Da cosa è composto l'ozono? Informazioni generali sull'ozono medico

MOSCA, 16 settembre - RIA Novosti. Lunedì 16 settembre si celebra la Giornata internazionale per la conservazione dello strato di ozono, un sottile "scudo" che protegge tutta la vita sulla Terra dai dannosi raggi ultravioletti del Sole - in questo giorno del 1987 è stato firmato il famoso Protocollo di Montreal.

In condizioni normali, l'ozono, o O3, è un gas azzurro pallido che, raffreddandosi, si trasforma in un liquido blu scuro e poi in cristalli blu-neri. In totale, l'ozono nell'atmosfera del pianeta rappresenta circa 0,6 parti per milione in volume: questo significa, ad esempio, che in ogni metro cubo di atmosfera ci sono solo 0,6 centimetri cubi di ozono. Per fare un confronto, l'anidride carbonica nell'atmosfera è già di circa 400 parti per milione, ovvero più di due bicchieri per lo stesso metro cubo d'aria.

In effetti, una così piccola concentrazione di ozono può essere definita una manna per la Terra: questo gas, che forma uno strato di ozono risparmiatore a un'altitudine di 15-30 chilometri, è molto meno "nobile" nelle immediate vicinanze di una persona. L'ozono, secondo la classificazione russa, appartiene alle sostanze della più alta, prima classe di pericolo: è un agente ossidante molto forte, estremamente tossico per l'uomo.

Vadim Samoylovich, ricercatore senior presso il Laboratorio di catalisi ed elettrochimica dei gas, Facoltà di Chimica, Università statale di Mosca Lomonosov, ha aiutato RIA Novosti a comprendere le diverse proprietà dell'ozono difficile.

scudo all'ozono

"Questo è un gas abbastanza ben studiato, quasi tutto è stato studiato - tutto non accade mai, ma la cosa principale è (nota) ... L'ozono ha molti tutti i tipi di applicazioni. Ma non dimenticare che, in generale, è nata la vita grazie allo strato di ozono, questo è probabilmente il momento principale", afferma Samoylovich.

Nella stratosfera, l'ozono si forma dall'ossigeno a seguito di reazioni fotochimiche: tali reazioni iniziano sotto l'influenza della radiazione solare. Lì, la concentrazione di ozono è già più alta: circa 8 millilitri per metro cubo. Il gas viene distrutto quando "incontra" determinati composti, ad esempio il cloro atomico e il bromo: sono queste sostanze che fanno parte dei pericolosi clorofluorocarburi, meglio conosciuti come freon. Prima dell'avvento del Protocollo di Montreal, erano utilizzati, tra l'altro, nell'industria della refrigerazione e come propellenti nelle cartucce di gas.

Nel 2012, quando il Protocollo di Montreal ha celebrato il suo 25° anniversario, gli esperti del Programma delle Nazioni Unite per l'ambiente (UNEP) hanno definito la protezione dello strato di ozono uno dei quattro principali problemi ambientali in cui l'umanità ha compiuto progressi significativi. Allo stesso tempo, l'UNEP ha osservato che il contenuto di ozono nella stratosfera ha cessato di diminuire dal 1998 e, secondo gli scienziati, entro il 2050-2075 potrebbe tornare ai livelli registrati prima del 1980.

Ozono smog

A 30 chilometri dalla superficie terrestre, l'ozono "si comporta" bene, ma nella troposfera, lo strato superficiale, risulta essere un pericoloso inquinante. Secondo l'UNEP, le concentrazioni di ozono troposferico nell'emisfero settentrionale sono quasi triplicate negli ultimi 100 anni, diventando così il terzo gas serra "antropogenico".

Anche qui l'ozono non viene emesso nell'atmosfera, ma si forma sotto l'influenza della radiazione solare nell'aria, che è già inquinata dai "precursori" dell'ozono: ossidi di azoto, idrocarburi volatili e alcuni altri composti. Nelle città in cui l'ozono è una delle componenti principali dello smog, le emissioni dei veicoli sono indirettamente "colpevoli" del suo aspetto.

Non sono solo le persone e il clima a risentire dell'ozono troposferico. L'UNEP stima che l'abbassamento dell'ozono troposferico potrebbe aiutare a risparmiare circa 25 milioni di tonnellate di riso, grano, soia e mais che vengono perse ogni anno a causa di questo gas tossico per le piante.

È proprio perché l'ozono a livello del suolo non è più così utile che gli specialisti del monitoraggio meteorologico e ambientale monitorano costantemente le sue concentrazioni nell'aria delle grandi città, inclusa Mosca.

Utile l'ozono

"Una delle proprietà molto interessanti dell'ozono è battericida. È praticamente la prima tra tutte queste sostanze, cloro, perossido di manganese, ossido di cloro", afferma Vadim Samoylovich.

La stessa natura estrema dell'ozono, che lo rende un agente ossidante molto forte, spiega la portata di questo gas. L'ozono viene utilizzato per la sterilizzazione e la disinfezione di locali, vestiti, strumenti e, naturalmente, per la purificazione dell'acqua, sia potabile che industriale e persino rifiuti.

Inoltre, l'esperto sottolinea che in molti paesi l'ozono viene utilizzato come sostituto del cloro negli impianti di sbiancamento della polpa.

"Il cloro (quando reagisce) con sostanze organiche dà corrispondentemente organoclorurati, che sono molto più tossici del semplice cloro. In generale, questo (la comparsa di rifiuti tossici - ndr) può essere evitato riducendo drasticamente la concentrazione di cloro o semplicemente eliminarlo. Una delle opzioni: sostituire il cloro con l'ozono", ha spiegato Samoylovich.

