От какво се образува озонът? Обща информация за медицинския озон

МОСКВА, 16 септември – РИА Новости.Международният ден за опазване на озоновия слой, тънък „щит“, който защитава целия живот на Земята от вредното ултравиолетово лъчение на Слънцето, се отбелязва в понеделник, 16 септември - на този ден през 1987 г. е подписан известният Монреалски протокол.

При нормални условия озонът или O3 е бледосин газ, който се превръща в тъмносиня течност и след това в синьо-черни кристали, докато се охлажда. Като цяло озонът в атмосферата на планетата представлява около 0,6 части на милион по обем: това означава например, че има само 0,6 кубически сантиметра озон във всеки кубичен метър атмосфера. За сравнение въглеродният диоксид в атмосферата вече е около 400 части на милион - тоест повече от две чаши за един и същи кубичен метър въздух.

Всъщност такава малка концентрация на озон може да се нарече благословия за Земята: този газ, който образува животоспасяващия озонов слой на височина 15-30 километра, е много по-малко „благороден“ в непосредствена близост до хората . Според руската класификация озонът принадлежи към веществата от най-високия, първи клас на опасност - той е много силен окислител, който е изключително токсичен за хората.

На РИА Новости помогна да разбере различните свойства на сложния озон от Вадим Самойлович, старши изследовател в Лабораторията по катализа и газова електрохимия на Химическия факултет на Московския държавен университет „Ломоносов“.

Озонов щит

"Това е доста добре проучен газ, почти всичко е проучено - всичко никога не се случва, но основното (се знае) ... Озонът има много различни приложения. Но не забравяйте, че най-общо казано, животът е възникнал благодарение към озоновия слой – това е може би основният момент“, казва Самойлович.

В стратосферата озонът се образува от кислород в резултат на фотохимични реакции - такива реакции започват под въздействието на слънчевата радиация. Там концентрацията на озон вече е по-висока - около 8 милилитра на кубичен метър. Газът се унищожава, когато се „срещне“ с определени съединения, например атомен хлор и бром - това са веществата, които са част от опасните хлорфлуорвъглероди, по-известни като фреони. Преди Монреалския протокол те са били използвани, наред с други неща, в хладилната индустрия и като пропеленти в газови патрони.

През 2012 г., когато Монреалският протокол отбеляза своята 25-та годишнина, експерти от Програмата на ООН за околната среда (UNEP) посочиха опазването на озоновия слой като един от четирите ключови екологични проблема, по които човечеството е постигнало значителен напредък. В същото време UNEP отбеляза, че съдържанието на озон в стратосферата е спряло да намалява от 1998 г. и според прогнозите на учените до 2050-2075 г. може да се върне към нивата, регистрирани преди 1980 г.

Озонов смог

На 30 километра от повърхността на Земята озонът се "държа" добре, но в тропосферата, повърхностния слой, се оказва опасен замърсител. Според UNEP концентрацията на тропосферния озон в Северното полукълбо се е увеличила почти три пъти през последните 100 години, което го прави и третият най-важен „антропогенен“ парников газ.

Тук озонът също не се отделя в атмосферата, а се образува под въздействието на слънчевата радиация във въздуха, който вече е замърсен с „предшественици“ на озон - азотни оксиди, летливи въглеводороди и някои други съединения. В градовете, където озонът е един от основните компоненти на смога, емисиите от превозните средства са косвено „виновни“ за появата му.

Не само хората и климатът страдат от приземния озон. UNEP изчислява, че намаляването на концентрациите на тропосферния озон може да помогне за запазването на около 25 милиона тона ориз, пшеница, соя и царевица, които се губят годишно поради този газ, който е токсичен за растенията.

Именно поради факта, че приземният озон вече не е толкова полезен, експерти от метеорологичните служби и мониторинга на околната среда непрекъснато следят концентрациите му във въздуха на големите градове, включително Москва.

Озонът е полезен

"Едно от много интересните свойства на озона е бактерицидно. По отношение на бактерицидната активност той е практически първият сред всички подобни вещества, хлор, манганов пероксид, хлорен оксид", отбелязва Вадим Самойлович.

Същата екстремна природа на озона, която го прави много силен окислител, обяснява приложенията на този газ. Озонът се използва за стерилизация и дезинфекция на помещения, облекло, инструменти и, разбира се, пречистване на вода - както питейна, така и промишлена и дори отпадна вода.

Освен това, подчертава експертът, озонът в много страни се използва като заместител на хлора в инсталации за избелване на целулоза.

"Хлорът (когато реагира) с органични вещества произвежда съответно органохлор, който е много по-токсичен от обикновения хлор. Като цяло това (появата на токсични отпадъци - бел.ред.) може да бъде избегнато или чрез рязко намаляване на концентрацията на хлор или просто премахването му. Един от вариантите е замяната на хлора с озон“, обясни Самойлович.

