Озонът в обозначението на периодичната таблица. Такъв различен озон: пет факта за газ, който може да спасява и убива

ОЗОН O3 (от гръцки ozon-miling) е алотропна модификация на кислорода, която може да съществува и в трите агрегатни състояния. Озонът е нестабилно съединение и дори когато стайна температурабавно се разлага до молекулен кислород, но озонът не е радикал.

Физически свойства

Молекулно тегло = 47,9982 g/mol. Газообразният озон има плътност 2,144 10-3 g/cm3 при налягане 1 atm и 29°C.

Озонът е специално вещество. Той е изключително нестабилен и с увеличаване на концентрацията лесно се диспропорционира според обща схема: 2O3 -\u003e 3O2 В газообразна форма озонът има синкав оттенък, забележим, когато съдържанието на озон във въздуха е 15-20%.

При нормални условия озонът е газ с остра миризма. При много ниски концентрации миризмата на озон се възприема като приятна свежест, но с увеличаване на концентрацията става неприятна. Миризмата на замразено пране е миризмата на озон. Лесно е да свикнеш.

Основното му количество е съсредоточено в т. нар. "озонов пояс" на височина 15-30 км. На повърхността на земята концентрацията на озон е много по-ниска и абсолютно безопасна за живите същества; дори има мнение, че пълното му отсъствие също се отразява негативно на представянето на човек.

При концентрации от около 10 MPC озонът се усеща много добре, но след няколко минути усещането изчезва почти напълно. Това трябва да се има предвид при работа с него.

Озонът обаче осигурява и запазването на живота на Земята, т.к. Озоновият слой задържа най-вредната за живите организми и растения част от UV радиацията на Слънцето с дължина на вълната под 300 nm, заедно с CO2 поглъща инфрачервеното лъчение на Земята, предотвратявайки нейното охлаждане.

Озонът е по-разтворим от кислорода във вода. Във водата озонът се разлага много по-бързо, отколкото в газовата фаза, а наличието на примеси, особено метални йони, има изключително голям ефект върху скоростта на разлагане.

Фиг. 1. Разлагането на озона в различни видовевода при температура 20 ° C (1 - бидестилат; 2 - дестилат; 3 - чешмяна вода; 4 - филтрирана езерна вода)

Озонът се абсорбира добре от силикагел и алуминиев гел. При парциално налягане от озон, например 20 mm Hg. чл., и при 0 ° C силикагелът абсорбира около 0,19% озон от теглото. В ниски температуриадсорбцията е значително намалена. В адсорбирано състояние озонът е много стабилен. Йонизационният потенциал на озона е 12,8 eV.

Химични свойства на озона

Те се различават по две основни характеристики - нестабилност и окислителна способност. Смесен с въздух в малки концентрации, той се разлага сравнително бавно, но с повишаване на температурата разлагането му се ускорява и става много бързо при температури над 100°C.

Наличието на NO2, Cl във въздуха, както и каталитичният ефект на металните оксиди – сребро, мед, желязо, манган – ускоряват разграждането на озона. Озонът има толкова силни окислителни свойства, защото един от кислородните атоми много лесно се отделя от молекулата му. Лесно преминава в кислород.

Озонът окислява повечето метали при обикновени температури. Киселинните водни разтвори на озона са доста стабилни; в алкалните разтвори озонът бързо се разрушава. Металите с променлива валентност (Mn, Co, Fe и др.), много оксиди, пероксиди и хидроксиди ефективно унищожават озона. Мнозинство метални повърхностипокрита с оксиден филм в най-високото валентно състояние на метала (например PbO2, AgO или Ag2O3, HgO).

Озонът окислява всички метали, с изключение на златото и металите от платиновата група, реагира с повечето други елементи, разлага халогеноводородите (с изключение на HF), превръща по-ниските оксиди в по-високи и т.н.

Не окислява злато, платина, иридий, 75%Fe + 25%Cr сплав. Той преобразува черен оловен сулфид PbS в бял сулфат PbSO4, арсенов анхидрид As2O3 в арсен As2O5 и др.

Реакцията на озона с метални йони с променлива валентност (Mn, Cr и Co) в последните годининаходки практическа употребаза синтеза на междинни продукти за багрила, витамин РР (изоникотинова киселина) и др. Смеси от манганови и хромови соли в кисел разтвор, съдържащ окисляващо се съединение (например метилпиридини), се окисляват от озон. В този случай йони Cr3+ преминават в Cr6+ и окисляват метилпиридините само при метилови групи. При липса на метални соли се разрушава предимно ароматното ядро.

Озонът също реагира с много газове, които присъстват в атмосферата. Сероводородът H2S, когато се комбинира с озон, отделя свободна сяра, серният анхидрид SO2 се превръща в серен SO3; азотен оксид N2O - в NO, азотният оксид NO бързо се окислява до NO2, от своя страна NO2 също реагира с озона и в крайна сметка се образува N2O5; амоняк NH3 - в азотна амониева сол NH4NO3.

