Молекула озону: будова, формула, модель. Який вигляд має молекула озону? Озон

ОЗОН O3 (від грец. ozon-пахнучий) - алотропна модифікація кисню, яка може існувати у всіх трьох агрегатних станах. Озон - нестабільна сполука, і навіть за кімнатної температури повільно розкладається на молекулярний кисень, проте озон перестав бути радикалом.

Фізичні властивості

Молекулярна вага = 47,9982 г/моль. Газоподібний озон має щільність 2,144 10-3 г/см3 при тиску 1 атм і 29°.

Озон – речовина особлива. Він украй нестабільний і при підвищенні концентрації легко диспропорціонує за загальною схемою: 2О3 -> 3О2.

Озон за нормальних умов - газ із різким запахом. При дуже низьких концентраціях запах озону відчувається як приємна свіжість, але зі збільшенням концентрації стає неприємним. Запах замерзлої білизни - запах озону. До нього легко звикнути.

Основна його кількість зосереджена в так званому озонному поясі на висоті 15-30 км. У поверхні землі концентрація озону значно менша і абсолютно безпечна для живих істот; Існує навіть думка, що повна його відсутність також негативно позначається на працездатності людини.

При концентраціях близько 10 ГДК озон відчувається дуже добре, але за кілька хвилин відчуття зникає практично повністю. Це необхідно мати на увазі під час роботи з ним.

Проте озон забезпечує збереження життя Землі, т.к. озоновий шар затримує найбільш згубну для живих організмів і рослин частину ультрафіолетового випромінювання Сонця з довжиною хвилі менше 300 нм, поряд з СО2 поглинає ик-випромінювання Землі, перешкоджаючи її охолодженню.

Озон сильніший за кисень розчинний у воді. У воді озон розкладається значно швидше, ніж у газовій фазі, причому винятково великий вплив на швидкість розкладання має домішок, особливо іонів металів.

Рис1. Розкладання озону в різних видах води при температурі 20°С (1 - бідистилят; 2 - дистилят; 3 - вода "з-під крана"; 4 - фільтрована озерна вода)

Озон добре адсорбується силікагелем та алюмогелем. При парціальному тиску озону, наприклад, 20 мм рт. ст., і при 0 С силікагель поглинає близько 0,19% озону за вагою. При низьких температурахадсорбція помітно слабшає. В адсорбованому стані озон дуже стійкий. Потенціал іонізації озону дорівнює 12,8 еВ.

Хімічні властивості озону

Вони відрізняються двома головними рисами - нестійкістю та окислювальною здатністю. Примішаний до повітря в малих концентраціях, він розкладається порівняно повільно, але при підвищенні температури розкладання його прискорюється і при температурі понад 100° стає дуже швидким.

Присутність у повітрі NO2, Cl, а також каталітична дія оксидів металів – срібла, міді, заліза, марганцю – прискорюють розкладання озону. Озон має такі сильні окислювальні властивості, оскільки один з атомів кисню дуже легко відщеплюється від його молекули. Легко перетворюється на кисень.

Озон окислює за нормальної температури більшість металів. Кислі водні розчиниозону досить стійкі, у лужних розчинах озон швидко руйнується. Метали змінної валентності (Mn, Co, Fe та ін), багато оксидів, перекису та гідроксиду ефективно руйнують озон. Більшість металевих поверхоньпокривається плівкою оксиду у вищому валентному стані металу (наприклад, PbO2, AgO або Ag2O3, HgO).

Озон окислює всі метали, крім золота і металів платинової групи, реагує з більшістю інших елементів, розкладає галогеноводороды (крім HF), переводить нижчі оксиди у вищі тощо.

Він не окислює золото, платину, іридій, сплав 75% Fe + 25% Cr. Чорний сірчистий свинець PbS він звертає в білий сірчанокислий PbSO4, миш'яковистий ангідрид Аs2O3 - в миш'яковий As2O5 і т.д.

Реакція озону з іонами металів змінної валентності (Мn, Сr і Со) Останніми рокамизнаходить практичне застосуваннядля синтезу напівпродуктів для барвників, вітаміну РР (ізонікотінова кислота) та ін. Суміші солей марганцю і хрому в кислому розчині, що містить окислювану сполуку (наприклад, метилпіридин), окислюються озоном. При цьому іони Сr3+ переходять у Сr6+ і окислюють метилпіридин тільки по метальних групах. За відсутності солей металів руйнується переважно ароматичне ядро.