Въздухът също може да бъде озониран и това също дава интересни резултати - например, според Самойлович, в Иваново специалисти от Всеруския научноизследователски институт по безопасност и здраве при работа и техните колеги са провели цяла поредица от изследвания, по време на които „при предене магазини определено количество озон беше добавено към обикновените вентилационни канали. В резултат на това разпространението на респираторните заболявания намаля, а производителността на труда, напротив, се увеличи. Озонирането на въздуха в складовете за хранителни стоки може да повиши безопасността му, а такъв опит има и в други страни.

Озонът е токсичен

Уловката с използването на озон е все същата - неговата токсичност. В Русия максимално допустимата концентрация (ПДК) на озон в атмосферния въздух е 0,16 милиграма на кубичен метър, а във въздуха на работната зона - 0,1 милиграма. Ето защо, отбелязва Самойлович, същото озониране изисква постоянно наблюдение, което значително усложнява въпроса.

"Тази техника все още е доста сложна. Излейте кофа с някакъв вид бактерицид - много по-просто е, излейте го и това е, но тук трябва да гледате, трябва да има някакъв вид подготовка", казва ученият.

Озонът вреди на човешкия организъм бавно, но сериозно – при продължително излагане на замърсен с озон въздух се увеличава рискът от сърдечно-съдови и респираторни заболявания. Реагирайки с холестерола, той образува неразтворими съединения, което води до развитие на атеросклероза.

"При концентрации над пределно допустимите нива може да се появи главоболие, дразнене на лигавиците, кашлица, световъртеж, обща отпадналост, отслабване на сърдечната дейност. Токсичният приземен озон води до поява или обостряне на респираторни заболявания, деца, възрастни хора. , а астматиците са изложени на риск“, се отбелязва на уебсайта на Централната аерологична обсерватория (ЦАО) на Росхидромет.

Озонът е експлозивен

Озонът не само е вреден при вдишване, но и кибритът трябва да се скрие, защото този газ е много експлозивен. Традиционно "прагът" за опасни концентрации на озон е 300-350 милилитра на литър въздух, въпреки че някои учени работят с по-високи нива, казва Самойлович. Но течният озон - същата тази синя течност, която потъмнява, докато се охлажда - експлодира спонтанно.

Именно това пречи на използването на течен озон като окислител в ракетното гориво – такива идеи се появяват малко след началото на космическата ера.

"Нашата лаборатория в университета възникна точно на тази идея. Всяко ракетно гориво има своя собствена калоричност при реакцията, тоест колко топлина се отделя при изгарянето му и оттам колко мощна ще бъде ракетата. Значи се знае че най-мощният вариант е смесването на течен водород с течен озон... Но има един недостатък Течният озон експлодира, и то спонтанно, тоест без видима причина“, казва представител на Московския държавен университет.

Според него и съветските, и американските лаборатории са похарчили „огромно количество усилия и време, опитвайки се да направят това по някакъв начин безопасно (афера) - оказа се, че е невъзможно да се направи това“. Самойлович припомня, че веднъж колеги от Съединените щати успяха да получат особено чист озон, който „изглеждаше“ не избухна, „всички вече удряха литавите“, но тогава цялата инсталация избухна и работата беше спряна.

„Имали сме случаи, когато, да речем, една колба с течен озон стои и стои, в нея се налива течен азот и след това - или азотът е изкипял, или нещо подобно - идваш и половината от инсталацията липсва, всичко е било раздухана на прах Защо е избухнала – кой знае”, отбелязва ученият.

Озонът е газообразно вещество, което е модификация на кислорода (състои се от три атома). Той винаги присъства в атмосферата, но е открит за първи път през 1785 г., докато изучава ефекта на искра върху въздуха от холандския физик Ван Марум. През 1840 г. немският химик Кристиан Фридрих Шьонбейн потвърждава тези наблюдения и предполага, че е открил нов елемент, на който дава името „озон“ (от гръцки озон - миришещ). През 1850 г. е установена високата активност на озона като окислител и способността му да се свързва с двойни връзки в реакции с много органични съединения. И двете свойства на озона по-късно намериха широко практическо приложение. Значението на озона обаче не се ограничава само до тези две свойства. Установено е, че има редица ценни свойства като дезинфектант и дезодорант.
Озонът е използван за първи път в канализацията като средство за дезинфекция на питейна вода и въздух. Руските учени са сред първите изследователи на процесите на озониране. Още през 1874 г. основателят на първото "училище на (руските) хигиенисти, професор А. Д. Доброе Швин, предлага озонът като най-доброто средство за дезинфекция на питейната вода и въздуха от патогенна микрофлора. По-късно, през 1886 г., Н. К. Келдиш провежда изследване на бактерицидния ефект на озон и го препоръчва като високоефективен дезинфектант. Изследванията върху озона стават особено широко разпространени през 20 век. И още през 1911 г. в Санкт Петербург е пусната в експлоатация първата станция за озонирана вода в Европа. През същия период многобройни изследвания на озониране с терапевтични цели в медицината, за санитарни цели в хранително-вкусовата промишленост, при окислителни процеси в химическата промишленост и др.
Обхватът и степента на използване на озон се увеличават бързо през последното десетилетие. Понастоящем най-важните области на приложение на озона са следните: пречистване и дезинфекция на питейна и промишлена вода, както и битови, фекални и промишлени отпадъчни води с цел намаляване на биологичното потребление на кислород (БПК), обезцветяване, неутрализиране на вредни токсични вещества. (цианиди, феноли, меркаптани), елиминиране на неприятни миризми, дезодориране и пречистване на въздуха в различни индустрии, озониране в климатични системи, съхранение на храни, стерилизация на опаковъчни и превързочни материали във фармацевтичната индустрия, терапия и медицинска профилактика на различни заболявания и др. .
През последните години беше установено още едно свойство на озона - способността да повишава биологичната стойност на храната за животни и храната на хората, което направи възможно използването на озон при обработката, приготвянето и съхранението на фуражи и различни продукти. Ето защо, развитието на технологиите за озониране в селскостопанското производство, и по-специално в птицевъдството, е много обещаващо