Една от най-важните реакции на озона с неорганични вещества- разлагане на калиев йодид. Тази реакция се използва широко за количествено определяне на озона.

В някои случаи озонът реагира и с твърди вещества, образувайки озониди. Изолирани озониди алкални метали, алкалоземни метали: стронций, барий, като температурата на тяхното стабилизиране се повишава в посочените серии; Ca(O3) 2 е стабилен при 238 K, Ba(O3) 2 при 273 K. Озонидите се разлагат, за да образуват суперпероксид, например NaO3 -> NaO2 + 1/2O2. Различни озониди също се образуват при реакциите на озона с органични съединения.

Озонът окислява множество органични вещества, наситени, ненаситени и циклични въглеводороди. Публикувани са много трудове за изследване на състава на продуктите на озоновата реакция с различни ароматни въглеводороди: бензол, ксилени, нафталин, фенантрен, антрацен, бензантрацен, дифениламин, хинолин, акрилна киселинаи др. Избелва индиго и много други органични багрила, поради което се използва дори за избелване на тъкани.

Скоростта на реакцията на озона с двойна C=C връзка е 100 000 пъти по-бърза от скоростта на реакцията на озона с единична C-C връзка. Следователно каучукът и каучукът са предимно засегнати от озона. Озонът реагира с двойната връзка, за да образува междинен комплекс:

Тази реакция протича доста бързо вече при температури под 0°C. В случай на наситени съединения, озонът е инициатор на обичайната реакция на окисление:

Интересно е взаимодействието на озона с някои органични багрила, които силно флуоресцират в присъствието на озон във въздуха. Това са например ейхрозин, рибофлавин и луминол (триаминофталхидразид), и особено родамин-В и подобен на него родамин-С.

Високо окислителни свойстваозон, унищожаване на органични вещества и окисляване на метали (особено желязо) до неразтворима форма, способност за разлагане на водоразтворими газообразни съединения, насищане на водни разтвори с кислород, ниска устойчивост на озона във водата и самоунищожаване на опасните му свойства за хората - всичко това заедно прави озона най-привлекателното вещество за приготвяне на битова вода и пречистване на различни отпадъчни води.

Синтез на озон

Озонът се образува в газообразна среда, съдържаща кислород, ако възникнат условия, при които кислородът се дисоциира на атоми. Това е възможно при всички форми на електрически разряд: свечение, дъга, искра, корона, повърхност, бариера, безелектродна и др. Основната причина за дисоциацията е сблъсъкът на молекулярен кислород с електрони, ускорени в електрическо поле.

В допълнение към разряда, кислородната дисоциация се причинява от UV лъчение с дължина на вълната по-малко от 240 nm и различни високоенергийни частици: алфа, бета, гама частици, рентгенови лъчии т.н. Озонът се произвежда и чрез електролиза на вода.

В почти всички източници на образуване на озон има група реакции, в резултат на които озонът се разлага. Те пречат на образуването на озон, но те наистина съществуват и трябва да се вземат предвид. Това включва термично разлагане в обема и по стените на реактора, неговите реакции с радикали и възбудени частици, реакции с добавки и примеси, които могат да влязат в контакт с кислород и озон.

Пълният механизъм се състои от значителен брой реакции. Истинските инсталации, независимо на какъв принцип работят, показват високи енергийни разходи за производство на озон. Ефективността на генератора на озон зависи от това каква - пълна или активна - мощност се изчислява на единица маса от генерирания озон.

бариерно изпускане

Бариерен разряд се разбира като разряд, който възниква между два диелектрика или диелектрик и метал. Поради факта, че електрическата верига е разкъсана от диелектрик, се подава само захранване променлив ток. За първи път озонатор, близък до съвременните, е предложен през 1897 г. от Siemens.

При ниска мощност озонизаторът не може да се охлади, тъй като отделената топлина се отвежда с потока на кислород и озон. В промишленото производство озонът се синтезира и в дъгови озонатори (плазмени факли), в генератори на светещ озон (лазери) и повърхностни разряди.

Фотохимичен метод

По-голямата част от произвеждания на Земята озон се произвежда в природата чрез фотохимични процеси. В практическата човешка дейност методите на фотохимичен синтез играят по-малка роля от синтезите при бариерен разряд. Основната област на тяхното използване е получаването на средни и ниски концентрации на озон. Такива концентрации на озон са необходими, например, при изпитване на каучукови изделия за устойчивост на напукване под действието на атмосферния озон. На практика за производството на озон по този метод се използват живачни и ксенонови ексимерни лампи.

