Din ce se formează ozonul? Informații generale despre ozonul medical

MOSCOVA, 16 septembrie – RIA Novosti. Ziua Internațională pentru Conservarea Stratului de Ozon, un „scut” subțire care protejează întreaga viață de pe Pământ de radiațiile ultraviolete dăunătoare ale Soarelui, este sărbătorită luni, 16 septembrie - în această zi a fost semnat celebrul Protocol de la Montreal în 1987.

În condiții normale, ozonul sau O3 este un gaz albastru pal care se transformă într-un lichid albastru închis și apoi în cristale albastru-negru pe măsură ce se răcește. În total, ozonul din atmosfera planetei reprezintă aproximativ 0,6 părți per milion în volum: aceasta înseamnă, de exemplu, că există doar 0,6 centimetri cubi de ozon în fiecare metru cub de atmosferă. Pentru comparație, dioxidul de carbon din atmosferă este deja de aproximativ 400 de părți per milion - adică mai mult de două pahare pentru același metru cub de aer.

De fapt, o astfel de concentrație mică de ozon poate fi numită o binecuvântare pentru Pământ: acest gaz, care formează stratul de ozon care salvează vieți la o altitudine de 15-30 de kilometri, este mult mai puțin „nobil” în imediata apropiere a oamenilor. . Conform clasificării rusești, ozonul aparține substanțelor din cea mai înaltă clasă de pericol - este un agent oxidant foarte puternic, extrem de toxic pentru oameni.

RIA Novosti a fost ajutat să înțeleagă diferitele proprietăți ale ozonului complex de către Vadim Samoilovici, cercetător senior la Laboratorul de cataliză și electrochimie a gazelor din cadrul Facultății de Chimie a Universității de Stat din Moscova Lomonosov.

Scut de ozon

"Acesta este un gaz destul de bine studiat, aproape totul a fost studiat - totul nu se întâmplă niciodată, dar principalul (este cunoscut) ... Ozonul are multe aplicații diferite. Dar nu uitați că, în general, viața a apărut datorită la stratul de ozon - acesta este probabil momentul principal”, spune Samoilovici.

În stratosferă, ozonul se formează din oxigen ca urmare a reacțiilor fotochimice - astfel de reacții încep sub influența radiației solare. Acolo concentrația de ozon este deja mai mare - aproximativ 8 mililitri pe metru cub. Gazul este distrus atunci când se „întâlnește” cu anumiți compuși, de exemplu, clorul atomic și bromul - acestea sunt substanțele care fac parte din clorofluorocarburile periculoase, mai bine cunoscute sub numele de freoni. Înainte de Protocolul de la Montreal, acestea erau folosite, printre altele, în industria frigorifice și ca propulsoare în cartușele de gaz.

În 2012, când Protocolul de la Montreal și-a sărbătorit cea de-a 25-a aniversare, experții Programului Națiunilor Unite pentru Mediu (UNEP) au numit protecția stratului de ozon drept una dintre cele patru probleme cheie de mediu în care umanitatea a făcut progrese semnificative. În același timp, UNEP a remarcat că conținutul de ozon din stratosferă a încetat să scadă din 1998 și, conform previziunilor oamenilor de știință, până în 2050-2075 ar putea reveni la nivelurile înregistrate înainte de 1980.

Smog de ozon

La 30 de kilometri de suprafața Pământului, ozonul „se comportă” bine, dar în troposferă, stratul de suprafață, se dovedește a fi un poluant periculos. Potrivit UNEP, concentrația de ozon troposferic în emisfera nordică aproape sa triplat în ultimii 100 de ani, ceea ce îl face, de asemenea, al treilea cel mai important gaz cu efect de seră „antropogen”.

Aici, nici ozonul nu este eliberat în atmosferă, ci se formează sub influența radiației solare din aer, care este deja poluat cu „precursori” ai ozonului - oxizi de azot, hidrocarburi volatile și alți compuși. În orașele în care ozonul este una dintre principalele componente ale smog-ului, emisiile vehiculelor sunt indirect „de vină” pentru aspectul său.

Nu doar oamenii și clima suferă de ozonul la nivelul solului. UNEP estimează că reducerea concentrațiilor de ozon troposferic ar putea contribui la conservarea a aproximativ 25 de milioane de tone de orez, grâu, soia și porumb care se pierd anual din cauza acestui gaz, care este toxic pentru plante.

Tocmai pentru că ozonul la nivelul solului nu mai este atât de util, experții de la serviciile meteorologice și monitorizarea mediului îi monitorizează constant concentrațiile în aerul marilor orașe, inclusiv Moscova.

Ozonul este benefic

"Una dintre proprietățile foarte interesante ale ozonului este bactericidă. În ceea ce privește activitatea bactericidă, este practic prima dintre toate astfel de substanțe, clor, peroxid de mangan, oxid de clor", notează Vadim Samoilovici.

Aceeași natură extremă a ozonului, care îl face un agent oxidant foarte puternic, explică aplicațiile acestui gaz. Ozonul este folosit pentru a steriliza și dezinfecta spațiile, îmbrăcămintea, uneltele și, bineînțeles, pentru purificarea apei - atât potabile, cât și industriale și chiar uzate.

În plus, subliniază expertul, ozonul în multe țări este folosit ca înlocuitor al clorului în instalațiile de albire a celulozei.

„Clorul (atunci când reacţionează) cu materia organică produce, respectiv, un organoclor, care este mult mai toxic decât doar clorul. În mare, acest lucru (apariţia deşeurilor toxice - n.red.) poate fi evitat fie prin reducerea bruscă a concentraţiei de clorul sau pur și simplu eliminarea acestuia. Una dintre opțiuni — înlocuirea clorului cu ozon”, a explicat Samoilovici.

Aerul poate fi, de asemenea, ozonizat, iar acest lucru dă și rezultate interesante - de exemplu, potrivit lui Samoilovici, la Ivanovo, specialiștii de la Institutul de Cercetare a Securității și Sănătății Ocupaționale din întreaga Rusie și colegii lor au efectuat o serie întreagă de studii în timpul cărora „în spinning magazinelor o anumită cantitate de ozon a fost adăugată la conductele obișnuite de ventilație.” Ca urmare, prevalența bolilor respiratorii a scăzut, iar productivitatea muncii, dimpotrivă, a crescut. Ozonarea aerului din depozitele de alimente poate crește siguranța acestuia, iar astfel de experiențe există și în alte țări.

