Din ce este făcut 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 din 1987 a fost semnat celebrul Protocol de la Montreal.

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

De fapt, o concentrație atât de mică de ozon poate fi numită o binefacere pentru Pământ: acest gaz, care formează un strat de ozon salvator la o altitudine de 15-30 de kilometri, este mult mai puțin „nobil” în imediata apropiere a unei persoane. Ozonul, conform clasificării ruse, aparține substanțelor de cea mai mare clasă de pericol - este un agent oxidant foarte puternic, care este extrem de toxic pentru oameni.

Vadim Samoilovici, cercetător senior la Laboratorul de cataliză și electrochimie a gazelor, Facultatea de Chimie, Universitatea de Stat din Moscova Lomonosov, a ajutat RIA Novosti să înțeleagă diferitele proprietăți ale ozonului dificil.

scut de ozon

„Acesta este un gaz destul de bine studiat, aproape totul a fost studiat - totul nu se întâmplă niciodată, dar principalul totul (se cunoaște)... Ozonul are multe și tot felul de aplicații. Dar nu uitați că, în general, viața a apărut datorită stratului de ozon – acesta este probabil momentul principal”, spune Samoylovich.

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 - aceste substanțe fac parte din periculoasele clorofluorocarburi, mai cunoscute sub numele de freoni. Înainte de apariția Protocolului de la Montreal, acestea au fost utilizate, printre altele, în industria frigorifice și ca propulsori 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 omenirea a făcut progrese semnificative. În același timp, UNEP a remarcat că conținutul de ozon din stratosferă a încetat să scadă din 1998 și, potrivit 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, concentrațiile de ozon troposferic din emisfera nordică aproape s-au triplat în ultimii 100 de ani, devenind al treilea cel mai mare gaz cu efect de seră „antropogen”.

Nici aici ozonul nu este emis în atmosferă, ci se formează sub influența radiației solare din aer, care este deja poluat de „precursorii” 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 numai oamenii și clima suferă de ozonul la nivelul solului. UNEP estimează că reducerea ozonului troposferic ar putea ajuta la salvarea a aproximativ 25 de milioane de tone de orez, grâu, soia și porumb care se pierd în fiecare an din cauza acestui gaz toxic pentru plante.

Tocmai pentru că ozonul la nivelul solului nu mai este atât de util, specialiștii în monitorizarea meteorologică și a mediului monitorizează constant concentrațiile acestuia în aerul marilor orașe, inclusiv Moscova.

Ozonul util

"Una dintre proprietățile foarte interesante ale ozonului este bactericidă. Este practic prima dintre toate astfel de substanțe, clor, peroxid de mangan, oxid de clor", spune Vadim Samoylovich.

Aceeași natură extremă a ozonului, care îl face un agent oxidant foarte puternic, explică scopul acestui gaz. Ozonul este folosit pentru sterilizarea și dezinfecția spațiilor, hainelor, uneltelor și, bineînțeles, pentru purificarea apei - atât potabile, cât și industriale și chiar deșeuri.

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

„Clorul (când reacționează) cu substanțele organice dă, respectiv, organoclorați, care sunt mult mai toxici decât doar clorul. În mare, acest lucru (apariția deșeurilor toxice – n.red.) poate fi evitat fie prin reducerea bruscă a concentrației de clor, sau pur și simplu eliminând-o. Una dintre opțiuni - înlocuirea clorului cu ozon", a explicat Samoylovich.

Aerul poate fi, de asemenea, ozonizat, iar acest lucru dă și rezultate interesante - de exemplu, la Ivanovo, specialiștii de la Institutul de Cercetare All-Rusian pentru Protecția Muncii și colegii lor au efectuat o serie de studii, în timpul cărora „în magazinele de filare, o anumită cantitate de a fost adăugat ozon în conductele obișnuite de ventilație”. Ca urmare, prevalența bolilor respiratorii a scăzut, în timp ce 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 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 Samoylovich, aceeași ozonare necesită o monitorizare constantă, ceea ce complică foarte mult problema.