Метод на електролитен синтез

Първото споменаване за образуването на озон в електролитните процеси датира от 1907 г. Механизмът на образуването му обаче остава неясен досега.

Обикновено като електролит се използват водни разтвори на перхлорна или сярна киселина, електродите са изработени от платина. Използването на киселини, обозначени с O18, показва, че те не отделят кислорода си по време на образуването на озон. Следователно, брутната схема трябва да отчита само разлагането на водата:

H2O + O2 -> O3 + 2H+ + e-

с възможно междинно образуване на йони или радикали.

Образуването на озон под действието на йонизиращо лъчение

Озонът се образува в редица процеси, придружени от възбуждане на кислородна молекула от светлина или електрическо поле. При облъчване на кислорода с йонизиращо лъчение могат да се появят и възбудени молекули и се наблюдава образуване на озон. Образуването на озон под действието на йонизиращо лъчение все още не е използвано за синтеза на озон.

Образуване на озон в микровълновото поле

При преминаване на кислородна струя през микровълновото поле се наблюдава образуването на озон. Този процес е малко проучен, въпреки че генераторите, базирани на това явление, често се използват в лабораторната практика.

Използването на озона в ежедневието и въздействието му върху хората

Озониране на вода, въздух и други вещества

Озонираната вода не съдържа токсични халометани - типични примеси за стерилизация на водата с хлор. Процесът на озониране се извършва в барботиращи вани или смесители, в които пречистената от суспензии вода се смесва с озониран въздух или кислород. Недостатъкът на процеса е бързото разрушаване на O3 във вода (период на полуразпад 15-30 минути).

Озонирането се използва и в Хранително-вкусовата промишленостза стерилизация на хладилници, складове, премахване на неприятна миризма; в медицинската практика - за дезинфекция на открити рани и лечение на някои хронични заболявания (трофични язви, гъбични заболявания), озониране на венозна кръв, физиологични разтвори.

Съвременните озонатори, при които озонът се произвежда чрез електрически разряд във въздуха или в кислород, се състоят от генератори на озон и източници на енергия и са интегрална частозонаторни инсталации, включително, в допълнение към озонаторите, спомагателни устройства.

Понастоящем озонът е газът, използван в така наречените озонови технологии: пречистване и подготовка пия вода, почистване Отпадъчни води(битови и промишлени отпадни води), отпадъчни газове и др.

В зависимост от технологията на използване на озона, производителността на озоногенератора може да бъде от фракции от грам до десетки килограми озон на час. За газова стерилизация на медицински инструменти и дребно оборудване се използват специални озонатори. Стерилизацията се извършва в изкуствено навлажнена озоно-кислородна среда, която запълва стерилизационната камера. Цикълът на стерилизация се състои от етапа на замяна на въздуха в стерилизационната камера с навлажнена озон-кислородна смес, етапа на стерилизационно излагане и етапа на замяна на озоно-кислородната смес в камерата с микробиологично пречистен въздух.

Озонизаторите, използвани в медицината за озонотерапия, имат широк диапазон на регулиране на концентрацията на озон-кислородната смес. Гарантираната точност на генерираната концентрация на озон-кислородната смес се контролира от системата за автоматизация на озонатора и се поддържа автоматично.

Биологичният ефект на озона

Биологичният ефект на озона зависи от начина на неговото приложение, дозата и концентрацията. Много от неговите ефекти се появяват в различна степен в различни концентрационни диапазони. Основата на терапевтичния ефект на озонотерапията е използването на озоно-кислородни смеси. Високият редокс потенциал на озона предизвиква системен (възстановяване на кислородната хомеостаза) и локален (изразен дезинфектант) терапевтичен ефект.

За първи път озон антисептике използван от A. Wolff през 1915 г. за лечение на инфектирани рани. През последните години озонотерапията се използва успешно в почти всички области на медицината: в спешна и гнойна хирургия, обща и инфекциозна терапия, гинекология, урология, гастроентерология, дерматология, козметология и др. Използването на озона се дължи на неговия уникален спектър. на въздействие върху организма, вкл. имуномодулиращо, противовъзпалително, бактерицидно, антивирусно, фунгицидно и др.

Въпреки това, не може да се отрече, че методите за използване на озона в медицината, въпреки очевидните предимства в много биологични показатели, все още не са широко използвани. Според литературни данни, високите концентрации на озон са абсолютно бактерицидни за почти всички щамове микроорганизми. Поради това озонът се използва в клиничната практика като универсален антисептик при саниране на инфекциозни и възпалителни огнища с различна етиология и локализация.

В литературата има данни за повишена ефективностантисептични препарати след тяхното озониране при лечение на остри гнойни хирургични заболявания.

Заключения относно битовата употреба на озона

На първо място, необходимо е безусловно да се потвърди фактът на използването на озона в лечебната практика в много области на медицината, като терапевтично и дезинфекционно средство, но все още не може да се говори за широкото му използване.