Ozonul este toxic

Captura cu utilizarea ozonului este încă aceeași - toxicitatea sa. În Rusia, concentrația maximă admisă (MPC) pentru ozon în aerul atmosferic este de 0,16 miligrame pe metru cub, iar în aerul zonei de lucru - 0,1 miligrame. Prin urmare, notează Samoilovici, aceeași ozonare necesită o monitorizare constantă, ceea ce complică foarte mult problema.

"Această tehnică este încă destul de complexă. Turnați o găleată cu un fel de bactericid - este mult mai simplu, turnați-o și gata, dar aici trebuie să urmăriți, trebuie să existe un fel de pregătire", spune omul de știință.

Ozonul dăunează organismului uman lent, dar grav - cu expunerea prelungită la aerul poluat cu ozon, riscul de boli cardiovasculare și respiratorii crește. Prin reacția cu colesterolul, formează compuși insolubili, ceea ce duce la dezvoltarea aterosclerozei.

„La concentrații peste nivelurile maxime admise pot apărea dureri de cap, iritații ale mucoaselor, tuse, amețeli, oboseală generală și scădere a activității cardiace. Ozonul toxic la nivelul solului duce la apariția sau exacerbarea bolilor respiratorii; copii, vârstnici. , iar astmaticii sunt expuși riscului”, – se notează pe site-ul Observatorului Central Aerologic (CAO) din Roshydromet.

Ozonul este exploziv

Ozonul nu este doar dăunător pentru inhalare, dar chibriturile trebuie și ascunse, deoarece acest gaz este foarte exploziv. În mod tradițional, „pragul” pentru concentrațiile periculoase de gaz ozon este de 300-350 de mililitri pe litru de aer, deși unii oameni de știință lucrează cu niveluri mai mari, spune Samoilovici. Dar ozonul lichid - același lichid albastru care se întunecă pe măsură ce se răcește - explodează spontan.

Acesta este ceea ce împiedică utilizarea ozonului lichid ca agent oxidant în combustibilul rachetei - astfel de idei au apărut la scurt timp după începutul erei spațiale.

"Laboratorul nostru de la universitate a apărut tocmai pe această idee. Fiecare combustibil pentru rachetă are propria sa putere calorică în reacție, adică câtă căldură este eliberată atunci când arde și, prin urmare, cât de puternică va fi racheta. Deci, se știe că cea mai puternică opțiune este amestecarea hidrogenului lichid cu ozonul lichid... Dar există un dezavantaj. Ozonul lichid explodează și explodează spontan, adică fără niciun motiv aparent”, spune un reprezentant al Universității de Stat din Moscova.

Potrivit lui, atât laboratoarele sovietice, cât și cele americane au cheltuit „o cantitate imensă de efort și timp încercând să facă acest lucru în siguranță (o aventură) - s-a dovedit că era imposibil să faci asta”. Samoilovici își amintește că, odată ce colegii din Statele Unite au reușit să obțină ozon deosebit de pur, care „părea să” nu explodeze, „toată lumea lovea deja tobele”, dar apoi întreaga fabrică a explodat și munca a fost oprită.

„Am avut cazuri în care, să zicem, un balon cu ozon lichid stă și stă, se toarnă azot lichid în el și apoi - fie azotul a fiert, fie așa ceva - vii și jumătate din instalație lipsește, totul a fost aruncat în praf. De ce a explodat - cine știe", notează omul de știință.

Ozonul este o substanță gazoasă care este o modificare a oxigenului (constă din trei atomi). Este întotdeauna prezent în atmosferă, dar a fost descoperit pentru prima dată în 1785 în timp ce studia efectul unei scântei asupra aerului de către fizicianul olandez Van Marum. În 1840, chimistul german Christian Friedrich Schönbein a confirmat aceste observații și a propus că a descoperit un nou element, căruia i-a dat numele „ozon” (din grecescul ozon - miros). În 1850, s-a determinat activitatea ridicată a ozonului ca agent oxidant și capacitatea sa de a se atașa de legături duble în reacții cu mulți compuși organici. Ambele proprietăți ale ozonului au găsit mai târziu o largă aplicație practică. Cu toate acestea, importanța ozonului nu se limitează doar la aceste două proprietăți. S-a descoperit că are o serie de proprietăți valoroase ca dezinfectant și deodorant.
Ozonul a fost folosit pentru prima dată în salubritate ca mijloc de dezinfectare a apei potabile și a aerului. Oamenii de știință ruși au fost printre primii cercetători ai proceselor de ozonare. În 1874, fondatorul primei „școli de igieniști (ruși), profesorul A.D. Dobroe shvin, a propus ozonul drept cel mai bun mijloc de dezinfectare a apei de băut și a aerului de microflora patogenă. Mai târziu, în 1886, N.K. Keldysh a efectuat cercetări asupra efectului bactericid al ozon și l-a recomandat ca un dezinfectant extrem de eficient.Cercetările asupra ozonului au devenit deosebit de răspândite în secolul 20. Și deja în 1911, prima stație de apă cu ozon din Europa a fost pusă în funcțiune la Sankt Petersburg. În aceeași perioadă, numeroase studii de ozonare cu terapeutică în scopuri în medicină, în scopuri sanitare în industria alimentară, în procese oxidative în industria chimică etc.
Sfera și amploarea utilizării ozonului au crescut rapid în ultimul deceniu. În prezent, cele mai importante domenii de aplicare a ozonului sunt următoarele: purificarea și dezinfecția apei potabile și industriale, precum și a apelor uzate menajere, fecale și industriale în vederea reducerii necesarului biologic de oxigen (BOD), decolorarea, neutralizarea substanțelor toxice nocive. (cianuri, fenoli, mercaptani), eliminarea mirosurilor neplăcute, dezodorizarea și purificarea aerului din diverse industrii, ozonarea în sistemele de aer condiționat, depozitarea alimentelor, sterilizarea materialelor de ambalare și pansament în industria farmaceutică, terapia și prevenirea medicală a diverselor boli etc. .
În ultimii ani, a fost stabilită o altă proprietate a ozonului - capacitatea de a crește valoarea biologică a hranei pentru animale și a hranei pentru oameni, ceea ce a făcut posibilă utilizarea ozonului la prelucrarea, prepararea și depozitarea furajelor și a diferitelor produse. Prin urmare, dezvoltarea tehnologiilor de ozonare în producția agricolă, și în special în creșterea păsărilor, este foarte promițătoare.

