de a suprarăci).
§ Solubilitate în apă la 0 ° C - 0,394 kg / m³ (0,494 l / kg), este de 10 ori mai mare decât oxigenul.
§ În stare gazoasă, ozonul este diamagnetic, în stare lichidă este slab paramagnetic.
§ Mirosul este ascuțit, specific „metalic” (după Mendeleev – „mirosul de rac”). La concentrații mari, miroase a clor. Mirosul este vizibil chiar și la o diluție de 1: 100.000.
Proprietăți chimice.
Proprietăți chimice ozonul este determinat de marea sa capacitate de oxidare.
Molecula de O 3 este instabilă și, la concentrații suficiente în aer în condiții normale, se transformă spontan în O 2 în câteva zeci de minute odată cu degajarea de căldură. O creștere a temperaturii și o scădere a presiunii cresc viteza de tranziție la starea diatomică. La concentrații mari, tranziția poate fi explozivă.
Proprietăți:
§ Oxidarea metalelor
§ Oxidarea nemetalelor
§ Interacţiunea cu oxizii
§ Ardere
§ Formarea ozonidelor
Metode de obținere a ozonului
Ozonul se formează în multe procese însoțite de eliberarea de oxigen atomic, de exemplu, în timpul descompunerii peroxizilor, oxidării fosforului etc. În industrie, se obține din aer sau oxigen din ozonizatoare prin acțiunea unei descărcări electrice. O3 se lichefiază mai ușor decât O2 și, prin urmare, este ușor de separat. Ozonul pentru ozonoterapia în medicină se obține numai din oxigen pur. Când aerul este iradiat cu radiații ultraviolete dure, se formează ozon. Același proces are loc și în straturile superioare ale atmosferei, unde stratul de ozon se formează și se menține sub acțiunea radiației solare.