Озон реагує і з багатьма газами, які є в атмосфері. Сірководень H2S при з'єднанні з озоном виділяє вільну сірку, сірчистий ангідрид SO2 перетворюється на сірчаний SO3; закис азоту N2O - в окис NO, оксид азоту NO швидко окислюється до NO2, своєю чергою NO2 також реагує з озоном, причому в кінцевому рахунку утворюється N2O5; аміак NH3 - в азотноаміачну сіль NH4NO3.

Одна з найважливіших реакцій озону з неорганічними речовинами- Розкладання ним йодистого калію. Ця реакція широко використовується для визначення кількісного озону.

Озон реагує часом і з твердими речовинами, утворюючи озоніди. Виділено озоніди лужних металів, лужноземельних металів: стронцію, барію, причому температура їх стабілізації зростає у зазначеному ряду; Са(O3) 2 стабільний при 238 К, (O3) 2 при 273 К. Озоніди розкладаються з утворенням надперекису, наприклад NaO3 -> NaO2 + 1/2O2. Різні озоніди утворюються також при реакціях озону з органічними сполуками.

Озон окислює численні органічні речовини, насичені, ненасичені та циклічні вуглеводні. Опубліковано багато робіт з дослідження складу продуктів реакції озону з різними ароматичними вуглеводнями: бензолом, ксилолами, нафталіном, фенантреном, антраценом, бензантраценом, дифеніламіном, хіноліном, акриловою кислотою та ін. Він знебарвлює індиго і багато інших органічних барвників, відбілювання тканин.

Швидкість реакції озону з подвійним зв'язком С=С у 100 000 разів вища, ніж швидкість реакції озону з одинарною зв'язком С-С. Тому від озону в першу чергу страждають каучуки та гуми. Озон реагує з подвійним зв'язком із утворенням проміжного комплексу:

Ця реакція йде досить швидко вже за температур нижче 0°С. У разі граничних сполук озон є ініціатором звичайної реакції окислення:

Цікавою є взаємодія озону з деякими органічними барвниками, які сильно флюоресцують за наявності озону в повітрі. Такі, наприклад, ейхрозин, рибофлавін і люмінол (триамінофталгідразид), і особливо, родамін-В і, подібний до нього родамін-С.

Високі окисні властивості озону, руйнуючі органічні речовини і окислювальні метали (особливо залізо) до нерозчинної форми, здатність розкладати розчинні у воді газоподібні сполуки, насичувати водні розчини киснем, низька стійкість озону у воді та самоліквідація його небезпечних для людини властивостей - все це робить озон найбільш привабливою речовиною для підготовки господарської води та обробки різних стоків.

Синтез озону

Озон утворюється в газовому середовищі, що містить кисень, якщо виникнуть умови, за яких кисень дисоціює на атоми. Це можливо у всіх формах електричного розряду: тліючому, дуговому, іскровому, коронному, поверхневому, бар'єрному, безелектродному тощо. Основною причиною дисоціації є зіткнення молекулярного кисню з електронами, що прискорені в електричному полі.

Крім розряду дисоціацію кисню викликають УФ-випромінювання з діної хвилі менше 240 нм та різні частинки високої енергії: альфа-, бета-, гамма – частки, рентгенівські промені тощо. Озон одержують також при електролізі води.

Практично у всіх джерелах освіти озону існує група реакцій, у яких озон розкладається. Вони заважають утворенню озону, але реально існують, і їх потрібно враховувати. Сюди входить термічне розкладання в об'ємі та на стінках реактора, його реакції з радикалами та збудженими частинками, реакції з добавками та домішками, які можуть контактувати з киснем та озоном.

Повний механізм складається із значної кількості реакцій. Реальні установки, на якому б принципі вони не працювали, показують високі енергетичні витрати на вироблення озону. ККД генератора озону залежить від того, на яку - повну або активну - потужність розраховується одиниця маси озону, що утворився.