Озонът се възприема от човек с най-малко странични ефекти. алергични прояви. И дори ако в литературата може да се намери споменаване за индивидуална непоносимост към O3, тогава тези случаи не могат да се сравняват, например, с хлор-съдържащи и други халогенирани антибактериални лекарства.

Озонът е триатомен кислород и е най-екологичният. Кой не познава нейната миризма на „свежест” – в горещите летни дни след гръмотевична буря?! Неговото постоянно присъствие в земната атмосфера се усеща от всеки жив организъм.

Ревюто е базирано на материали от интернет.

Озонът е газ. За разлика от много други, той не е прозрачен, но го има характерен цвяти дори мирише. Той присъства в нашата атмосфера и е един от най-важните й компоненти. Каква е плътността на озона, неговата маса и други свойства? Каква е ролята му в живота на планетата?

син газ

В химията озонът няма отделно място в периодичната таблица. Това е така, защото не е елемент. Озонът е алотропна модификация или вариация на кислорода. Както в O2, неговата молекула се състои само от кислородни атоми, но има не два, а три. Следователно то химична формулаприлича на O3.

Озонът е газ син цвят. Има отчетлива остра миризма, напомняща на хлор, ако концентрацията е твърде висока. Спомняте ли си миризмата на свежест в дъжда? Това е озон. Благодарение на това свойство той получи името си, тъй като от древногръцкия език „озон“ е „миризма“.

Газовата молекула е полярна, атомите в нея са свързани под ъгъл от 116,78°. Озонът се образува, когато свободен кислороден атом е прикрепен към молекула O2. Това се случва по време на различни реакции, например окисляване на фосфор, електрически разряд или разлагане на пероксиди, по време на които се отделят кислородни атоми.

Свойства на озона

При нормални условия озонът съществува с молекулно тегло от почти 48 g/mol. Той е диамагнитен, тоест не може да бъде привлечен от магнит, точно както среброто, златото или азота. Плътността на озона е 2,1445 g/dm³.

В твърдо състояние озонът придобива синкаво-черен цвят, в течно състояние - цвят индиго, близък до виолетов. Точката на кипене е 111,8 градуса по Целзий. При температура от нула градуса се разтваря във вода (само в чиста вода) десет пъти по-добре от кислорода. Смесва се добре с азот, флуор, аргон и при определени условия с кислород.

Под действието на редица катализатори той лесно се окислява, като същевременно се отделят свободни кислородни атоми. Свързвайки се с него, той веднага се запалва. Веществото е в състояние да окислява почти всички метали. Само платината и златото не се поддават на действието му. Унищожава различни органични и ароматни съединения. При контакт с амоняк образува амониев нитрит, разрушава двойните въглеродни връзки.

Присъствайки в атмосферата във високи концентрации, озонът спонтанно се разлага. В този случай се отделя топлина и се образува молекула O2. Колкото по-висока е неговата концентрация, толкова по-силна е реакцията на отделяне на топлина. Когато съдържанието на озон е повече от 10%, това е придружено от експлозия. С повишаване на температурата и понижаване на налягането или при контакт с органични вещества, разлагането на O3 става по-бързо.

История на откритията

В химията озонът е бил известен едва през 18 век. Открит е през 1785 г. благодарение на миризмата, която физикът Ван Марум чу до работеща електростатична машина. Още 50 години по-късно не се появява по никакъв начин в научни експерименти и изследвания.

Ученият Кристиан Шьонбайн изследва окисляването на белия фосфор през 1840 г. По време на експериментите той успява да изолира неизвестно вещество, което нарича „озон“. Химикът се захваща с изследването на неговите свойства и описва методи за получаване на новооткрития газ.

Скоро към изследването на веществото се присъединиха и други учени. Известният физик Никола Тесла дори построява първия в историята.Промишленото използване на O3 започва в края на 19 век с появата на първите инсталации за снабдяване с питейна вода в домовете. Веществото е използвано за дезинфекция.

Озон в атмосферата

Нашата Земя е заобиколена от невидима въздушна обвивка - атмосферата. Без него животът на планетата би бил невъзможен. Компоненти атмосферен въздух: кислород, озон, азот, водород, метан и други газове.

Озонът не съществува сам по себе си и се появява само в резултат на химична реакция. Близо до повърхността на Земята се образува поради електрически разряди на мълния по време на гръмотевична буря. По неестествен начин се появява поради емисиите на отработени газове от автомобили, фабрики, бензинови изпарения и действието на ТЕЦ.

Озонът в долните слоеве на атмосферата се нарича повърхностен или тропосферен. Има и стратосферен. Възниква под влияние ултравиолетова радиацияидващи от Слънцето. Образува се на разстояние 19-20 километра над повърхността на планетата и се простира на височина 25-30 километра.

