Od čega nastaje ozon? Opće informacije o medicinskom ozonu

MOSKVA, 16. rujna – RIA Novosti. Međunarodni dan očuvanja ozonskog omotača, tankog “štita” koji cijeli život na Zemlji štiti od štetnog ultraljubičastog zračenja Sunca, obilježava se u ponedjeljak, 16. rujna – na današnji dan potpisan je poznati Montrealski protokol 1987. godine.

U normalnim uvjetima, ozon ili O3 blijedoplavi je plin koji se hlađenjem pretvara u tamnoplavu tekućinu, a zatim u plavo-crne kristale. Ukupno, ozon u atmosferi planeta čini oko 0,6 dijelova na milijun volumena: to znači, na primjer, da postoji samo 0,6 kubičnih centimetara ozona u svakom kubičnom metru atmosfere. Za usporedbu, ugljični dioksid u atmosferi je već oko 400 dijelova na milijun – odnosno više od dvije čaše za isti kubni metar zraka.

Naime, tako mala koncentracija ozona može se nazvati blagoslovom za Zemlju: ovaj plin, koji na visini od 15-30 kilometara čini spasonosni ozonski omotač, puno je manje “plemeniti” u neposrednoj blizini ljudi. . Prema ruskoj klasifikaciji, ozon spada u tvari najvišeg, prvog razreda opasnosti - vrlo je jak oksidans koji je izrazito otrovan za ljude.

RIA Novostima pomogao je razumjeti različita svojstva složenog ozona Vadim Samoilovich, viši istraživač u Laboratoriju za katalizu i plinsku elektrokemiju Kemijskog fakulteta Moskovskog državnog sveučilišta Lomonosov.

Ozonski štit

"Ovo je prilično dobro proučen plin, gotovo sve je proučeno - sve se nikad ne događa, ali ono glavno (se zna) ... Ozon ima mnogo različitih primjena. Ali ne zaboravite da je, općenito govoreći, život nastao zahvaljujući na ozonski omotač - ovo je vjerojatno glavni trenutak,” kaže Samoilovich.

U stratosferi ozon nastaje iz kisika kao rezultat fotokemijskih reakcija – takve reakcije počinju pod utjecajem sunčevog zračenja. Tamo je koncentracija ozona već veća - oko 8 mililitara po kubnom metru. Plin se uništava kada se "susreće" s određenim spojevima, na primjer, atomskim klorom i bromom - to su tvari koje su dio opasnih klorofluorougljika, poznatijih kao freoni. Prije Montrealskog protokola koristili su se, između ostalog, u industriji rashladnih uređaja i kao pogonsko gorivo u plinskim patronama.

Godine 2012., kada je Montrealski protokol slavio 25. godišnjicu postojanja, stručnjaci Programa Ujedinjenih naroda za okoliš (UNEP) zaštitu ozonskog omotača označili su kao jedno od samo četiri ključna ekološka pitanja u kojima je čovječanstvo značajno napredovalo. Istodobno, UNEP je primijetio da je sadržaj ozona u stratosferi prestao opadati od 1998. godine, te bi se, prema predviđanjima znanstvenika, do 2050.-2075. mogao vratiti na razine zabilježene prije 1980. godine.

Ozonski smog

30 kilometara od Zemljine površine ozon se dobro "ponaša", no u troposferi, površinskom sloju, pokazuje se opasnim zagađivačem. Prema UNEP-u, koncentracija troposferskog ozona na sjevernoj hemisferi gotovo se utrostručila u posljednjih 100 godina, što ga također čini trećim najvažnijim “antropogenim” stakleničkim plinom.

Ovdje se ozon također ne ispušta u atmosferu, već nastaje pod utjecajem sunčevog zračenja u zraku koji je već zagađen "prekursorima" ozona - dušikovim oksidima, hlapljivim ugljikovodicima i nekim drugim spojevima. U gradovima u kojima je ozon jedna od glavnih komponenti smoga, za njegovu pojavu neizravno su “krive” emisije vozila.

Nisu samo ljudi i klima ti koji pate od prizemnog ozona. UNEP procjenjuje da bi smanjenje koncentracije troposferskog ozona moglo pomoći u očuvanju oko 25 milijuna tona riže, pšenice, soje i kukuruza koji se godišnje izgube zbog ovog plina koji je otrovan za biljke.

Upravo zato što prizemni ozon više nije toliko koristan, stručnjaci iz meteoroloških službi i nadzora okoliša neprestano prate njegove koncentracije u zraku velikih gradova, uključujući i Moskvu.

Ozon je koristan

"Jedno od vrlo zanimljivih svojstava ozona je baktericidno. Što se tiče baktericidnog djelovanja, on je praktički prvi među svim takvim tvarima, klorom, manganovim peroksidom, klorovim oksidom", napominje Vadim Samoilovich.

Ista ekstremna priroda ozona, što ga čini vrlo jakim oksidacijskim sredstvom, objašnjava primjenu ovog plina. Ozon se koristi za sterilizaciju i dezinfekciju prostorija, odjeće, alata i, naravno, za pročišćavanje vode – pitke i industrijske, pa čak i otpadne vode.

Osim toga, naglašava stručnjak, ozon se u mnogim zemljama koristi kao zamjena za klor u postrojenjima za izbjeljivanje celuloze.

"Klor (kada reagira) s organskom tvari proizvodi, odnosno, organoklor, koji je mnogo toksičniji od samog klora. Općenito, to (pojava toksičnog otpada - ur.) može se izbjeći naglim smanjenjem koncentracije klora, ili ga jednostavno eliminirati. Jedna od opcija — zamjena klora ozonom", objasnio je Samoilovich.

Zrak se također može ozonizirati, a to također daje zanimljive rezultate - na primjer, prema Samojloviču, u Ivanovu su stručnjaci sa Sveruskog istraživačkog instituta za sigurnost i zdravlje na radu i njihovi kolege proveli čitav niz studija tijekom kojih su "u predenje u trgovinama je određena količina ozona dodana u obične ventilacijske kanale.” Kao rezultat toga, prevalencija respiratornih bolesti se smanjila, a produktivnost rada, naprotiv, porasla. Ozoniranjem zraka u skladištima hrane može se povećati njezina sigurnost, a takvih iskustava ima iu drugim zemljama.