È anche possibile ozonizzare l'aria e questo dà anche risultati interessanti: ad esempio, a Ivanovo, specialisti dell'Istituto di ricerca russo per la protezione del lavoro e i loro colleghi hanno condotto una serie di studi, durante i quali "nelle filature, un una certa quantità di ozono è stata aggiunta ai normali condotti di ventilazione". Di conseguenza, la prevalenza delle malattie respiratorie è diminuita, mentre la produttività del lavoro, al contrario, è cresciuta. L'ozonizzazione dell'aria nei magazzini alimentari può aumentarne la sicurezza e ci sono esperienze simili anche in altri paesi.

L'ozono è tossico

Il problema con l'uso dell'ozono è lo stesso: la sua tossicità. In Russia, la concentrazione massima consentita (MPC) per l'ozono nell'aria atmosferica è di 0,16 milligrammi per metro cubo e nell'aria dell'area di lavoro - 0,1 milligrammi. Pertanto, osserva Samoylovich, la stessa ozonizzazione richiede un monitoraggio costante, il che complica notevolmente la questione.

"È ancora una tecnica piuttosto complicata. È molto più facile versare un secchio di battericida lì, versarlo e basta, ma qui devi seguire, ci deve essere una sorta di preparazione", dice lo scienziato.

L'ozono danneggia il corpo umano lentamente ma seriamente: l'esposizione prolungata all'aria inquinata dall'ozono aumenta il rischio di malattie cardiovascolari e respiratorie. Reagendo con il colesterolo, forma composti insolubili, che portano allo sviluppo dell'aterosclerosi.

"A concentrazioni superiori ai livelli massimi consentiti, possono verificarsi mal di testa, irritazione delle mucose, tosse, vertigini, affaticamento generale e un calo dell'attività cardiaca. L'ozono tossico a livello del suolo porta alla comparsa o all'esacerbazione di malattie respiratorie, bambini, gli anziani e gli asmatici sono a rischio", si legge sul sito dell'Osservatorio Aerologico Centrale (CAO) di Roshydromet.

Esplosivo all'ozono

L'ozono è dannoso non solo da inalare, ma anche i fiammiferi dovrebbero essere nascosti, perché questo gas è molto esplosivo. Tradizionalmente, 300-350 millilitri per litro d'aria sono stati considerati una "soglia" per livelli pericolosi di gas ozono, sebbene alcuni scienziati stiano lavorando con livelli più alti, afferma Samoylovich. Ma l'ozono liquido - quello stesso liquido blu che si scurisce mentre si raffredda - esplode spontaneamente.

Questo è ciò che impedisce l'uso dell'ozono liquido come agente ossidante nel carburante per razzi: idee del genere sono apparse poco dopo l'inizio dell'era spaziale.

"Il nostro laboratorio all'università è nato proprio su un'idea del genere. Ogni carburante per missili ha il proprio potere calorifico nella reazione, ovvero quanto calore viene rilasciato quando si brucia e quindi quanto sarà potente il razzo. Quindi, è è noto che l'opzione più potente è l'idrogeno liquido miscelato con ozono liquido... Ma c'è uno svantaggio: l'ozono liquido esplode ed esplode spontaneamente, cioè senza alcuna ragione apparente", afferma un rappresentante dell'Università statale di Mosca.

Secondo lui, sia i laboratori sovietici che quelli americani hanno speso "un'enorme quantità di sforzi e tempo per renderlo in qualche modo sicuro (affari) - si è scoperto che era impossibile farlo". Samoylovich ricorda che un giorno i colleghi statunitensi riuscirono ad ottenere soprattutto ozono puro, che “sembrava” non esplodere, “tutti battevano già i timpani”, ma poi l'intera pianta è esplosa e il lavoro è stato interrotto.

"Abbiamo avuto casi in cui, diciamo, una fiaschetta con ozono liquido si trova, si ferma, vi viene versato azoto liquido e poi - o l'azoto è evaporato lì o qualcosa del genere - vieni, ma metà dell'installazione non è lì , tutto è stato ridotto in polvere. Perché è esploso, chissà", osserva lo scienziato.