Физични свойства на озона

Озонът е силно реактивна, алотропна форма на кислорода; при нормални температури е светлосин газ с характерна остра миризма (миризмата се усеща органолептично при концентрация на озон 0,015 mg/m3 въздух). В течната фаза озонът има индиго-син цвят, а в твърдата фаза има плътен виолетово-синкав цвят; озонов слой с дебелина 1 mm е практически непрозрачен за светлина. Озонът се образува от кислород, абсорбира топлина и обратно, по време на разлагането се превръща в кислород, отделяйки топлина (подобно на горенето). Този процес може да бъде написан по следния начин:
Екзотермична реакция
2Oz=ZO2+68 kcal
Ендотермична реакция

Скоростите на тези реакции зависят от температурата, налягането и концентрацията на озон. При нормални температури и налягания реакциите протичат бавно, но при повишени температури разлагането на озона се ускорява.
Образуването на озон под въздействието на енергия от различни лъчения е доста сложно. Първичните процеси на образуване на озон от кислород могат да протичат по различни начини в зависимост от количеството приложена енергия.
Възбуждането на кислородната молекула става при енергия на електрона 6,1 eV; образуването на молекулни кислородни йони - при енергия на електрона 12,2 eV; дисоциация в кислород - при енергия на електрона 19,2 eV. Всички свободни електрони се улавят от кислородните молекули, което води до образуването на отрицателни кислородни йони. След като молекулата се възбуди, се образува озон.
При енергия на електрони от 12,2 eV, когато се образуват молекулни кислородни йони, не се наблюдава озон, а при енергия на електрони от 19,2 eV, когато участват и кислороден атом, и йон, се образува озон. Заедно с това се образуват положителни и отрицателни кислородни йони. Механизмът на разпадане на озона*, който включва хомогенни и хетерогенни системи, е сложен и зависи от условията. Разграждането на озона се ускорява в хомогенни системи от газообразни добавки (азотни оксиди, хлор и др.), а в хетерогенни системи от метали (живак, сребро, мед и др.) и метални оксиди (желязо, мед, никел, олово, и т.н.). При високи концентрации на озон реакцията протича експлозивно. При концентрация на озон до 10% експлозивно разлагане не настъпва. Ниските температури спомагат за запазването на озона. При температури около -183°C течният озон може да се съхранява дълго време без забележимо разлагане. Бързото нагряване до точка на кипене (-119°C) или бързото охлаждане на озона може да причини експлозия. Ето защо познаването на свойствата на озона и спазването на предпазните мерки е много важно при работа с него. Таблица 1 показва основните физични свойства на озона.
В газообразно състояние озонът е диамагнитен, а в течно състояние е слабо парамагнитен. Озонът се разтваря добре в етерични масла, терпентин и въглероден тетрахлорид. Разтворимостта му във вода е повече от 15 пъти по-висока от тази на кислорода.
Молекулата на озона, както вече беше отбелязано, се състои от три кислородни атома и има асиметрична триъгълна структура, характеризираща се с тъп ъгъл на върха (116,5°) и еднакви ядрени разстояния (1,28°A) със средна енергия на свързване (78 kcal/mol) и слаба полярност (0,58).

Основни физични свойства на озона

Оптичните свойства на озона се характеризират с неговата нестабилност към излъчване с различен спектрален състав. Радиацията може не само да се абсорбира от озона, унищожавайки го, но и да образува озон. Образуването на озон в атмосферата става под въздействието на ултравиолетовото лъчение от слънцето в късовълновата област на спектъра 210-220 и 175 nm. В този случай се образуват две молекули озон на абсорбиран квант светлина. Спектралните свойства на озона, неговото образуване и разпадане под въздействието на слънчевата радиация осигуряват оптимални климатични параметри в биосферата на Земята.