Ozon je otrovan

Kvaka kod korištenja ozona još uvijek je ista - njegova toksičnost. U Rusiji je najveća dopuštena koncentracija (MPC) ozona u atmosferskom zraku 0,16 miligrama po kubnom metru, au zraku radnog područja - 0,1 miligrama. Stoga, napominje Samoilovich, ista ozonizacija zahtijeva stalni nadzor, što uvelike komplicira stvar.

"Ova tehnika je još uvijek prilično složena. Izlijte kantu nekakvog baktericida - puno je jednostavnije, izlijte i to je to, ali ovdje morate paziti, mora postojati neka vrsta pripreme", kaže znanstvenik.

Ozon šteti ljudskom organizmu polako, ali ozbiljno – dugotrajnom izloženošću zraku zagađenom ozonom povećava se rizik od kardiovaskularnih i respiratornih bolesti. Reagirajući s kolesterolom, stvara netopljive spojeve, što dovodi do razvoja ateroskleroze.

"Kod koncentracija iznad maksimalno dopuštenih razina može se javiti glavobolja, iritacija sluznice, kašalj, vrtoglavica, opći umor, smanjenje srčane aktivnosti. Otrovni prizemni ozon dovodi do pojave ili pogoršanja bolesti dišnog sustava; djece, starijih osoba , a astmatičari su u opasnosti,” — navedeno je na web stranici Centralnog aerološkog opservatorija (CAO) Roshydrometa.

Ozon je eksplozivan

Ozon nije samo štetan za udisanje, nego treba sakriti i šibice jer je ovaj plin vrlo eksplozivan. Tradicionalno, "prag" opasnih koncentracija ozona je 300-350 mililitara po litri zraka, iako neki znanstvenici rade s višim razinama, kaže Samoilovich. Ali tekući ozon - ta ista plava tekućina koja tamni dok se hladi - eksplodira spontano.

To je ono što sprječava korištenje tekućeg ozona kao oksidacijskog sredstva u raketnom gorivu - takve su se ideje pojavile nedugo nakon početka svemirskog doba.

"Naš laboratorij na sveučilištu nastao je upravo na toj ideji. Svako raketno gorivo ima svoju kaloričnu vrijednost u reakciji, odnosno koliko se topline oslobađa pri izgaranju, a samim tim i koliko će raketa biti moćna. Dakle, zna se da je najmoćnija opcija miješanje tekućeg vodika s tekućim ozonom... Ali postoji jedan nedostatak. Tekući ozon eksplodira, i to spontano, odnosno bez ikakvog vidljivog razloga”, kaže predstavnik Moskovskog državnog sveučilišta.

Prema njegovim riječima, i sovjetski i američki laboratoriji potrošili su “ogromnu količinu truda i vremena pokušavajući ovo učiniti nekako sigurnim (afera) - pokazalo se da je to nemoguće učiniti.” Samoilovich se prisjeća da su jednom kolege iz Sjedinjenih Država uspjeli dobiti posebno čisti ozon, koji "kao da" nije eksplodirao, "svi su već udarali u bubnjeve", ali onda je cijelo postrojenje eksplodiralo i rad je zaustavljen.

“Imali smo slučajeve da, recimo, tikvica s tekućim ozonom stoji i stoji, ulije se tekući dušik, pa onda - ili je dušik iskuhao ili nešto - dođete, a fali pola instalacije, sve je bilo raznesena u prah Zašto je eksplodirala – tko zna”, napominje znanstvenica.

Ozon je plinovita tvar koja je modifikacija kisika (sastoji se od tri atoma). Uvijek je prisutan u atmosferi, ali ga je nizozemski fizičar Van Marum prvi put otkrio 1785. dok je proučavao učinak iskre na zrak. Godine 1840. njemački kemičar Christian Friedrich Schönbein potvrdio je ta zapažanja i pretpostavio da je otkrio novi element kojemu je dao ime "ozon" (od grčke riječi ozon - miris). Godine 1850. utvrđena je visoka aktivnost ozona kao oksidacijskog sredstva i njegova sposobnost vezanja na dvostruke veze u reakcijama s mnogim organskim spojevima. Oba ova svojstva ozona kasnije su našla široku praktičnu primjenu. Međutim, važnost ozona nije ograničena samo na ova dva svojstva. Utvrđeno je da ima niz vrijednih svojstava kao dezinficijens i dezodorans.
Ozon je prvi put korišten u sanitarijama kao sredstvo za dezinfekciju pitke vode i zraka. Ruski znanstvenici bili su među prvim istraživačima procesa ozoniranja. Davne 1874. godine, osnivač prve "škole (ruskih) higijeničara, profesor A.D. Dobroe švin, predložio je ozon kao najbolje sredstvo za dezinfekciju pitke vode i zraka od patogene mikroflore. Kasnije, 1886. godine, N.K. Keldysh je proveo istraživanje baktericidnog učinka ozona i preporučio ga kao vrlo učinkovito dezinfekcijsko sredstvo.Istraživanja ozona posebno su se raširila u 20. stoljeću.A već 1911. godine u St. ozoniranje s terapijskim za potrebe medicine, za sanitarne svrhe u prehrambenoj industriji, u oksidativnim procesima u kemijskoj industriji itd.
Opseg i opseg uporabe ozona u velikom je porastu tijekom proteklog desetljeća. Trenutačno najvažnija područja primjene ozona su sljedeća: pročišćavanje i dezinfekcija pitke i industrijske vode, kao i kućanskih, fekalnih i industrijskih otpadnih voda u cilju smanjenja biološke potrošnje kisika (BPK), dekolorizacija, neutralizacija štetnih toksičnih tvari. (cijanidi, fenoli, merkaptani), uklanjanje neugodnih mirisa, dezodoracija i pročišćavanje zraka raznih industrija, ozonizacija u klimatizacijskim sustavima, skladištenje hrane, sterilizacija ambalaže i obloga u farmaceutskoj industriji, terapija i medicinska prevencija raznih bolesti i dr. .
Posljednjih godina utvrđeno je još jedno svojstvo ozona - sposobnost povećanja biološke vrijednosti stočne i ljudske hrane, što je omogućilo korištenje ozona u preradi, pripremi i skladištenju stočne hrane i raznih proizvoda. Stoga je razvoj tehnologija ozoniranja u poljoprivrednoj proizvodnji, a posebice u peradarstvu, vrlo perspektivan.