"Este încă o tehnică destul de complicată. Este mult mai ușor să turnați o găleată cu bactericid acolo, să o turnați și gata, dar aici trebuie să urmați, trebuie să existe un fel de pregătire", spune omul de știință.

Ozonul dăunează organismului uman lent, dar grav - expunerea prelungită la aerul poluat cu ozon crește riscul de boli cardiovasculare și respiratorii. Reacționând 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 o scădere a activității cardiace. Ozonul toxic la nivelul solului duce la apariția sau exacerbarea bolilor respiratorii, copii, persoanele în vârstă și astmaticii sunt expuși riscului”, se menționează pe site-ul Observatorului Aerologic Central (CAO) din Roshydromet.

Exploziv cu ozon

Ozonul este dăunător nu numai pentru inhalare - chibriturile trebuie și ascunse, deoarece acest gaz este foarte exploziv. În mod tradițional, 300-350 de mililitri pe litru de aer a fost considerat un „prag” pentru nivelurile periculoase de gaz ozon, deși unii oameni de știință lucrează cu niveluri mai mari, spune Samoylovich. 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 rachetelor - astfel de idei au apărut la scurt timp după începutul erei spațiale.

"Laboratorul nostru de la universitate a luat naștere doar dintr-o astfel de idee. Fiecare combustibil pentru rachetă are propria sa putere calorică în reacție, adică cât de multă căldură este eliberată atunci când se arde și, prin urmare, cât de puternică va fi racheta. Deci, ea se știe că cea mai puternică opțiune este hidrogenul lichid amestecat cu ozon lichid... Dar există un minus. 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 enormă de efort și timp pentru a face cumva sigură (afacerea) - s-a dovedit că era imposibil să o faci”. Samoylovich își amintește că într-o zi colegii din SUA au reușit să obțină ozon deosebit de pur, care „părea” să nu explodeze, „toată lumea batea deja timpanele”, dar apoi a explodat întreaga fabrică, iar lucrările au fost oprite.

„Am avut cazuri când, să zicem, un balon cu ozon lichid stă, stă, azot lichid este turnat în el și apoi - fie azotul a fiert acolo, fie ceva - vii, dar jumătate din instalație nu este acolo, totul a devenit 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 dintre atomii săi). Este întotdeauna prezent în atmosferă, dar a fost descoperit pentru prima dată în 1785 în timp ce studia acțiunea unei scântei în aer de către fizicianul olandez Van Marum. În 1840, chimistul german Christian Friedrich Schönbein a confirmat aceste observații și a sugerat că a descoperit un nou element, căruia i-a dat numele de „ozon” (din grecescul ozon – miros). În 1850, s-a determinat activitatea ridicată a ozonului ca agent oxidant și capacitatea sa de a adăuga legături duble în reacții cu mulți compuși organici. Ambele proprietăți ale ozonului au găsit ulterior o largă aplicație practică. Cu toate acestea, valoarea ozonului nu se limitează la aceste două proprietăți. S-a descoperit că are o serie de proprietăți valoroase ca dezinfectant și deodorant.
Pentru prima dată, ozonul a fost folosit 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. Dobroye shvin, a propus ozonul ca fiind cel mai bun mijloc de dezinfectare a apei de băut și a aerului de microflora patogenă. Mai devreme, în 1886, N.K. Keldysh a efectuat cercetări asupra efectului bactericid al ozonului. și l-a recomandat ca un dezinfectant de mare eficiență.Cercetarea ozonului a fost deosebit de răspândită în secolul al XX-lea. Și deja în 1911, prima stație de alimentare cu apă cu ozon din Europa a fost pusă în funcțiune în St. scop în medicină, în scopuri sanitare în industria alimentară , în procesele de oxidare din industria chimică etc.
Zonele și scarile de utilizare a ozonului au crescut rapid în ultimul deceniu. În prezent, cele mai importante aplicații ale ozonului sunt următoarele: purificarea și dezinfectarea apei potabile și industriale, precum și a efluenților fecale și industriali menajere în scopul reducerii necesarului biologic de oxigen (BOD), albire, 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 în 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 activă, alotropă de oxigen; la temperaturi obișnuite, este un gaz albastru deschis cu un miros înțepător caracteristic (mirosul se simte organoleptic la o concentrație 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 de 1 mm grosime este practic opac. Ozonul se formează din oxigen, în timp ce absoarbe căldură și, dimpotrivă, atunci când se descompune, trece în oxigen, eliberând căldură (similar cu arderea). Acest proces poate fi scris sub următoarea formă:
reacție exotermă
2Oz \u003d ZO2 + 68 kcal
Reacție endotermă