Бар'єрний розряд

Під бар'єрним розрядом розуміють розряд, що виникає між двома діелектриками або діелектриком та металом. Через те що електричний ланцюгрозірвана діелектриком, харчування здійснюється тільки змінним струмом. Вперше озонатор, близький до сучасних, було запропоновано 1897 р. Сіменсом.

При невеликих потужностях озонатор можна не охолоджувати, так як тепло, що виділяється, виноситься з потоком кисню і озону. У промислових виробництвахозон також синтезують у дугових озонаторах (плазмотрони), в генераторах озону тліючого (лазери) та поверхневого розряду.

Фотохімічний спосіб

Основна частка виробленого Землі озону у природі утворюється фотохімічним способом. У практичній діяльності фотохімічні методи синтезу грають меншу роль, ніж синтези в бар'єрному розряді. Головна сфера їх використання - отримання середніх та малих концентрацій озону. Такі концентрації озону потрібні, наприклад, при випробуванні гумотехнічних виробів на стійкість до розтріскування під дією озону. На практиці для виробництва озону даним методом застосовуються ртутні та ексімерні ксенонові лампи.

Електролітичний метод синтезу

Перша згадка про утворення озону в електролітичних процесах відноситься до 1907 р. Однак досі механізм його утворення залишається незрозумілим.

Зазвичай як електроліт застосовують водні розчини хлорної або сірчаної кислоти, електроди виготовляють з платини. Використання кислот, мічених О18, показало, що вони не віддають свого кисню під час утворення озону. Тому брутто-схема повинна враховувати лише розкладання води:

Н2О + O2 -> O3 + 2Н + + e-

з можливим проміжним утворенням іонів чи радикалів.

Утворення озону під дією іонізуючого випромінювання

Озон утворюється в ряді процесів, що супроводжуються збудженням молекули кисню або світлом, або електричним полем. При опроміненні кисню іонізуючою радіацією можуть виникати збуджені молекули, і спостерігається утворення озону. Утворення озону під дією іонізуючого випромінювання досі не було використано для синтезу озону.

Освіта озону у НВЧ-полі

При пропущенні струменя кисню через НВЧ-поле спостерігалося утворення озону. Цей процес мало вивчений, хоча генератори, що ґрунтуються на цьому явищі, часто використовуються в лабораторній практиці.

Застосування озону в побуті та вплив його на людину

Озонування води, повітря та інших речовин

Озонована вода не містить токсичних галогенметанів – типових домішок стерилізації води хлором. Процес озонування проводять у барботажних ваннах чи змішувачах, у яких очищена від суспензій вода змішується з озонованим повітрям чи киснем. Недолік процесу – швидке руйнування О3 у воді (період напіврозпаду 15-30 хвилин).

Озонування застосовують також у харчової промисловостідля стерилізації холодильників, складів, усунення неприємного запаху; у медичній практиці - для знезараження відкритих ран та лікування деяких хронічних захворювань (трофічні виразки, грибкові захворювання), озонування венозної крові, фізіологічних розчинів.

Сучасні озонатори, в яких озон отримують за допомогою електричного розряду в повітрі або в кисні, складаються з генераторів озону та джерел живлення і є складовою озонаторних установок, що включають, крім озонаторів, допоміжні пристрої.

В даний час озон є газом, що використовується в так званих озонових технологіях: очищення та підготовка питної води, очищення стічних вод(побутових та промислових стоків), відходів газів та ін.

Залежно від технології використання озону продуктивність озонатора може становити від часток грама до десятків кілограмів озону на годину. Спеціальні озонатори використовуються для газової стерилізації. медичного інструментаріюта дрібного обладнання. Стерилізація здійснюється в штучно зволоженому озонокисневому середовищі, що заповнює стерилізаційну камеру. Цикл стерилізації складається із стадії заміщення повітря в стерилізаційній камері зволоженою озонокисневою сумішшю, стадії стерилізаційної витримки та стадії заміщення озонокисневої суміші в камері мікробіологічно очищеним повітрям.

Озонатори, які застосовуються в медицині для озонотерапії, мають широкий діапазон регулювання концентрації озонокисневої суміші. Гарантована точність концентрації озонокисневої суміші, що виробляється, контролюється системою автоматики озонатора і автоматично підтримується.