Fizikalna svojstva ozona

Ozon je visoko reaktivan, alotropni oblik kisika; pri normalnim temperaturama je svijetloplavi plin karakterističnog oštrog mirisa (miris se organoleptički osjeća pri koncentraciji ozona od 0,015 mg/m3 zraka). U tekućoj fazi ozon ima indigo-plavu boju, au čvrstoj fazi gustu ljubičasto-plavu boju; ozonski sloj debljine 1 mm praktički je neproziran za svjetlost. Ozon nastaje iz kisika, apsorbira toplinu i, obrnuto, tijekom razgradnje prelazi u kisik, oslobađajući toplinu (slično kao kod izgaranja). Ovaj se proces može napisati na sljedeći način:
Egzotermna reakcija
2Oz=ZO2+68 kcal
Endotermna reakcija

Brzine ovih reakcija ovise o temperaturi, tlaku i koncentraciji ozona. Pri normalnim temperaturama i tlakovima reakcije se odvijaju sporo, ali pri povišenim temperaturama razgradnja ozona se ubrzava.
Nastajanje ozona pod utjecajem energije različitih zračenja prilično je složeno. Primarni procesi stvaranja ozona iz kisika mogu se odvijati na različite načine ovisno o količini primijenjene energije.
Ekscitacija molekule kisika događa se pri energiji elektrona od 6,1 eV; stvaranje iona molekularnog kisika - pri energiji elektrona od 12,2 eV; disocijacija u kisiku - pri energiji elektrona od 19,2 eV. Sve slobodne elektrone hvataju molekule kisika, što rezultira stvaranjem negativnih iona kisika. Nakon što se molekula pobudi, dolazi do stvaranja ozona.
Pri energiji elektrona od 12,2 eV, kada dolazi do stvaranja iona molekularnog kisika, ne opaža se ozon, a pri energiji elektrona od 19,2 eV, kada su uključeni i atom kisika i ion, nastaje ozon. Uz to nastaju pozitivni i negativni ioni kisika. Mehanizam raspadanja ozona*, koji uključuje homogene i heterogene sustave, složen je i ovisi o uvjetima. Razgradnju ozona u homogenim sustavima ubrzavaju plinoviti dodaci (dušikovi oksidi, klor i dr.), a u heterogenim sustavima metali (živa, srebro, bakar i dr.) i metalni oksidi (željezo, bakar, nikal, olovo, itd.). Pri visokim koncentracijama ozona dolazi do eksplozivne reakcije. Pri koncentraciji ozona do 10% ne dolazi do eksplozivnog raspadanja. Niske temperature pomažu u očuvanju ozona. Na temperaturama oko -183°C tekući se ozon može dugo čuvati bez primjetne razgradnje. Brzo zagrijavanje do točke vrenja (-119°C) ili brzo hlađenje ozona može izazvati eksploziju. Stoga je poznavanje svojstava ozona i poštivanje sigurnosnih mjera vrlo važno pri radu s njim. Tablica 1 prikazuje glavna fizikalna svojstva ozona.
U plinovitom stanju ozon je dijamagnetičan, a u tekućem slabo paramagnetičan. Ozon se dobro otapa u eteričnim uljima, terpentinu i ugljikovom tetrakloridu. Topivost u vodi je više od 15 puta veća od topljivosti kisika.
Molekula ozona, kao što je već navedeno, sastoji se od tri atoma kisika i ima strukturu asimetričnog trokuta, koju karakteriziraju tupi vršni kut (116,5°) i jednake nuklearne udaljenosti (1,28°A) s prosječnom energijom vezanja (78 kcal/mol) i slabog polariteta (0,58).

Osnovna fizikalna svojstva ozona

Optička svojstva ozona karakterizira njegova nestabilnost na zračenje različitog spektralnog sastava. Zračenje ne samo da može apsorbirati ozon, uništavajući ga, već također može stvoriti ozon. Stvaranje ozona u atmosferi događa se pod utjecajem ultraljubičastog zračenja Sunca u kratkovalnom području spektra 210-220 i 175 nm. U tom slučaju nastaju dvije molekule ozona po apsorbiranom kvantu svjetlosti. Spektralna svojstva ozona, njegovo stvaranje i raspadanje pod utjecajem sunčevog zračenja osiguravaju optimalne klimatske parametre u Zemljinoj biosferi.



golnik, karakteriziran tupim vršnim kutom (116,5°) i jednakim jezgrinim udaljenostima (1,28°A) s prosječnom energijom vezanja (78 kcal/mol) i slabom polaritetom (0,58).
Optička svojstva ozona karakterizira njegova nestabilnost na zračenje različitog spektralnog sastava. Zračenje ne samo da može apsorbirati ozon, uništavajući ga, već također može stvoriti ozon. Stvaranje ozona u atmosferi događa se pod utjecajem ultraljubičastog zračenja Sunca u kratkovalnom području spektra 210-220 i 175 nm. U tom slučaju nastaju dvije molekule ozona po apsorbiranom kvantu svjetlosti. Spektralna svojstva ozona, njegovo stvaranje i raspadanje pod utjecajem sunčevog zračenja osiguravaju optimalne klimatske parametre u Zemljinoj biosferi.
Ozon ima dobru sposobnost adsorpcije na silikagel i aluminijev gel, što omogućuje korištenje ove pojave za ekstrakciju ozona iz plinskih smjesa i otopina, kao i za sigurno rukovanje njime pri visokim koncentracijama. Freoni se u posljednje vrijeme sve više koriste za siguran rad s visokim koncentracijama ozona. Koncentrirani ozon otopljen u freonu može postojati dugo vremena.
Tijekom sinteze ozona u pravilu nastaju plinske smjese (O3 + O2 ili Oz + zrak), u kojima udio ozona ne prelazi 2-5% volumena. Dobivanje čistog ozona je tehnički težak zadatak i još uvijek nije riješen. Postoji metoda za odvajanje kisika iz smjesa niskotemperaturnim rektifikacijom plinskih smjesa. Međutim, tijekom rektifikacije još nije bilo moguće otkloniti opasnost od eksplozije ozona. U istraživačkoj praksi često se koristi tehnika dvostrukog smrzavanja ozona s tekućim dušikom, čime je moguće dobiti koncentrirani ozon. Sigurnija metoda za proizvodnju koncentriranog ozona je adsorpcija-desorpcija, kada se protok plinske smjese upuhuje kroz sloj ohlađenog (-80°C) silikagela, a zatim se adsorbent pročišćava inertnim plinom (dušikom ili helijem). ). Pomoću ove metode možete dobiti omjer ozon:kisik od 9:1, tj. visoko koncentrirani ozon.
Industrijska uporaba koncentriranog ozona kao oksidirajuće komponente je beznačajna.