L'ozono è una sostanza gassosa che è una modifica dell'ossigeno (costituita da tre dei suoi atomi). È sempre presente nell'atmosfera, ma fu scoperto per la prima volta nel 1785 mentre studiava l'azione di una scintilla nell'aria dal fisico olandese Van Marum. Nel 1840, il chimico tedesco Christian Friedrich Schönbein confermò queste osservazioni e suggerì di scoprire un nuovo elemento, al quale diede il nome di "ozono" (dal greco ozono - odoroso). Nel 1850 fu determinata l'elevata attività dell'ozono come agente ossidante e la sua capacità di aggiungere doppi legami nelle reazioni con molti composti organici. Entrambe queste proprietà dell'ozono hanno successivamente trovato ampia applicazione pratica. Tuttavia, il valore dell'ozono non si limita a queste due proprietà. È stato scoperto che ha una serie di preziose proprietà come disinfettante e deodorante.
Per la prima volta, l'ozono è stato utilizzato nei servizi igienico-sanitari come mezzo per disinfettare l'acqua potabile e l'aria. Gli scienziati russi sono stati tra i primi ricercatori dei processi di ozonizzazione. Già nel 1874, il creatore della prima scuola di igienisti (russi), il professor A.D. Dobroye shvin, propose l'ozono come il miglior mezzo per disinfettare l'acqua potabile e l'aria dalla microflora patogena.In precedenza, nel 1886, NK Keldysh condusse una ricerca sull'azione battericida dell'ozono e lo raccomandò come disinfettante altamente efficace. La ricerca sull'ozono è stata particolarmente diffusa nel XX secolo. E già nel 1911, la prima stazione di approvvigionamento idrico di ozono in Europa è stata messa in funzione a St. scopo in medicina, per scopi sanitari nell'industria alimentare , nei processi di ossidazione dell'industria chimica, ecc.
Le aree e le scale di utilizzo dell'ozono sono aumentate rapidamente nell'ultimo decennio. Attualmente, le applicazioni più importanti dell'ozono sono le seguenti: purificazione e disinfezione di acque potabili e industriali, nonché di effluenti domestici e fecali e industriali al fine di ridurre la domanda biologica di ossigeno (BOD), candeggio, neutralizzazione di sostanze tossiche nocive (cianuri , fenoli, mercaptani), eliminazione degli odori sgradevoli, deodorizzazione e purificazione dell'aria di vari settori, ozonizzazione negli impianti di condizionamento, conservazione degli alimenti, sterilizzazione dei materiali di confezionamento e medicazione nell'industria farmaceutica, terapia e prevenzione medica di varie malattie, ecc.
Negli ultimi anni è stata stabilita un'altra proprietà dell'ozono: la capacità di aumentare il valore biologico dei mangimi per animali e degli alimenti per l'uomo, che ha permesso di utilizzare l'ozono nella lavorazione, preparazione e conservazione di mangimi e vari prodotti. Pertanto, lo sviluppo delle tecnologie di ozonizzazione nella produzione agricola e, in particolare, nell'allevamento di pollame, è molto promettente.

Proprietà fisiche dell'ozono

L'ozono è una forma allotropica di ossigeno altamente attiva; a temperatura normale è un gas azzurro chiaro dal caratteristico odore pungente (l'odore si sente organoletticamente ad una concentrazione di ozono di 0,015 mg/m3 di aria). In fase liquida l'ozono ha un colore blu indaco, in fase solida ha un colore denso viola-bluastro, uno strato di ozono spesso 1 mm è praticamente opaco. L'ozono si forma dall'ossigeno, mentre assorbe calore, e, al contrario, quando si decompone, passa in ossigeno, liberando calore (simile alla combustione). Questo processo può essere scritto nella seguente forma:
reazione esotermica
2Oz \u003d ZO2 + 68 kcal
Reazione endotermica

Le velocità di queste reazioni dipendono dalla temperatura, dalla pressione e dalla concentrazione di ozono. A temperatura e pressione normali, le reazioni procedono lentamente, ma a temperature elevate la decomposizione dell'ozono è accelerata.
La formazione di ozono sotto l'azione dell'energia di varie radiazioni è piuttosto complicata. I processi primari per la formazione dell'ozono dall'ossigeno possono procedere in modo diverso a seconda della quantità di energia applicata.
L'eccitazione di una molecola di ossigeno avviene ad un'energia elettronica di 6,1 eV; la formazione di ioni di ossigeno molecolare - con un'energia elettronica di 12,2 eV; dissociazione in ossigeno - con un'energia elettronica di 19,2 eV. Tutti gli elettroni liberi vengono catturati dalle molecole di ossigeno, con conseguente formazione di ioni negativi di ossigeno. Dopo l'eccitazione della molecola, si verifica la reazione di formazione dell'ozono.
A un'energia elettronica di 12,2 eV, quando si formano ioni di ossigeno molecolare, non si osserva alcun rilascio di ozono e a un'energia elettronica di 19,2 eV, quando sono coinvolti sia un atomo che uno ione ossigeno, si forma ozono. Insieme a questo, si formano ioni di ossigeno positivi e negativi. Il meccanismo del decadimento dell'ozono*, che coinvolge sistemi omogenei ed eterogenei, è complesso e dipende dalle condizioni. La decomposizione dell'ozono è accelerata in sistemi omogenei da additivi gassosi (ossidi di azoto, cloro, ecc.), e in sistemi eterogenei da metalli (mercurio, argento, rame, ecc.) e ossidi metallici (ferro, rame, nichel, piombo, eccetera.). Ad alte concentrazioni di ozono, la reazione avviene con un'esplosione. A una concentrazione di ozono fino al 10%, non si verifica una decomposizione esplosiva. Le basse temperature aiutano a conservare l'ozono. A temperature intorno a -183°C, l'ozono liquido può essere conservato a lungo senza una decomposizione evidente. Il rapido riscaldamento fino al punto di ebollizione (-119°C) o il rapido raffreddamento dell'ozono possono provocare un'esplosione. Pertanto, conoscere le proprietà dell'ozono e prendere precauzioni è molto importante quando si lavora con esso. La tabella 1 mostra le principali proprietà fisiche dell'ozono.
Allo stato gassoso, l'ozono è diamagnetico, mentre allo stato liquido è debolmente paramagnetico. L'ozono si dissolve bene in oli essenziali, trementina, tetracloruro di carbonio. La sua solubilità in acqua è più di 15 volte superiore all'ossigeno.
La molecola di ozono, come già notato, è costituita da tre atomi di ossigeno ed ha una struttura triangolare asimmetrica, caratterizzata da angolo ottuso all'apice (116,5°) e distanze nucleari uguali (1,28°A) con un'energia di legame media (78 kcal/ mol) e polarità debolmente espressa (0,58).