Стратосферният O3 образува озоновия слой на планетата, който я предпазва от мощна слънчева радиация. Той абсорбира приблизително 98% от ултравиолетовото лъчение с дължина на вълната, достатъчна да причини рак и изгаряния.

Употреба на вещества

Озонът е отличен окислител и разрушител. Това свойство отдавна се използва за пречистване на питейната вода. Веществото има пагубен ефект върху бактериите и вирусите, които са опасни за хората, а когато се окислява, то самото се превръща в безвреден кислород.

Може да убие дори устойчиви на хлор организми. Освен това се използва за пречистване на отпадъчни води от вредни за заобикаляща средапетролни продукти, сулфиди, феноли и др. Подобни практики са често срещани главно в Съединените щати и някои европейски страни.

Озонът се използва в медицината за дезинфекция на инструменти, в промишлеността се използва за избелване на хартия, пречистване на масла, получаване различни вещества. Използването на O3 за пречистване на въздуха, водата и помещенията се нарича озониране.

Озон и човек

Въпреки всичките си полезни свойства, озонът може да бъде опасен за хората. Ако във въздуха има повече газ, отколкото човек може да понесе, отравянето не може да бъде избегнато. В Русия е допустима ставкае 0,1 μg / l.

При превишаване на тази граница се появяват типични признаци на химическо отравяне, като напр главоболие, дразнене на лигавиците, световъртеж. Озонът намалява устойчивостта на организма към инфекции, предавани през дихателните пътища, а също така намалява кръвното налягане. При концентрации на газ над 8-9 μg / l е възможен белодробен оток и дори смърт.

В същото време е доста лесно да разпознаете озона във въздуха. Миризмата на "свежест", хлор или "раци" (както твърди Менделеев) се чува ясно дори при ниско съдържание на веществото.

По-долу ще се спрем на получаването на кислород от въздуха, но засега ще влезем в помещението, където работят електродвигателите и в което нарочно изключихме вентилацията.

Сами по себе си тези двигатели не могат да служат като източник на замърсяване на въздуха, тъй като не консумират нищо от въздуха и не изпускат нищо във въздуха. При дишане тук обаче се усеща известно дразнене в гърлото. Какво се случи с въздуха, който беше чист преди двигателите да стартират?

В това помещение работят така наречените колекторни двигатели. На подвижните контакти на двигателя - ламели - често се образува искра. При искра при висока температура молекулите на кислорода се комбинират една с друга, образувайки озон (O 3).

Молекулата на кислорода се състои от 2 атома, които винаги проявяват две валентности (0 = 0).

Как да си представим структурата на молекулата на озона? Валентността на кислорода не може да се промени: кислородните атоми в озона също трябва да имат двойна връзка. Следователно молекулата на озона обикновено се изобразява като триъгълник, в ъглите на който има 3 кислородни атома.

озон- газ със синкав цвят с остра специфична миризма. Образуването на озон от кислород става при голямо поглъщане на топлина.

Думата "озон" е взета от гръцкото "allos" - друг и "tropos" - завъртане и означава образуване. прости веществаот същия елемент.

Озонът е алотропна модификация на кислорода. Това е проста субстанция. Неговата молекула се състои от 3 кислородни атома. В технологията озонът се произвежда в специални устройства, наречени озонатори.

В тези устройства кислородът се пропуска през тръба, в която е поставен електрод, свързан към източник на ток с високо напрежение. Вторият електрод е тел, навит от външната страна на тръбата. Между електродите се създава електрически разряд, в който от кислород се образува озон. Кислородът, напускащ озонатора, съдържа около 15 процента озон.

Озонът се образува и когато кислородът е изложен на лъчите на радиоактивния елемент радий или силен поток от ултравиолетови лъчи. Излъчват кварцови лампи, които се използват широко в медицината ултравиолетови лъчи. Ето защо в стаята, където работех дълго време кварцова лампавъздухът става задушаващ.

Озонът може да се получи и по химичен път - чрез действието на концентрирана сярна киселина върху калиев перманганат или чрез окисляване на мокър фосфор.

Молекулите на озона са много нестабилни и лесно се разлагат, за да образуват молекулен и атомен кислород (О 3 = O 2 + O). Тъй като атомарният кислород окислява различни съединения изключително лесно, озонът е силен окислител. При стайна температура лесно окислява живака и среброто, които са доста стабилни в кислородна атмосфера.

Под въздействието на озона органичните багрила се обезцветяват, а гумените изделия се разрушават, губят еластичността си и се напукват при леко компресиране.

Горими вещества като етер, алкохол, светлинен газ се запалват при контакт със силно озониран въздух. Памучната вата, през която преминава озониран въздух, също се запалва.

