Wyrażenie „warstwa ozonowa”, które stało się sławne w latach 70-tych. miniony wiek od dawna jest na skraju. Jednocześnie niewiele osób naprawdę rozumie, co oznacza ta koncepcja i dlaczego niszczenie warstwy ozonowej jest niebezpieczne. Jeszcze większą zagadką dla wielu jest budowa cząsteczki ozonu, a przecież jest ona bezpośrednio związana z problemami warstwy ozonowej. Dowiedzmy się więcej o ozonie, jego strukturze i zastosowaniach przemysłowych.
Co to jest ozon
Ozon lub, jak to się nazywa, aktywny tlen, to lazurowy gaz o ostrym metalicznym zapachu.
Ta substancja może istnieć we wszystkich trzech stanach skupienia: gazowej, stałej i ciekłej.
Jednocześnie w naturze ozon występuje tylko w postaci gazu, tworząc tak zwaną warstwę ozonową. To właśnie ze względu na swój lazurowy kolor niebo wydaje się niebieskie.
Jak wygląda cząsteczka ozonu
Twój pseudonim jest „aktywnytlen” ozon otrzymany ze względu na jego podobieństwo do tlenu. Tak więc głównym aktywnym pierwiastkiem chemicznym w tych substancjach jest tlen (O). Jeśli jednak cząsteczka tlenu zawiera 2 ze swoich atomów, to cząsteczka ozonu (wzór - O3) składa się z 3 atomów tego pierwiastka.
Dzięki tej strukturze właściwości ozonu są podobne do właściwości tlenu, ale bardziej wyraźne. W szczególności, jak O2, O3jest najsilniejszym utleniaczem.
Najważniejsza różnica między tymi „powiązanymi” substancjami, o której wszyscy muszą pamiętać, jest następująca: ozon nie może być wdychany, jest toksyczny i w przypadku wdychania może uszkodzić płuca, a nawet zabić człowieka. Jednocześnie O3 doskonale nadaje się do oczyszczania powietrza z toksycznych zanieczyszczeń. Nawiasem mówiąc, właśnie z tego powodu tak łatwo oddycha się po deszczu: ozon utlenia szkodliwe substancje zawarte w powietrzu i jest oczyszczany.
Model cząsteczki ozonu (składający się z 3 atomów tlenu) wygląda trochę jak obraz kąta, a jego rozmiar to 117°. Ta cząsteczka nie ma niesparowanych elektronów i dlatego jest diamagnetyczna. Dodatkowo posiada polaryzację, chociaż składa się z atomów tego samego pierwiastka.
Dwa atomy danej cząsteczki są ze sobą mocno związane. Ale połączenie z trzecim jest mniej niezawodne. Z tego powodu cząsteczka ozonu (zdjęcie modelu poniżej) jest bardzo delikatna i wkrótce po utworzeniu ulega rozpadowi. Z reguły w każdej reakcji rozkładu O3 uwalniany jest tlen.
Z powodu niestabilności ozonu nie można go wyprodukowaćzbiór i przechowywanie, a także transport, podobnie jak inne substancje. Z tego powodu jego produkcja jest droższa niż innych substancji.
Jednocześnie wysoka aktywność cząsteczek O3pozwala tej substancji być najsilniejszym utleniaczem, silniejszym niż tlen i bezpieczniejsze niż chlor.
Jeśli cząsteczka ozonu rozpadnie się i uwolni O2, tej reakcji zawsze towarzyszy uwolnienie energii. W tym samym czasie, aby nastąpił proces odwrotny (tworzenie O3 z O2), należy wydać to nie mniej.
W stanie gazowym cząsteczka ozonu rozkłada się w temperaturze 70°C. Jeśli zostanie zwiększona do 100 stopni lub więcej, reakcja znacznie przyspieszy. Obecność zanieczyszczeń przyspiesza również okres rozpadu cząsteczek ozonu.
Właściwości O3
Bez względu na to, w którym z trzech stanów znajduje się ozon, zachowuje on swój niebieski kolor. Im twardsza substancja, tym bogatszy i ciemniejszy odcień.
Każda cząsteczka ozonu waży 48 g/mol. Jest cięższy od powietrza, co pomaga oddzielić te substancje.
O3 zdolne do utleniania prawie wszystkich metali i niemetali (z wyjątkiem złota, irydu i platyny).
Również ta substancja może uczestniczyć w reakcji spalania, ale wymaga to wyższej temperatury niż dla O2.
Ozon jest w stanie rozpuścić się w H2O i freonach. W stanie ciekłym może mieszać się z ciekłym tlenem, azotem, metanem, argonem,czterochlorek węgla i dwutlenek węgla.
Jak powstaje cząsteczka ozonu
O3 cząsteczki powstają przez przyłączanie wolnych atomów tlenu do cząsteczek tlenu. Te z kolei pojawiają się w wyniku rozszczepienia innych cząsteczek O2 w wyniku oddziaływania na nie wyładowań elektrycznych, promieni ultrafioletowych, szybkich elektronów i innych cząstek o wysokiej energii. Z tego powodu specyficzny zapach ozonu można wyczuć w pobliżu iskrzących się urządzeń elektrycznych lub lamp emitujących światło ultrafioletowe.
W skali przemysłowej, O3 jest izolowany za pomocą elektrycznych generatorów ozonu lub ozonizatorów. W tych urządzeniach prąd elektryczny o wysokim napięciu przepływa przez strumień gazu zawierający O2, którego atomy służą jako „materiał budowlany” dla ozonu.