Proprietà fisiche di base dell'ozono

Le proprietà ottiche dell'ozono sono caratterizzate dalla sua instabilità alle radiazioni di varia composizione spettrale. Le radiazioni non solo possono essere assorbite dall'ozono, distruggendolo, ma possono anche formare ozono. La formazione di ozono nell'atmosfera avviene sotto l'influenza della radiazione ultravioletta del sole nella regione a lunghezza d'onda corta dello spettro 210-220 e 175 nm. In questo caso, si formano due molecole di ozono per quanto di luce assorbita. Le proprietà spettrali dell'ozono, la sua formazione e il decadimento sotto l'influenza della radiazione solare forniscono parametri climatici ottimali nella biosfera terrestre.



un pergolato, caratterizzato da angolo ottuso all'apice (116,5°) e distanze nucleari uguali (1,28°A) con energia di legame media (78 kcal/mol) e polarità debole (0,58).
Le proprietà ottiche dell'ozono sono caratterizzate dalla sua instabilità alle radiazioni di varia composizione spettrale. Le radiazioni non solo possono essere assorbite dall'ozono, distruggendolo, ma possono anche formare ozono. La formazione di ozono nell'atmosfera avviene sotto l'influenza della radiazione ultravioletta del sole nella regione a lunghezza d'onda corta dello spettro 210-220 e 175 nm. In questo caso, si formano due molecole di ozono per quanto di luce assorbita. Le proprietà spettrali dell'ozono, la sua formazione e il decadimento sotto l'influenza della radiazione solare forniscono parametri climatici ottimali nella biosfera terrestre.
L'ozono ha una buona capacità di essere adsorbito dal gel di silice e dal gel di allumina, il che rende possibile utilizzare questo fenomeno per l'estrazione di ozono da miscele e soluzioni di gas, nonché per la sua manipolazione sicura ad alte concentrazioni. Recentemente, i freon sono stati ampiamente utilizzati per operazioni sicure con alte concentrazioni di ozono. L'ozono concentrato disciolto nel freon può essere conservato a lungo.
Nella sintesi dell'ozono, di regola, si formano miscele di gas (O3 + O2 o Oz + aria), in cui il contenuto di ozono non supera il 2-5% in volume. Ottenere ozono puro è un compito tecnicamente difficile e fino ad oggi non è stato risolto. Esiste un metodo per separare l'ossigeno dalle miscele mediante distillazione a bassa temperatura di miscele di gas. Tuttavia, non è stato ancora possibile escludere il pericolo di un'esplosione di ozono durante la rettifica. Nella pratica della ricerca viene spesso utilizzata la tecnica del doppio congelamento dell'ozono con azoto liquido, che consente di ottenere ozono concentrato. Un metodo più sicuro consiste nell'ottenere ozono concentrato mediante adsorbimento - desorbimento, quando il flusso della miscela di gas viene soffiato attraverso uno strato di gel di silice refrigerato (-80°C), quindi l'adsorbente viene soffiato con un gas inerte (azoto o elio). Usando questo metodo, puoi ottenere il rapporto di ozono: ossigeno \u003d 9: 1, cioè ozono altamente concentrato.
L'uso dell'ozono concentrato come componente ossidante per scopi industriali è insignificante.

