Ozono nella designazione della tavola periodica. Ozono così diverso: cinque fatti su un gas che può salvare e uccidere

OZONO O3 (dal greco odore di ozono) è una modificazione allotropica dell'ossigeno che può esistere in tutti e tre gli stati di aggregazione. L'ozono è un composto instabile, e anche quando temperatura ambiente si decompone lentamente in ossigeno molecolare, ma l'ozono non è un radicale.

Proprietà fisiche

Peso molecolare = 47,9982 g/mol. L'ozono gassoso ha una densità di 2.144 10-3 g/cm3 ad una pressione di 1 atm e 29°C.

L'ozono è una sostanza speciale. È estremamente instabile e, con l'aumentare della concentrazione, si sproporziona facilmente secondo schema generale: 2O3 -\u003e 3O2 In forma gassosa, l'ozono ha una sfumatura bluastra, evidente quando il contenuto di ozono nell'aria è del 15-20%.

L'ozono in condizioni normali è un gas dall'odore pungente. A concentrazioni molto basse, l'odore di ozono è percepito come una piacevole freschezza, ma con l'aumentare della concentrazione diventa sgradevole. L'odore della biancheria congelata è l'odore dell'ozono. È facile abituarsi.

La sua quantità principale è concentrata nella cosiddetta "cintura dell'ozono" ad un'altitudine di 15-30 km. Alla superficie della terra, la concentrazione di ozono è molto minore e assolutamente sicura per gli esseri viventi; c'è persino un'opinione secondo cui la sua completa assenza influisca negativamente anche sulle prestazioni di una persona.

A concentrazioni di circa 10 MPC, l'ozono si sente molto bene, ma dopo pochi minuti la sensazione scompare quasi completamente. Questo deve essere tenuto a mente quando si lavora con esso.

Tuttavia, l'ozono garantisce anche la conservazione della vita sulla Terra, perché. Lo strato di ozono trattiene la parte più dannosa per gli organismi viventi e le piante della radiazione UV del Sole con lunghezza d'onda inferiore a 300 nm, insieme alla CO2 assorbe la radiazione infrarossa della Terra, impedendone il raffreddamento.

L'ozono è più solubile dell'ossigeno nell'acqua. Nell'acqua, l'ozono si decompone molto più velocemente che nella fase gassosa e la presenza di impurità, in particolare di ioni metallici, ha un effetto eccezionalmente ampio sul tasso di decomposizione.

Fig. 1. La decomposizione dell'ozono in vari tipi acqua alla temperatura di 20°C (1 - bidistillato; 2 - distillato; 3 - acqua del rubinetto; 4 - acqua di lago filtrata)

L'ozono è ben assorbito dal gel di silice e dal gel di allumina. Ad una pressione parziale di ozono, ad esempio 20 mm Hg. Art., e a 0°C, il gel di silice assorbe circa lo 0,19% in peso di ozono. In basse temperature l'assorbimento è notevolmente ridotto. Nello stato adsorbito, l'ozono è molto stabile. Il potenziale di ionizzazione dell'ozono è 12,8 eV.

Proprietà chimiche dell'ozono

Si differenziano per due caratteristiche principali: instabilità e capacità ossidante. Mescolato con aria in piccole concentrazioni, si decompone in modo relativamente lento, ma all'aumentare della temperatura la sua decomposizione accelera e diventa molto rapida a temperature superiori a 100 ° C.

La presenza di NO2, Cl nell'aria, così come l'effetto catalitico degli ossidi metallici - argento, rame, ferro, manganese - accelerano la decomposizione dell'ozono. L'ozono ha proprietà ossidanti così forti perché uno degli atomi di ossigeno si stacca molto facilmente dalla sua molecola. Passa facilmente in ossigeno.

L'ozono ossida la maggior parte dei metalli a temperature normali. Le soluzioni acquose acide di ozono sono abbastanza stabili; nelle soluzioni alcaline, l'ozono viene rapidamente distrutto. I metalli a valenza variabile (Mn, Co, Fe, ecc.), molti ossidi, perossidi e idrossidi distruggono efficacemente l'ozono. Maggioranza superfici metalliche ricoperto da un film di ossido nel più alto stato di valenza del metallo (ad esempio, PbO2, AgO o Ag2O3, HgO).

L'ozono ossida tutti i metalli, ad eccezione dei metalli del gruppo dell'oro e del platino, reagisce con la maggior parte degli altri elementi, decompone gli alogenuri di idrogeno (tranne HF), converte gli ossidi inferiori in quelli superiori, ecc.

Non ossida oro, platino, iridio, lega 75%Fe + 25%Cr. Converte il solfuro di piombo nero PbS in solfato bianco PbSO4, l'anidride di arsenico As2O3 in arsenico As2O5, ecc.

La reazione dell'ozono con ioni metallici di valenza variabile (Mn, Cr e Co) in l'anno scorso trova uso pratico per la sintesi di intermedi per coloranti, vitamina PP (acido isonicotinico), ecc. Miscele di manganese e sali di cromo in una soluzione acida contenente un composto ossidabile (ad esempio metilpiridine) vengono ossidate dall'ozono. In questo caso, gli ioni Cr3+ passano in Cr6+ e ossidano le metilpiridine solo a gruppi metilici. In assenza di sali metallici, il nucleo prevalentemente aromatico viene distrutto.

L'ozono reagisce anche con molti gas presenti nell'atmosfera. L'acido solfidrico H2S, quando combinato con l'ozono, rilascia zolfo libero, l'anidride solforosa SO2 si trasforma in SO3 solforica; protossido di azoto N2O - in NO, l'ossido nitrico NO viene rapidamente ossidato a NO2, a sua volta NO2 reagisce anche con l'ozono e alla fine si forma N2O5; ammoniaca NH3 - in azoto sale di ammonio NH4NO3.