Viteza acestor reacții depind de temperatură, presiune și concentrația de ozon. La temperatură și presiune normale, reacțiile decurg lent, dar la temperaturi ridicate, descompunerea ozonului este accelerată.
Formarea ozonului sub acțiunea energiei diferitelor radiații este destul de complicată. Procesele primare de formare a ozonului din oxigen pot decurge diferit în funcție de cantitatea de energie aplicată.
Excitarea unei molecule 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 excitarea moleculei, are loc reacția de formare a ozonului.
La o energie electronică de 12,2 eV, când se formează ionii moleculari de oxigen, nu se observă o eliberare de ozon, iar la o energie electronică de 19,2 eV, când sunt implicați atât un atom, cât și un ion de oxigen, 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 aditivii gazoși (oxizi de azot, clor etc.), iar în sistemele eterogene de metale (mercur, argint, cupru etc.) și oxizi metalici (fier, cupru, nichel, plumb etc.). ). La concentrații mari de ozon, reacția are loc cu o explozie. La o concentrație de ozon de până la 10%, nu are loc descompunerea explozivă. 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 luarea măsurilor de precauție este foarte importantă atunci când lucrați cu acesta. Tabelul 1 prezintă principalele proprietăți fizice ale ozonului.
În stare gazoasă, ozonul este diamagnetic, în timp ce în stare lichidă, este slab paramagnetic. Ozonul se dizolvă bine în uleiuri esențiale, terebentină, tetraclorură 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 la vârf (116,5 °) și distanțe nucleare egale (1,28 ° A) cu o energie de legare medie (78 kcal / mol) și polaritatea slab exprimată (0,58).

Proprietățile fizice de bază ale ozonului

Proprietățile optice ale ozonului sunt caracterizate prin instabilitatea acestuia la radiații de diferite 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 cu lungime de undă scurtă a spectrului 210-220 și 175 nm. În acest caz, se formează două molecule de ozon pe cuantum de lumină absorbită. Proprietățile spectrale ale ozonului, formarea și degradarea acestuia sub influența radiației solare oferă parametrii climatici optimi în biosfera Pământului.



un arbore, caracterizat printr-un unghi obtuz la 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 optice ale ozonului sunt caracterizate prin instabilitatea acestuia la radiații de diferite 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 cu lungime de undă scurtă a spectrului 210-220 și 175 nm. În acest caz, se formează două molecule de ozon pe cuantum de lumină absorbită. 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 alumină, 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 funcționarea în siguranță cu concentrații mari de ozon. Ozonul concentrat dizolvat în freon poate fi stocat pentru o perioadă lungă de timp.
În sinteza 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 până în prezent. Există o metodă de separare a oxigenului din amestecuri prin distilare la temperatură joasă a amestecurilor de gaze. Cu toate acestea, nu a fost încă posibil să se excludă 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 este obținerea ozonului concentrat prin adsorbție - desorbție, atunci când fluxul de amestec gazos este suflat printr-un strat de silicagel răcit (-80°C), iar apoi adsorbantul este suflat cu un gaz inert (azot sau heliu). Folosind această metodă, puteți obține raportul de ozon: oxigen \u003d 9: 1, adică ozon foarte concentrat.
Utilizarea ozonului concentrat ca component oxidant în scopuri industriale este nesemnificativă.