golnik, характеризиращ се с тъп върхов ъгъл (116,5°) и равни ядрени разстояния (1,28°A) със средна енергия на свързване (78 kcal/mol) и слаба полярност (0,58).
Оптичните свойства на озона се характеризират с неговата нестабилност към излъчване с различен спектрален състав. Радиацията може не само да се абсорбира от озона, унищожавайки го, но и да образува озон. Образуването на озон в атмосферата става под въздействието на ултравиолетовото лъчение от слънцето в късовълновата област на спектъра 210-220 и 175 nm. В този случай се образуват две молекули озон на абсорбиран квант светлина. Спектралните свойства на озона, неговото образуване и разпадане под въздействието на слънчевата радиация осигуряват оптимални климатични параметри в биосферата на Земята.
Озонът има добра способност да се адсорбира от силикагел и алуминиев гел, което прави възможно използването на това явление за извличане на озон от газови смеси и от разтвори, както и за безопасното му боравене при високи концентрации. Напоследък фреоните се използват широко за безопасна работа с високи концентрации на озон. Концентрираният озон, разтворен във фреон, може да се задържи дълго време.
По време на синтеза на озон, като правило, се образуват газови смеси (O3 + O2 или Oz + въздух), в които съдържанието на озон не надвишава 2-5% от обема. Получаването на чист озон е технически трудна задача и все още не е решена. Съществува метод за отделяне на кислород от смеси чрез нискотемпературна ректификация на газови смеси. Все още обаче не е възможно да се елиминира опасността от експлозия на озон по време на ректификация. В изследователската практика често се използва техниката на двойно замразяване на озон с течен азот, което прави възможно получаването на концентриран озон. По-безопасен метод за производство на концентриран озон е чрез адсорбция-десорбция, когато поток от газовата смес се продухва през слой от охладен (-80°C) силикагел и след това адсорбентът се продухва с инертен газ (азот или хелий). ). Използвайки този метод, можете да получите съотношение озон:кислород 9:1, т.е. силно концентриран озон.
Промишленото използване на концентриран озон като окислителен компонент е незначително.

Химични свойства на озона

Характерните химични свойства на озона трябва да се считат преди всичко неговата нестабилност, способност за бързо разлагане и висока окислителна активност.
Окислителното число I е установено за озона, което характеризира броя на кислородните атоми, отдадени от озона на веществото, което се окислява. Както показват експериментите, той може да бъде равен на 0,1, 3. В първия случай озонът се разлага с увеличаване на обема: 2O3--->3O2, във втория той дава един кислороден атом на окисленото вещество: O3 -> O2 + O (в същото време обемът не се увеличава), а в третия случай озонът се присъединява към окисленото вещество: O3-> 3O (в този случай обемът му намалява).
Окислителните свойства характеризират химичните реакции на озона с неорганични вещества.
Озонът окислява всички метали, с изключение на златото и платиновата група. Серните съединения се окисляват от него до сулфати, нитритите - до нитрати. При реакции с йодни и бромни съединения озонът проявява редуциращи свойства и на това се основават редица методи за неговото количествено определяне. Азотът, въглеродът и техните оксиди реагират с озона. При реакцията на озон с водород се образуват хидроксилни радикали: H+O3->HO+O2. Азотните оксиди реагират бързо с озона, образувайки висши оксиди:
NO+Oz->NO2+O2;
NO2+O3----->NO3+O2;
NO2+O3->N2O5.
Амонякът се окислява от озон до амониев нитрат.
Озонът разлага халогеноводородите и превръща нисшите оксиди в по-високи. Халогените, участващи като активатори на процеса, също образуват висши оксиди.
Редукционният потенциал на озон - кислород е доста висок и в кисела среда се определя на 2,07 V, а в алкален разтвор - 1,24 V. Електронният афинитет на озона се определя на 2 eV, а само флуорът, неговите оксиди и свободните радикали имат по-силен електронен афинитет.
Силният окислителен ефект на озона се използва за превръщане на редица трансуранови елементи в седемвалентно състояние, въпреки че тяхното най-високо валентно състояние е 6. Реакцията на озон с метали с променлива валентност (Cr, Cor и др.) намира практическо приложение в производство на суровина при производството на багрила и витамин РР.
Алкалните и алкалоземните метали се окисляват под въздействието на озон, а техните хидроксиди образуват озониди (триоксиди). Озонидите са известни отдавна, те са споменати през 1886 г. от френския органичен химик Шарл Адолф Вюрц. Те са кристално вещество с червено-кафяв цвят, чиято решетка на молекулите включва единично отрицателни озонови йони (O3-), което определя техните парамагнитни свойства. Границата на термична стабилност на озонидите е -60±2°C, съдържанието на активен кислород е 46% от теглото. Подобно на много пероксидни съединения, озонидите на алкални метали са намерили широко приложение в регенеративни процеси.
Озонидите се образуват при реакциите на озон с натрий, калий, рубидий, цезий, които преминават през междинен нестабилен комплекс от типа M+ O- H+ O3- с последваща реакция с озон, което води до образуването на смес от озонид и воден хидрат на оксид на алкален метал.
Озонът активно влиза в химично взаимодействие с много органични съединения. Така първичният продукт от взаимодействието на озона с двойната връзка на ненаситените съединения е малозоид, който е нестабилен и се разлага на биполярен йон и карбонилни съединения (алдехид или кетон). Междинните продукти, които се образуват при тази реакция, се комбинират отново в различна последователност, образувайки озонид. В присъствието на вещества, способни да реагират с биполярен йон (алкохоли, киселини), вместо озониди се образуват различни пероксидни съединения.
Озонът реагира активно с ароматни съединения и реакцията протича както със, така и без разрушаване на ароматното ядро.
При реакции с наситени въглеводороди озонът първо се разлага, за да образува атомарен кислород, който инициира верижно окисление, а добивът на продуктите на окисление съответства на потреблението на озон. Взаимодействието на озона с наситени въглеводороди протича както в газова фаза, така и в разтвори.
Фенолите лесно реагират с озона и последните се разрушават до съединения с повреден ароматен пръстен (като хиноин), както и нискотоксични производни на ненаситени алдехиди и киселини.
Взаимодействието на озона с органичните съединения се използва широко в химическата промишленост и свързаните с нея индустрии. Използването на реакцията на озон с ненаситени съединения дава възможност за изкуствено получаване на различни мастни киселини, аминокиселини, хормони, витамини и полимерни материали; реакции на озон с ароматни въглеводороди - дифенилова киселина, фталов диалдехид и фталова киселина, глиоксалова киселина и др.
Реакциите на озона с ароматни въглеводороди формират основата за разработването на методи за дезодориране на различни среди, помещения, отпадъчни води, отпадъчни газове, а със сярасъдържащи съединения - основата за разработването на методи за третиране на отпадъчни води и отпадъчни газове на различни индустрии, включително селското стопанство, от вредни съединения, съдържащи сяра (сероводород, меркаптани, серен диоксид).