Una delle reazioni più importanti dell'ozono con sostanze inorganiche- decomposizione dello ioduro di potassio. Questa reazione è ampiamente utilizzata per la determinazione quantitativa dell'ozono.

In alcuni casi l'ozono reagisce anche con le sostanze solide, formando ozonidi. Ozonidi isolati metalli alcalini, metalli alcalino terrosi: stronzio, bario, e la temperatura della loro stabilizzazione aumenta nelle serie indicate; Ca(O3) 2 è stabile a 238 K, Ba(O3) 2 a 273 K. Gli ozonidi si decompongono per formare superperossido, ad esempio NaO3 -> NaO2 + 1/2O2. Vari ozonidi si formano anche nelle reazioni dell'ozono con composti organici.

L'ozono ossida numerose sostanze organiche, idrocarburi saturi, insaturi e ciclici. Sono stati pubblicati molti lavori sullo studio della composizione dei prodotti di reazione dell'ozono con vari idrocarburi aromatici: benzene, xileni, naftalene, fenantrene, antracene, benzantracene, difenilammina, chinolina, acido acrilico e altri Sbianca l'indaco e molti altri coloranti organici, per cui viene utilizzato anche per sbiancare i tessuti.

La velocità di reazione dell'ozono con un doppio legame C=C è 100.000 volte più veloce della velocità di reazione dell'ozono con un singolo legame Collegamento CC. Pertanto, gomme e gomme sono principalmente influenzate dall'ozono. L'ozono reagisce con il doppio legame per formare un complesso intermedio:

Questa reazione procede abbastanza rapidamente già a temperature inferiori a 0°C. Nel caso dei composti saturi, l'ozono è l'iniziatore della consueta reazione di ossidazione:

Interessante è l'interazione dell'ozono con alcuni coloranti organici, che sono fortemente fluorescenti in presenza di ozono nell'aria. Questi sono, ad esempio, eicrosina, riboflavina e luminolo (triaminoftalidrazide), e soprattutto rodamina-B e, simile ad essa, rodamina-C.

Alto proprietà ossidanti ozono, distruggendo le sostanze organiche e ossidando i metalli (soprattutto il ferro) in una forma insolubile, la capacità di decomporre i composti gassosi idrosolubili, saturare le soluzioni acquose con ossigeno, la bassa persistenza dell'ozono nell'acqua e l'autodistruzione delle sue proprietà pericolose per esseri umani - tutto questo insieme rende l'ozono la sostanza più appetibile per la preparazione dell'acqua sanitaria e il trattamento delle varie acque reflue.

Sintesi dell'ozono

L'ozono si forma in un mezzo gassoso contenente ossigeno se si verificano condizioni in cui l'ossigeno si dissocia in atomi. Questo è possibile in tutte le forme di scarica elettrica: bagliore, arco, scintilla, corona, superficie, barriera, senza elettrodo, ecc. La causa principale della dissociazione è la collisione dell'ossigeno molecolare con gli elettroni accelerati in un campo elettrico.

Oltre alla scarica, la dissociazione dell'ossigeno è causata dalla radiazione UV con una lunghezza d'onda inferiore a 240 nm e da varie particelle ad alta energia: particelle alfa, beta, gamma, Raggi X eccetera. L'ozono è prodotto anche dall'elettrolisi dell'acqua.

In quasi tutte le fonti di formazione di ozono esiste un gruppo di reazioni, a seguito delle quali l'ozono si decompone. Interferiscono con la formazione di ozono, ma esistono davvero e devono essere presi in considerazione. Ciò include la decomposizione termica nel volume e sulle pareti del reattore, le sue reazioni con i radicali e le particelle eccitate, le reazioni con additivi e impurità che possono entrare in contatto con ossigeno e ozono.

Il meccanismo completo consiste in un numero significativo di reazioni. Le installazioni reali, indipendentemente dal principio su cui lavorano, mostrano costi energetici elevati per la produzione di ozono. L'efficienza del generatore di ozono dipende da quale potenza - piena o attiva - viene calcolata per unità di massa dell'ozono generato.

scarica di barriera

Una scarica di barriera è intesa come una scarica che si verifica tra due dielettrici o un dielettrico e un metallo. A causa del fatto che il circuito elettrico è interrotto da un dielettrico, l'alimentazione viene fornita solo corrente alternata. Per la prima volta, un ozonizzatore vicino a quelli moderni fu proposto nel 1897 da Siemens.

A bassa potenza, l'ozonizzatore non può essere raffreddato, poiché il calore rilasciato viene portato via dal flusso di ossigeno e ozono. Nella produzione industriale, l'ozono viene sintetizzato anche negli ozonizzatori ad arco (torce al plasma), nei generatori di ozono a bagliore (laser) e nelle scariche superficiali.

Metodo fotochimico

La maggior parte dell'ozono prodotto sulla Terra è prodotto in natura da processi fotochimici. Nell'attività umana pratica, i metodi di sintesi fotochimica svolgono un ruolo minore rispetto alle sintesi in una scarica di barriera. L'area principale del loro utilizzo è ottenere medie e basse concentrazioni di ozono. Tali concentrazioni di ozono sono richieste, ad esempio, quando si testano prodotti in gomma per la resistenza alla fessurazione sotto l'azione dell'ozono atmosferico. In pratica, per la produzione di ozono con questo metodo, vengono utilizzate lampade allo xeno a mercurio e ad eccimeri.

Metodo di sintesi elettrolitica

La prima menzione della formazione di ozono nei processi elettrolitici risale al 1907. Tuttavia, il meccanismo della sua formazione rimane finora poco chiaro.

