Ozon to gaz, który ma niezwykle cenne właściwości dla całej ludzkości. Pierwiastkiem chemicznym, z którym powstaje, jest tlen O. W rzeczywistości ozon O3 jest jedną z alotropowych modyfikacji tlenu, składającą się z trzech jednostek o wzorze (O÷O÷O). Pierwszym i bardziej znanym związkiem jest sam tlen, a dokładniej gaz, który tworzą dwa jego atomy (O=O) - O2.
Alotropia to zdolność jednego pierwiastka chemicznego do tworzenia wielu prostych związków o różnych właściwościach. Dzięki niej ludzkość poznała i wykorzystuje takie substancje jak diament i grafit, siarka jednoskośna i rombowa, tlen i ozon. Pierwiastek chemiczny, który ma tę zdolność, niekoniecznie jest ograniczony tylko do dwóch modyfikacji, niektóre mają więcej.
Historia otwarcia połączenia
Jednostka składowa wielu substancji organicznych i mineralnych, w tym takich jak ozon – pierwiastek chemiczny, oznaczeniegdzie O to tlen, przetłumaczone z greckiego "oxys" - kwaśny i "gignomai" - do porodu.
Po raz pierwszy nową alotropową modyfikację tlenu podczas eksperymentów z wyładowaniami elektrycznymi odkrył w 1785 roku Holender Martin van Marun, jego uwagę zwrócił specyficzny zapach. A sto lat później Francuz Shenbein zauważył obecność tego samego po burzy z piorunami, co spowodowało, że gaz nazwano „pachnącym”. Ale naukowcy byli nieco oszukani, wierząc, że ich węch wyczuł sam ozon. Zapach, który powąchali, był zapachem związków organicznych utlenionych w reakcji z O3, ponieważ gaz jest wysoce reaktywny.
Struktura elektroniczna
O2 i O3, pierwiastek chemiczny, mają ten sam fragment strukturalny. Ozon ma bardziej złożoną strukturę. W tlenie wszystko jest proste - dwa atomy tlenu są połączone wiązaniem podwójnym, składającym się ze składników ϭ i π, zgodnie z wartościowością pierwiastka. O3 ma kilka struktur rezonansowych.
Podwójne wiązanie łączy dwa tleny, a trzeci ma jeden. Tak więc, ze względu na migrację składnika π, w ogólnym obrazie trzy atomy mają połączenie półtora. To wiązanie jest krótsze niż wiązanie pojedyncze, ale dłuższe niż wiązanie podwójne. Eksperymenty przeprowadzone przez naukowców wykluczają możliwość powstania cząsteczki cyklicznej.
Metody syntezy
Aby utworzyć gaz, taki jak ozon, pierwiastek chemiczny tlen musi znajdować się w środowisku gazowym w postaci pojedynczych atomów. Takie warunki stwarza kolizjacząsteczki tlenu O2 z elektronami podczas wyładowań elektrycznych lub innych cząstek o wysokiej energii, a także podczas naświetlania ultrafioletem.
Lwia część całkowitej ilości ozonu w naturalnej atmosferze jest tworzona metodą fotochemiczną. Człowiek woli stosować inne metody w działalności chemicznej, takie jak np. synteza elektrolityczna. Polega ona na tym, że platynowe elektrody umieszczane są w wodnym środowisku elektrolitu i uruchamiany jest prąd. Schemat reakcji:
N2O + O2 → O3 + N 2 + e-
Właściwości fizyczne
Tlen (O) jest jednostką składową takiej substancji jak ozon - pierwiastek chemiczny, którego wzór oraz względną masę molową podano w układzie okresowym. Tworząc O3, tlen uzyskuje właściwości radykalnie różne od tych z O2.