Proprietățile chimice ale ozonului

Proprietățile chimice caracteristice ale ozonului trebuie luate în considerare în primul rând instabilitatea acestuia, capacitatea de a se descompune rapid și activitatea oxidativă ridicată.
Pentru ozon s-a stabilit numărul de oxidare I, care caracterizează numărul de atomi de oxigen cedați de ozon substanței oxidate. După cum au arătat experimentele, acesta poate fi egal cu 0,1, 3. În primul caz, ozonul se descompune cu o creștere în volum: 2Oz ---> 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, la substanța oxidată se adaugă ozon: O3 -\u003e 3O (în acest caz, volumul său 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 la sulfat, nitriți - la nitrat. 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 implicați ca activatori de proces formează, de asemenea, oxizi mai mari.
Potențialul de reducere al ozonului - oxigenul este destul de mare și într-un mediu acid este determinat de valoarea de 2,07 V, iar într-o soluție alcalină - 1,24 V. Afinitatea ozonului cu un electron este determinată de o valoare 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 transfera un număr de elemente transuraniu în starea șapte-valentă, deși cea mai mare stare de valență a acestora este 6. Reacția ozonului cu metale cu valență variabilă (Cr, Co etc.) își găsește aplicație practică. in obtinerea de materii prime in productia de coloranti si vitamina PP .
Metalele alcaline și alcalino-pământoase se oxidează sub acțiunea 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 Adolph Wurtz. Sunt o substanță cristalină roșu-maro, a cărei rețea de 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 o reacție ulterioară cu ozonul, rezultând un amestec de ozonidă și soluție apoasă. oxid de metal alcalin hidrat.
Ozonul intră activ în interacțiune chimică cu mulți compuși organici. Astfel, produsul primar al interacțiunii ozonului cu dubla legătură a compușilor nesaturați este un malozoid, care este instabil și se descompune într-un ion bipolar și compuși carbonilici (aldehidă sau cetonă). Produșii intermediari care se formează în această reacție sunt recombinați într-o secvență diferită, formând o 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 continuă atât cu distrugerea nucleului aromatic, cât și fără distrugerea acestuia.
În reacțiile cu hidrocarburi saturate, ozonul se descompune mai întâi cu formarea de oxigen atomic, care inițiază oxidarea în lanț, în timp ce randamentul de produse 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, în timp ce acesta din urmă este distrus la compuși cu un nucleu aromatic perturbat (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; reacții ale ozonului cu hidrocarburile aromatice - acid difenil, dialdehidă ftalică și 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 de eșapament de diferite tipuri. industriile, 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 formula oxigenului și a ozonului include același element chimic, ele se numesc modificări alotropice în chimie.

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, acesta este de 1,5 ori mai greu decât oxigenul. Comparativ cu O 2, solubilitatea ozonului este mult mai mare. La temperatura zero, 49 de volume din acesta se dizolvă ușor în 100 de volume de apă. În concentrații mici, substanța nu are proprietatea de toxicitate, ozonul este o otravă doar în volume semnificative. Concentrația maximă admisă este considerată a fi de 5% din cantitatea de O 3 din aer. În cazul răcirii puternice, 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.

Obținere 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. În interior este o tijă de metal, în exterior este o spirală. După conectarea la o bobină 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 polară covalentă confirmă alotropia oxigenului.

Procesul de transformare a oxigenului în ozon este o reacție endotermă care implică costuri energetice semnificative. Datorită reversibilității acestei transformări, se observă descompunerea ozonului, care este însoțită de o scădere a energiei sistemului.

Proprietăți chimice

Formula pentru ozon explică puterea sa de oxidare. Este capabil să interacționeze cu diverse substanțe, pierzând în același timp 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 oxid). Sub acțiunea acestui agent oxidant puternic se observă distrugerea cauciucului.

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

Efect biologic asupra organismului

Capacitatea de oxidare crescută a acestei substanțe gazoase, formarea de radicali liberi de oxigen indică pericolul său pentru corpul uman. Ce rău poate face ozonul unei persoane? Deteriorează și irită țesuturile organelor respiratorii.

