Ozon to gaz. W przeciwieństwie do wielu innych nie jest przezroczysty, ale ma charakterystyczny kolor, a nawet zapach. Jest obecny w naszej atmosferze i jest jednym z jego najważniejszych składników. Jaka jest gęstość ozonu, jego masa i inne właściwości? Jaka jest jego rola w życiu planety?
Niebieski gaz
W chemii ozon nie ma osobnego miejsca w układzie okresowym. To dlatego, że nie jest elementem. Ozon to alotropowa modyfikacja lub odmiana tlenu. Podobnie jak w O2, jego cząsteczka składa się tylko z atomów tlenu, ale ma nie dwa, ale trzy. Dlatego jego wzór chemiczny wygląda jak O3.
Ozon to niebieski gaz. Ma wyraźny ostry zapach przypominający chlor, jeśli stężenie jest zbyt wysokie. Pamiętasz zapach świeżości w deszczu? To jest ozon. Dzięki tej właściwości otrzymał swoją nazwę, ponieważ ze starożytnego języka greckiego „ozon” to „zapach”.
Cząsteczka gazu jest polarna, zawarte w niej atomy są połączone pod kątem 116, 78°. Ozon powstaje, gdy wolny atom tlenu jest przyłączony do cząsteczki O2. Dzieje się to wczas różnych reakcji, np. utleniania fosforu, wyładowania elektrycznego lub rozkładu nadtlenków, podczas których uwalniane są atomy tlenu.
Właściwości ozonu
W normalnych warunkach ozon występuje jako gaz o masie cząsteczkowej prawie 48 g/mol. Jest diamagnetyczny, to znaczy nie może być przyciągany przez magnes, tak jak srebro, złoto czy azot. Gęstość ozonu wynosi 2,1445 g/dm³.
W stanie stałym ozon przybiera niebiesko-czarny kolor, w stanie ciekłym kolor indygo zbliżony do fioletu. Temperatura wrzenia wynosi 111,8 stopni Celsjusza. W temperaturze zero stopni rozpuszcza się w wodzie (tylko w czystej wodzie) dziesięciokrotnie lepiej niż tlen. Dobrze miesza się z ciekłym metanem, azotem, fluorem, argonem, a w pewnych warunkach z tlenem.
Pod działaniem wielu katalizatorów łatwo się utlenia, uwalniając wolne atomy tlenu. Łącząc się z nim, natychmiast się zapala. Substancja jest w stanie utlenić prawie wszystkie metale. Tylko platyna i złoto nie poddają się jego działaniu. Niszczy różne związki organiczne i aromatyczne. Tworzy azotyn amonu w kontakcie z amoniakiem, niszczy podwójne wiązania węglowe.
Obecny w atmosferze w wysokich stężeniach ozon ulega samorzutnemu rozkładowi. W takim przypadku uwalniane jest ciepło i powstaje cząsteczka O2. Im wyższe jego stężenie, tym silniejsza reakcja uwalniania ciepła. Gdy zawartość ozonu przekracza 10%, towarzyszy temu wybuch. Zwiększając temperaturę i zmniejszając ciśnienie lub kontaktując się zSubstancje organiczne szybciej rozkładają O3.
Historia odkryć
W chemii ozon był znany dopiero w XVIII wieku. Został odkryty w 1785 roku dzięki zapachowi, który fizyk Van Marum usłyszał obok działającej maszyny elektrostatycznej. Kolejne 50 lat później gaz nie pojawił się w eksperymentach naukowych i badaniach.
Naukowiec Christian Schonbein w 1840 roku badał utlenianie białego fosforu. Podczas eksperymentów udało mu się wyizolować nieznaną substancję, którą nazwał „ozonem”. Chemik zajął się badaniem jego właściwości i opisał, jak uzyskać nowo odkryty gaz.
Wkrótce do badań tej substancji dołączyli inni naukowcy. Słynny fizyk Nikola Tesla zbudował nawet pierwszy w historii generator ozonu. Przemysłowe zastosowanie O3 rozpoczęło się pod koniec XIX wieku wraz z pojawieniem się pierwszych instalacji dostarczających wodę pitną do domów. Substancja została użyta do dezynfekcji.
Ozon w atmosferze
Nasza Ziemia jest otoczona niewidzialną powłoką powietrza - atmosferą. Bez niej życie na planecie byłoby niemożliwe. Składniki powietrza atmosferycznego: tlen, ozon, azot, wodór, metan i inne gazy.
Ozon nie istnieje sam w sobie i powstaje tylko w wyniku reakcji chemicznych. Blisko powierzchni Ziemi powstaje w wyniku wyładowań elektrycznych piorunów podczas burzy. Nienaturalnie pojawia się z powodu emisji spalin z samochodów, fabryk, oparów benzyny i elektrowni cieplnych.
Ozon z niższych warstw atmosfery nazywany jest powierzchnią lub troposferyczną. Jest też stratosferyczny. Występuje pod wpływem promieniowania ultrafioletowego pochodzącego ze słońca. Tworzy się w odległości 19-20 kilometrów nad powierzchnią planety i rozciąga się na wysokość 25-30 kilometrów.
Stratosferyczny O3 tworzy warstwę ozonową planety, która chroni ją przed silnym promieniowaniem słonecznym. Pochłania około 98% promieniowania ultrafioletowego o długości fali wystarczającej do wywołania raka i oparzeń.
Korzystanie z substancji
Ozon to doskonały utleniacz i niszczyciel. Ta właściwość jest od dawna używana do oczyszczania wody pitnej. Substancja działa szkodliwie na bakterie i wirusy niebezpieczne dla ludzi, a po utlenieniu zamienia się w nieszkodliwy tlen.
Może zabić nawet organizmy odporne na chlor. Ponadto służy do oczyszczania ścieków ze szkodliwych dla środowiska produktów naftowych, siarczków, fenoli itp. Takie praktyki są powszechne głównie w Stanach Zjednoczonych i niektórych krajach europejskich.
Ozon jest używany w medycynie do dezynfekcji narzędzi, w przemyśle do wybielania papieru, oczyszczania olejów i uzyskiwania różnych substancji. Stosowanie O3 do oczyszczania powietrza, wody i pomieszczeń nazywa się ozonowaniem.
Ozon i człowiek
Pomimo wszystkich swoich korzystnych właściwości ozon może być niebezpieczny dla ludzi. Jeśli w powietrzu jest więcej gazu, niż człowiek jest w stanie tolerować, nie da się uniknąć zatrucia. W Rosji jego dopuszczalna normawynosi 0,1 µg/L.
Po przekroczeniu tej wartości pojawiają się typowe objawy zatrucia chemicznego, takie jak ból głowy, podrażnienie błon śluzowych, zawroty głowy. Ozon zmniejsza odporność organizmu na infekcje przenoszone przez drogi oddechowe, a także obniża ciśnienie krwi. Stężenia gazu powyżej 8–9 µg/L mogą prowadzić do obrzęku płuc, a nawet śmierci.
Jednocześnie dość łatwo jest rozpoznać ozon w powietrzu. Zapach „świeżości”, chloru czy „raków” (jak twierdził Mendelejew) jest wyraźnie słyszalny nawet przy niskiej zawartości substancji.