Di solito, come elettrolita vengono utilizzate soluzioni acquose di acido perclorico o solforico, gli elettrodi sono realizzati in platino. L'uso di acidi etichettati con O18 ha dimostrato che non rinunciano al loro ossigeno durante la formazione di ozono. Pertanto, lo schema lordo dovrebbe tenere conto solo della decomposizione dell'acqua:

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

con possibile formazione intermedia di ioni o radicali.

La formazione di ozono sotto l'azione delle radiazioni ionizzanti

L'ozono si forma in una serie di processi accompagnati dall'eccitazione di una molecola di ossigeno dalla luce o campo elettrico. Quando l'ossigeno viene irradiato con radiazioni ionizzanti, possono comparire anche molecole eccitate e si osserva la formazione di ozono. La formazione di ozono sotto l'azione delle radiazioni ionizzanti non è stata ancora utilizzata per la sintesi dell'ozono.

Formazione di ozono nel campo delle microonde

Quando un getto di ossigeno è stato fatto passare attraverso il campo delle microonde, è stata osservata la formazione di ozono. Questo processo è stato poco studiato, sebbene i generatori basati su questo fenomeno siano spesso utilizzati nella pratica di laboratorio.

L'uso dell'ozono nella vita quotidiana e il suo impatto sull'uomo

Ozonizzazione di acqua, aria e altre sostanze

L'acqua ozonizzata non contiene alometani tossici - impurità tipiche della sterilizzazione dell'acqua con cloro. Il processo di ozonizzazione viene effettuato in bagni gorgoglianti o miscelatori, in cui l'acqua purificata dalle sospensioni viene miscelata con aria ozonizzata o ossigeno. Lo svantaggio del processo è la rapida distruzione dell'O3 nell'acqua (emivita 15-30 minuti).

Viene utilizzata anche l'ozonizzazione Industria alimentare per la sterilizzazione di frigoriferi, magazzini, eliminazione di un odore sgradevole; nella pratica medica - per la disinfezione di ferite aperte e il trattamento di alcune malattie croniche (ulcere trofiche, malattie fungine), ozonizzazione del sangue venoso, soluzioni fisiologiche.

I moderni ozonizzatori, nei quali l'ozono viene prodotto per mezzo di una scarica elettrica in aria o in ossigeno, sono costituiti da generatori di ozono e fonti di alimentazione e sono parte integrale installazioni di ozonizzatori, inclusi, oltre agli ozonizzatori, dispositivi ausiliari.

L'ozono è attualmente il gas utilizzato nelle cosiddette tecnologie dell'ozono: purificazione e preparazione bevendo acqua, pulizia Acque reflue(reflui domestici e industriali), gas di scarico, ecc.

A seconda della tecnologia di utilizzo dell'ozono, la produttività del generatore di ozono può variare da frazioni di grammo a decine di chilogrammi di ozono all'ora. Speciali ozonizzatori vengono utilizzati per la sterilizzazione a gas di strumenti medici e piccole apparecchiature. La sterilizzazione viene eseguita in un ambiente ozono-ossigeno inumidito artificialmente che riempie la camera di sterilizzazione. Il ciclo di sterilizzazione consiste nella fase di sostituzione dell'aria nella camera di sterilizzazione con una miscela ozono-ossigeno inumidita, nella fase di esposizione alla sterilizzazione e nella fase di sostituzione della miscela ozono-ossigeno nella camera con aria microbiologicamente purificata.

Gli ozonizzatori utilizzati in medicina per l'ozonoterapia hanno un'ampia gamma di regolazione della concentrazione della miscela ozono-ossigeno. La precisione garantita della concentrazione generata della miscela ozono-ossigeno è controllata dal sistema di automazione dell'ozonizzatore e viene mantenuta automaticamente.

L'effetto biologico dell'ozono

L'effetto biologico dell'ozono dipende dal metodo di applicazione, dose e concentrazione. Molti dei suoi effetti appaiono a vari livelli in diversi intervalli di concentrazione. La base dell'effetto terapeutico dell'ozonoterapia è l'uso di miscele di ozono e ossigeno. L'alto potenziale redox dell'ozono provoca il suo effetto terapeutico sistemico (ripristino dell'omeostasi dell'ossigeno) e locale (pronunciato disinfettante).

Per la prima volta, l'ozono antisetticoè stato utilizzato da A. Wolff nel 1915 per il trattamento di ferite infette. Negli ultimi anni, l'ozonoterapia è stata utilizzata con successo in quasi tutti i settori della medicina: in chirurgia d'urgenza e purulenta, terapia generale e infettiva, ginecologia, urologia, gastroenterologia, dermatologia, cosmetologia, ecc. L'uso dell'ozono è dovuto al suo spettro unico di effetti sul corpo, incl. immunomodulante, antinfiammatorio, battericida, antivirale, fungicida, ecc.

Tuttavia, non si può negare che i metodi di utilizzo dell'ozono in medicina, nonostante gli ovvi vantaggi in molti indicatori biologici, non siano ancora stati ampiamente utilizzati. Secondo i dati della letteratura, alte concentrazioni di ozono sono assolutamente battericide per quasi tutti i ceppi di microrganismi. Pertanto, l'ozono viene utilizzato nella pratica clinica come antisettico universale nella riabilitazione di focolai infettivi e infiammatori di varia eziologia e localizzazione.

Ci sono dati in letteratura su maggiore efficienza preparati antisettici dopo la loro ozonizzazione nel trattamento di malattie chirurgiche purulente acute.