Біологічна дія озону

Біологічна дія озону залежить від способу його застосування, дози та концентрації. Багато його ефектів у різних діапазонах концентрацій виявляються різною мірою. В основі лікувальної дії озонотерапії лежить застосування озонокисневих сумішей. Високий окислювально-відновний потенціал озону обумовлює його системну (відновлення кисневого гомеостазу) та локальну (виражену дезінфікуючу) лікувальну дію.

Вперше озон як антисептичний засіб був використаний А. Wolff у 1915 р. для лікування інфікованих ран. В останні роки озонотерапію успішно застосовують практично у всіх галузях медицини: у невідкладній та гнійній хірургії, загальній та інфекційній терапії, гінекології, урології, гастроентерології, дерматології, косметології та ін. Використання озону обумовлено його унікальним спектром впливу на організм, у т.ч. імуномодулюючим, протизапальним, бактерицидним, противірусним, фунгіцидним та ін.

Однак не можна і заперечувати, що методи використання озону в медицині, незважаючи на явні переваги за багатьма біологічними показниками, широкого застосування досі не отримали. Згідно з літературними даними, високі концентрації озону є абсолютно бактерицидними практично для всіх штамів мікроорганізмів. Тому озон використовується у клінічній практиці як універсальний антисептик при санації інфекційно-запальних осередків різної етіології та локалізації.

У літературі зустрічаються дані про підвищену ефективність антисептичних препаратів після їхнього озонування при лікуванні гострих гнійних хірургічних захворювань.

Висновки щодо побутового використання озону

Насамперед, потрібно беззастережно підтвердити факт застосування озону в практиці лікування у багатьох галузях медицини, як терапевтичного та знезаражувального засобу, проте говорити про широке його застосування поки що не доводиться.

Озон сприймається людиною з найменшими побічними алергічними проявами. І навіть якщо в літературі можна знайти згадку про індивідуальну непереносимість O3, то ці випадки ніяк не можуть бути порівнянними, наприклад, з хлоровмісними та іншими галогенопохідними антибактеріальними препаратами.

Озон – трихатомний кисень і найбільш екологічний. Кому не знайомий його запах "свіжості" - у літні спекотні дні після грози?! Постійна присутність їх у земної атмосфері відчуває у собі будь-який живий організм.

Огляд складено за матеріалами Інтернету.

Чи помічали ви колись, як приємно дихається після дощу? Це освіжаюче повітря забезпечує озон у атмосфері, що з'являється після дощу. Що це за речовина, які її функції, формула, а також чи справді вона корисна для організму людини? Давайте розберемося.

Що таке озон?

Всім, хто навчався у середній школі, відомо, що молекула кисню складається із двох атомів хімічного елемента кисню. Однак цей елемент здатний утворювати ще одну хімічну сполуку – озон. Ця назва носить речовину, що зазвичай зустрічається у вигляді газу (хоча може перебувати у всіх трьох агрегатних станах).

Молекула даної речовини досить сильно схожа на кисень (О 2), проте вона складається не з двох, а із трьох атомів - О 3 .

Історія відкриття озону

Людина, яка вперше синтезувала озон - це нідерландський фізик Мартін Ван Марум.

Саме він у 1785 р. провів досвід, пропустивши через повітря електричний розряд. Газ, що вийшов, не тільки набув специфічного запаху, а й синюватого відтінку. Крім цього, нова речовина виявилася сильнішим окислювачем, ніж звичайний кисень. Так, розглянувши його на ртуть, Ван Марум виявив, що метал трохи змінив свої фізичні властивості, чого з не відбувалося під впливом кисню.

Незважаючи на своє відкриття, нідерландський фізик не вважав, що озон – це особлива речовина. Лише через 50 років після відкриття Ван Марума озоном всерйоз зацікавився німецький вчений Крістіан Фрідріх Шенбейн. Саме завдяки йому ця речовина отримала своє ім'я – озон (на честь грецького слова, що означає «пахнути»), а також було більш уважно вивчено та описано.

Озон: фізичні властивості

Ця речовина має низку властивостей. Першим є здатність озону, як і води, перебувати в трьох агрегатних станах.

Нормальний стан, в якому перебуває озон - газ блакитного кольору (саме він забарвлює небеса в блакитний колір) з відчутним металевим ароматом. Щільність такого газу – 2,1445 г/дм³.