Czasami do tych maszyn wstrzykiwany jest czysty tlen lub zwykłe powietrze. Jakość powstałego ozonu zależy od czystości produktu wyjściowego. Tak więc medyczna O3, przeznaczona do leczenia ran, jest pozyskiwana wyłącznie z chemicznie czystego O2.
Historia odkrycia ozonu
Po ustaleniu, jak wygląda i jak powstaje cząsteczka ozonu, warto zapoznać się z historią tej substancji.
Po raz pierwszy został zsyntetyzowany przez holenderskiego badacza Martina Van Maruma w drugiej połowie XVIII wieku. Naukowiec zauważył, że po przepuszczeniu iskier elektrycznych przez pojemnik z powietrzem zawarty w nim gaz zmienił swoje właściwości. Jednocześnie Van Marum nie rozumiał, że wyizolował cząsteczki nowegosubstancje.
Ale jego niemiecki kolega, Sheinbein, próbując rozłożyć H2O na H i O2 za pomocą elektryczności, zauważył do uwolnienia nowego gazu o ostrym zapachu. Po wielu badaniach naukowiec opisał odkrytą przez siebie substancję i nadał jej nazwę „ozon” na cześć greckiego słowa oznaczającego „zapach”.
Zdolność do zabijania grzybów i bakterii, a także zmniejszania toksyczności szkodliwych związków, które posiadała otwarta substancja, zainteresowała wielu naukowców. 17 lat po oficjalnym odkryciu O3, Werner von Siemens zaprojektował pierwszy aparat do syntezy ozonu w dowolnej ilości. A 39 lat później genialny Nikola Tesla wynalazł i opatentował pierwszy na świecie generator ozonu.
To właśnie to urządzenie zostało po raz pierwszy zastosowane we Francji po 2 latach w zakładach uzdatniania wody pitnej. Od początku XX wieku. Europa zaczyna przestawiać się na ozonowanie wody pitnej w celu jej oczyszczania.
Imperium Rosyjskie po raz pierwszy zastosowało tę technikę w 1911 roku, a po 5 latach w kraju wyposażono prawie 4 tuziny instalacji do oczyszczania wody pitnej za pomocą ozonu.
Dzisiaj ozonowanie wody stopniowo zastępuje chlorowanie. Tak więc 95% całej wody pitnej w Europie jest oczyszczane przy użyciu O3. Ta technika jest również bardzo popularna w USA. W WNP jest nadal badana, bo choć ta procedura jest bezpieczniejsza i wygodniejsza, jest droższa niż chlorowanie.
Zastosowania ozonu
Oprócz uzdatniania wody, O3 ma wiele innych zastosowań.
- Ozon jest używany jako wybielacz w produkcji papieru i tekstyliów.
- Aktywny tlen jest używany do dezynfekcji wina, a także do przyspieszania procesu starzenia koniaków.
- Różne oleje roślinne są rafinowane przy użyciu O3.
- Bardzo często ta substancja jest używana do przetwarzania łatwo psujących się produktów, takich jak mięso, jajka, owoce i warzywa. Ta procedura nie pozostawia śladów chemicznych, jak w przypadku chloru czy formaldehydu, a produkty mogą być przechowywane znacznie dłużej.
- Ozon sterylizuje sprzęt medyczny i odzież.
- Również oczyszczony O3 jest używany do różnych zabiegów medycznych i kosmetycznych. W szczególności przy jego pomocy w stomatologii dezynfekują jamę ustną i dziąsła, a także leczą różne choroby (zapalenie jamy ustnej, opryszczka, kandydoza jamy ustnej). W krajach europejskich O3 jest bardzo popularny w dezynfekcji ran.
- W ostatnich latach bardzo popularne stały się przenośne urządzenia gospodarstwa domowego do filtrowania powietrza i wody za pomocą ozonu.
Warstwa ozonowa - co to jest?
W odległości 15-35 km nad powierzchnią Ziemi znajduje się warstwa ozonowa lub, jak to się nazywa, ozonosfera. W tym miejscu skoncentrowany O3 służy jako rodzaj filtra do szkodliwego promieniowania słonecznego.
Skąd bierze się taka ilość substancji, jeśli jej cząsteczki są niestabilne? Odpowiedź na to pytanie nie jest trudna, jeśli przypomnimy sobie model cząsteczki ozonu i sposób jej powstawania. Czyli tlen składający się z 2cząsteczki tlenu dostające się do stratosfery są tam ogrzewane przez promienie słoneczne. Ta energia wystarcza do rozszczepienia O2 na atomy, z których powstaje O3. Jednocześnie warstwa ozonowa nie tylko wykorzystuje część energii słonecznej, ale także ją filtruje, pochłania niebezpieczne promieniowanie ultrafioletowe.
Powyżej powiedziano, że ozon jest rozpuszczany przez freony. Te gazowe substancje (wykorzystywane w produkcji dezodorantów, gaśnic i lodówek) po uwolnieniu do atmosfery oddziałują na ozon i przyczyniają się do jego rozkładu. W rezultacie w ozonosferze pojawiają się dziury, przez które na planetę wnikają niefiltrowane promienie słoneczne, które mają destrukcyjny wpływ na organizmy żywe.
Po rozważeniu właściwości i struktury cząsteczek ozonu możemy stwierdzić, że ta substancja, choć niebezpieczna, jest bardzo przydatna dla ludzkości, jeśli jest stosowana prawidłowo.
