Изразът "озонов слой", станал известен през 70-те години. миналия век, отдавна е поставен на ръба. В същото време малко хора наистина разбират какво означава това понятие и защо разрушаването на озоновия слой е опасно. Още по-голяма загадка за мнозина е структурата на озоновата молекула и въпреки това тя е пряко свързана с проблемите на озоновия слой. Нека научим повече за озона, неговата структура и промишлени приложения.
Какво е озон
Озонът, или както го наричат още активен кислород, е лазурен газ с остър метален мирис.
Това вещество може да съществува и в трите агрегатни състояния: газообразно, твърдо и течно.
В същото време в природата озонът се среща само под формата на газ, образувайки така наречения озонов слой. Именно заради лазурния си цвят небето изглежда синьо.
Как изглежда една озонова молекула
Вашият прякор е „активенкислород” озон, получен поради приликата му с кислорода. Така че основният активен химичен елемент в тези вещества е кислородът (О). Въпреки това, ако една кислородна молекула съдържа 2 от своите атоми, тогава молекулата на озона (формула - O3) се състои от 3 атома на този елемент.
Поради тази структура, свойствата на озона са подобни на тези на кислорода, но по-изразени. По-специално, като O2, O3е най-силният окислител.
Най-важната разлика между тези "свързани" вещества, която е жизненоважна за всеки да запомни, е следната: озонът не може да се вдишва, той е токсичен и, ако се вдишва, може да увреди белите дробове или дори да убие човек. В същото време, O3 е идеален за почистване на въздуха от токсични примеси. Между другото, именно поради това е толкова лесно да се диша след дъжд: озонът окислява вредните вещества, съдържащи се във въздуха, и той се пречиства.
Моделът на молекулата на озона (състоящ се от 3 кислородни атома) изглежда малко като изображение на ъгъл, а размерът му е 117°. Тази молекула няма несдвоени електрони и следователно е диамагнитна. Освен това има полярност, въпреки че се състои от атоми на един и същи елемент.
Два атома от дадена молекула са здраво свързани един с друг. Но връзката с третата е по-малко надеждна. Поради тази причина молекулата на озона (снимка на модела може да се види по-долу) е много крехка и скоро след образуването й се разпада. По правило при всяка реакция на разлагане O3 се отделя кислород.
Поради нестабилността на озона той не може да бъде произведенсъбиране и съхранение, както и транспортиране, подобно на други вещества. Поради тази причина производството му е по-скъпо от други вещества.
В същото време високата активност на молекулите O3позволява на това вещество да бъде най-силният окислител, по-мощен от кислород и по-безопасен от хлора.
Ако една озонова молекула се разпадне и освободи O2, тази реакция винаги е придружена от освобождаване на енергия. В същото време, за да се осъществи обратният процес (образуването на O3 от O2), е необходимо да се изразходват не по-малко.
В газообразно състояние молекулата на озона се разлага при температура от 70°C. Ако се увеличи до 100 градуса или повече, реакцията ще се ускори значително. Наличието на примеси също ускорява периода на разпад на озоновите молекули.
O3 свойства
В кое от трите състояния е озонът, той запазва синия си цвят. Колкото по-твърдо е веществото, толкова по-богат и по-тъмен е този нюанс.
Всяка молекула на озона тежи 48 g/mol. Той е по-тежък от въздуха, което помага за отделянето на тези вещества.
O3 способен да окислява почти всички метали и неметали (с изключение на злато, иридий и платина).
Също това, това вещество може да участва в реакцията на горене, но това изисква по-висока температура, отколкото за O2.
Озонът може да се разтваря в H2O и фреони. В течно състояние може да се смесва с течен кислород, азот, метан, аргон,въглероден тетрахлорид и въглероден диоксид.
Как се образува озоновата молекула
O3 молекулите се образуват чрез прикрепване на свободни кислородни атоми към кислородни молекули. Те от своя страна се появяват поради разцепването на други молекули O2 поради въздействието върху тях на електрически разряди, ултравиолетови лъчи, бързи електрони и други високоенергийни частици. Поради тази причина специфичната миризма на озон може да се усети в близост до искрящи електрически уреди или лампи, които излъчват ултравиолетова светлина.
В индустриален мащаб O3 се изолира с помощта на електрически генератори на озон или озонатори. В тези устройства електрически ток с високо напрежение се пропуска през газов поток, съдържащ O2, чиито атоми служат като „строителен материал” за озона.