Conclusioni sull'uso domestico dell'ozono

Innanzitutto, è necessario confermare incondizionatamente il fatto dell'uso dell'ozono nella pratica curativa in molti ambiti della medicina, come agente terapeutico e disinfettante, ma non è ancora possibile parlare del suo uso diffuso.

L'ozono è percepito da una persona con i minori effetti collaterali. manifestazioni allergiche. E anche se in letteratura si può trovare menzione di intolleranza individuale all'O3, allora questi casi non possono essere confrontati, ad esempio, con farmaci antibatterici contenenti cloro e altri alogenati.

L'ozono è ossigeno triatomico ed è il più ecologico. Chi non conosce il suo odore di “freschezza” – nelle calde giornate estive dopo un temporale?! La sua costante presenza nell'atmosfera terrestre è vissuta da qualsiasi organismo vivente.

La recensione si basa su materiali provenienti da Internet.

L'ozono è un gas. A differenza di molti altri, non è trasparente, ma lo è colore caratteristico e persino l'odore. È presente nella nostra atmosfera ed è uno dei suoi componenti più importanti. Qual è la densità dell'ozono, la sua massa e altre proprietà? Qual è il suo ruolo nella vita del pianeta?

gas blu

In chimica, l'ozono non ha un posto separato nella tavola periodica. Questo perché non è un elemento. L'ozono è una modifica o variazione allotropica dell'ossigeno. Come nell'O2, la sua molecola è costituita solo da atomi di ossigeno, ma non ne ha due, ma tre. Pertanto esso formula chimica sembra O3.

L'ozono è un gas colore blu. Ha un odore pungente distinto che ricorda il cloro se la concentrazione è troppo alta. Ricordi l'odore di freschezza sotto la pioggia? Questo è ozono. Grazie a questa proprietà ha preso il nome, perché dall'antica lingua greca “ozono” è “odore”.

La molecola del gas è polare, gli atomi al suo interno sono collegati ad un angolo di 116,78°. L'ozono si forma quando un atomo di ossigeno libero è attaccato a una molecola di O2. Ciò accade durante varie reazioni, ad esempio l'ossidazione del fosforo, una scarica elettrica o la decomposizione dei perossidi, durante la quale vengono rilasciati atomi di ossigeno.

Proprietà dell'ozono

In condizioni normali, l'ozono esiste con un peso molecolare di quasi 48 g/mol. È diamagnetico, cioè non è in grado di essere attratto da un magnete, proprio come l'argento, l'oro o l'azoto. La densità dell'ozono è 2,1445 g/dm³.

Allo stato solido l'ozono acquisisce un colore nero-bluastro, allo stato liquido un colore indaco vicino al viola. Il punto di ebollizione è di 111,8 gradi Celsius. A una temperatura di zero gradi si dissolve in acqua (solo in acqua pura) dieci volte meglio dell'ossigeno. Si mescola bene con azoto, fluoro, argon e in determinate condizioni con ossigeno.

Sotto l'azione di numerosi catalizzatori, si ossida facilmente, rilasciando atomi di ossigeno liberi. Collegandosi con esso, si accende immediatamente. La sostanza è in grado di ossidare quasi tutti i metalli. Solo il platino e l'oro non sono suscettibili alla sua azione. Distrugge vari composti organici e aromatici. A contatto con l'ammoniaca, forma nitrito di ammonio, distrugge i doppi legami di carbonio.

Essendo presente nell'atmosfera ad alte concentrazioni, l'ozono si decompone spontaneamente. In questo caso viene rilasciato calore e si forma una molecola di O2. Maggiore è la sua concentrazione, più forte è la reazione di rilascio del calore. Quando il contenuto di ozono è superiore al 10%, è accompagnato da un'esplosione. All'aumentare della temperatura e della pressione decrescente, oa contatto con sostanze organiche, la decomposizione dell'O3 avviene più velocemente.

Storia della scoperta

In chimica, l'ozono non era noto fino al 18° secolo. Fu scoperto nel 1785 grazie all'odore che il fisico Van Marum sentì accanto a una macchina elettrostatica funzionante. Altri 50 anni dopo non apparve in alcun modo negli esperimenti e nella ricerca scientifica.

Lo scienziato Christian Schönbein studiò l'ossidazione del fosforo bianco nel 1840. Durante gli esperimenti riuscì a isolare una sostanza sconosciuta, che chiamò "ozono". Il chimico si è occupato dello studio delle sue proprietà e ha descritto i metodi per ottenere il gas appena scoperto.

Presto, altri scienziati si unirono alla ricerca della sostanza. Il famoso fisico Nikola Tesla costruì addirittura il primo nella storia.L'uso industriale dell'O3 iniziò alla fine del 19° secolo con l'avvento dei primi impianti per la fornitura di acqua potabile alle abitazioni. La sostanza è stata utilizzata per la disinfezione.

Ozono nell'atmosfera

La nostra Terra è circondata da un guscio d'aria invisibile: l'atmosfera. Senza di essa, la vita sul pianeta sarebbe impossibile. Componenti aria atmosferica: ossigeno, ozono, azoto, idrogeno, metano e altri gas.

L'ozono non esiste da solo e si verifica solo come risultato di reazioni chimiche. Vicino alla superficie terrestre, si forma a causa delle scariche elettriche dei fulmini durante un temporale. In modo innaturale, sembra dovuto alle emissioni di gas di scarico di automobili, fabbriche, fumi di benzina e all'azione delle centrali termiche.

L'ozono negli strati inferiori dell'atmosfera è chiamato superficie o troposferico. Ce n'è anche uno stratosferico. Sorge sotto l'influenza radiazioni ultraviolette proveniente dal Sole. Si forma a una distanza di 19-20 chilometri sopra la superficie del pianeta e si estende per un'altezza di 25-30 chilometri.