Kemijska svojstva ozona

Karakterističnim kemijskim svojstvima ozona prvenstveno treba smatrati njegovu nestabilnost, sposobnost brze razgradnje i visoku oksidacijsku aktivnost.
Za ozon je utvrđen oksidacijski broj I, koji karakterizira broj atoma kisika koje ozon donira tvari koja se oksidira. Kao što su pokusi pokazali, može biti jednak 0,1, 3. U prvom slučaju, ozon se raspada s povećanjem volumena: 2O3--->3O2, u drugom daje jedan atom kisika oksidiranoj tvari: O3 -> O2 + O (istodobno se volumen ne povećava), au trećem slučaju ozon se pridružuje oksidiranoj tvari: O3->3O (u ovom slučaju njegov volumen se smanjuje).
Oksidirajuća svojstva karakteriziraju kemijske reakcije ozona s anorganskim tvarima.
Ozon oksidira sve metale, osim zlata i platinske skupine. Sumporni spojevi se njime oksidiraju u sulfate, nitrite - u nitrate. U reakcijama sa spojevima joda i broma ozon pokazuje redukcijska svojstva, pa se na tome temelje brojne metode za njegovo kvantitativno određivanje. Dušik, ugljik i njihovi oksidi reagiraju s ozonom. U reakciji ozona s vodikom nastaju hidroksilni radikali: H+O3->HO+O2. Dušikovi oksidi brzo reagiraju s ozonom, stvarajući više okside:
NO+Oz->NO2+O2;
NO2+O3----->NO3+O2;
NO2+O3->N2O5.
Amonijak oksidira ozon u amonijev nitrat.
Ozon razgrađuje halogenovodike i pretvara niže okside u više. Halogeni, sudjelujući kao aktivatori procesa, također tvore više okside.
Redukcijski potencijal ozona - kisika prilično je visok i u kiseloj sredini određen je na 2,07 V, a u alkalnoj otopini - 1,24 V. Elektronski afinitet ozona određen je na 2 eV, a samo fluor, njegovi oksidi i slobodni radikali imaju jači afinitet prema elektronu.
Visoki oksidacijski učinak ozona iskorišten je za prevođenje niza transuranskih elemenata u sedmerovalentno stanje, iako je njihovo najviše valentno stanje 6. Reakcija ozona s metalima promjenljive valencije (Cr, Cor, itd.) nalazi praktičnu primjenu u proizvodnja sirovine u proizvodnji boja i vitamina PP.
Alkalijski i zemnoalkalijski metali pod utjecajem ozona oksidiraju, a njihovi hidroksidi stvaraju ozonide (triokside). Ozonidi su poznati odavno, a spomenuo ih je još 1886. godine francuski organski kemičar Charles Adolphe Wurtz. Oni su kristalna tvar crveno-smeđe boje, čija rešetka molekula uključuje pojedinačno negativne ione ozona (O3-), što određuje njihova paramagnetska svojstva. Granica toplinske stabilnosti ozonida je -60±2° C, sadržaj aktivnog kisika je 46% mase. Kao i mnogi peroksidni spojevi, ozonidi alkalijskih metala našli su široku primjenu u regenerativnim procesima.
Ozonidi nastaju u reakcijama ozona s natrijem, kalijem, rubidijem, cezijem, koje prolaze kroz intermedijarni nestabilni kompleks tipa M+ O- H+ O3- uz daljnju reakciju s ozonom, što rezultira stvaranjem smjese ozonida i vodene hidrat oksida alkalijskih metala.
Ozon aktivno ulazi u kemijsku interakciju s mnogim organskim spojevima. Dakle, primarni produkt interakcije ozona s dvostrukom vezom nezasićenih spojeva je malozoid, koji je nestabilan i raspada se na bipolarni ion i karbonilne spojeve (aldehid ili keton). Intermedijarni produkti koji nastaju u ovoj reakciji ponovno se spajaju drugačijim slijedom, tvoreći ozonid. U prisutnosti tvari koje mogu reagirati s bipolarnim ionom (alkoholi, kiseline), umjesto ozonida nastaju različiti peroksidni spojevi.
Ozon aktivno reagira s aromatskim spojevima, a reakcija se odvija i sa i bez razaranja aromatske jezgre.
U reakcijama sa zasićenim ugljikovodicima ozon se najprije razgrađuje na atomski kisik, čime započinje lančana oksidacija, a prinos produkata oksidacije odgovara utrošku ozona. Međudjelovanje ozona sa zasićenim ugljikovodicima događa se i u plinovitoj fazi i u otopinama.
Fenoli lako reagiraju s ozonom, a potonji se razgrađuju u spojeve s oštećenim aromatskim prstenom (kao što je kinoin), kao i niskotoksične derivate nezasićenih aldehida i kiselina.
Interakcija ozona s organskim spojevima naširoko se koristi u kemijskoj industriji i srodnim industrijama. Korištenje reakcije ozona s nezasićenim spojevima omogućuje umjetno dobivanje raznih masnih kiselina, aminokiselina, hormona, vitamina i polimernih materijala; reakcije ozona s aromatskim ugljikovodicima - difenilna kiselina, ftalni dialdehid i ftalna kiselina, glioksalna kiselina itd.
Reakcije ozona s aromatskim ugljikovodicima bile su osnova za razvoj metoda dezodoracije raznih okoliša, prostora, otpadnih voda, otpadnih plinova, a sa spojevima koji sadrže sumpor - osnova za razvoj metoda za obradu otpadnih voda i otpadnih plinova razne industrije, uključujući poljoprivredu, od štetnih spojeva koji sadrže sumpor (vodikov sulfid, merkaptani, sumporni dioksid).