Каква е формулата за озон? Нека се опитаме заедно да идентифицираме отличителните характеристики на това химическо вещество.

Алотропна модификация на кислорода

Молекулна формула на озон в химията O 3. Относителното му молекулно тегло е 48. Съединението съдържа три атома О. Тъй като формулите на кислорода и озона включват един и същ химичен елемент, в химията те се наричат ​​алотропни модификации.

Физични свойства

При нормални условия химичната формула на озона е газообразно вещество със специфична миризма и светлосин цвят. В природата това химическо съединение може да се усети, докато се разхождате през борова гора след гръмотевична буря. Тъй като формулата на озона е O 3, той е 1,5 пъти по-тежък от кислорода. В сравнение с O2, разтворимостта на озона е значително по-висока. При нулева температура 49 обема от него лесно се разтварят в 100 обема вода. В малки концентрации веществото не е токсично, озонът е отровен само в значителни количества. Максимално допустимата концентрация се счита за 5% от количеството O 3 във въздуха. При силно охлаждане лесно се втечнява, а когато температурата падне до -192 градуса става твърдо.

В природата

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

Получава се в лаборатория

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 специален апарат - озонатор. Тя се основава на две стъклени тръби, които се вкарват една в друга. Вътре има метален прът, а отвън спирала. Веднъж свързан към намотката с високо напрежение, между външната и вътрешната тръби се получава разряд и кислородът се превръща в озон. Елемент, чиято формула е представена като съединение с полярна ковалентна връзка, потвърждава алотропията на кислорода.

Процесът на превръщане на кислорода в озон е ендотермична реакция, която изисква значителен разход на енергия. Поради обратимостта на тази трансформация се наблюдава разлагане на озона, което е съпроводено с намаляване на енергията на системата.

Химични свойства

Формулата на озона обяснява неговата окислителна сила. Той е в състояние да взаимодейства с различни вещества, като губи кислороден атом в процеса. 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 въздействието на този силен окислител се наблюдава разрушаване на каучука.

В стратосферата озонът се образува поради действието на ултравиолетовите лъчи от Слънцето, образувайки озоновия слой. Тази обвивка предпазва повърхността на планетата от негативните ефекти на слънчевата радиация.

Биологичен ефект върху тялото

Повишеният окислителен капацитет на това газообразно вещество и образуването на свободни кислородни радикали показват неговата опасност за човешкото тяло. Каква вреда може да причини озонът на хората? Уврежда и дразни тъканите на дихателните органи.

Озонът действа върху холестерола, съдържащ се в кръвта, причинявайки атеросклероза. Когато човек прекарва дълго време в среда с висока концентрация на озон, се развива мъжко безплодие.

В нашата страна този окислител е класифициран като първи (опасни) клас вредни вещества. Среднодневната му ПДК не трябва да надвишава 0,03 mg на кубичен метър.

Токсичността на озона, възможността за използването му за унищожаване на бактерии и мухъл, се използва активно за дезинфекция. Стратосферният озон е отличен защитен екран за земния живот от ултравиолетовото лъчение.

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 културите и дърветата и е компонент на градския смог. Стратосферният озон носи определени ползи за хората. Разлагането му във воден разтвор зависи от pH, температурата и качеството на околната среда. В медицинската практика се използва озонирана вода с различна концентрация. Озонотерапията включва директен контакт на това вещество с човешкото тяло. Тази техника е използвана за първи път през деветнадесети век. Американски изследователи анализираха способността на озона да окислява вредните микроорганизми и препоръчаха на лекарите да използват това вещество при лечение на настинки.