Силните окислителни свойства на озона се използват за дезинфекция на въздуха и водата. Озонираният въздух, преминаващ през водата, унищожава патогенните бактерии в нея и донякъде подобрява нейния вкус и цвят.

Озонирането на въздуха с цел унищожаване на вредните бактерии не се използва широко, тъй като за ефективно пречистване на въздуха е необходима значителна концентрация на озон, а при висока концентрация е вреден за човешкото здраве - причинява тежко задушаване.

В малки концентрации озонът е дори приятен. Това се случва например след гръмотевична буря, когато от кислорода на въздуха се образува озон в огромна електрическа искра от мигаща мълния, която постепенно се разпространява в атмосферата, причинявайки леко, приятно усещане при дишане. Същото преживяваме и в гората, особено в гъста борова гора, където под въздействието на кислород различни органични смоли се окисляват с отделяне на озон. Терпентин, който е част от смолата иглолистно дърво, окислява се особено лесно. Ето защо в иглолистни гориВъздухът винаги съдържа известно количество озон.

В здрав човеквъздухът на борова гора предизвиква приятно усещане. А за човек с болни бели дробове този въздух е полезен и необходим за лечение. Съветската държава използва богатите борови гори в различни региони на страната ни и създава там лечебни санаториуми.

Озонът (Oz) е безцветен газ с дразнеща, остра миризма. Молекулно тегло 48 g/mol, плътност спрямо въздуха 1,657 kg/m. Концентрацията на озон във въздуха на прага на миризмата достига 1 mg/m. При ниски концентрации на ниво от 0,01-0,02 mg/m (5 пъти по-ниски от максимално допустимата концентрация за хората), озонът придава на въздуха характерна миризма на свежест и чистота. Така например, след гръмотевична буря, фината миризма на озон неизменно се свързва с чист въздух.

Известно е, че кислородната молекула се състои от 2 атома: 0 2 . При определени условия една кислородна молекула може да се дисоциира, т.е. се разпада на 2 отделни атома. В природата тези условия са: създадени по време на гръмотевична буря по време на разряди на атмосферно електричество и в горни слоевеатмосфера, под въздействието на ултравиолетовото лъчение от слънцето (озоновия слой на Земята). Въпреки това, кислородният атом не може да съществува отделно и има тенденция да се прегрупира. В хода на такова пренареждане се образуват 3-атомни молекули.

Молекула, състояща се от 3 кислородни атома, наречена озон или активиран кислород, е алотропна модификациякислород и има молекулярна формула 0 3 (d = 1,28 A, q = 11,6,5°).

Трябва да се отбележи, че връзката на третия атом в молекулата на озона е относително слаба, което причинява нестабилността на молекулата като цяло и нейната склонност към саморазпадане. Именно поради това свойство озонът е силен окислител и изключително ефективен дезинфектант.

Озонът е широко разпространен в природата. Винаги се образува във въздуха по време на гръмотевична буря поради атмосферно електричество, както и под въздействието на късовълнова радиация и бързи потоци от частици при естествения разпад на радиоактивните вещества в ядрени реакции, космическа радиация и др. Образуването на озон се получава и при изпаряване на вода от големи повърхности, особено при топенето на снега, окисляването на смолисти вещества и фотохимичното окисление на ненаситени въглеводороди и алкохоли. Повишеното образуване на озон във въздуха на иглолистните гори и на морския бряг се обяснява с окисляването на дървесната смола и водораслите. Така наречената озоносфера, която се образува в горните слоеве на атмосферата, е защитен слойземна биосфера поради факта, че озонът интензивно абсорбира биологично активното UV лъчение на слънцето (с дължина на вълната под 290 nm).

Озонът се внася в повърхностния слой на атмосферата от долната стратосфера. Концентрацията на озон в атмосферата варира от 0,08-0,12 mg/m. Въпреки това, преди узряването на купести облаци, йонизацията на атмосферата се увеличава, в резултат на което образуването на озон се увеличава значително, концентрацията му във въздуха може да надвиши 1,3 mg/m3.

Озонът е силно активна, алотропна форма на кислород. Образуването на озон от кислорода се изразява с уравнението

3O2 \u003d 20 3 - 285 kJ / mol, (1)

от което следва, че стандартната енталпия на образуване на озон е положителна и е равна на 142,5 kJ/mol. Освен това, както показват коефициентите на уравнението, в хода на тази реакция се получават две молекули от три газови молекули, т.е. ентропията на системата намалява. В резултат на това стандартното отклонение на енергията на Гибс в разглежданата реакция също е положително (163 kJ/mol). По този начин реакцията на превръщане на кислорода в озон не може да протече спонтанно, за осъществяването й е необходима енергия. Обратната реакция - разпадането на озона протича спонтанно, тъй като по време на този процес енергията на Гибс на системата намалява. С други думи, озонът е нестабилно вещество, което бързо се рекомбинира, превръщайки се в молекулен кислород:

20z = 302 + 285 kJ/mol. (2)

Скоростта на реакцията зависи от температурата, налягането на сместа и концентрацията на озон в нея. При нормална температура и налягане реакцията протича бавно; при повишени температури разлагането на озона се ускорява. При ниски концентрации (без чужди примеси) при нормални условия озонът се разлага доста бавно. С повишаване на температурата до 100°C или повече скоростта на разлагане се увеличава значително. Механизмът на разпадането на озона, който включва хомогенни и хетерогенни системи, е доста сложен и зависи от външни условия.