Proprietățile fizice ale ozonului

Ozonul este o formă foarte reactivă, alotropă de oxigen; la temperaturi normale este un gaz de culoare albastru deschis cu miros intepator caracteristic (mirosul se simte organoleptic la o concentratie de ozon de 0,015 mg/m3 de aer). În faza lichidă, ozonul are o culoare albastru indigo, iar în faza solidă are o culoare violet-albăstruie groasă; un strat de ozon gros de 1 mm este practic opac la lumină. Ozonul se formează din oxigen, absorbind căldură și, invers, în timpul descompunerii se transformă în oxigen, eliberând căldură (asemănător arderii). Acest proces poate fi scris după cum urmează:
Reacție exotermă
2Oz=3O2+68 kcal
Reacție endotermă

Viteza acestor reacții depind de temperatură, presiune și concentrația de ozon. La temperaturi și presiuni normale reacțiile decurg lent, dar la temperaturi ridicate descompunerea ozonului se accelerează.
Formarea ozonului sub influența energiei din diferite radiații este destul de complexă. Procesele primare de formare a ozonului din oxigen pot avea loc în moduri diferite, în funcție de cantitatea de energie aplicată.
Excitarea moleculei de oxigen are loc la o energie electronică de 6,1 eV; formarea ionilor moleculari de oxigen - la o energie electronică de 12,2 eV; disocierea în oxigen - la o energie electronică de 19,2 eV. Toți electronii liberi sunt captați de moleculele de oxigen, ducând la formarea ionilor negativi de oxigen. După ce molecula este excitată, are loc formarea ozonului.
La o energie electronică de 12,2 eV, când are loc formarea ionilor moleculari de oxigen, nu se observă ozon, iar la o energie electronică de 19,2 eV, când sunt implicați atât un atom de oxigen, cât și un ion, se formează ozon. Odată cu aceasta, se formează ioni de oxigen pozitivi și negativi. Mecanismul de dezintegrare a ozonului*, care implică sisteme omogene și eterogene, este complex și depinde de condiții. Descompunerea ozonului este accelerată în sisteme omogene de aditivi gazoși (oxizi de azot, clor etc.), iar în sistemele eterogene de metale (mercur, argint, cupru etc.) și oxizi metalici (fier, cupru, nichel, plumb, etc.). etc.). La concentrații mari de ozon, reacția are loc exploziv. La concentrații de ozon de până la 10%, descompunerea explozivă nu are loc. Temperaturile scăzute ajută la conservarea ozonului. La temperaturi de aproximativ -183°C, ozonul lichid poate fi depozitat pentru o lungă perioadă de timp fără descompunere vizibilă. Încălzirea rapidă până la punctul de fierbere (-119°C) sau răcirea rapidă a ozonului poate provoca o explozie. Prin urmare, cunoașterea proprietăților ozonului și respectarea măsurilor de siguranță este foarte importantă atunci când lucrați cu acesta. Tabelul 1 prezintă principalele proprietăți fizice ale ozonului.
În stare gazoasă, ozonul este diamagnetic, iar în stare lichidă este slab paramagnetic. Ozonul se dizolvă bine în uleiurile esențiale, terebentina și tetraclorura de carbon. Solubilitatea sa în apă este de peste 15 ori mai mare decât oxigenul.
Molecula de ozon, așa cum sa menționat deja, este formată din trei atomi de oxigen și are o structură triunghiulară asimetrică, caracterizată printr-un unghi obtuz de vârf (116,5°) și distanțe nucleare egale (1,28°A) cu o energie de legare medie (78 kcal/mol) și polaritate slabă (0,58).

Proprietățile fizice de bază ale ozonului

Proprietățile optice ale ozonului sunt caracterizate prin instabilitatea acestuia la radiația diferitelor compoziții spectrale. Radiațiile pot fi absorbite nu numai de ozon, distrugându-l, ci și formează ozon. Formarea ozonului în atmosferă are loc sub influența radiațiilor ultraviolete de la soare în regiunea undelor scurte din spectrul 210-220 și 175 nm. În acest caz, se formează două molecule de ozon per cuantum de lumină absorbit. Proprietățile spectrale ale ozonului, formarea și degradarea acestuia sub influența radiației solare oferă parametrii climatici optimi în biosfera Pământului.



golnik, caracterizat printr-un unghi de vârf obtuz (116,5°) și distanțe nucleare egale (1,28°A) cu o energie de legare medie (78 kcal/mol) și polaritate slabă (0,58).
Proprietățile optice ale ozonului sunt caracterizate prin instabilitatea acestuia la radiația diferitelor compoziții spectrale. Radiațiile pot fi absorbite nu numai de ozon, distrugându-l, ci și formează ozon. Formarea ozonului în atmosferă are loc sub influența radiațiilor ultraviolete de la soare în regiunea undelor scurte din spectrul 210-220 și 175 nm. În acest caz, se formează două molecule de ozon per cuantum de lumină absorbit. Proprietățile spectrale ale ozonului, formarea și degradarea acestuia sub influența radiației solare oferă parametrii climatici optimi în biosfera Pământului.
Ozonul are o bună capacitate de a fi adsorbit de silicagel și gel de aluminiu, ceea ce face posibilă utilizarea acestui fenomen pentru extracția ozonului din amestecuri și soluții gazoase, precum și pentru manipularea lui în siguranță la concentrații mari. Recent, freonii au fost folosiți pe scară largă pentru lucrul în siguranță cu concentrații mari de ozon. Ozonul concentrat dizolvat în freon poate persista mult timp.
În timpul sintezei ozonului, de regulă, se formează amestecuri de gaze (O3 + O2 sau Oz + aer), în care conținutul de ozon nu depășește 2-5% în volum. Obținerea ozonului pur este o sarcină dificilă din punct de vedere tehnic și nu a fost încă rezolvată. Există o metodă de separare a oxigenului din amestecuri prin rectificarea la temperatură scăzută a amestecurilor de gaze. Cu toate acestea, nu a fost încă posibil să se elimine pericolul unei explozii de ozon în timpul rectificării. În practica cercetării, se folosește adesea tehnica dublei înghețari a ozonului cu azot lichid, ceea ce face posibilă obținerea ozonului concentrat. O metodă mai sigură de producere a ozonului concentrat este prin adsorbție-desorbție, atunci când un flux al amestecului de gaz este suflat printr-un strat de silicagel răcit (-80°C), apoi adsorbantul este purjat cu un gaz inert (azot sau heliu). ). Folosind această metodă, puteți obține un raport ozon:oxigen de 9:1, adică ozon foarte concentrat.
Utilizarea industrială a ozonului concentrat ca component oxidant este nesemnificativă.