У нас озонотерапията започва да се използва едва в края на миналия век. За терапевтични цели този окислител проявява характеристиките на силен биорегулатор, който може да повиши ефективността на традиционните методи, а също така да се докаже като ефективно самостоятелно лекарство. След разработването на технологията за озонотерапия, лекарите имат възможност да се борят 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 и ниска цена.

Заключение

Озонът е силен окислител, който може 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 и цитостатично средство. Благодарение на способността си да възстановява нарушения в кислородния метаболизъм, той дава отлични възможности за терапевтична и превантивна медицина.

Сред иновативните техники, базирани на окислителната способност на това съединение, ние подчертаваме интрамускулното, интравенозното и подкожното приложение на това вещество. Например, лечението на рани от залежаване, гъбични кожни инфекции, изгаряния със смес от кислород и озон е признато за ефективна техника.

Във високи концентрации озонът може да се използва като кръвоспиращо средство. При ниски концентрации той насърчава възстановяването, заздравяването и епителизацията. Това вещество, разтворено във физиологичен разтвор, е отлично средство за саниране на челюстта. В съвременната европейска медицина малката и голяма автохемотерапия е широко разпространена. И двата метода включват въвеждане на озон в тялото и използване на неговата окислителна способност.

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

Газ като озона има изключително ценни свойства за цялото човечество. Химичният елемент, от който се образува, е O. Всъщност озонът O 3 е една от алотропните модификации на кислорода, състояща се от три формулни единици (O÷O÷O). Първото и по-известно съединение е самият кислород, по-точно газът, който се образува от два от неговите атоми (O=O) - O 2.

Алотропията е способността на един химичен елемент да образува редица прости съединения с различни свойства. Благодарение на нея човечеството е изучавало и използва вещества като диамант и графит, моноклинна и орторомбична сяра, кислород и озон. Химичен елемент, който има тази способност, не е непременно ограничен само до две модификации; някои имат повече.

История на отваряне на връзката

Съставна единица на много органични и минерални вещества, включително като озон, химичен елемент, чието обозначение е O - кислород, в превод от гръцки "oxys" - кисел и "gignomai" - да ражда.

Новият е открит за първи път по време на експерименти с електрически разряди през 1785 г. от холандеца Мартин ван Марун, вниманието му е привлечено от специфична миризма. Един век по-късно французинът Шьонбейн отбелязва наличието на същото след гръмотевична буря, в резултат на което газът е наречен „миришещ“. Но учените бяха донякъде измамени, вярвайки, че обонянието им усеща самия озон. Миризмата, която усетиха, беше на нещо, окислено чрез реакция с O3, тъй като газът е много реактивен.

Електронна структура

O2 и O3, химически елемент, имат еднакъв структурен фрагмент. Озонът има по-сложна структура. При кислорода всичко е просто - два кислородни атома са свързани чрез двойна връзка, състояща се от ϭ- и π-компонент, според валентността на елемента. O 3 има няколко резонансни структури.

Множествената връзка свързва два кислорода, а третият има единична връзка. По този начин, поради миграцията на π компонента, в общата картина три атома имат сескви съединение. Тази връзка е по-къса от единичната връзка, но по-дълга от двойната връзка. Проведените от учените експерименти изключват възможността за цикличност на молекулата.

Методи за синтез

За да се образува газ като озон, химическият елемент кислород трябва да присъства в газова среда под формата на отделни атоми. Такива условия се създават, когато молекулите на кислорода O 2 се сблъскат с електрони по време на електрически разряди или други частици с висока енергия, както и когато се облъчва с ултравиолетова светлина.

Лъвският дял от общото количество озон в естествени атмосферни условия се образува фотохимично. Човекът предпочита да използва други методи в химическата дейност, като например електролитния синтез. Състои се от поставяне на платинени електроди във водна електролитна среда и подаване на ток. Схема на реакция:

H 2 O + O 2 → O 3 + H 2 + e -

Физични свойства

Кислородът (O) е съставна единица на вещество като озон - химичен елемент, чиято формула, както и относителната му моларна маса, са посочени в периодичната таблица. Образувайки O 3, кислородът придобива свойства, коренно различни от свойствата на O 2.

Синият газ е нормалното състояние на съединение като озон. Химичен елемент, формула, количествени характеристики - всичко това е определено по време на идентифицирането и изследването на това вещество. за него -111,9 °C, втечненото състояние има тъмно лилав цвят, с по-нататъшно намаляване на степента до -197,2 °C започва топенето. В твърдо агрегатно състояние озонът придобива черен цвят с виолетов оттенък. Неговата разтворимост е десет пъти по-висока от това свойство на кислорода O 2. При най-малки концентрации във въздуха се усеща миризмата на озон, тя е остра, специфична и напомня миризмата на метал.