Błękitny gaz to normalny stan związku, takiego jak ozon. Pierwiastek chemiczny, wzór, cechy ilościowe - wszystko to ustalono podczas identyfikacji i badania tej substancji. Temperatura wrzenia wynosi -111,9 ° C, stan upłynniony ma ciemnofioletowy kolor, z dalszym spadkiem stopnia do -197,2 ° C rozpoczyna się topienie. W stałym stanie skupienia ozon nabiera koloru czarnego z fioletowym odcieniem. Jego rozpuszczalność jest dziesięciokrotnie wyższa niż ta właściwość tlenu O2. Przy najmniejszych stężeniach w powietrzu czuje sięzapach ozonu, jest ostry, specyficzny i przypomina zapach metalu.
Właściwości chemiczne
Bardzo aktywny, z reakcyjnego punktu widzenia, jest ozon. Pierwiastkiem chemicznym, który go tworzy, jest tlen. Cechy, które determinują zachowanie ozonu w interakcji z innymi substancjami, to wysoka zdolność utleniania i niestabilność samego gazu. W podwyższonych temperaturach rozkłada się w niespotykanym dotąd tempie, proces przyspieszają katalizatory takie jak tlenki metali, chlor, dwutlenek azotu i inne. Właściwości utleniacza są nieodłączne od ozonu ze względu na cechy strukturalne cząsteczki i ruchliwość jednego z atomów tlenu, który odszczepiając się zamienia gaz w tlen: O3→ O2 + O ·
Tlen (cegła, z której zbudowane są cząsteczki substancji takich jak tlen i ozon) jest pierwiastkiem chemicznym. Jak napisano w równaniach reakcji - O. Ozon utlenia wszystkie metale z wyjątkiem złota, platyny i ich podgrup. Reaguje z gazami w atmosferze - tlenkami siarki, azotu i innymi. Substancje organiczne również nie pozostają obojętne, procesy rozrywania wiązań wielokrotnych poprzez tworzenie związków pośrednich są szczególnie szybkie. Niezwykle ważne jest, aby produkty reakcji były nieszkodliwe dla środowiska i ludzi. Są to woda, tlen, wyższe tlenki różnych pierwiastków, tlenki węgla. Związki binarne wapnia, tytanu i krzemu z tlenem nie oddziałują z ozonem.
Aplikacja
Głównym obszarem, w którym używany jest gaz „węchający”, jestozonowanie. Ta metoda sterylizacji jest znacznie wydajniejsza i bezpieczniejsza dla organizmów żywych niż dezynfekcja chlorem. Podczas oczyszczania wody ozonem nie dochodzi do powstawania toksycznych pochodnych metanu, zastępowanych przez niebezpieczne halogeny.
Coraz częściej ta przyjazna dla środowiska metoda sterylizacji jest stosowana w przemyśle spożywczym. Urządzenia chłodnicze, obiekty do przechowywania żywności są poddawane działaniu ozonu, dzięki czemu eliminowane są przykre zapachy.
W medycynie niezbędne są również dezynfekujące właściwości ozonu. Dezynfekują rany, roztwory soli. Krew żylna jest ozonowana, a wiele chorób przewlekłych leczy się „pachnącym” gazem.
Bycie w naturze i znaczenie
Prosta substancja ozon jest elementem składu gazowego stratosfery, regionu przestrzeni kosmicznej znajdującej się w odległości około 20-30 km od powierzchni planety. Uwalnianie tego związku następuje podczas procesów związanych z wyładowaniami elektrycznymi, podczas spawania i pracy kopiarek. Ale to w stratosferze powstaje i zawiera 99% całkowitej ilości ozonu w ziemskiej atmosferze.
Bardzo ważna była obecność gazu w przestrzeni bliskiej Ziemi. Tworzy w nim tak zwaną warstwę ozonową, która chroni wszystkie żywe istoty przed śmiercionośnym ultrafioletowym promieniowaniem słońca. Co dziwne, ale oprócz wielkich korzyści sam gaz jest niebezpieczny dla ludzi. Wzrost stężenia ozonu w powietrzu, którym oddycha osoba, jest szkodliwy dla organizmu ze względu na jego ekstremalną aktywność chemiczną.