Proprietățile chimice ale ozonului

Proprietățile chimice caracteristice ale ozonului ar trebui considerate în primul rând instabilitatea acestuia, capacitatea de a se descompune rapid și activitatea de oxidare ridicată.
Pentru ozon a fost stabilit numărul de oxidare I, care caracterizează numărul de atomi de oxigen donați de ozon substanței care se oxidează. După cum au arătat experimentele, acesta poate fi egal cu 0,1, 3. În primul caz, ozonul se descompune cu o creștere în volum: 2O3--->3O2, în al doilea dă un atom de oxigen substanței oxidate: O3 -> O2 + O (în același timp, volumul nu crește), iar în al treilea caz, ozonul se alătură substanței oxidate: O3->3O (în acest caz, volumul acestuia scade).
Proprietățile oxidante caracterizează reacțiile chimice ale ozonului cu substanțele anorganice.
Ozonul oxidează toate metalele, cu excepția aurului și a grupului platinei. Compușii sulfului sunt oxidați de acesta în sulfați, nitriți - în nitrați. În reacțiile cu compuși de iod și brom, ozonul prezintă proprietăți reducătoare și o serie de metode pentru determinarea sa cantitativă se bazează pe aceasta. Azotul, carbonul și oxizii lor reacţionează cu ozonul. În reacția ozonului cu hidrogenul se formează radicali hidroxil: H+O3->HO+O2. Oxizii de azot reacţionează rapid cu ozonul, formând oxizi mai mari:
NO+Oz->NO2+O2;
NO2+O3----->NO3+O2;
NO2+O3->N2O5.
Amoniacul este oxidat de ozon în nitrat de amoniu.
Ozonul descompune halogenurile de hidrogen și transformă oxizii inferiori în alții superiori. Halogenii, care participă ca activatori ai procesului, formează, de asemenea, oxizi mai mari.
Potențialul de reducere al ozonului - oxigenul este destul de mare și într-un mediu acid este determinat a fi de 2,07 V, iar într-o soluție alcalină - 1,24 V. Afinitatea electronică a ozonului este determinată a fi de 2 eV, și numai fluorul, oxizii săi și radicalii liberi au o afinitate electronică mai puternică.
Efectul oxidativ ridicat al ozonului a fost folosit pentru a converti un număr de elemente transuranice în stare heptavalentă, deși cea mai mare stare de valență a acestora este 6. Reacția ozonului cu metale cu valență variabilă (Cr, Cor etc.) își găsește aplicare practică în producția de materie primă în producția de coloranți și vitamina PP .
Metalele alcaline și alcalino-pământoase sunt oxidate sub influența ozonului, iar hidroxizii lor formează ozonide (trioxizi). Ozonidele sunt cunoscute de mult timp; ele au fost menționate încă din 1886 de chimistul organic francez Charles Adolphe Wurtz. Sunt o substanță cristalină de culoare roșu-maro, rețeaua ale cărei molecule include ioni de ozon individual negativi (O3-), ceea ce determină proprietățile lor paramagnetice. Limita de stabilitate termică a ozonidelor este de -60±2°C, conținutul de oxigen activ este de 46% în greutate. La fel ca mulți compuși cu peroxid, ozonidele metalelor alcaline și-au găsit o largă aplicație în procesele de regenerare.
Ozonidele se formează în reacțiile ozonului cu sodiu, potasiu, rubidiu, cesiu, care trec printr-un complex intermediar instabil de tip M+ O- H+ O3- cu reacție ulterioară cu ozonul, având ca rezultat formarea unui amestec de ozonidă și soluție apoasă. hidrat de oxid de metal alcalin.
Ozonul intră activ în interacțiune chimică cu mulți compuși organici. Astfel, produsul primar al interacțiunii ozonului cu dubla legătură a compușilor nesaturați este malozoidul, care este instabil și se descompune într-un ion bipolar și compuși carbonilici (aldehidă sau cetonă). Produșii intermediari care se formează în această reacție se combină din nou într-o secvență diferită, formând ozonidă. În prezența unor substanțe capabile să reacționeze cu un ion bipolar (alcooli, acizi), în locul ozonidelor se formează diverși compuși peroxidici.
Ozonul reacționează activ cu compușii aromatici, iar reacția are loc atât cu, cât și fără distrugerea miezului aromatic.
În reacțiile cu hidrocarburi saturate, ozonul se descompune mai întâi pentru a forma oxigen atomic, care inițiază oxidarea în lanț, iar randamentul produselor de oxidare corespunde consumului de ozon. Interacțiunea ozonului cu hidrocarburile saturate are loc atât în ​​faza gazoasă, cât și în soluții.
Fenolii reacționează cu ușurință cu ozonul, iar acesta din urmă este distrus în compuși cu un inel aromatic deteriorat (cum ar fi chinoina), precum și derivați cu toxicitate scăzută ai aldehidelor și acizilor nesaturați.
Interacțiunea ozonului cu compușii organici este utilizată pe scară largă în industria chimică și în industriile conexe. Utilizarea reacției ozonului cu compuși nesaturați face posibilă obținerea artificială a diverșilor acizi grași, aminoacizi, hormoni, vitamine și materiale polimerice; reactii ale ozonului cu hidrocarburile aromatice - acid difenilic, dialdehida ftalica si acid ftalic, acid glioxalic etc.
Reacțiile ozonului cu hidrocarburile aromatice au stat la baza dezvoltării metodelor de dezodorizare a diferitelor medii, spații, ape uzate, gaze reziduale și cu compuși care conțin sulf - baza pentru dezvoltarea metodelor de tratare a apelor uzate și a gazelor reziduale ale diverse industrii, inclusiv agricultura, din compuși nocivi care conțin sulf (hidrogen sulfurat, mercaptani, dioxid de sulf).