Химични свойства

Газът озон е много активен от реакционна гледна точка. Химичният елемент, който го образува, е кислородът. Характеристиките, които определят поведението на озона при взаимодействие с други вещества, са високата окислителна способност и нестабилността на самия газ. При повишени температури той се разлага с безпрецедентна скорост, процесът се ускорява и от катализатори като метални оксиди, азотни оксиди и др. Свойствата на окислителя са присъщи на озона поради структурните особености на молекулата и подвижността на един от кислородните атоми, който, когато се отдели, превръща газа в кислород: O 3 → O 2 + O·

Кислородът (градивният елемент, от който са изградени молекулите на вещества като кислород и озон) е химичен елемент. Както е написано в уравненията на реакцията - O·. Озонът окислява всички метали, с изключение на златото, платината и нейната подгрупа. Реагира с газове в атмосферата - оксиди на сяра, азот и др. Органичните вещества не остават инертни; процесите на разрушаване на множество връзки чрез образуване на междинни съединения протичат особено бързо. Изключително важно е продуктите от реакцията да са безвредни за околната среда и хората. Това са вода, кислород, висши оксиди на различни елементи и въглеродни оксиди. Бинарните съединения на калций, титан и силиций с кислород не взаимодействат с озона.

Приложение

Основната област, в която се използва "миришещ" газ, е озонирането. Този метод на стерилизация е много по-ефективен и по-безопасен за живите организми от дезинфекцията с хлор. Няма образуване на токсични метанови производни, заменени с опасен халоген.

Все по-често този екологичен метод за стерилизация се използва в хранително-вкусовата промишленост. Озонът се използва за третиране на хладилно оборудване и помещения за съхранение на храни и се използва за премахване на миризми.

За медицината дезинфекциращите свойства на озона също са незаменими. Те дезинфекцират рани с физиологични разтвори. Венозната кръв се озонира, а с „мирисния” газ се лекуват редица хронични заболявания.

Намиране в природата и смисъл

Простото вещество озон е елемент от газовия състав на стратосферата, област от околоземното пространство, разположена на разстояние около 20-30 км от повърхността на планетата. Освобождаването на това съединение става по време на процеси, свързани с електрически разряди, по време на заваряване и работа на копирни машини. Но именно в стратосферата се образува и съдържа 99% от общото количество озон в земната атмосфера.

Наличието на газ в околоземното пространство се оказа жизненоважно. Той образува така наречения озонов слой, който предпазва всички живи същества от смъртоносната ултравиолетова радиация на Слънцето. Колкото и да е странно, но наред с огромните ползи, самият газ е опасен за хората. Увеличаването на концентрацията на озон във въздуха, който човек диша, е вредно за тялото поради изключителната му химическа активност.

Фразата "озонов слой", станала известна през 70-те години. миналия век, отдавна е настръхнал. В същото време малко хора наистина разбират какво означава това понятие и защо разрушаването на озоновия слой е опасно. Още по-голяма мистерия за мнозина е структурата на озоновата молекула, която е пряко свързана с проблемите на озоновия слой. Нека научим повече за озона, неговата структура и употребата на това вещество в индустрията.

Какво е озон

Озонът или, както се нарича още, активен кислород, е газ с лазурно оцветен цвят и остър метален мирис.

Това вещество може да съществува и в трите агрегатни състояния: газообразно, твърдо и течно.

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 молекула озон?

Озонът получи прякора си „активен кислород“ поради сходството си с кислорода. Така че основният активен химичен елемент в тези вещества е кислородът (О). Ако обаче молекулата на кислорода съдържа 2 от своите атоми, тогава молекулата - O 3) се състои от 3 атома от този елемент.

Поради тази структура свойствата на озона са подобни на кислорода, но по-изразени. По-специално, подобно на O 2, O 3 е силен окислител.

Най-важната разлика между тези „сродни“ вещества, която е жизненоважна за всеки да запомни, е следната: озонът не може да се вдишва, той е токсичен и при вдишване може да увреди белите дробове или дори да убие човек. В същото време O 3 е отличен за пречистване на въздуха от токсични примеси. Между другото, точно затова 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) прилича малко на изображението 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 елемент.

Двата атома на дадена молекула са здраво свързани един с друг. Но комуникацията с третия е по-малко надеждна. Поради тази причина молекулата на озона (снимката на модела може да се види по-долу) е много крехка и се разпада скоро след образуването. Като правило, по време на всяка реакция на разлагане на O 3 се освобождава кислород.

Поради нестабилността на озона, той не може да се събира, съхранява или транспортира като други вещества. Поради тази причина производството му е по-скъпо от други вещества.

В същото време високата активност на O 3 молекулите позволява това вещество да бъде силен окислител, по-мощен от кислорода и по-безопасен от хлора.

Ако една озонова молекула се разруши и се освободи O 2, тази реакция винаги е придружена от освобождаване на енергия. В същото време, за да се случи обратният процес (образуване на O 3 от O 2), е необходимо да се изразходват не по-малко.

В газообразно състояние молекулата на озона се разпада при температура от 70° C. Ако се повиши до 100 градуса или повече, реакцията ще се ускори значително. Наличието на примеси също ускорява периода на разпадане на озоновите молекули.