Koja je formula za ozon? Pokušajmo zajedno identificirati karakteristične karakteristike ove kemijske tvari.

Alotropska modifikacija kisika

Molekulska formula ozona u kemiji O 3. Njegova relativna molekulska masa je 48. Spoj sadrži tri atoma O. Budući da formule kisika i ozona uključuju isti kemijski element, u kemiji se nazivaju alotropskim modifikacijama.

Fizička svojstva

U normalnim uvjetima, kemijska formula ozona je plinovita tvar specifičnog mirisa i svijetloplave boje. U prirodi se ovaj kemijski spoj može osjetiti u šetnji kroz borovu šumu nakon grmljavinskog nevremena. Budući da je formula ozona O 3, on je 1,5 puta teži od kisika. U usporedbi s O2, topljivost ozona je znatno veća. Na nultoj temperaturi, 49 volumena se lako otapa u 100 volumena vode. U malim koncentracijama tvar nije otrovna, ozon je otrovan samo u značajnim količinama. Najvećom dopuštenom koncentracijom smatra se 5% količine O 3 u zraku. U slučaju jakog hlađenja lako se ukapljuje, a kada temperatura padne na -192 stupnja postaje krutina.

U prirodi

Molekula ozona, čija je formula gore prikazana, nastaje u prirodi tijekom pražnjenja munje iz kisika. Osim toga, O 3 nastaje tijekom oksidacije crnogorične smole, uništava štetne mikroorganizme i smatra se korisnim za ljude.

Dobiveno u laboratoriju

Kako možete dobiti ozon? Tvar čija je formula O 3 nastaje prolaskom električnog pražnjenja kroz suhi kisik. Proces se provodi u posebnom uređaju - ozonizatoru. Temelji se na dvije staklene cijevi, koje su umetnute jedna u drugu. Unutra je metalna šipka, a izvana spirala. Nakon spajanja na visokonaponsku zavojnicu dolazi do pražnjenja između vanjske i unutarnje cijevi i kisik se pretvara u ozon. Element čija je formula predstavljena kao spoj s polarnom kovalentnom vezom potvrđuje alotropiju kisika.

Proces pretvorbe kisika u ozon je endotermna reakcija koja zahtijeva značajan utrošak energije. Zbog reverzibilnosti ove transformacije uočava se razgradnja ozona koja je popraćena smanjenjem energije sustava.

Kemijska svojstva

Formula ozona objašnjava njegovu oksidacijsku moć. Sposoban je komunicirati s različitim tvarima, gubeći pritom atom kisika. Na primjer, u reakciji s kalijevim jodidom u vodenom okolišu oslobađa se kisik i nastaje slobodni jod.

Molekulska formula ozona objašnjava njegovu sposobnost da reagira s gotovo svim metalima. Izuzetak su zlato i platina. Na primjer, nakon prolaska metalnog srebra kroz ozon, opaža se njegovo zacrnjenje (nastaje oksid). Pod utjecajem ovog jakog oksidirajućeg sredstva dolazi do razaranja gume.

U stratosferi ozon nastaje djelovanjem UV zračenja Sunca, tvoreći ozonski omotač. Ova ljuska štiti površinu planeta od negativnih učinaka sunčevog zračenja.

Biološki učinak na tijelo

Povećana oksidativna sposobnost ove plinovite tvari i stvaranje slobodnih kisikovih radikala ukazuju na njezinu opasnost za ljudski organizam. Kakvu štetu ozon može nanijeti ljudima? Oštećuje i iritira tkiva dišnih organa.

Ozon djeluje na kolesterol sadržan u krvi, uzrokujući aterosklerozu. Kada osoba provede dulje vrijeme u okruženju koje sadrži visoku koncentraciju ozona, razvija se muška neplodnost.

Kod nas se ovaj oksidans svrstava u prvu (opasnu) klasu štetnih tvari. Njegov prosječni dnevni MPC ne smije prelaziti 0,03 mg po kubnom metru.

Toksičnost ozona, mogućnost njegove uporabe za uništavanje bakterija i plijesni, aktivno se koristi za dezinfekciju. Stratosferski ozon izvrstan je zaštitni ekran za zemaljski život od ultraljubičastog zračenja.

O dobrobiti i štetnosti ozona

Ova tvar se nalazi u dva sloja zemljine atmosfere. Troposferski ozon opasan je za živa bića, negativno utječe na usjeve i drveće, a sastavni je dio gradskog smoga. Stratosferski ozon donosi određene dobrobiti ljudima. Njegova razgradnja u vodenoj otopini ovisi o pH, temperaturi i kvaliteti okoliša. U medicinskoj praksi koristi se ozonizirana voda različitih koncentracija. Terapija ozonom uključuje izravan kontakt ove tvari s ljudskim tijelom. Ova tehnika je prvi put korištena u devetnaestom stoljeću. Američki istraživači analizirali su sposobnost ozona da oksidira štetne mikroorganizme i preporučili liječnicima da ovu tvar koriste u liječenju prehlade.

Kod nas se ozonska terapija počela primjenjivati ​​tek krajem prošlog stoljeća. U terapijske svrhe, ovo oksidirajuće sredstvo pokazuje karakteristike jakog bioregulatora, koji može povećati učinkovitost tradicionalnih metoda, a također se pokazati kao učinkovit samostalan lijek. Nakon razvoja tehnologije ozonske terapije, liječnici imaju priliku učinkovito se boriti protiv mnogih bolesti. U neurologiji, stomatologiji, ginekologiji, terapiji, stručnjaci koriste ovu tvar za borbu protiv raznih infekcija. Ozonoterapija se odlikuje jednostavnošću metode, učinkovitošću, odličnom podnošljivošću, odsustvom nuspojava i niskim troškovima.