Care este formula pentru ozon? Să încercăm împreună să identificăm caracteristicile distinctive ale acestei substanțe chimice.

Modificarea alotropică a oxigenului

Formula moleculară a ozonului în chimie O 3. Greutatea sa moleculară relativă este de 48. Compusul conține trei atomi O. Deoarece formulele oxigenului și ozonului includ același element chimic, în chimie se numesc modificări alotropice.

Proprietăți fizice

În condiții normale, formula chimică a ozonului este o substanță gazoasă cu un miros specific și o culoare albastru deschis. În natură, acest compus chimic poate fi simțit în timp ce te plimbi printr-o pădure de pini după o furtună. Deoarece formula ozonului este O 3, este de 1,5 ori mai greu decât oxigenul. În comparație cu O2, solubilitatea ozonului este semnificativ mai mare. La temperatura zero, 49 de volume din acesta se dizolvă ușor în 100 de volume de apă. În concentrații mici, substanța nu este toxică; ozonul este otrăvitor doar în cantități semnificative. Concentrația maximă admisă este considerată a fi de 5% din cantitatea de O 3 din aer. În caz de răcire puternică, se lichefiază ușor, iar când temperatura scade la -192 de grade devine solid.

În natură

Molecula de ozon, a cărei formulă a fost prezentată mai sus, se formează în natură în timpul unei descărcări fulgerătoare din oxigen. În plus, O 3 se formează în timpul oxidării rășinii de conifere; distruge microorganismele dăunătoare și este considerat benefic pentru oameni.

Obținut în laborator

Cum poți obține ozon? O substanță a cărei formulă este O 3 se formează prin trecerea unei descărcări electrice prin oxigen uscat. Procesul se desfășoară într-un dispozitiv special - un ozonizator. Se bazează pe două tuburi de sticlă, care sunt introduse unul în celălalt. Există o tijă de metal în interior și o spirală în exterior. Odată conectat la bobina de înaltă tensiune, are loc o descărcare între tuburile exterioare și interioare, iar oxigenul este transformat în ozon. Un element a cărui formulă este prezentată ca un compus cu o legătură covalentă polară confirmă alotropia oxigenului.

Procesul de transformare a oxigenului în ozon este o reacție endotermă care necesită o cheltuială semnificativă de energie. Datorită reversibilității acestei transformări, se observă descompunerea ozonului, care este însoțită de o scădere a energiei sistemului.

Proprietăți chimice

Formula ozonului explică puterea sa de oxidare. Este capabil să interacționeze cu diverse substanțe, pierzând în acest proces un atom de oxigen. De exemplu, într-o reacție cu iodură de potasiu într-un mediu apos, se eliberează oxigen și se formează iod liber.

Formula moleculară a ozonului explică capacitatea sa de a reacționa cu aproape toate metalele. Excepțiile sunt aurul și platina. De exemplu, după trecerea argintului metalic prin ozon, se observă înnegrirea acestuia (se formează un oxid). Sub influența acestui agent oxidant puternic, se observă distrugerea cauciucului.

În stratosferă, ozonul se formează datorită acțiunii iradierii UV de la Soare, formând stratul de ozon. Acest înveliș protejează suprafața planetei de efectele negative ale radiației solare.

Efect biologic asupra organismului

Capacitatea oxidativă crescută a acestei substanțe gazoase și formarea de radicali liberi de oxigen indică pericolul ei pentru organismul uman. Ce rău poate provoca ozonul oamenilor? Deteriorează și irită țesuturile organelor respiratorii.

Ozonul acționează asupra colesterolului conținut în sânge, provocând ateroscleroză. Când o persoană petrece mult timp într-un mediu care conține o concentrație mare de ozon, se dezvoltă infertilitatea masculină.

În țara noastră, acest agent oxidant este clasificat ca prima clasă (periculoasă) de substanțe nocive. MPC-ul mediu zilnic nu trebuie să depășească 0,03 mg pe metru cub.

Toxicitatea ozonului, posibilitatea utilizării acestuia pentru a distruge bacteriile și mucegaiul, este utilizată în mod activ pentru dezinfecție. Ozonul stratosferic este un ecran de protecție excelent pentru viața pământească împotriva radiațiilor ultraviolete.

Despre beneficiile și daunele ozonului

Această substanță se găsește în două straturi ale atmosferei pământului. Ozonul troposferic este periculos pentru ființele vii, are un efect negativ asupra culturilor și arborilor și este o componentă a smogului urban. Ozonul stratosferic aduce anumite beneficii oamenilor. Descompunerea sa într-o soluție apoasă depinde de pH, temperatură și calitatea mediului. În practica medicală se folosește apă ozonizată în concentrații diferite. Ozonoterapia presupune contactul direct al acestei substanțe cu corpul uman. Această tehnică a fost folosită pentru prima dată în secolul al XIX-lea. Cercetătorii americani au analizat capacitatea ozonului de a oxida microorganismele dăunătoare și au recomandat medicilor să folosească această substanță în tratamentul răcelilor.

La noi, ozonoterapia a început să fie folosită abia la sfârșitul secolului trecut. În scopuri terapeutice, acest agent oxidant prezintă caracteristicile unui bioregulator puternic, care poate crește eficacitatea metodelor tradiționale și, de asemenea, se dovedește a fi un remediu independent eficient. După dezvoltarea tehnologiei de terapie cu ozon, medicii au posibilitatea de a combate eficient multe boli. În neurologie, stomatologie, ginecologie, terapie, specialiștii folosesc această substanță pentru a combate o varietate de infecții. Terapia cu ozon se caracterizează prin simplitatea metodei, eficacitatea sa, tolerabilitatea excelentă, absența efectelor secundare și costurile reduse.