L'O3 stratosferico forma lo strato di ozono del pianeta, che lo protegge dalla potente radiazione solare. Assorbe circa il 98% della radiazione ultravioletta con una lunghezza d'onda sufficiente a causare cancro e ustioni.

Uso di sostanze

L'ozono è un eccellente ossidante e distruttore. Questa proprietà è stata a lungo utilizzata per purificare l'acqua potabile. La sostanza ha un effetto dannoso su batteri e virus pericolosi per l'uomo e, una volta ossidata, si trasforma a sua volta in ossigeno innocuo.

Può uccidere anche organismi resistenti al cloro. Inoltre, viene utilizzato per purificare le acque reflue da quelle nocive ambiente prodotti petroliferi, solfuri, fenoli, ecc. Tali pratiche sono comuni principalmente negli Stati Uniti e in alcuni paesi europei.

L'ozono è usato in medicina per la disinfezione degli strumenti, nell'industria è usato per sbiancare la carta, purificare oli, ottenere varie sostanze. L'uso dell'O3 per purificare aria, acqua e locali è chiamato ozonizzazione.

Ozono e uomo

Nonostante tutte le sue proprietà utili, l'ozono può essere pericoloso per l'uomo. Se c'è più gas nell'aria di quanto una persona possa tollerare, l'avvelenamento non può essere evitato. In Russia esso tariffa ammissibileè 0,1 μg/l.

Se questo limite viene superato, compaiono i tipici segni di avvelenamento chimico, come male alla testa, irritazione delle mucose, vertigini. L'ozono riduce la resistenza del corpo alle infezioni trasmesse attraverso le vie respiratorie e riduce anche la pressione sanguigna. A concentrazioni di gas superiori a 8-9 μg / l, sono possibili edema polmonare e persino la morte.

Allo stesso tempo, è abbastanza facile riconoscere l'ozono nell'aria. L'odore di "freschezza", cloro o "gambero" (come sosteneva Mendeleev) è chiaramente udibile anche con un basso contenuto di sostanza.

Di seguito ci soffermeremo sull'ottenere ossigeno dall'aria, ma per ora andremo nella stanza dove funzionano i motori elettrici e in cui abbiamo volutamente spento la ventilazione.

Da soli, questi motori non possono fungere da fonte di inquinamento atmosferico, poiché non consumano nulla dall'aria e non rilasciano nulla nell'aria. Tuttavia, quando si respira qui, si avverte una certa irritazione alla gola. Cosa è successo all'aria che era pulita prima che i motori si avviassero?

In questa stanza funzionano i cosiddetti motori da collettore. Sui contatti mobili del motore - le lamelle - si forma spesso una scintilla. In una scintilla ad alta temperatura, le molecole di ossigeno si combinano tra loro, formando ozono (O 3).

La molecola di ossigeno è composta da 2 atomi, che mostrano sempre due valenze (0 = 0).

Come immaginare la struttura della molecola di ozono? La valenza dell'ossigeno non può cambiare: anche gli atomi di ossigeno nell'ozono devono avere un doppio legame. Pertanto, la molecola di ozono è solitamente raffigurata come un triangolo, agli angoli del quale ci sono 3 atomi di ossigeno.

Ozono- gas di colore bluastro con un forte odore specifico. La formazione di ozono dall'ossigeno avviene con un grande assorbimento di calore.

La parola "ozono" è presa dal greco "allos" - altro e "tropos" - girare e significa formazione. sostanze semplici dallo stesso elemento.

L'ozono è una modifica allotropica dell'ossigeno. Questa è una sostanza semplice. La sua molecola è composta da 3 atomi di ossigeno. Nella tecnologia, l'ozono viene prodotto in dispositivi speciali chiamati ozonizzatori.

In questi dispositivi, l'ossigeno viene fatto passare attraverso un tubo in cui è posizionato un elettrodo, collegato a una sorgente di corrente ad alta tensione. Il secondo elettrodo è un filo avvolto all'esterno del tubo. Si crea una scarica elettrica tra gli elettrodi, in cui l'ozono è formato dall'ossigeno. L'ossigeno che esce dall'ozonizzatore contiene circa il 15 percento di ozono.

L'ozono si forma anche quando l'ossigeno viene esposto ai raggi dell'elemento radioattivo radio o a un forte flusso di raggi ultravioletti. Le lampade al quarzo, ampiamente utilizzate in medicina, emettono raggi ultravioletti. Ecco perché nella stanza dove ho lavorato a lungo lampada al quarzo l'aria diventa soffocante.

L'ozono può anche essere ottenuto chimicamente - dall'azione dell'acido solforico concentrato sul permanganato di potassio o dall'ossidazione del fosforo umido.

Le molecole di ozono sono molto instabili e si decompongono facilmente per formare ossigeno molecolare e atomico (О 3 = O 2 + O). Poiché l'ossigeno atomico ossida vari composti con estrema facilità, l'ozono è un forte agente ossidante. A temperatura ambiente ossida facilmente il mercurio e l'argento, che sono abbastanza stabili in un'atmosfera di ossigeno.

Sotto l'influenza dell'ozono, i coloranti organici diventano incolori e i prodotti in gomma vengono distrutti, perdono la loro elasticità e si rompono se leggermente compressi.

Sostanze combustibili come etere, alcol, gas di illuminazione si accendono a contatto con aria altamente ozonizzata. Si accende anche il cotone idrofilo attraverso il quale viene fatta passare l'aria ozonizzata.

Le forti proprietà ossidanti dell'ozono vengono utilizzate per disinfettare l'aria e l'acqua. L'aria ozonizzata, passata attraverso l'acqua, distrugge i batteri patogeni in essa contenuti e ne migliora in qualche modo il gusto e il colore.