Zaključak

Ozon je jako oksidacijsko sredstvo koje se može boriti protiv štetnih mikroba. Ovo svojstvo naširoko se koristi u modernoj medicini. U domaćoj terapiji ozon se koristi kao protuupalno, imunomodulatorno, antivirusno, baktericidno, antistresno i citostatičko sredstvo. Zahvaljujući sposobnosti obnavljanja poremećaja u metabolizmu kisika, daje izvrsne mogućnosti za liječenje i prevenciju.

Od inovativnih tehnika koje se temelje na oksidativnoj sposobnosti ovog spoja izdvajamo intramuskularnu, intravenoznu i supkutanu primjenu ove tvari. Na primjer, tretiranje dekubitusa, gljivičnih infekcija kože, opeklina mješavinom kisika i ozona prepoznato je kao učinkovita tehnika.

U visokim koncentracijama, ozon se može koristiti kao hemostatik. U niskim koncentracijama potiče popravak, zacjeljivanje i epitelizaciju. Ova tvar, otopljena u fiziološkoj otopini, izvrsno je sredstvo za sanitaciju čeljusti. U modernoj europskoj medicini mala i velika autohemoterapija postala je raširena. Obje metode uključuju unošenje ozona u tijelo i korištenje njegove oksidacijske sposobnosti.

U slučaju velike autohemoterapije, otopina ozona određene koncentracije ubrizgava se u venu pacijenta. Manju autohemoterapiju karakterizira intramuskularna injekcija ozonizirane krvi. Osim u medicini, ovaj jaki oksidans je tražen u kemijskoj proizvodnji.

Plin kao što je ozon ima izuzetno vrijedna svojstva za cijelo čovječanstvo. Kemijski element koji ga tvori je O. Zapravo, ozon O 3 je jedna od alotropskih modifikacija kisika, koja se sastoji od tri formulske jedinice (O÷O÷O). Prvi i poznatiji spoj je sam kisik, točnije plin koji tvore dva njegova atoma (O=O) - O 2.

Alotropija je sposobnost jednog kemijskog elementa da tvori niz jednostavnih spojeva s različitim svojstvima. Zahvaljujući njoj, čovječanstvo je proučavalo i koristi tvari poput dijamanta i grafita, monoklinskog i ortorombskog sumpora, kisika i ozona. Kemijski element koji ima tu sposobnost nije nužno ograničen na samo dvije modifikacije; neki ih imaju i više.

Povijest otvaranja veze

Sastavna jedinica mnogih organskih i mineralnih tvari, uključujući kao što je ozon, kemijski element čija je oznaka O - kisik, u prijevodu s grčkog "oxys" - kiselo i "gignomai" - roditi.

Novu je prvi otkrio tijekom pokusa s električnim pražnjenjima 1785. godine Nizozemac Martin van Maroon, a pozornost mu je privukao specifičan miris. Stoljeće kasnije, Francuz Schönbein primijetio je prisutnost istog nakon grmljavinske oluje, zbog čega je plin nazvan "smrdljivi". No, znanstvenici su se donekle prevarili, vjerujući da njihov njuh osjeti sam ozon. Miris koji su osjetili bio je miris nečega što je oksidiralo reakcijom s O3, jer je plin vrlo reaktivan.

Elektronička struktura

O2 i O3, kemijski element, imaju isti strukturni fragment. Ozon ima složeniju strukturu. Kod kisika je sve jednostavno - dva atoma kisika povezana su dvostrukom vezom koja se sastoji od ϭ- i π-komponente, ovisno o valenciji elementa. O 3 ima nekoliko rezonantnih struktura.

Višestruka veza povezuje dva kisika, a treći ima jednostruku vezu. Dakle, zbog migracije π komponente, u ukupnoj slici tri atoma imaju seskvispoj. Ova veza je kraća od jednostruke veze, ali duža od dvostruke veze. Eksperimenti koje su proveli znanstvenici isključuju mogućnost cikličnosti molekule.

Metode sinteze

Da bi nastao plin kao što je ozon, kemijski element kisik mora biti prisutan u plinovitom okruženju u obliku pojedinačnih atoma. Takvi uvjeti nastaju kada se molekule kisika O 2 sudaraju s elektronima tijekom električnih pražnjenja ili drugim česticama visoke energije, kao i kada je ozračen ultraljubičastim svjetlom.

Lavovski udio ukupne količine ozona u prirodnim atmosferskim uvjetima nastaje fotokemijski. Čovjek radije koristi druge metode u kemijskoj djelatnosti, kao što je, na primjer, elektrolitička sinteza. Sastoji se od postavljanja platinskih elektroda u vodeni medij elektrolita i dovođenja struje. Shema reakcije:

H 2 O + O 2 → O 3 + H 2 + e -

Fizička svojstva

Kisik (O) je sastavna jedinica tvari kao što je ozon - kemijski element čija je formula, kao i njegova relativna molarna masa, naznačena u periodnom sustavu. Stvaranjem O 3 kisik dobiva svojstva koja se radikalno razlikuju od svojstava O 2.

Plavi plin je normalno stanje spoja kao što je ozon. Kemijski element, formula, kvantitativne karakteristike - sve je to utvrđeno tijekom identifikacije i proučavanja ove tvari. za to -111,9 °C, ukapljeno stanje ima tamnoljubičastu boju, s daljnjim smanjenjem stupnja do -197,2 °C počinje taljenje. U čvrstom agregatnom stanju ozon dobiva crnu boju s ljubičastom nijansom. Njegova topljivost je deset puta veća od ovog svojstva kisika O 2. Pri najmanjim koncentracijama u zraku osjeća se miris ozona, oštar je, specifičan i podsjeća na miris metala.

Kemijska svojstva

Plin ozon je vrlo aktivan, sa stajališta reakcije. Kemijski element koji ga tvori je kisik. Karakteristike koje određuju ponašanje ozona u interakciji s drugim tvarima su visoka oksidacijska sposobnost i nestabilnost samog plina. Na povišenim temperaturama razgrađuje se neviđenom brzinom, a proces ubrzavaju i katalizatori kao što su metalni oksidi, dušikovi oksidi i drugi. Svojstva oksidirajućeg sredstva svojstvena su ozonu zbog strukturnih značajki molekule i pokretljivosti jednog od atoma kisika, koji, kada se odvoji, pretvara plin u kisik: O 3 → O 2 + O·

Kisik (građevni element od kojeg su građene molekule tvari kao što su kisik i ozon) je kemijski element. Kao što je napisano u jednadžbama reakcija - O·. Ozon oksidira sve metale, osim zlata, platine i njezine podskupine. Reagira s plinovima u atmosferi - oksidima sumpora, dušika i dr. Organske tvari ne ostaju inertne, procesi kidanja višestrukih veza stvaranjem intermedijarnih spojeva odvijaju se posebno brzo. Iznimno je važno da produkti reakcije budu neškodljivi za okoliš i ljude. To su voda, kisik, viši oksidi raznih elemenata i ugljikovi oksidi. Binarni spojevi kalcija, titana i silicija s kisikom ne stupaju u interakciju s ozonom.