При зниженні температури молекули озону утворюють синьо-фіолетову рідину із щільністю 1,59 г/см³ (при температурі -188 °C). Закипає рідкий 3 при -111,8 °C.

Перебуваючи у твердому стані, озон темніє, стаючи практично чорним із виразним фіолетово-синім відблиском. Його густина - 1,73 г/см 3 (при -195,7 °С). Температура, коли він починає плавитися твердий озон - це −197,2 °З.

Молекулярна маса 3 - 48 дальтонів.

При температурі 0 °C озон чудово розчиняється у воді, причому в десять разів швидше, ніж кисень. Наявність домішок у воді здатна ще більше прискорити цю реакцію.

Крім води озон розчиняється у фреоні, що полегшує його транспортування.

Серед інших речовин, у яких легко розчинити Про 3 (у рідкому агрегатному стані) – аргон, азот, фтор, метан, вуглекислота, тетрахлорвуглець.

Також він непогано поєднується з рідким киснем (при температурі від 93 К).

Хімічні властивості озону

Молекула 3 є досить нестійкою. З цієї причини в нормальному стані вона існує 10-40 хвилин, після чого розкладається, утворюючи невелику кількість тепла та кисень О2. Ця реакція здатна відбутися і набагато швидше, якщо каталізаторами виступить підвищення температури навколишнього середовища або зниження атмосферного тиску. Також розкладанню озону сприяє і його контакт із металами (крім золота, платини та іридію), оксидами або речовинами органічного походження.

Взаємодія з азотною кислотою зупиняє розкладання 3 . Також цьому сприяє зберігання речовини за температури -78 °С.

Головною хімічною властивістю озону є його окислюваність. Одним із продуктів окислення завжди є кисень.

За різних умов Про 3 здатний взаємодіяти практично з усіма речовинами та хімічними елементами, зменшуючи їх токсичність шляхом перетворення їх на менш небезпечні. Наприклад, ціаніди окислюються ним до ціанатів, які набагато безпечніші для біологічних організмів.

Як видобувають?

Найчастіше для добування 3 на кисень впливають електричним струмом. Щоб розділити суміш кисню і озону, що вийшла, використовують властивість останнього краще зріджуватися, ніж Про 2 .

У хімічних лабораторіях іноді Про 3 добувають за допомогою реакції охолодженого концентрату сірчаної кислоти з пероксидом барію.

У медичних установах, які використовують О 3 для оздоровлення пацієнтів, цю речовину отримують шляхом опромінення О2 ультрафіолетом (до речі, таким же способом утворюється дана речовина в атмосфері Землі під дією сонячних променів).

Використання О3 у медицині та промисловості

Нескладна будова озону, доступність вихідного матеріалу для його добування сприяє активному використанню цієї речовини у промисловості.

Будучи сильним окислювачем, він здатний дезінфікувати значно краще за хлор, формальдегід або окису етилену, при цьому будучи не таким токсичним. Тому 3 часто використовується для стерилізації медичних інструментів, обладнання, форми, а також багатьох препаратів.

У промисловості цю речовину найчастіше використовують для очищення чи добування багатьох хімічних речовин.

Ще однією галуззю використання є відбілювання паперу, тканин, мінеральних олій.

У хімічній промисловості Про 3 не тільки допомагає стерилізувати обладнання, інструменти та тару, а й застосовується для знезараження самих продуктів (яєць, зерна, м'яса, молока) та збільшення їх терміну зберігання. Фактично він вважається одним із найкращих консервантів для продуктів, оскільки нетоксичний і неканцерогенний, а також чудово вбиває суперечки плісняви ​​та інших грибків та бактерій.

У пекарнях озон застосовується для прискорення процесу бродіння дріжджів.

Також за допомогою Про 3 штучно старіють коньяки, проводиться рафінування жирних олій.

Як впливає озон на організм людини?

Через таку схожість із киснем існує помилка, що озон - це корисна для організму людини речовина. Однак це не так, оскільки Про 3 є одним з найсильніших окислювачів, здатних зруйнувати легені та вбити кожного, хто надмірно вдихає цього газ. Не дарма державні екологічні організації у країні суворо стежать концентрацією озону у атмосфері.