Proprietà chimiche dell'ozono

Le proprietà chimiche caratteristiche dell'ozono in primo luogo dovrebbero essere considerate la sua instabilità, la capacità di decomporsi rapidamente e l'elevata attività ossidativa.
Per l'ozono è stato stabilito il numero di ossidazione I, che caratterizza il numero di atomi di ossigeno ceduti dall'ozono alla sostanza ossidata. Come hanno dimostrato gli esperimenti può essere uguale a 0,1, 3. Nel primo caso l'ozono si decompone con un aumento di volume: 2Oz ---> 3O2, nel secondo cede un atomo di ossigeno alla sostanza ossidata: O3 -> O2 + O (allo stesso tempo, il volume non aumenta) e nel terzo caso viene aggiunto ozono alla sostanza ossidata: O3 -\u003e 3O (in questo caso il suo volume diminuisce).
Le proprietà ossidanti caratterizzano le reazioni chimiche dell'ozono con le sostanze inorganiche.
L'ozono ossida tutti i metalli, ad eccezione dell'oro e del gruppo del platino. I composti di zolfo vengono ossidati da esso in solfato, nitrito - in nitrato. Nelle reazioni con composti di iodio e bromo, l'ozono mostra proprietà riducenti e su questo si basano numerosi metodi per la sua determinazione quantitativa. Azoto, carbonio e loro ossidi reagiscono con l'ozono. Nella reazione dell'ozono con l'idrogeno si formano i radicali idrossilici: H + O3 -> HO + O2. Gli ossidi di azoto reagiscono rapidamente con l'ozono, formando ossidi superiori:
NO+Oz->NO2+O2;
NO2+O3----->NO3+O2;
NO2+O3->N2O5.
L'ammoniaca viene ossidata dall'ozono a nitrato di ammonio.
L'ozono decompone gli alogenuri di idrogeno e converte gli ossidi inferiori in ossidi superiori. Gli alogeni coinvolti come attivatori di processo formano anche ossidi superiori.
Il potenziale di riduzione dell'ozono - ossigeno è piuttosto elevato e in un ambiente acido è determinato dal valore di 2,07 V e in una soluzione alcalina - 1,24 V. L'affinità dell'ozono con un elettrone è determinata da un valore di 2 eV e solo il fluoro, i suoi ossidi e i radicali liberi hanno un'affinità elettronica più forte.
L'alto effetto ossidativo dell'ozono è stato utilizzato per trasferire un certo numero di elementi transuranici allo stato settevalente, sebbene il loro stato di valenza più alto sia 6. La reazione dell'ozono con metalli di valenza variabile (Cr, Co, ecc.) trova applicazione pratica nell'ottenere materie prime nella produzione di coloranti e vitamina PP.
I metalli alcalini e alcalino terrosi vengono ossidati sotto l'azione dell'ozono e i loro idrossidi formano ozonidi (triossidi). Gli ozonidi sono noti da molto tempo; furono menzionati già nel 1886 dal chimico organico francese Charles Adolph Wurtz. Sono una sostanza cristallina di colore rosso-bruno, il cui reticolo di molecole include ioni di ozono singolarmente negativi (O3-), che ne determinano le proprietà paramagnetiche. Il limite di stabilità termica degli ozonidi è -60±2°C, il contenuto di ossigeno attivo è del 46% in peso. Come molti composti di perossido, gli ozonidi di metalli alcalini hanno trovato ampia applicazione nei processi rigenerativi.
Gli ozonidi si formano nelle reazioni dell'ozono con sodio, potassio, rubidio, cesio, che attraversano un complesso intermedio instabile del tipo M + O- H + O3 - con un'ulteriore reazione con l'ozono, risultando in una miscela di ozonuro e acquoso ossido di metallo alcalino idrato.
L'ozono entra attivamente nell'interazione chimica con molti composti organici. Pertanto, il prodotto principale dell'interazione dell'ozono con il doppio legame di composti insaturi è un malozoide, che è instabile e si decompone in uno ione bipolare e composti carbonilici (aldeide o chetone). I prodotti intermedi che si formano in questa reazione vengono ricombinati in una sequenza diversa, formando un ozonuro. In presenza di sostanze in grado di reagire con uno ione bipolare (alcoli, acidi), al posto degli ozonidi si formano vari composti di perossido.
L'ozono reagisce attivamente con i composti aromatici e la reazione procede sia con la distruzione del nucleo aromatico che senza la sua distruzione.
Nelle reazioni con idrocarburi saturi, l'ozono si decompone dapprima con la formazione di ossigeno atomico, che avvia l'ossidazione a catena, mentre la resa dei prodotti di ossidazione corrisponde al consumo di ozono. L'interazione dell'ozono con gli idrocarburi saturi avviene sia in fase gassosa che in soluzione.
I fenoli reagiscono facilmente con l'ozono, mentre quest'ultimo viene distrutto in composti con un nucleo aromatico disturbato (come la chinoina), nonché derivati ​​a bassa tossicità di aldeidi e acidi insaturi.
L'interazione dell'ozono con i composti organici è ampiamente utilizzata nell'industria chimica e nelle industrie correlate. L'uso della reazione dell'ozono con composti insaturi consente di ottenere artificialmente vari acidi grassi, amminoacidi, ormoni, vitamine e materiali polimerici; reazioni dell'ozono con idrocarburi aromatici - acido difenile, dialdeide ftalica e acido ftalico, acido gliossalico, ecc.
Le reazioni dell'ozono con idrocarburi aromatici hanno costituito la base per lo sviluppo di metodi per deodorare vari ambienti, locali, acque reflue, gas di scarico e con composti contenenti zolfo: la base per lo sviluppo di metodi per il trattamento delle acque reflue e dei gas di scarico di vari industrie, compresa l'agricoltura, da composti nocivi contenenti zolfo (acido solfidrico, mercaptani, anidride solforosa).

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

Modifica allotropica dell'ossigeno

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

Proprietà fisiche

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

In natura

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

Ottenere in laboratorio

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

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

Proprietà chimiche

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

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

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

Effetto biologico sul corpo

L'aumentata capacità ossidante di questa sostanza gassosa, la formazione di radicali liberi dell'ossigeno indicano il suo pericolo per il corpo umano. Che danno può fare l'ozono a una persona? Danneggia e irrita i tessuti degli organi respiratori.

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

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

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

A proposito dei benefici e dei danni dell'ozono

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

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

Conclusione

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

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

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

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

Un gas come l'ozono possiede proprietà estremamente preziose per tutta l'umanità. L'elemento chimico con cui si forma è O. Infatti l'ozono O 3 è una delle modificazioni allotropiche dell'ossigeno, costituita da tre unità di formula (O÷O÷O). Il primo e più noto composto è l'ossigeno stesso, più precisamente il gas formato dai suoi due atomi (O=O) - O 2 .

L'allotropia è la capacità di un elemento chimico di formare un numero di composti semplici con proprietà diverse. Grazie a lei l'uomo ha studiato e utilizzato sostanze come diamante e grafite, zolfo monoclino e rombico, ossigeno e ozono. Un elemento chimico che possiede questa capacità non è necessariamente limitato a due sole modifiche, alcune ne hanno di più.

Cronologia di apertura della connessione

L'unità costitutiva di molte sostanze organiche e minerali, tra cui come l'ozono, è un elemento chimico, la cui designazione è O - ossigeno, tradotto dal greco "oxys" - acido e "gignomai" - partorire.

Per la prima volta nel 1785 l'olandese Martin van Marun ne scoprì uno nuovo durante gli esperimenti con le scariche elettriche, la sua attenzione fu attratta da un odore specifico. E un secolo dopo, il francese Shenbein notò la presenza dello stesso dopo un temporale, tanto che il gas venne chiamato "puzzolente". Ma gli scienziati sono stati in qualche modo ingannati, credendo che il loro senso dell'olfatto odorasse lo stesso ozono. L'odore che sentivano era quello di quelli ossidati quando reagivano con O 3 , poiché il gas è altamente reattivo.