Primjena

Glavno područje u kojem se koristi "smrdljivi" plin je ozonizacija. Ova metoda sterilizacije puno je učinkovitija i sigurnija za žive organizme od dezinfekcije klorom. Ne dolazi do stvaranja otrovnih derivata metana zamijenjenih opasnim halogenom.

Ova ekološka metoda sterilizacije sve se više koristi u prehrambenoj industriji. Ozon se koristi za tretiranje rashladne opreme i prostora za skladištenje hrane, a koristi se i za uklanjanje neugodnih mirisa.

Za medicinu su dezinfekcijska svojstva ozona također nezamjenjiva. Dezinficiraju rane fiziološkim otopinama. Venska krv se ozonizira, a "smrdljivim" plinom se liječe brojne kronične bolesti.

Pronalaženje u prirodi i smisao

Jednostavna tvar ozon je element plinskog sastava stratosfere, regije svemira blizu Zemlje koja se nalazi na udaljenosti od oko 20-30 km od površine planeta. Otpuštanje ovog spoja događa se tijekom procesa povezanih s električnim pražnjenjima, tijekom zavarivanja i rada fotokopirnih strojeva. Ali upravo u stratosferi nastaje i sadrži 99% ukupne količine ozona koji se nalazi u Zemljinoj atmosferi.

Pokazalo se da je prisutnost plina u svemiru blizu Zemlje od vitalne važnosti. Tvori takozvani ozonski omotač koji štiti sva živa bića od smrtonosnog ultraljubičastog zračenja Sunca. Čudno, ali uz ogromne prednosti, sam plin je opasan za ljude. Povećanje koncentracije ozona u zraku koji čovjek udiše štetno je za tijelo zbog njegove ekstremne kemijske aktivnosti.

Izraz "ozonski omotač", koji je postao poznat 70-ih godina. prošlog stoljeća, odavno je nagrizao zube. U isto vrijeme, malo ljudi zapravo razumije što ovaj koncept znači i zašto je uništavanje ozonskog omotača opasno. Još veći misterij za mnoge je struktura molekule ozona, koja je izravno povezana s problemima ozonskog omotača. Naučimo više o ozonu, njegovoj strukturi i upotrebi ove tvari u industriji.

Što je ozon

Ozon, ili, kako ga još nazivaju, aktivni kisik, je plin azurne boje s oštrim metalnim mirisom.

Ova tvar može postojati u sva tri agregatna stanja: plinovitom, krutom i tekućem.

U prirodi se ozon pojavljuje samo u obliku plina, tvoreći takozvani ozonski omotač. Zbog svoje azurne boje nebo izgleda plavo.

Kako izgleda molekula ozona?

Ozon je dobio nadimak "aktivni kisik" zbog sličnosti s kisikom. Dakle, glavni aktivni kemijski element u tim tvarima je kisik (O). Međutim, ako molekula kisika sadrži 2 svoja atoma, tada se molekula - O 3) sastoji od 3 atoma ovog elementa.

Zbog takve strukture svojstva ozona slična su kisiku, ali su izraženija. Konkretno, poput O 2, O 3 je jako oksidacijsko sredstvo.

Najvažnija razlika između ovih “srodnih” tvari, koju svi moraju zapamtiti, je sljedeća: ozon se ne može udisati, otrovan je i ako se udiše može oštetiti pluća ili čak ubiti čovjeka. Istovremeno, O 3 je izvrstan za pročišćavanje zraka od otrovnih nečistoća. Usput, upravo je to razlog zašto je tako lako disati nakon kiše: ozon oksidira štetne tvari sadržane u zraku i pročišćava se.

Model molekule ozona (koji se sastoji od 3 atoma kisika) pomalo nalikuje slici kuta, a veličine mu je 117°. Ova molekula nema nesparene elektrone i stoga je dijamagnetična. Osim toga, ima polaritet, iako se sastoji od atoma jednog elementa.

Dva atoma dane molekule čvrsto su vezana jedan za drugi. Ali komunikacija s trećim manje je pouzdana. Iz tog razloga, molekula ozona (fotografija modela se može vidjeti ispod) je vrlo krhka i raspada se ubrzo nakon formiranja. U pravilu, tijekom bilo koje reakcije razgradnje O 3, oslobađa se kisik.

Zbog nestabilnosti ozona, ne može se sakupljati, skladištiti ili transportirati kao druge tvari. Zbog toga je njegova proizvodnja skuplja od drugih tvari.

Istodobno, visoka aktivnost molekula O 3 omogućuje ovoj tvari da bude jako oksidacijsko sredstvo, snažnije od kisika i sigurnije od klora.

Ako se molekula ozona uništi i O 2 se oslobodi, tu reakciju uvijek prati oslobađanje energije. Istovremeno, za odvijanje obrnutog procesa (nastajanje O 3 iz O 2) potrebno je utrošiti ništa manje.

U plinovitom stanju molekula ozona se raspada na temperaturi od 70° C. Ako se poveća na 100 stupnjeva ili više, reakcija će se značajno ubrzati. Prisutnost nečistoća također ubrzava period raspadanja molekula ozona.

Svojstva O3

Bez obzira u kojem se od tri stanja ozon nalazi, on zadržava svoju plavu boju. Što je supstanca tvrđa, nijansa je bogatija i tamnija.

Svaka molekula ozona teži 48 g/mol. Teži je od zraka, što pomaže u odvajanju ovih tvari jedna od druge.

O3 može oksidirati gotovo sve metale i nemetale (osim zlata, iridija i platine).