Ozonul acționează asupra colesterolului conținut în sânge, provocând ateroscleroză. Odată cu șederea îndelungată a unei persoane într-un mediu care conține o concentrație crescută de ozon, se dezvoltă infertilitatea masculină.

În țara noastră, acest agent oxidant aparține primei clase (periculoase) de substanțe nocive. MPC-ul mediu zilnic nu trebuie să depășească 0,03 mg pe metru cub.

Toxicitatea ozonului, posibilitatea de utilizare a acestuia pentru distrugerea bacteriilor și mucegaiului, 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, arborilor și este o componentă a smogului urban. Ozonul stratosferic aduce un anumit beneficiu unei persoane. Descompunerea sa într-o soluție apoasă depinde de pH, temperatură și calitatea mediului. In practica medicala se foloseste apa ozonizata de diferite concentratii. 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 este capabil să mărească eficacitatea metodelor tradiționale, precum și să se dovedească ca un agent independent eficient. După dezvoltarea tehnologiei de terapie cu ozon, medicii au posibilitatea de a se ocupa în mod eficient de 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 acesteia, toleranță excelentă, fără efecte secundare și costuri reduse.

Concluzie

Ozonul este un agent oxidant puternic capabil să lupte 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, citostatic. Datorită capacității sale de a restabili tulburările metabolismului oxigenului, îi oferă oportunități excelente pentru medicina terapeutică și profilactică.

Dintre metodele inovatoare bazate pe capacitatea de oxidare a acestui compus, evidentiam administrarea intramusculara, intravenoasa, subcutanata a acestei substante. De exemplu, tratamentul escarelor, leziunilor fungice ale pielii, arsurilor, cu un amestec de oxigen și ozon este recunoscut ca o tehnică eficientă.

În concentrații mari, ozonul poate fi folosit ca agent hemostatic. La concentrații scăzute, favorizează repararea, vindecarea, epitelizarea. Această substanță, dizolvată în soluție salină, este un instrument excelent pentru reabilitarea maxilarului. În medicina modernă europeană, autohemoterapia mică și mare a devenit larg răspândită. Ambele metode sunt asociate cu introducerea ozonului în organism, folosind capacitatea sa de oxidare.

În cazul unei autohemoterapii mari, se injectează în vena pacientului o soluție de ozon cu o concentrație dată. Autohemoterapia mică se caracterizează prin injectarea intramusculară de sânge ozonizat. Pe lângă medicamente, acest agent oxidant puternic este solicitat în producția chimică.

Un astfel de gaz precum ozonul posedă proprietăți extrem de valoroase pentru întreaga omenire. Elementul chimic cu 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 cei doi atomi ai săi (O=O) - O 2 .

Alotropia este capacitatea unui element chimic de a forma un număr de compuși simpli cu proprietăți diferite. Datorită acesteia, omenirea a studiat și folosește substanțe precum diamantul și grafitul, sulful monoclinic și rombic, 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

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

Pentru prima dată, unul nou în timpul experimentelor cu descărcări electrice a fost descoperit în 1785 de olandezul Martin van Marun, atenția i-a fost atrasă de un miros specific. Și un secol mai târziu, francezul Shenbein a remarcat prezența acestuia după o furtună, rezultând că gazul a fost numit „miroase”. Dar oamenii de știință au fost oarecum înșelați, crezând că simțul lor olfactiv mirosea a ozon însuși. Mirosul pe care l-au simțit era cel al celor oxidați la reacția cu O 3 , 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 din componente ϭ și π, în funcție de valența elementului. O 3 are mai multe structuri rezonante.