Concluzie

Ozonul este un agent oxidant puternic care poate lupta împotriva microbilor dăunători. Această proprietate este utilizată pe scară largă în medicina modernă. În terapia domestică, ozonul este utilizat ca agent antiinflamator, imunomodulator, antiviral, bactericid, antistres și citostatic. Datorită capacității sale de a restabili tulburările în metabolismul oxigenului, îi oferă oportunități excelente pentru medicina terapeutică și preventivă.

Dintre tehnicile inovatoare bazate pe capacitatea oxidativă a acestui compus, evidențiem administrarea intramusculară, intravenoasă și subcutanată a acestei substanțe. De exemplu, tratarea escarelor, a infecțiilor fungice ale pielii, a arsurilor cu un amestec de oxigen și ozon este recunoscută ca o tehnică eficientă.

În concentrații mari, ozonul poate fi folosit ca agent hemostatic. La concentrații scăzute, favorizează repararea, vindecarea și epitelizarea. Această substanță, dizolvată în soluție salină, este un instrument excelent pentru igienizarea maxilarului. În medicina modernă europeană, autohemoterapia minoră și majoră a devenit larg răspândită. Ambele metode presupun introducerea ozonului în organism și utilizarea capacității sale de oxidare.

În cazul autohemoterapiei majore, o soluție de ozon cu o anumită concentrație este injectată în vena pacientului. Autohemoterapia minoră se caracterizează prin injectarea intramusculară de sânge ozonizat. Pe lângă medicamente, acest agent oxidant puternic este solicitat în producția chimică.

Un gaz precum ozonul are proprietăți extrem de valoroase pentru întreaga omenire. Elementul chimic prin care se formează este O. De fapt, ozonul O 3 este una dintre modificările alotropice ale oxigenului, constând din trei unități de formulă (O÷O÷O). Primul și mai cunoscut compus este oxigenul însuși, mai exact gazul care este format de doi dintre atomii săi (O=O) - O 2.

Alotropia este capacitatea unui element chimic de a forma un număr de compuși simpli cu proprietăți diferite. Datorită ei, omenirea a studiat și folosește substanțe precum diamantul și grafitul, sulful monoclinic și ortorombic, oxigenul și ozonul. Un element chimic care are această capacitate nu se limitează neapărat la doar două modificări; unele au mai multe.

Istoricul deschiderii conexiunii

O unitate constitutivă a multor substanțe organice și minerale, inclusiv cum ar fi ozonul, un element chimic a cărui denumire este O - oxigen, tradus din greacă „oxys” - acru și „gignomai” - pentru a da naștere.

Cel nou a fost descoperit pentru prima dată în timpul experimentelor cu descărcări electrice în 1785 de olandezul Martin van Maroon; atenția i-a fost atrasă de un miros specific. Un secol mai târziu, francezul Schönbein a remarcat prezența acestuia după o furtună, în urma căreia gazul a fost numit „miroase”. Dar oamenii de știință au fost oarecum înșelați, crezând că simțul lor al mirosului a simțit ozonul însuși. Mirosul pe care l-au simțit era cel al ceva oxidat prin reacția cu O3, deoarece gazul este foarte reactiv.

Structura electronică

O2 și O3, un element chimic, au același fragment structural. Ozonul are o structură mai complexă. În oxigen, totul este simplu - doi atomi de oxigen sunt legați printr-o legătură dublă constând dintr-o componentă ϭ și π, în funcție de valența elementului. O 3 are mai multe structuri de rezonanță.

O legătură multiplă conectează doi oxigeni, iar a treia are o singură legătură. Astfel, datorită migrării componentei π, în imaginea de ansamblu trei atomi au un compus sesquicompus. Această legătură este mai scurtă decât o legătură simplă, dar mai lungă decât o legătură dublă. Experimentele efectuate de oamenii de știință exclud posibilitatea ciclicității moleculei.

Metode de sinteză

Pentru a forma un gaz precum ozonul, elementul chimic oxigen trebuie să fie prezent într-un mediu gazos sub formă de atomi individuali. Astfel de condiții sunt create atunci când moleculele de oxigen O 2 se ciocnesc cu electronii în timpul descărcărilor electrice sau a altor particule cu energie mare, precum și atunci când este iradiat cu lumină ultravioletă.

Cota leului din cantitatea totală de ozon în condiții atmosferice naturale se formează fotochimic. Omul preferă să folosească alte metode în activitatea chimică, cum ar fi, de exemplu, sinteza electrolitică. Constă în plasarea electrozilor de platină într-un mediu electrolitic apos și aplicarea curentului. Schema de reactie:

H 2 O + O 2 → O 3 + H 2 + e -

Proprietăți fizice

Oxigenul (O) este o unitate constitutivă a unei substanțe precum ozonul - un element chimic a cărui formulă, precum și masa sa molară relativă, sunt indicate în tabelul periodic. Prin formarea O 3, oxigenul capătă proprietăți radical diferite de proprietățile O 2.

Gazul albastru este starea normală a unui compus precum ozonul. Element chimic, formulă, caracteristici cantitative - toate acestea au fost determinate în timpul identificării și studiului acestei substanțe. pentru ea -111,9 °C, starea lichefiată are o culoare violet închis, cu o scădere suplimentară a gradului până la -197,2 °C începe topirea. În stare solidă de agregare, ozonul capătă o culoare neagră cu o nuanță violetă. Solubilitatea sa este de zece ori mai mare decât această proprietate a oxigenului O2. La cele mai mici concentrații din aer se simte mirosul de ozon, este ascuțit, specific și amintește de mirosul de metal.

Proprietăți chimice

Gazul de ozon este foarte activ, din punct de vedere al reacției. Elementul chimic care îl formează este oxigenul. Caracteristicile care determină comportamentul ozonului în interacțiunea cu alte substanțe sunt capacitatea mare de oxidare și instabilitatea gazului însuși. La temperaturi ridicate, se descompune cu o viteză fără precedent; procesul este, de asemenea, accelerat de catalizatori precum oxizii metalici, oxizii de azot și alții. Proprietățile unui agent oxidant sunt inerente ozonului datorită caracteristicilor structurale ale moleculei și mobilității unuia dintre atomii de oxigen, care, atunci când se desprinde, transformă gazul în oxigen: O 3 → O 2 + O·

Oxigenul (blocul din care sunt construite molecule de substanțe precum oxigenul și ozonul) este un element chimic. După cum este scris în ecuațiile reacției - O·. Ozonul oxidează toate metalele, cu excepția aurului, platinei și a subgrupului său. Reacționează cu gazele din atmosferă - oxizi de sulf, azot și altele. Substanțele organice nu rămân inerte; procesele de rupere a legăturilor multiple prin formarea de compuși intermediari au loc deosebit de rapid. Este extrem de important ca produsele de reacție să fie inofensive pentru mediu și oameni. Acestea sunt apa, oxigenul, oxizii superiori ai diferitelor elemente și oxizii de carbon. Compușii binari de calciu, titan și siliciu cu oxigenul nu interacționează cu ozonul.