Struttura elettronica

O2 e O3, un elemento chimico, hanno lo stesso frammento strutturale. L'ozono ha una struttura più complessa. Nell'ossigeno, tutto è semplice: due atomi di ossigeno sono collegati da un doppio legame, costituito da componenti ϭ e π, a seconda della valenza dell'elemento. O 3 ha diverse strutture risonanti.

Un legame multiplo collega due ossigeni e il terzo ha un legame singolo. Pertanto, a causa della migrazione della componente π, nel quadro generale, tre atomi hanno una connessione di una metà. Questo legame è più corto di un legame singolo ma più lungo di un doppio legame. Gli esperimenti condotti dagli scienziati escludono la possibilità di ciclicità della molecola.

Metodi di sintesi

Per la formazione di un gas come l'ozono, l'elemento chimico ossigeno deve trovarsi in un mezzo gassoso sotto forma di singoli atomi. Tali condizioni si creano quando le molecole di ossigeno O 2 si scontrano con gli elettroni durante scariche elettriche o altre particelle ad alta energia, nonché quando viene irradiato con luce ultravioletta.

La parte del leone della quantità totale di ozono nell'atmosfera naturale è costituita da un metodo fotochimico. L'uomo preferisce utilizzare altri metodi nell'attività chimica, come ad esempio la sintesi elettrolitica. Consiste nel fatto che gli elettrodi di platino vengono posti in un ambiente elettrolitico acquoso e viene avviata una corrente. Schema di reazione:

H 2 O + O 2 → O 3 + H 2 + e -

Proprietà fisiche

L'ossigeno (O) è un'unità costituente di una sostanza come l'ozono, un elemento chimico, la cui formula, così come la massa molare relativa, sono indicati nella tavola periodica. Formando O 3, l'ossigeno acquisisce proprietà radicalmente diverse da quelle dell'O 2.

Il gas blu è lo stato normale di un composto come l'ozono. L'elemento chimico, la formula, le caratteristiche quantitative: tutto ciò è stato determinato durante l'identificazione e lo studio di questa sostanza. per esso -111,9°C, lo stato liquefatto ha un colore porpora scuro, con un'ulteriore diminuzione del grado a -197,2°C, inizia lo scioglimento. In uno stato solido di aggregazione, l'ozono acquisisce un colore nero con una sfumatura viola. La sua solubilità è dieci volte superiore a questa proprietà dell'ossigeno O 2. Alle più piccole concentrazioni nell'aria, si sente l'odore dell'ozono, è acuto, specifico e ricorda l'odore del metallo.

Proprietà chimiche

Molto attivo, da un punto di vista reattivo, è il gas ozono. L'elemento chimico che lo forma è l'ossigeno. Le caratteristiche che determinano il comportamento dell'ozono nell'interazione con altre sostanze sono l'elevata capacità ossidante e l'instabilità del gas stesso. A temperature elevate, si decompone a una velocità senza precedenti, il processo è anche accelerato da catalizzatori, come ossidi di metallo, ossidi di azoto e altri. Le proprietà di un agente ossidante sono inerenti all'ozono a causa delle caratteristiche strutturali della molecola e della mobilità di uno degli atomi di ossigeno che, scindendosi, trasforma il gas in ossigeno: O 3 → O 2 + O .

L'ossigeno (l'elemento costitutivo da cui sono costruite le molecole di sostanze come l'ossigeno e l'ozono) è un elemento chimico. Come è scritto nelle equazioni di reazione -O. L'ozono ossida tutti i metalli ad eccezione dell'oro, del platino e dei suoi sottogruppi. Reagisce con i gas nell'atmosfera: ossidi di zolfo, azoto e altri. Anche le sostanze organiche non rimangono inerti; particolarmente veloci sono i processi di rottura di legami multipli attraverso la formazione di composti intermedi. È estremamente importante che i prodotti di reazione siano innocui per l'ambiente e per l'uomo. Questi sono acqua, ossigeno, ossidi superiori di vari elementi, ossidi di carbonio. I composti binari di calcio, titanio e silicio con l'ossigeno non interagiscono con l'ozono.

Applicazione

L'area principale in cui viene utilizzato il gas "odore" è l'ozonizzazione. Questo metodo di sterilizzazione è molto più efficiente e sicuro per gli organismi viventi rispetto alla disinfezione con cloro. Quando non c'è formazione di derivati ​​tossici del metano, sostituiti da un pericoloso alogeno.

Questo metodo di sterilizzazione ecologico viene sempre più utilizzato nell'industria alimentare. Le apparecchiature di refrigerazione, le strutture di stoccaggio dei prodotti vengono trattate con ozono e gli odori vengono eliminati con l'aiuto di esso.

Per la medicina sono indispensabili anche le proprietà disinfettanti dell'ozono. Disinfettano ferite, soluzioni saline. Il sangue venoso viene ozonizzato e un certo numero di malattie croniche vengono trattate con un gas "maleodorante".

Essere nella natura e nel significato

La semplice sostanza ozono è un elemento della composizione gassosa della stratosfera, una regione dello spazio vicino alla Terra situata a una distanza di circa 20-30 km dalla superficie del pianeta. Il rilascio di questo composto avviene durante i processi associati a scariche elettriche, durante la saldatura e il funzionamento delle fotocopiatrici. Ma è nella stratosfera che si forma e contiene il 99% della quantità totale di ozono nell'atmosfera terrestre.