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 o conexiune de una și jumătate. 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 formarea unui gaz precum ozonul, elementul chimic oxigen trebuie să fie 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 din atmosfera naturală se formează printr-o metodă fotochimică. Omul preferă să folosească alte metode în activitatea chimică, cum ar fi, de exemplu, sinteza electrolitică. Constă în faptul că electrozii de platină sunt plasați într-un mediu electrolitic apos și este pornit un curent. Schema de reactie:

H 2 O + O 2 → O 3 + H 2 + e -

Proprietăți fizice

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

Gazul albastru este starea normală a unui compus precum ozonul. Elementul chimic, formula, caracteristicile cantitative - toate acestea au fost determinate în timpul identificării și studiului acestei substanțe. pentru aceasta -111,9 ° C, starea lichefiată are o culoare violet închis, cu o scădere suplimentară a gradului 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 seamănă cu mirosul de metal.

Proprietăți chimice

Foarte activ, din punct de vedere reactiv, este gazul ozon. 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 în sine. La temperaturi ridicate, se descompune cu o viteză fără precedent, procesul este, de asemenea, accelerat de catalizatori, cum ar fi 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, divizându-se, transformă gazul în oxigen: O 3 → O 2 + O .

Oxigenul (blocul din care sunt construite moleculele unor 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 subgrupurilor sale. Reacționează cu gazele din atmosferă - oxizi de sulf, azot și altele. Nici substanțele organice nu rămân inerte; procesele de rupere a legăturilor multiple prin formarea de compuși intermediari sunt deosebit de rapide. Este extrem de important ca produsele de reacție să fie inofensive pentru mediu și oameni. Acestea sunt apa, oxigenul, oxizii superiori ai diverselor elemente, oxizii de carbon. Compușii binari de calciu, titan și siliciu cu oxigenul nu interacționează cu ozonul.

Aplicație

Principala zonă în care este folosit gazul „mirositor” este ozonarea. Această metodă de sterilizare este mult mai eficientă și mai sigură pentru organismele vii decât dezinfecția cu clor. Când nu există formarea de derivați toxici ai metanului, înlocuiți cu un halogen periculos.

Din ce în ce mai mult, această metodă de sterilizare ecologică este utilizată în industria alimentară. Echipamentele frigorifice, spațiile de depozitare a produselor sunt tratate cu ozon, iar mirosurile sunt eliminate cu ajutorul acestuia.

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

Fiind 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 din atmosfera Pământului.

Prezența gazului în spațiul apropiat de Pământ s-a dovedit a fi vitală. Formează în el așa-numitul strat de ozon, care protejează toate ființele vii de radiațiile ultraviolete mortale ale Soarelui. Destul de ciudat, dar împreună cu mari beneficii, 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 fost mult timp pus 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 și, totuși, este direct legată de problemele stratului de ozon. Să aflăm mai multe despre ozon, structura lui și aplicațiile industriale.

Ce este ozonul

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

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

În același timp, ozonul apare în natură doar 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 cele ale oxigenului, dar mai pronunțate. În special, ca O2, O3 este cel mai puternic agent de oxidare.

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 perfect pentru curățarea aerului de impuritățile toxice. Apropo, din această cauză, după ploaie, este atât de ușor de respirat: ozonul oxidează substanțele nocive conținute în aer și este purificat.

Modelul moleculei de ozon (format din 3 atomi de oxigen) arată un pic ca o imagine a 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.

Doi atomi ai unei molecule date sunt legați ferm unul de celălalt. Dar legătura cu a treia este mai puțin sigură. Din acest motiv, molecula de ozon (fotografia modelului poate fi văzută mai jos) este foarte fragilă și la scurt timp după formare se descompune. De regulă, în orice reacție 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.

În același timp, activitatea ridicată a moleculelor de O 3 permite acestei substanțe să fie cel mai puternic agent oxidant, mai puternic decât oxigenul și mai sigur decât clorul.

Dacă molecula de ozon este distrusă și se eliberează O 2, această reacție este întotdeauna însoțită de eliberarea de energie. În același timp, pentru a avea loc procesul invers (formarea de O 3 din O 2), este necesar să-l cheltuiți nu mai puțin.

În stare gazoasă, molecula de ozon se descompune la o temperatură de 70 ° C. Dacă este ridicată 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

În oricare dintre cele trei stări se află ozonul, acesta își păstrează culoarea albastră. Cu cât substanța este mai tare, cu atât această nuanță 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).