L'ozonizzazione dell'aria allo scopo di distruggere i batteri nocivi non è ampiamente utilizzata, poiché una significativa concentrazione di ozono è necessaria per un'efficace purificazione dell'aria e ad alta concentrazione è dannosa per la salute umana - provoca un grave soffocamento.

A piccole concentrazioni, l'ozono è persino piacevole. Ciò accade, ad esempio, dopo un temporale, quando l'ozono si forma dall'ossigeno dell'aria in un'enorme scintilla elettrica di fulmini lampeggianti, che si distribuisce gradualmente nell'atmosfera, provocando una sensazione leggera e piacevole durante la respirazione. La stessa cosa la sperimentiamo in foresta, soprattutto in una fitta pineta, dove, sotto l'influenza dell'ossigeno, varie resine organiche vengono ossidate con rilascio di ozono. Trementina, che fa parte della resina albero di conifere, si ossida particolarmente facilmente. Ecco perché dentro boschi di conifere L'aria contiene sempre una certa quantità di ozono.

In persona sana l'aria di una pineta provoca una piacevole sensazione. E per una persona con polmoni malati, quest'aria è utile e necessaria per il trattamento. Lo stato sovietico utilizza le ricche foreste di pini in varie regioni del nostro paese e vi crea sanatori medici.

L'ozono (Oz) è un gas incolore con un odore pungente e irritante. Peso molecolare 48 g/mol, densità relativa all'aria 1.657 kg/m. La concentrazione di ozono nell'aria alla soglia dell'olfatto raggiunge 1 mg/m2. A basse concentrazioni a livello di 0,01-0,02 mg/m2 (5 volte inferiore alla concentrazione massima consentita per l'uomo), l'ozono conferisce all'aria un caratteristico odore di freschezza e purezza. Quindi, ad esempio, dopo un temporale, il sottile odore di ozono è invariabilmente associato all'aria pulita.

È noto che la molecola di ossigeno è composta da 2 atomi: 0 2 . In determinate condizioni, una molecola di ossigeno può dissociarsi, ad es. scomporre in 2 atomi separati. In natura, queste condizioni sono: create durante un temporale durante le scariche di elettricità atmosferica e in strati superiori atmosfera, sotto l'influenza della radiazione ultravioletta del sole (strato di ozono terrestre). Tuttavia, l'atomo di ossigeno non può esistere separatamente e tende a raggrupparsi. Nel corso di tale riarrangiamento, si formano molecole 3 atomiche.

Una molecola composta da 3 atomi di ossigeno, chiamata ozono o ossigeno attivato, è modifica allotropica ossigeno e ha formula molecolare 0 3 (d = 1,28 LA, q = 11,6,5°).

Va notato che il legame del terzo atomo nella molecola di ozono è relativamente debole, il che provoca l'instabilità della molecola nel suo insieme e la sua tendenza all'autodecadimento. È a causa di questa proprietà che l'ozono è un forte agente ossidante e un disinfettante eccezionalmente efficace.

L'ozono è ampiamente distribuito in natura. Si forma sempre nell'aria durante un temporale a causa dell'elettricità atmosferica, nonché sotto l'influenza delle radiazioni a onde corte e dei flussi veloci di particelle durante il decadimento naturale delle sostanze radioattive in reazioni nucleari, radiazione cosmica, ecc. La formazione di ozono avviene anche durante l'evaporazione dell'acqua da grandi superfici, in particolare lo scioglimento della neve, l'ossidazione delle sostanze resinose e l'ossidazione fotochimica degli idrocarburi insaturi e degli alcoli. La maggiore formazione di ozono nell'aria delle foreste di conifere e in riva al mare è spiegata dall'ossidazione della resina degli alberi e delle alghe. La cosiddetta ozonosfera, che si forma nell'alta atmosfera, è strato protettivo biosfera terrestre a causa del fatto che l'ozono assorbe intensamente la radiazione UV biologicamente attiva del sole (con una lunghezza d'onda inferiore a 290 nm).

L'ozono viene portato nello strato superficiale dell'atmosfera dalla bassa stratosfera. La concentrazione di ozono nell'atmosfera varia da 0,08-0,12 mg/m2. Tuttavia, prima della maturazione dei cumuli, aumenta la ionizzazione dell'atmosfera, per cui la formazione di ozono aumenta notevolmente, la sua concentrazione nell'aria può superare 1,3 mg/m3.

L'ozono è una forma allotropica di ossigeno altamente attiva. La formazione di ozono dall'ossigeno è espressa dall'equazione

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

da cui segue che l'entalpia standard di formazione dell'ozono è positiva e pari a 142,5 kJ/mol. Inoltre, come mostrano i coefficienti dell'equazione, nel corso di questa reazione si ottengono due molecole da tre molecole di gas, cioè l'entropia del sistema diminuisce. Di conseguenza, anche la deviazione standard dell'energia di Gibbs nella reazione considerata è positiva (163 kJ/mol). Pertanto, la reazione di conversione dell'ossigeno in ozono non può procedere spontaneamente, è necessaria energia per la sua attuazione. La reazione inversa: il decadimento dell'ozono procede spontaneamente, poiché durante questo processo l'energia di Gibbs del sistema diminuisce. In altre parole, l'ozono è una sostanza instabile che si ricombina rapidamente trasformandosi in ossigeno molecolare:

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

La velocità di reazione dipende dalla temperatura, dalla pressione della miscela e dalla concentrazione di ozono in essa contenuta. A temperatura e pressione normali, la reazione procede lentamente; a temperature elevate, la decomposizione dell'ozono accelera. A basse concentrazioni (senza impurità estranee) in condizioni normali, l'ozono si decompone piuttosto lentamente. Con un aumento della temperatura a 100°C o più, il tasso di decomposizione aumenta in modo significativo. Il meccanismo del decadimento dell'ozono, che coinvolge sistemi omogenei ed eterogenei, è piuttosto complesso e dipende dalle condizioni esterne.