Понякога в тези машини се инжектира чист кислород или обикновен въздух. Качеството на получения озон зависи от чистотата на първоначалния продукт. И така, медицинският O3, предназначен за лечение на рани, се извлича само от химически чист O2.
История на откриването на озона
След като разбрахме как изглежда молекулата на озона и как се образува, си струва да се запознаете с историята на това вещество.
За първи път е синтезиран от холандския изследовател Мартин Ван Марум през втората половина на 18-ти век. Ученият забелязал, че след преминаване на електрически искри през контейнер с въздух, газът в него променя свойствата си. В същото време Ван Марум не разбра, че е изолирал молекулите на нововещества.
Но неговият немски колега на име Шейнбайн, опитвайки се да разложи H2O в H и O2 с помощта на електричество, забеляза до отделяне на нов газ с остра миризма. След много изследвания ученият описва откритото от него вещество и му дава името "озон" в чест на гръцката дума за "миризма".
Способността за убиване на гъбички и бактерии, както и за намаляване на токсичността на вредните съединения, които притежаваше откритото вещество, интересува много учени. 17 години след официалното откриване на O3, Вернер фон Сименс проектира първия апарат за синтезиране на озон във всякакви количества. И 39 години по-късно, брилянтният Никола Тесла изобретява и патентова първия в света генератор на озон.
Именно това устройство беше използвано за първи път във Франция в пречиствателните станции за питейна вода след 2 години. От началото на XX век. Европа започва да преминава към озониране на питейната вода за нейното пречистване.
Руската империя използва тази техника за първи път през 1911 г. и след 5 години в страната са оборудвани почти 4 дузини инсталации за пречистване на питейна вода с озон.
Днес озонирането на водата постепенно замества хлорирането. Така 95% от цялата питейна вода в Европа се пречиства с помощта на O3. Тази техника е много популярна и в САЩ. В ОНД все още се проучва, тъй като въпреки че тази процедура е по-безопасна и по-удобна, тя е по-скъпа от хлорирането.
Приложения за озон
В допълнение към обработката на водата, O3 има редица други приложения.
- Озонът се използва като белина в производството на хартия и текстил.
- Активният кислород се използва за дезинфекция на вина, както и за ускоряване на процеса на стареене на коняци.
- Различните растителни масла се рафинират с помощта на O3.
- Много често това вещество се използва за преработка на нетрайни продукти, като месо, яйца, плодове и зеленчуци. Тази процедура не оставя химически следи, както при хлор или формалдехид, и продуктите могат да се съхраняват много по-дълго.
- Озон стерилизира медицинско оборудване и дрехи.
- Също така пречистеното O3 се използва за различни медицински и козметични процедури. По-специално, с негова помощ в стоматологията, те дезинфекцират устната кухина и венците, а също така лекуват различни заболявания (стоматит, херпес, орална кандидоза). В европейските страни O3 е много популярен за дезинфекция на рани.
- През последните години преносимите домашни уреди за филтриране на въздух и вода с озон станаха много популярни.
Озонов слой - какво е това?
На разстояние 15-35 км над земната повърхност се намира озоновият слой или, както още го наричат, озоносферата. На това място концентрираният O3 служи като вид филтър за вредната слънчева радиация.
Откъде идва такова количество вещество, ако молекулите му са нестабилни? Не е трудно да се отговори на този въпрос, ако си припомним модела на озоновата молекула и метода на нейното образуване. И така, кислород, състоящ се от 2кислородните молекули, попадайки в стратосферата, се нагряват там от слънчевите лъчи. Тази енергия е достатъчна, за да раздели O2 на атоми, от които се образува O3. В същото време озоновият слой не само използва част от слънчевата енергия, но и я филтрира, абсорбира опасно ултравиолетово лъчение.
По-горе беше казано, че озонът се разтваря от фреони. Тези газообразни вещества (използвани при производството на дезодоранти, пожарогасители и хладилници), веднъж изпуснати в атмосферата, влияят на озона и допринасят за неговото разлагане. В резултат на това в озоносферата се появяват дупки, през които нефилтрираните слънчеви лъчи навлизат в планетата, които имат разрушителен ефект върху живите организми.
След като разгледаме характеристиките и структурата на озоновите молекули, можем да заключим, че това вещество, макар и опасно, е много полезно за човечеството, ако се използва правилно.