La presenza di gas nello spazio vicino alla Terra si è rivelata vitale. In esso forma il cosiddetto strato di ozono, che protegge tutti gli esseri viventi dalla micidiale radiazione ultravioletta del Sole. Stranamente, ma insieme a grandi benefici, il gas stesso è pericoloso per le persone. Un aumento della concentrazione di ozono nell'aria che una persona respira è dannoso per il corpo, a causa della sua estrema attività chimica.

La frase "strato di ozono", diventata famosa negli anni '70. il secolo scorso, è stato a lungo messo al limite. Allo stesso tempo, poche persone capiscono davvero cosa significhi questo concetto e perché la distruzione dello strato di ozono è pericolosa. Un mistero ancora più grande per molti è la struttura della molecola dell'ozono, eppure è direttamente correlata ai problemi dello strato di ozono. Impariamo di più sull'ozono, la sua struttura e le applicazioni industriali.

Cos'è l'ozono

L'ozono, o, come viene anche chiamato, ossigeno attivo, è un gas azzurro con un pungente odore metallico.

Questa sostanza può esistere in tutti e tre gli stati di aggregazione: gassoso, solido e liquido.

Allo stesso tempo, l'ozono si presenta in natura solo sotto forma di gas, formando il cosiddetto strato di ozono. È a causa del suo colore azzurro che il cielo appare azzurro.

Che aspetto ha una molecola di ozono?

L'ozono ha ricevuto il soprannome di "ossigeno attivo" a causa della sua somiglianza con l'ossigeno. Quindi il principale elemento chimico attivo in queste sostanze è l'ossigeno (O). Tuttavia, se una molecola di ossigeno contiene 2 dei suoi atomi, la molecola - O 3) è composta da 3 atomi di questo elemento.

A causa di questa struttura, le proprietà dell'ozono sono simili a quelle dell'ossigeno, ma più pronunciate. In particolare, come l'O 2 , l'O 3 è l'agente ossidante più forte.

La differenza più importante tra queste sostanze "correlate", che tutti devono ricordare, è la seguente: l'ozono non può essere respirato, è tossico e, se inalato, può danneggiare i polmoni o addirittura uccidere una persona. Allo stesso tempo, O 3 è perfetto per pulire l'aria dalle impurità tossiche. A proposito, è proprio per questo che dopo la pioggia è così facile respirare: l'ozono ossida le sostanze nocive contenute nell'aria e si purifica.

Il modello della molecola di ozono (costituita da 3 atomi di ossigeno) assomiglia un po' all'immagine di un angolo e la sua dimensione è di 117°. Questa molecola non ha elettroni spaiati ed è quindi diamagnetica. Inoltre, ha polarità, sebbene sia costituito da atomi di un elemento.

Due atomi di una data molecola sono saldamente legati l'uno all'altro. Ma la connessione con il terzo è meno affidabile. Per questo motivo la molecola di ozono (foto del modello sotto) è molto fragile e subito dopo la formazione si rompe. Di norma, in qualsiasi reazione di decomposizione di O 3, viene rilasciato ossigeno.

A causa dell'instabilità dell'ozono, non può essere raccolto, immagazzinato o trasportato come altre sostanze. Per questo motivo la sua produzione è più costosa rispetto ad altre sostanze.

Allo stesso tempo, l'elevata attività delle molecole di O 3 consente a questa sostanza di essere l'agente ossidante più forte, più potente dell'ossigeno e più sicuro del cloro.

Se la molecola di ozono viene distrutta e viene rilasciato O 2, questa reazione è sempre accompagnata dal rilascio di energia. Allo stesso tempo, affinché avvenga il processo inverso (la formazione di O 3 da O 2), è necessario spenderlo non meno.

Allo stato gassoso, la molecola di ozono si decompone a una temperatura di 70 ° C. Se viene aumentata a 100 gradi o più, la reazione accelererà in modo significativo. La presenza di impurità accelera anche il periodo di decadimento delle molecole di ozono.

Proprietà O3

In qualunque dei tre stati si trovi l'ozono, mantiene il suo colore blu. Più dura è la sostanza, più ricca e scura è questa tonalità.

Ogni molecola di ozono pesa 48 g/mol. È più pesante dell'aria, il che aiuta a separare queste sostanze l'una dall'altra.

L'O 3 è in grado di ossidare quasi tutti i metalli e non metalli (tranne oro, iridio e platino).

Inoltre, questa sostanza può partecipare alla reazione di combustione, tuttavia ciò richiede una temperatura maggiore rispetto all'O 2.

L'ozono è in grado di dissolversi in H 2 O e freon. Allo stato liquido può essere miscelato con ossigeno liquido, azoto, metano, argon, tetracloruro di carbonio e anidride carbonica.

Come si forma la molecola di ozono?

Le molecole di O 3 si formano attaccando atomi di ossigeno liberi alle molecole di ossigeno. A loro volta, appaiono a causa della scissione di altre molecole di O 2 a causa dell'effetto su di esse di scariche elettriche, raggi ultravioletti, elettroni veloci e altre particelle ad alta energia. Per questo motivo, l'odore specifico dell'ozono può essere percepito vicino a apparecchi elettrici che producono scintille o lampade che emettono luce ultravioletta.