Le principali proprietà fisiche dell'ozono sono presentate nella Tabella 1.

La conoscenza delle proprietà fisiche dell'ozono è necessaria per il suo corretto utilizzo nei processi tecnologici in concentrazioni non esplosive, per la sintesi e decomposizione dell'ozono in modalità di sicurezza ottimali, e per valutarne l'attività in vari mezzi.

Le proprietà dell'ozono sono caratterizzate dalla sua attività verso radiazioni di diversa composizione spettrale. L'ozono assorbe intensamente le radiazioni a microonde, infrarosse e ultraviolette.

L'ozono è chimicamente aggressivo ed entra facilmente nelle reazioni chimiche. Reagendo con le sostanze organiche, provoca una varietà di reazioni ossidative a una temperatura relativamente bassa. Questo, in particolare, si basa sull'effetto battericida dell'ozono, che viene utilizzato per disinfettare l'acqua. I processi ossidativi avviati dall'ozono sono spesso a catena.

L'attività chimica dell'ozono è dovuta in misura maggiore al fatto che la dissociazione della molecola

0 3 ->0 2 + O (3)

richiede un dispendio energetico di poco superiore a 1 eV. L'ozono dona facilmente un atomo di ossigeno, che è altamente attivo. In alcuni casi, la molecola di ozono può attaccarsi completamente alle molecole organiche, formando composti instabili che si decompongono facilmente sotto l'influenza della temperatura o della luce per formare vari composti contenenti ossigeno.

Numerosi studi sono stati dedicati alle reazioni dell'ozono con le sostanze organiche, in cui è stato dimostrato che l'ozono contribuisce al coinvolgimento dell'ossigeno nei processi ossidativi, che alcune reazioni di ossidazione iniziano a temperature più basse quando i reagenti vengono trattati con ossigeno ozonizzato .

L'ozono reagisce attivamente con i composti aromatici; in questo caso la reazione può procedere sia con che senza distruzione del nucleo aromatico.

Nelle reazioni dell'ozono con sodio, potassio, rubidio, cesio, che attraversano un complesso intermedio instabile M + Oˉ H + O3ˉ seguito da una reazione con l'ozono, si formano ozonidi. Lo ione Оˉ 3 può anche formarsi in reazioni con composti organici.

Per scopi industriali, l'ozono si ottiene elaborando l'aria atmosferica o l'ossigeno in dispositivi speciali - ozonizzatori. Sono stati sviluppati i progetti di ozonizzatori funzionanti a frequenza di corrente aumentata (500-2000 Hz) e ozonizzatori con scarica a cascata, che non richiedono una preparazione preliminare dell'aria (pulizia, asciugatura) e raffreddamento degli elettrodi. Il rendimento energetico dell'ozono in essi contenuto raggiunge i 20–40 g/kWh.

Il vantaggio dell'ozono rispetto ad altri agenti ossidanti è che l'ozono può essere ottenuto nel luogo di consumo dall'ossigeno atmosferico, che non richiede l'erogazione di reagenti, materie prime, ecc. La produzione di ozono non è accompagnata dal rilascio di cumulativo sostanze nocive. L'ozono è facile da neutralizzare. Il costo dell'ozono è relativamente basso.

Di tutti gli agenti ossidanti conosciuti, solo l'ossigeno e una gamma limitata di composti perossidici prendono parte ai bioprocessi naturali.

Qual è la formula dell'ozono? Proviamo insieme ad identificare le caratteristiche distintive di questa sostanza chimica.

Modifica allotropica dell'ossigeno

Formula molecolare dell'ozono in chimica O 3 . Il suo peso molecolare relativo è 48. Nella composizione del composto sono presenti tre atomi di O. Poiché la formula di ossigeno e ozono include lo stesso elemento chimico, in chimica sono dette modificazioni allotropiche.

Proprietà fisiche

In condizioni normali, la formula chimica dell'ozono è una sostanza gassosa con un odore specifico e un colore azzurro. In natura, dato composto chimico può essere sentito durante una passeggiata dopo un temporale attraverso una pineta. Poiché la formula dell'ozono è O 3, è 1,5 volte più pesante dell'ossigeno. Rispetto all'O 2, la solubilità dell'ozono è molto più alta. A temperatura zero, 49 volumi di esso si dissolvono facilmente in 100 volumi di acqua. A piccole concentrazioni, la sostanza non ha proprietà di tossicità, l'ozono è un veleno solo in volumi significativi. La concentrazione massima consentita è considerata pari al 5% della quantità di O 3 nell'aria. In caso di forte raffreddamento si liquefa facilmente e quando la temperatura scende a -192 gradi diventa solido.

In natura

La molecola di ozono, la cui formula è stata presentata sopra, si forma in natura durante una scarica di fulmini dall'ossigeno. Inoltre, l'O 3 si forma durante l'ossidazione della resina di conifere, distrugge i microrganismi dannosi ed è considerato benefico per l'uomo.

Ottenere in laboratorio

Come puoi ottenere l'ozono? Una sostanza la cui formula è O 3 si forma facendo passare una scarica elettrica attraverso ossigeno secco. Il processo viene eseguito in un dispositivo speciale: un ozonizzatore. Si basa su due tubi di vetro che vengono inseriti l'uno nell'altro. All'interno c'è un'asta di metallo, all'esterno c'è una spirale. Dopo il collegamento a una bobina ad alta tensione, si verifica una scarica tra il tubo esterno e quello interno e l'ossigeno viene convertito in ozono. Un elemento la cui formula si presenta come un composto con un legame polare covalente conferma l'allotropia dell'ossigeno.