Основните физични свойства на озона са представени в таблица 1.

Познаването на физичните свойства на озона е необходимо за правилното му използване в технологични процеси в неексплозивни концентрации, за синтеза и разлагането на озона в оптимални безопасни режими и за оценка на неговата активност в различни среди.

Свойствата на озона се характеризират с неговата активност към лъчения с различен спектрален състав. Озонът интензивно абсорбира микровълновата, инфрачервената и ултравиолетовата радиация.

Озонът е химически агресивен и лесно влиза в химични реакции. Реагирайки с органични вещества, той предизвиква различни окислителни реакции при относително ниска температура. Това по-специално се основава на бактерицидния ефект на озона, който се използва за дезинфекция на вода. Окислителните процеси, инициирани от озона, често са верижни.

Химическата активност на озона се дължи в по-голяма степен на факта, че дисоциацията на молекулата

0 3 ->0 2 + O (3)

изисква разход на енергия малко повече от 1 eV. Озонът лесно дарява кислороден атом, който е силно активен. В някои случаи молекулата на озона може напълно да се прикрепи към органични молекули, образувайки нестабилни съединения, които лесно се разлагат под въздействието на температура или светлина, за да образуват различни кислород-съдържащи съединения.

Голям брой изследвания са посветени на реакциите на озона с органични вещества, в които е доказано, че озонът допринася за участието на кислорода в окислителните процеси, че някои реакции на окисление започват при по-ниски температури, когато реагентите се третират с озониран кислород .

Озонът реагира активно с ароматни съединения; в този случай реакцията може да протече както с, така и без разрушаване на ароматното ядро.

При реакциите на озона с натрий, калий, рубидий, цезий, които преминават през междинен нестабилен комплекс M + Oˉ H + O3ˉ, последван от реакция с озон, се образуват озониди. Йонът Оˉ 3 може да се образува и при реакции с органични съединения.

За промишлени цели озонът се получава чрез обработка на атмосферен въздух или кислород в специални устройства - озонатори. Разработени са проекти на озонатори, работещи с повишена честота на тока (500-2000 Hz) и озонатори с каскаден разряд, които не изискват предварителна подготовка на въздуха (почистване, сушене) и охлаждане на електрода. Енергийният добив на озон в тях достига 20–40 g/kWh.

Предимството на озона в сравнение с другите окислители е, че озонът може да се получи на мястото на консумация от атмосферен кислород, което не изисква доставка на реагенти, суровини и др. Производството на озон не е съпроводено с отделяне на кумулативна вредни вещества. Озонът се неутрализира лесно. Цената на озона е сравнително ниска.

От всички известни окислители само кислородът и ограничен набор от пероксидни съединения участват в естествените биопроцеси.

Каква е формулата за озон? Нека се опитаме заедно да идентифицираме отличителните характеристики на този химикал.

Алотропна модификация на кислорода

Молекулна формула на озона в химията O 3 . Относителното му молекулно тегло е 48. В състава на съединението има три атома О. Тъй като формулата на кислорода и озона включва едни и същи химичен елемент, в химията те се наричат ​​алотропни модификации.

Физически свойства

При нормални условия химичната формула на озона е газообразно вещество със специфична миризма и светлосин цвят. В природата, дадено химично съединениеможе да се усети по време на разходка след гръмотевична буря през борова гора. Тъй като формулата на озона е O3, той е 1,5 пъти по-тежък от кислорода. В сравнение с O 2, разтворимостта на озона е много по-висока. При нулева температура 49 обема от него се разтварят лесно в 100 обема вода. В малки концентрации веществото няма свойството на токсичност, озонът е отрова само в значителни обеми. Максимално допустимата концентрация се счита за 5% от количеството на O 3 във въздуха. При силно охлаждане той лесно се втечнява, а когато температурата падне до -192 градуса, става твърд.

В природата

Молекулата на озона, чиято формула беше представена по-горе, се образува в природата по време на светкавично изхвърляне от кислород. В допълнение, O 3 се образува по време на окисляването на иглолистната смола, унищожава вредните микроорганизми и се счита за полезен за хората.