De asemenea, această substanță poate participa la reacția de ardere, totuși, aceasta necesită o temperatură mai mare decât pentru O 2.

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 datorită efectului asupra lor al descărcărilor electrice, razelor ultraviolete, electronilor rapizi și altor particule de înaltă energie. Din acest motiv, mirosul specific de ozon poate fi simțit în apropierea aparatelor electrice care scânteie sau a lămpilor care emit lumină ultravioletă.

La scară industrială, O 3 este izolat cu ajutorul unor aparate electrice sau ozonizatoare. În aceste dispozitive, un curent electric de înaltă tensiune este trecut printr-un curent de gaz care conține O 2, ai cărui atomi servesc drept „material de construcție” pentru ozon.

Uneori, oxigen pur sau aer obișnuit este introdus în aceste aparate. Calitatea ozonului rezultat depinde de puritatea produsului inițial. Deci, O 3 medical, destinat tratamentului rănilor, este extras numai din O 2 chimic pur.

Istoria descoperirii ozonului

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

A fost sintetizată 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 a înțeles 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 cu ajutorul electricității, a atras atenția asupra eliberării unui nou gaz cu miros înțepător. După multe cercetări, omul de știință a descris substanța pe care a descoperit-o și i-a dat numele de „ozon” în cinstea cuvântului grecesc pentru „miros”.

Capacitatea de a ucide ciuperci și bacterii, precum și de a reduce toxicitatea compușilor dăunători, pe care îi poseda substanța deschisă, 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 în 2 ani la stațiile de tratare a apei potabile. De la începutul secolului XX. Europa începe să treacă la ozonarea apei potabile pentru purificarea acesteia.

Imperiul Rus a folosit pentru prima dată această tehnică în 1911, iar după 5 ani, aproape 4 duzini de instalații pentru purificarea apei potabile cu ajutorul ozonului au fost dotate în țară.

Astăzi, ozonarea apei înlocuiește treptat clorinarea. Astfel, 95% din toată apa potabilă din Europa este tratată cu O 3 . Această tehnică este, de asemenea, foarte populară în SUA. În CSI, este încă în studiu pentru că, deși procedura este mai sigură și mai convenabilă, este mai costisitoare decât clorinarea.

Aplicații ale ozonului

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

• Ozonul este folosit ca înălbitor la fabricarea hârtiei și a textilelor.
• Oxigenul activ este folosit pentru dezinfectarea vinurilor, precum și pentru accelerarea procesului de îmbătrânire a coniacurilor.
• Cu ajutorul O 3 sunt rafinate diferite uleiuri vegetale.
• Foarte des, această substanță este folosită pentru prelucrarea produselor perisabile, precum carnea, ouăle, fructele și legumele. Această procedură nu lasă urme chimice, ca în cazul utilizării clorului sau formaldehidei, iar produsele pot fi păstrate mult mai mult timp.
• Ozonul sterilizează echipamentul medical și îmbrăcămintea.
• De asemenea, O 3 purificat este folosit pentru diverse proceduri medicale și cosmetice. În special, cu ajutorul său în stomatologie, dezinfectează cavitatea bucală și gingiile și, de asemenea, tratează diverse boli (stomatită, herpes, candidoză bucală). În țările europene, O 3 este foarte popular pentru dezinfecția rănilor.
• În ultimii ani, aparatele electrocasnice portabile pentru filtrarea aerului și apei folosind ozon au câștigat o popularitate imensă.

Stratul de ozon - ce este?

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

De unde provine o asemenea cantitate de substanță dacă moleculele sale sunt instabile? Nu este greu să răspundem la această întrebare dacă ne amintim modelul moleculei de ozon și metoda de formare a acesteia. Deci, oxigenul, format din 2 molecule de oxigen, ajungând 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, dar 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.

Având în vedere caracteristicile și structura moleculelor de ozon, putem concluziona că această substanță, deși periculoasă, este foarte utilă pentru omenire dacă este utilizată corect.