Su scala industriale, l'O 3 viene isolato utilizzando elettrici o ozonizzatori. In questi dispositivi, una corrente elettrica ad alta tensione viene fatta passare attraverso un flusso di gas contenente O 2, i cui atomi fungono da "materiale da costruzione" per l'ozono.

A volte in questi apparati viene immesso ossigeno puro o aria ordinaria. La qualità dell'ozono risultante dipende dalla purezza del prodotto iniziale. Quindi, l'O 3 medico, destinato al trattamento delle ferite, viene estratto solo dall'O 2 chimicamente puro.

Storia della scoperta dell'ozono

Dopo aver capito che aspetto ha la molecola di ozono e come si forma, vale la pena conoscere la storia di questa sostanza.

Fu sintetizzato per la prima volta dal ricercatore olandese Martin van Marum nella seconda metà del XVIII secolo. Lo scienziato ha notato che dopo aver fatto passare le scintille elettriche attraverso un contenitore con aria, il gas in esso contenuto ha cambiato le sue proprietà. Allo stesso tempo, Van Marum non capì di aver isolato le molecole di una nuova sostanza.

Ma il suo collega tedesco di nome Sheinbein, cercando di decomporre H 2 O in H e O 2 con l'aiuto dell'elettricità, ha attirato l'attenzione sul rilascio di un nuovo gas dall'odore pungente. Dopo molte ricerche, lo scienziato descrisse la sostanza da lui scoperta e le diede il nome di "ozono" in onore della parola greca per "odore".

La capacità di uccidere funghi e batteri, oltre a ridurre la tossicità dei composti nocivi, che possedeva la sostanza aperta, ha interessato molti scienziati. 17 anni dopo la scoperta ufficiale dell'O 3, Werner von Siemens progettò il primo apparato che consentiva di sintetizzare l'ozono in qualsiasi quantità. E 39 anni dopo, il geniale Nikola Tesla inventò e brevettò il primo generatore di ozono al mondo.

È stato questo dispositivo ad essere utilizzato per la prima volta in Francia in 2 anni negli impianti di trattamento dell'acqua potabile. Dall'inizio del XX secolo. L'Europa sta iniziando a passare all'ozonizzazione dell'acqua potabile per la sua purificazione.

L'impero russo utilizzò per la prima volta questa tecnica nel 1911 e dopo 5 anni nel paese furono equipaggiate quasi 4 dozzine di impianti per la purificazione dell'acqua potabile utilizzando l'ozono.

Oggi, l'ozonizzazione dell'acqua sta gradualmente sostituendo la clorazione. Pertanto, il 95% di tutta l'acqua potabile in Europa viene trattata con O 3 . Questa tecnica è anche molto popolare negli Stati Uniti. Nella CSI è ancora allo studio perché, sebbene la procedura sia più sicura e conveniente, è più costosa della clorazione.

Applicazioni dell'ozono

Oltre alla purificazione dell'acqua, O 3 ha una serie di altre applicazioni.

• L'ozono è usato come candeggina nella produzione di carta e tessuti.
• L'ossigeno attivo viene utilizzato per disinfettare i vini e per accelerare il processo di invecchiamento dei cognac.
• Con l'aiuto di O 3 vengono raffinati vari oli vegetali.
• Molto spesso questa sostanza viene utilizzata per lavorare prodotti deperibili, come carne, uova, frutta e verdura. Questa procedura non lascia tracce chimiche, come con l'uso di cloro o formaldeide, e i prodotti possono essere conservati molto più a lungo.
• L'ozono sterilizza le attrezzature e gli indumenti medici.
• Inoltre, l'O 3 purificato viene utilizzato per varie procedure mediche e cosmetiche. In particolare, con il suo aiuto in odontoiatria, disinfettano il cavo orale e le gengive e trattano anche varie malattie (stomatite, herpes, candidosi orale). Nei paesi europei, l'O 3 è molto popolare per la disinfezione delle ferite.
• Negli ultimi anni, gli elettrodomestici portatili per il filtraggio dell'aria e dell'acqua utilizzando l'ozono hanno guadagnato un'immensa popolarità.

Strato di ozono: che cos'è?

A una distanza di 15-35 km sopra la superficie terrestre si trova lo strato di ozono, o, come viene anche chiamato, l'ozonosfera. In questo luogo, l'O 3 concentrato funge da filtro per le radiazioni solari dannose.

Da dove viene una tale quantità di una sostanza se le sue molecole sono instabili? Non è difficile rispondere a questa domanda se ricordiamo il modello della molecola di ozono e il metodo della sua formazione. Quindi, l'ossigeno, costituito da 2 molecole di ossigeno, che entra nella stratosfera, viene riscaldato dai raggi del sole. Questa energia è sufficiente per dividere l'O 2 in atomi, da cui si forma O 3. Allo stesso tempo, lo strato di ozono non solo utilizza parte dell'energia solare, ma la filtra, assorbe le pericolose radiazioni ultraviolette.

È stato detto sopra che l'ozono viene sciolto dai freon. Queste sostanze gassose (utilizzate nella fabbricazione di deodoranti, estintori e frigoriferi), una volta rilasciate nell'atmosfera, agiscono sull'ozono e contribuiscono alla sua decomposizione. Di conseguenza, nell'ozonosfera compaiono dei buchi attraverso i quali i raggi solari non filtrati entrano nel pianeta, che hanno un effetto distruttivo sugli organismi viventi.

Dopo aver considerato le caratteristiche e la struttura delle molecole di ozono, possiamo concludere che questa sostanza, sebbene pericolosa, è molto utile per l'umanità se utilizzata correttamente.