Получаване в лабораторията

Как можете да получите озон? Вещество, чиято формула е O 3, се образува чрез преминаване на електрически разряд през сух кислород. Процесът се извършва в специално устройство - озонатор. Тя се основава на две стъклени тръби, които се вмъкват една в друга. Вътре има метален прът, отвън има спирала. След свързване към намотка с високо напрежение се получава разряд между външната и вътрешната тръба и кислородът се превръща в озон. Елемент, чиято формула е представена като съединение с ковалентна полярна връзка, потвърждава алотропията на кислорода.

Процесът на превръщане на кислорода в озон е ендотермична реакция, която включва значителни енергийни разходи. Поради обратимостта на тази трансформация се наблюдава разлагане на озона, което е придружено от намаляване на енергията на системата.

Химични свойства

Формулата за озона обяснява неговата окислителна сила. Той е в състояние да взаимодейства с различни веществадокато губят кислороден атом. Например, при реакция с калиев йодид във водна среда се отделя кислород и се образува свободен йод.

Молекулната формула на озона обяснява способността му да реагира с почти всички метали. Изключение правят златото и платината. Например, след преминаване на метално сребро през озон, се наблюдава неговото почерняване (образува се оксид). Под действието на този силен окислител се наблюдава разрушаване на каучука.

В стратосферата озонът се образува поради действието на UV радиация от Слънцето, образувайки озонов слой. Тази обвивка предпазва повърхността на планетата от отрицателно въздействиеслънчева радиация.

Биологичен ефект върху тялото

Повишената окислителна сила на това газообразно вещество, образуването на свободни кислородни радикали показват неговата опасност за човешкото тяло. Каква вреда може да причини озонът на човек? Уврежда и дразни тъканите на дихателните органи.

Озонът действа върху холестерола, съдържащ се в кръвта, причинявайки атеросклероза. При дълъг престой на човек в среда, която съдържа повишена концентрация на озон, се развива мъжкото безплодие.

У нас този окислител принадлежи към първия (опасен) клас вредни вещества. Средната му дневна ПДК не трябва да надвишава 0,03 mg на кубичен метър.

Токсичността на озона, възможността за неговото използване за унищожаване на бактерии и плесени, се използва активно за дезинфекция. Стратосферният озон е прекрасен защитен екранземен живот от ултравиолетова радиация.

За ползите и вредите от озона

Това вещество се намира в два слоя на земната атмосфера. Тропосферният озон е опасен за живите същества, има отрицателен ефект върху посевите, дърветата и е компонент на градския смог. Стратосферният озон носи известна полза на човек. Разлагането му във воден разтвор зависи от pH, температурата и качеството на средата. В медицинската практика се използва озонирана вода с различни концентрации. Озонотерапията включва директен контакт на това вещество с човешкото тяло. Тази техника е използвана за първи път през деветнадесети век. Американски учени анализираха способността на озона да окислява вредните микроорганизми и препоръчаха на лекарите да използват това вещество при лечението на настинки.

У нас озонотерапията започва да се прилага едва в края на миналия век. AT терапевтични целитози окислител проявява характеристиките на силен биорегулатор, който е в състояние да повиши ефективността на традиционните методи, както и да се докаже като ефективен независим агент. След развитието на технологията за озонотерапия, лекарите имат възможност да се справят ефективно с много заболявания. В неврологията, стоматологията, гинекологията, терапията специалистите използват това вещество за борба с различни инфекции. Озонотерапията се характеризира с простотата на метода, неговата ефективност, отлична поносимост, липса на странични ефекти, ниска цена.

Заключение

Озонът е силен окислител, способен да се бори с вредните микроби. Това свойство се използва широко в съвременната медицина. В домашната терапия озонът се използва като противовъзпалително, имуномодулиращо, антивирусно, бактерицидно, антистресово, цитостатично средство. Благодарение на способността си да възстановява нарушенията в кислородния метаболизъм, той му дава отлични възможности за терапевтична и профилактична медицина.

Сред иновативните методи, базирани на окислителната способност на това съединение, ние отделяме интрамускулно, интравенозно, подкожно приложение на това вещество. Например, лечението на рани от залежаване, гъбични кожни лезии, изгаряния със смес от кислород и озон е признато за ефективна техника.

При високи концентрации озонът може да се използва като хемостатично средство. При ниски концентрации подпомага възстановяването, заздравяването, епителизирането. Това вещество, разтворено във физиологичен разтвор, е отлично средство за рехабилитация на челюстта. В съвременната европейска медицина широко използванеполучи лека и голяма автохемотерапия. И двата метода са свързани с въвеждането на озон в тялото, като се използва неговата окислителна способност.

В случай на голяма автохемотерапия във вената на пациента се инжектира озонов разтвор с определена концентрация. Малката автохемотерапия се характеризира с интрамускулно инжектиране на озонирана кръв. В допълнение към медицината, този силен окислител е търсен в химическото производство.