Il processo di conversione dell'ossigeno in ozono è una reazione endotermica che comporta notevoli costi energetici. A causa della reversibilità di questa trasformazione, si osserva la decomposizione dell'ozono, che è accompagnata da una diminuzione dell'energia del sistema.

Proprietà chimiche

La formula dell'ozono spiega il suo potere ossidante. È in grado di interagire con sostanze diverse perdendo un atomo di ossigeno. Ad esempio, in una reazione con ioduro di potassio in un mezzo acquoso, viene rilasciato ossigeno e si forma iodio libero.

La formula molecolare dell'ozono spiega la sua capacità di reagire con quasi tutti i metalli. Le eccezioni sono l'oro e il platino. Ad esempio, dopo aver fatto passare l'argento metallico attraverso l'ozono, si osserva il suo annerimento (si forma l'ossido). Sotto l'azione di questo forte agente ossidante, si osserva la distruzione della gomma.

Nella stratosfera, l'ozono si forma a causa dell'azione dei raggi UV del Sole, formando uno strato di ozono. Questo guscio protegge la superficie del pianeta da impatto negativo radiazione solare.

Effetto biologico sul corpo

Il maggiore potere ossidante di questo sostanza gassosa, la formazione di radicali liberi dell'ossigeno ne indica il pericolo per il corpo umano. Che danno può fare l'ozono a una persona? Danneggia e irrita i tessuti degli organi respiratori.

L'ozono agisce sul colesterolo contenuto nel sangue, causando l'aterosclerosi. Con una lunga permanenza di una persona in un ambiente che contiene una maggiore concentrazione di ozono, si sviluppa l'infertilità maschile.

Nel nostro paese, questo agente ossidante appartiene alla prima classe (pericolosa) di sostanze nocive. Il suo MPC medio giornaliero non dovrebbe superare 0,03 mg per metro cubo.

La tossicità dell'ozono, la possibilità del suo utilizzo per la distruzione di batteri e muffe, viene utilizzata attivamente per la disinfezione. L'ozono stratosferico è meraviglioso schermo protettivo vita terrena dalle radiazioni ultraviolette.

A proposito dei benefici e dei danni dell'ozono

Questa sostanza si trova in due strati dell'atmosfera terrestre. L'ozono troposferico è pericoloso per gli esseri viventi, ha un effetto negativo sui raccolti, sugli alberi ed è un componente dello smog urbano. L'ozono stratosferico porta un certo beneficio a una persona. La sua decomposizione in una soluzione acquosa dipende dal pH, dalla temperatura e dalla qualità del mezzo. Nella pratica medica viene utilizzata acqua ozonizzata di varie concentrazioni. L'ozonoterapia prevede il contatto diretto di questa sostanza con il corpo umano. Questa tecnica è stata utilizzata per la prima volta nel diciannovesimo secolo. I ricercatori americani hanno analizzato la capacità dell'ozono di ossidare i microrganismi dannosi e hanno raccomandato ai medici di utilizzare questa sostanza nel trattamento del raffreddore.

Nel nostro paese l'ozonoterapia iniziò ad essere utilizzata solo alla fine del secolo scorso. A scopi terapeutici questo agente ossidante presenta le caratteristiche di un forte bioregolatore, in grado di aumentare l'efficacia dei metodi tradizionali, oltre a dimostrarsi un efficace agente indipendente. Dopo lo sviluppo della tecnologia dell'ozonoterapia, i medici hanno l'opportunità di affrontare efficacemente molte malattie. In neurologia, odontoiatria, ginecologia, terapia, gli specialisti usano questa sostanza per combattere una varietà di infezioni. L'ozonoterapia si caratterizza per la semplicità del metodo, la sua efficacia, l'ottima tollerabilità, la mancanza di effetti collaterali, a basso costo.

Conclusione

L'ozono è un forte agente ossidante in grado di combattere i microbi dannosi. Questa proprietà è ampiamente utilizzata nella medicina moderna. Nella terapia domestica, l'ozono viene utilizzato come agente antinfiammatorio, immunomodulatore, antivirale, battericida, antistress e citostatico. Grazie alla sua capacità di ripristinare i disturbi del metabolismo dell'ossigeno, offre eccellenti opportunità per la medicina terapeutica e profilattica.

Tra le metodiche innovative basate sulla capacità ossidante di questo composto, segnaliamo la somministrazione intramuscolare, endovenosa, sottocutanea di questa sostanza. Ad esempio, il trattamento di piaghe da decubito, lesioni cutanee fungine, ustioni, con una miscela di ossigeno e ozono è riconosciuta come una tecnica efficace.

In alte concentrazioni, l'ozono può essere utilizzato come agente emostatico. A basse concentrazioni favorisce la riparazione, la cicatrizzazione, l'epitelizzazione. Questa sostanza, disciolta in soluzione fisiologica, è un ottimo strumento per la riabilitazione della mandibola. Nella moderna medicina europea ampio utilizzo ricevuto autoemoterapia minore e maggiore. Entrambi i metodi sono associati all'introduzione dell'ozono nel corpo, sfruttando la sua capacità ossidante.

Nel caso di una grande autoemoterapia, una soluzione di ozono con una determinata concentrazione viene iniettata nella vena del paziente. La piccola autoemoterapia è caratterizzata dall'iniezione intramuscolare di sangue ozonizzato. Oltre alla medicina, questo forte agente ossidante è richiesto nella produzione chimica.