Ova tvar također može sudjelovati u reakciji izgaranja, ali to zahtijeva višu temperaturu od O2.

Ozon se može otopiti u H 2 O i freonima. U tekućem stanju može se miješati s tekućim kisikom, dušikom, metanom, argonom, ugljikovim tetrakloridom i ugljikovim dioksidom.

Kako nastaje molekula ozona?

Molekule O 3 nastaju spajanjem slobodnih atoma kisika na molekule kisika. Oni se pak pojavljuju zbog cijepanja drugih molekula O 2 uslijed izlaganja električnim pražnjenjima, ultraljubičastim zrakama, brzim elektronima i drugim česticama visoke energije. Zbog toga se specifičan miris ozona može osjetiti u blizini električnih uređaja koji iskre ili lampi koje emitiraju ultraljubičasto svjetlo.

U industrijskim razmjerima, O3 se izolira pomoću električnih ili ozonizatora. U ovim uređajima, električna struja visokog napona prolazi kroz struju plina koja sadrži O 2, čiji atomi služe kao “građevni materijal” za ozon.

Ponekad se u ove uređaje uvodi čisti kisik ili obični zrak. Kvaliteta dobivenog ozona ovisi o čistoći početnog produkta. Tako se medicinski O 3, namijenjen liječenju rana, izdvaja samo iz kemijski čistog O 2.

Povijest otkrića ozona

Nakon što smo shvatili kako izgleda molekula ozona i kako se formira, vrijedi se upoznati s poviješću ove tvari.

Prvi ga je sintetizirao nizozemski istraživač Martin Van Marum u drugoj polovici 18. stoljeća. Znanstvenik je primijetio da nakon prolaska električnih iskri kroz posudu sa zrakom, plin u njoj mijenja svoja svojstva. U isto vrijeme, Van Marum nije shvatio da je izolirao molekule nove tvari.

Ali njegov njemački kolega po imenu Sheinbein, pokušavajući razgraditi H 2 O na H i O 2 pomoću struje, primijetio je oslobađanje novog plina oštrog mirisa. Nakon brojnih istraživanja, znanstvenik je opisao tvar koju je otkrio i dao joj ime "ozon" u čast grčke riječi za "miris".

Sposobnost ubijanja gljivica i bakterija, kao i smanjenje toksičnosti štetnih spojeva, koje je otkrivena tvar posjedovala, zainteresirala je mnoge znanstvenike. 17 godina nakon službenog otkrića O 3, Werner von Siemens dizajnirao je prvi aparat koji je omogućio sintetiziranje ozona u bilo kojoj količini. A 39 godina kasnije, briljantni Nikola Tesla izumio je i patentirao prvi svjetski generator ozona.

Upravo je ovaj uređaj prvi put korišten u Francuskoj u postrojenjima za obradu pitke vode samo 2 godine kasnije. Od početka 20.st. Europa počinje prelaziti na ozonizaciju vode za piće kako bi je pročistila.

Rusko Carstvo prvi put je upotrijebilo ovu tehniku ​​1911. godine, a 5 godina kasnije zemlja je instalirala gotovo 4 tuceta instalacija za pročišćavanje pitke vode pomoću ozona.

Danas kloriranje postupno zamjenjuje ozonizacija vode. Tako se 95% sve pitke vode u Europi pročišćava s O 3. Ova tehnika je također vrlo popularna u SAD-u. U CIS-u je još uvijek u fazi istraživanja, jer iako je ovaj postupak sigurniji i praktičniji, skuplji je od kloriranja.

Područja primjene ozona

Osim za pročišćavanje vode, O 3 ima brojne druge primjene.

• Ozon se koristi kao sredstvo za izbjeljivanje u proizvodnji papira i tekstila.
• Aktivni kisik se koristi za dezinfekciju vina, kao i za ubrzavanje procesa "starenja" konjaka.
• Razna biljna ulja se rafiniraju pomoću O3.
• Vrlo često se ova tvar koristi za preradu kvarljive hrane poput mesa, jaja, voća i povrća. Ovaj postupak ne ostavlja kemijske tragove, kao kod upotrebe klora ili formaldehida, a proizvodi se mogu čuvati mnogo dulje.
• Ozon se koristi za sterilizaciju medicinske opreme i odjeće.
• Pročišćeni O3 također se koristi za razne medicinske i kozmetičke postupke. Posebno se koristi u stomatologiji za dezinfekciju usne šupljine i desni, a također i za liječenje raznih bolesti (stomatitis, herpes, oralna kandidijaza). U europskim zemljama O 3 je vrlo popularan za dezinfekciju rana.
• Posljednjih godina iznimno su popularni prijenosni kućni uređaji za filtriranje zraka i vode pomoću ozona.

Ozonski omotač - što je to?

Na udaljenosti od 15-35 km iznad Zemljine površine nalazi se ozonski omotač ili, kako se još naziva, ozonosfera. Na ovom mjestu koncentrirani O 3 služi kao svojevrsni filter za štetno sunčevo zračenje.

Odakle dolazi tolika količina tvari ako su njezine molekule nestabilne? Nije teško odgovoriti na ovo pitanje ako se sjećate modela molekule ozona i načina njezina nastanka. Dakle, kisik, koji se sastoji od 2 molekule kisika, ulazeći u stratosferu, tamo se zagrijava sunčevim zrakama. Ova energija je dovoljna da se O 2 razdvoji na atome iz kojih nastaje O 3 . Istovremeno, ozonski omotač ne samo da koristi dio sunčeve energije, već je i filtrira i upija opasno ultraljubičasto zračenje.

Gore je rečeno da se ozon otapa freonima. Ove plinovite tvari (koje se koriste u proizvodnji dezodoransa, aparata za gašenje požara i hladnjaka), nakon što se ispuste u atmosferu, utječu na ozon i pridonose njegovoj razgradnji. Zbog toga se u ozonosferi pojavljuju rupe kroz koje na planet ulaze nefiltrirane sunčeve zrake koje destruktivno djeluju na žive organizme.

Proučavajući značajke i strukturu molekula ozona, možemo doći do zaključka da je ova tvar, iako opasna, vrlo korisna za čovječanstvo ako se pravilno koristi.