Свойства на O3

Без значение в кое от трите състояния се намира озонът, той запазва синия си цвят. Колкото по-твърдо е веществото, толкова по-наситен и по-тъмен е нюансът.

Всяка молекула озон тежи 48 g/mol. Той е по-тежък от въздуха, което помага за отделянето на тези вещества едно от друго.

O 3 е способен да окислява почти всички метали и неметали (с изключение на злато, иридий и платина).

Това вещество може също да участва в реакцията на горене, но това изисква по-висока температура от O2.

Озонът е способен да се разтваря във H 2 O и фреони. В течно състояние може да се смесва с течен кислород, азот, метан, аргон, въглероден тетрахлорид и въглероден диоксид.

Как се образува молекулата на озона?

Молекулите O 3 се образуват чрез свързване на свободни кислородни атоми към кислородни молекули. Те от своя страна се появяват поради разделянето на други O 2 молекули поради излагане 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 или озонатори. В тези устройства електрическият ток с високо напрежение преминава през газов поток, съдържащ O 2, чиито атоми служат като „строителен материал“ за озона.

Понякога в тези устройства се въвежда чист кислород или обикновен въздух. Качеството на получения озон зависи от чистотата на изходния продукт. По този начин медицинският O 3, предназначен за лечение на рани, се извлича само от химически чист O 2.

История на откриването на озона

След като разбрахме как изглежда молекулата на озона и как се образува, си струва да се запознаем с историята на това вещество.

За първи път е синтезиран от холандския изследовател Мартин Ван Марум през втората половина на 18 век. Ученият забеляза, че след преминаване на електрически искри през контейнер с въздух, газът в него променя свойствата си. В същото време Ван Марум не осъзнава, че е изолирал молекулите на ново вещество.

Но немският му колега на име Шейнбейн, опитвайки се да разложи H 2 O на H и O 2 с помощта на електричество, забеляза отделянето на нов газ с остра миризма. След като провежда много изследвания, ученият описва откритото от него вещество и му дава името „озон“ в чест на гръцката дума за „миризма“.

Способността да убива гъбички и бактерии, както и да намалява токсичността на вредните съединения, които откритото вещество притежава, заинтересува много учени. 17 години след официалното откриване на O 3, Вернер фон Сименс проектира първия апарат, който прави възможно синтезирането на озон във всякакви количества. А 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 пречиствателни станции за питейна вода само 2 години по-късно. От началото на 20 век. Европа започва да преминава към озониране на питейната вода, за да я пречиства.

Руската империя за първи път използва тази техника през 1911 г., а 5 години по-късно страната инсталира почти 4 дузини инсталации за пречистване на питейна вода с озон.

Днес озонирането на водата постепенно измества хлорирането. Така 95% от цялата питейна вода в Европа се пречиства с O 3. Тази техника е много популярна и в САЩ. В ОНД все още е на етап проучване, тъй като въпреки че тази процедура е по-безопасна и удобна, тя е по-скъпа от хлорирането.

Области на приложение на озона

В допълнение към пречистването на водата O 3 има редица други приложения.

• Озонът се използва като избелващ агент при производството на хартия и текстил.
• Активният кислород се използва за дезинфекция на вина, както и за ускоряване на процеса на "стареене" на коняците.
• Различни растителни масла се рафинират с помощта на O3.
• Много често това вещество се използва за обработка на нетрайни храни като месо, яйца, плодове и зеленчуци. Тази процедура не оставя химически следи, както при използване на хлор или формалдехид, и продуктите могат да се съхраняват много по-дълго.
• Озонът се използва за стерилизиране на медицинско оборудване и облекло.
• Пречистеният O3 се използва и за различни медицински и козметични процедури. По-специално, той се използва в стоматологията за дезинфекция на устната кухина и венците, както и за лечение на различни заболявания (стоматит, херпес, орална кандидоза). В европейските страни O 3 е много популярен за дезинфекция на рани.
• През последните години преносимите домашни устройства за филтриране на въздух и вода с озон станаха изключително популярни.

Озонов слой - какво е това?

На разстояние 15-35 км над повърхността на Земята има озонов слой или, както се нарича още, озоносфера. На това място концентрираният O 3 служи като вид филтър за вредната слънчева радиация.

Откъде идва това количество вещество, ако молекулите му са нестабилни? Не е трудно да се отговори на този въпрос, ако си спомняте модела на озоновата молекула и метода на нейното образуване. И така, кислородът, състоящ се от 2 кислородни молекули, влизайки в стратосферата, се нагрява там от слънчевите лъчи. Тази енергия е достатъчна, за да раздели O 2 на атоми, от които се образува O 3 . В същото време озоновият слой не само използва част от слънчевата енергия, но и я филтрира и поглъща опасната ултравиолетова радиация.

По-горе беше казано, че озонът се разтваря от фреони. Тези газообразни вещества (използвани в 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 на планетата навлизат нефилтрирани слънчеви лъчи, които действат разрушително на живите организми.

След като разгледахме характеристиките и структурата на озоновите молекули, можем да стигнем до извода, че това вещество, макар и опасно, е много полезно за човечеството, ако се използва правилно.