Aplicație

Principalul domeniu în care se folosește gazul „mirositor” este ozonarea. Această metodă de sterilizare este mult mai eficientă și mai sigură pentru organismele vii decât dezinfecția cu clor. Nu există formare de derivați toxici ai metanului înlocuiți cu un halogen periculos.

Din ce în ce mai mult, această metodă de sterilizare a mediului este utilizată în industria alimentară. Ozonul este folosit pentru a trata echipamentele frigorifice și zonele de depozitare a alimentelor și este folosit pentru a elimina mirosurile.

Pentru medicină, proprietățile dezinfectante ale ozonului sunt, de asemenea, indispensabile. Dezinfectează rănile cu soluții fiziologice. Sângele venos este ozonizat și o serie de boli cronice sunt tratate cu gazul „mirositor”.

Găsirea în natură și sens

Substanța simplă ozonul este un element al compoziției gazoase a stratosferei, o regiune a spațiului apropiat Pământului situată la o distanță de aproximativ 20-30 km de suprafața planetei. Eliberarea acestui compus are loc în timpul proceselor asociate cu descărcări electrice, în timpul sudării și funcționării mașinilor de copiat. Dar în stratosferă se formează și conține 99% din cantitatea totală de ozon găsită în atmosfera Pământului.

Prezența gazului în spațiul apropiat de Pământ s-a dovedit a fi de o importanță vitală. Formează așa-numitul strat de ozon, care protejează toate ființele vii de radiațiile ultraviolete mortale ale Soarelui. Destul de ciudat, dar împreună cu beneficiile enorme, gazul în sine este periculos pentru oameni. O creștere a concentrației de ozon din aer pe care o persoană o respiră este dăunătoare organismului datorită activității sale chimice extreme.

Sintagma „stratul de ozon”, care a devenit celebră în anii 70. secolul trecut, a pus de mult dinții pe margine. În același timp, puțini oameni înțeleg cu adevărat ce înseamnă acest concept și de ce este periculoasă distrugerea stratului de ozon. Un mister și mai mare pentru mulți este structura moleculei de ozon, care este direct legată de problemele stratului de ozon. Să aflăm mai multe despre ozon, structura lui și utilizarea acestei substanțe în industrie.

Ce este ozonul

Ozonul sau, așa cum este numit și oxigenul activ, este un gaz de culoare azură cu un miros metalic înțepător.

Această substanță poate exista în toate cele trei stări de agregare: gazoasă, solidă și lichidă.

În natură, ozonul apare numai sub formă de gaz, formând așa-numitul strat de ozon. Din cauza culorii sale azurii, cerul apare albastru.

Cum arată o moleculă de ozon?

Ozonul și-a primit porecla „oxigen activ” din cauza asemănării sale cu oxigenul. Deci, principalul element chimic activ din aceste substanțe este oxigenul (O). Cu toate acestea, dacă o moleculă de oxigen conține 2 dintre atomii săi, atunci molecula - O 3) este formată din 3 atomi ai acestui element.

Datorită acestei structuri, proprietățile ozonului sunt similare cu oxigenul, dar mai pronunțate. În special, ca O2, O3 este un agent oxidant puternic.

Cea mai importantă diferență între aceste substanțe „înrudite”, care este esențial de reținut de toată lumea, este următoarea: ozonul nu poate fi respirat, este toxic și, dacă este inhalat, poate deteriora plămânii sau chiar ucide o persoană. În același timp, O 3 este excelent pentru purificarea aerului de impuritățile toxice. Apropo, tocmai de aceea este atât de ușor să respiri după ploaie: ozonul oxidează substanțele nocive conținute în aer și este purificat.

Modelul moleculei de ozon (format din 3 atomi de oxigen) seamănă puțin cu imaginea unui unghi, iar dimensiunea sa este de 117°. Această moleculă nu are electroni nepereche și, prin urmare, este diamagnetică. În plus, are polaritate, deși este format din atomi ai unui element.

Cei doi atomi ai unei molecule date sunt legați ferm unul de celălalt. Dar comunicarea cu al treilea este mai puțin fiabilă. Din acest motiv, molecula de ozon (fotografia modelului poate fi văzută mai jos) este foarte fragilă și se dezintegrează la scurt timp după formare. De regulă, în timpul oricărei reacții de descompunere a O 3, se eliberează oxigen.

Din cauza instabilității ozonului, acesta nu poate fi recoltat, depozitat sau transportat ca și alte substanțe. Din acest motiv, producția sa este mai scumpă decât alte substanțe.

Totodată, activitatea mare a moleculelor de O 3 permite acestei substanțe să fie un agent oxidant puternic, mai puternic decât oxigenul și mai sigur decât clorul.

Dacă o moleculă de ozon este distrusă și se eliberează O 2, această reacție este întotdeauna însoțită de eliberarea de energie. În același timp, pentru ca procesul invers să aibă loc (formarea de O 3 din O 2), este necesar să se cheltuiască nu mai puțin.

În stare gazoasă, molecula de ozon se dezintegrează la o temperatură de 70° C. Dacă este crescută la 100 de grade sau mai mult, reacția se va accelera semnificativ. Prezența impurităților accelerează și perioada de degradare a moleculelor de ozon.

Proprietățile O3

Indiferent în care dintre cele trei stări se află ozonul, acesta își păstrează culoarea albastră. Cu cât substanța este mai tare, cu atât nuanța este mai bogată și mai închisă.

Fiecare moleculă de ozon cântărește 48 g/mol. Este mai greu decât aerul, ceea ce ajută la separarea acestor substanțe unele de altele.

O 3 este capabil să oxideze aproape toate metalele și nemetalele (cu excepția aurului, iridiului și platinei).

Această substanță poate participa și la reacția de ardere, dar aceasta necesită o temperatură mai mare decât O2.

Ozonul este capabil să se dizolve în H 2 O și freoni. În stare lichidă, poate fi amestecat cu oxigen lichid, azot, metan, argon, tetraclorură de carbon și dioxid de carbon.

Cum se formează molecula de ozon?

Moleculele de O 3 se formează prin atașarea atomilor liberi de oxigen la moleculele de oxigen. Ele, la rândul lor, apar datorită divizării altor molecule de O 2 din cauza expunerii la descărcări electrice, razele ultraviolete, electroni rapizi și alte particule de înaltă energie. Din acest motiv, mirosul specific de ozon poate fi simțit în apropierea aparatelor electrice care fac scântei sau a lămpilor care emit lumină ultravioletă.

La scară industrială, O3 este izolat folosind electrice sau ozonizatoare. În aceste dispozitive, un curent electric de înaltă tensiune este trecut printr-un curent de gaz care conține O 2, atomii căruia servesc drept „material de construcție” pentru ozon.

Uneori, în aceste dispozitive se introduce oxigen pur sau aer obișnuit. Calitatea ozonului rezultat depinde de puritatea produsului de pornire. Astfel, O 3 medical, destinat tratării rănilor, este extras numai din O 2 chimic pur.

Istoria descoperirii ozonului

După ce ați înțeles cum arată molecula de ozon și cum se formează, merită să vă familiarizați cu istoria acestei substanțe.

A fost sintetizat pentru prima dată de cercetătorul olandez Martin Van Marum în a doua jumătate a secolului al XVIII-lea. Omul de știință a observat că, după ce a trecut scântei electrice printr-un recipient cu aer, gazul din acesta și-a schimbat proprietățile. În același timp, Van Marum nu și-a dat seama că a izolat moleculele unei noi substanțe.

Dar colegul său german pe nume Sheinbein, încercând să descompună H 2 O în H și O 2 folosind electricitate, a observat eliberarea unui nou gaz cu un miros înțepător. După ce a efectuat multe cercetări, omul de știință a descris substanța pe care a descoperit-o și i-a dat numele „ozon” în onoarea cuvântului grecesc pentru „miros”.

Capacitatea de a ucide ciuperci și bacterii, precum și de a reduce toxicitatea compușilor nocivi, pe care îi poseda substanța descoperită, a interesat mulți oameni de știință. La 17 ani de la descoperirea oficială a O 3, Werner von Siemens a proiectat primul aparat care a făcut posibilă sintetizarea ozonului în orice cantitate. Și 39 de ani mai târziu, genialul Nikola Tesla a inventat și brevetat primul generator de ozon din lume.

Acest dispozitiv a fost folosit pentru prima dată în Franța la stațiile de tratare a apei potabile doar 2 ani mai târziu. De la începutul secolului XX. Europa începe să treacă la ozonarea apei potabile pentru a o purifica.

Imperiul Rus a folosit pentru prima dată această tehnică în 1911, iar 5 ani mai târziu țara a instalat aproape 4 duzini de instalații pentru purificarea apei potabile cu ajutorul ozonului.

Astăzi, ozonarea apei înlocuiește treptat clorinarea. Astfel, 95% din toată apa potabilă din Europa este purificată cu O 3. Această tehnică este, de asemenea, foarte populară în SUA. În CSI este încă în faza de cercetare, deoarece, deși această procedură este mai sigură și mai convenabilă, este mai costisitoare decât clorarea.

Domenii de aplicare a ozonului

Pe lângă purificarea apei, O 3 are o serie de alte aplicații.

• Ozonul este folosit ca agent de albire în producția de hârtie și textile.
• Oxigenul activ este folosit pentru a dezinfecta vinurile, precum și pentru a accelera procesul de „îmbătrânire” al coniacurilor.
• Diverse uleiuri vegetale sunt rafinate folosind O3.
• Foarte des, această substanță este folosită pentru a procesa alimente perisabile precum carnea, ouăle, fructele și legumele. Această procedură nu lasă urme chimice, ca atunci când se utilizează clor sau formaldehidă, iar produsele pot fi păstrate mult mai mult timp.
• Ozonul este folosit pentru sterilizarea echipamentelor și îmbrăcămintei medicale.
• O3 purificat este, de asemenea, utilizat pentru diverse proceduri medicale și cosmetice. În special, este utilizat în stomatologie pentru a dezinfecta cavitatea bucală și gingiile și, de asemenea, pentru a trata diverse boli (stomatită, herpes, candidoză bucală). În țările europene, O 3 este foarte popular pentru dezinfecția rănilor.
• În ultimii ani, dispozitivele portabile de acasă pentru filtrarea aerului și apei folosind ozon au devenit extrem de populare.

Stratul de ozon - ce este?

La o distanță de 15-35 km deasupra suprafeței Pământului se află un strat de ozon, sau, așa cum se mai numește, ozonosfera. În acest loc, O 3 concentrat servește ca un fel de filtru pentru radiațiile solare dăunătoare.

De unde provine această cantitate de substanță dacă moleculele sale sunt instabile? Nu este greu să răspundeți la această întrebare dacă vă amintiți modelul moleculei de ozon și metoda de formare a acesteia. Deci, oxigenul, format din 2 molecule de oxigen, care intră în stratosferă, este încălzit acolo de razele soarelui. Această energie este suficientă pentru a împărți O 2 în atomi din care se formează O 3. În același timp, stratul de ozon nu numai că folosește o parte din energia solară, ci o filtrează și absoarbe radiațiile ultraviolete periculoase.

S-a spus mai sus că ozonul este dizolvat de freoni. Aceste substanțe gazoase (folosite la fabricarea deodorantelor, stingătoarelor și frigiderelor), odată eliberate în atmosferă, afectează ozonul și contribuie la descompunerea acestuia. Ca urmare, în ozonosferă apar găuri prin care intră pe planetă razele solare nefiltrate, care au un efect distructiv asupra organismelor vii.

După ce am examinat caracteristicile și structura moleculelor de ozon, putem ajunge la concluzia că această substanță, deși periculoasă, este foarte utilă pentru umanitate dacă este utilizată corect.