Якщо озон такий шкідливий, то чому після дощу завжди стає легше дихати?

Справа в тому, що однією з властивостей Про 3 є його здатність вбивати бактерії та очищати речовини від шкідливих домішок. Під час дощу через грозу починає утворюватися озон. Цей газ впливає на токсичні речовини, що містяться в повітрі, розщеплюючи їх, і очищає кисень від цих домішок. Саме з цієї причини повітря після дощу настільки свіже і приємне, а небо набуває красивого блакитного кольору.

Ці хімічні властивості озону, що дозволяють йому очищати повітря, останнім часом активно використовують для лікування людей, які страждають від різних респіраторних захворювань, а також для очищення повітря, води, різних косметичних процедур.

Досить активно сьогодні рекламуються побутові озонатори, що очищає повітря в будинку за допомогою даного газу. Хоча ця методика видається досить ефективною, поки що вченими недостатньо вивчено вплив великої кількості очищеного озоном повітря на організм. Тому надмірно захоплюватися озонуванням не варто.

Вступ

Озон (О 3) є триатомною модифікацією кисню (О 2), який за нормальних умов є газом. Озон - дуже сильний окислювач, тому його реакції зазвичай дуже швидкі та повні. Основні переваги застосування озону для обробки питної води містяться в самій його природі: результатом реакції є тільки кисень і продукти окислення. Шкідливі побічні продукти, такі як хлорорганічні сполуки, не утворюються.

Газ блакитного кольору озон (О 3) має характерний запах. Молекула озону нестабільна. Завдяки властивості саморозпаду озон є сильним окислювачем і найбільш ефективним засобомдля очищення та знезараження води та повітря. Сильні окислювальні властивості дозволяють використовувати озон у промислових цілях для отримання багатьох органічних речовин, для відбілювання паперу, олій тощо. Широко використовується озон для видалення марганцю та заліза, покращення смаку, усунення кольору та запаху, а також для видалення органічних сполук, небезпечних для навколишнього середовища. Він вбиває мікроорганізми, тому озон застосовують для очищення води та повітря. Установки з очищення води та озонування повітря набули величезного поширення не тільки в промисловості, а й у побуті.

Озон є постійним компонентом атмосфери землі відіграє найважливішу роль підтримки на ній життя. У приземних шарах земної атмосфери концентрація озону різко зростає. Загальний стан озону в атмосфері змінний, і коливається залежно від пори року. Атмосферний озон грає ключову рольпідтримки життя землі. Він захищає Землю від згубного впливу певної ролі сонячної радіації, сприяючи цим збереженню життя планети.

Таким чином, необхідно дізнатися, які дії може надавати озон на біологічні тканини.

Загальні властивості озону

Озон - що складається з триатомних молекул 3 алотропна модифікація кисню. Його молекула діамагнітна і має кутову форму. Зв'язок у молекулі є делокалізованим, трицентровим.

Будова молекули озону можна зобразити різними способами. Наприклад, комбінацією двох крайніх (або резонансних) структур. Кожна з таких структур не існує в реальності (це ніби "креслення" молекули), а справжня молекула є чимось середнім між двома резонансними структурами.

Мал. 1 Будова озону

Обидві зв'язку O-Oв молекулі озону мають однакову довжину 1272 Ангстрем. Кут між зв'язками становить 116,78 °. Центральний атом кисню sp²-гібридизований, має одну неподілену пару електронів. Молекула полярна, дипольний момент 0,5337 D.

Характер хімічних зв'язківв озоні обумовлює його нестійкість (через певний час озон мимовільно перетворюється на кисень: 2О3 ->3О2) і високу окислювальну здатність (озон здатний ряд реакцій у які молекулярний кисень не вступає). Окисна дія озону на органічні речовини пов'язана з утворенням радикалів: RH+ О3 RО2 +OH

Ці радикали ініціюють радикально ланцюгові реакції з біоорганічними молекулами (ліпідами, білками, нуклеїновими кислотами), що призводить до загибелі клітин. Застосування озону для стерилізації питної води ґрунтується на його здатності вбивати мікроби. Озон не байдужий й у вищих організмів. Тривале перебування в атмосфері, що містить озон (наприклад, у кабінетах фізіотерапії та кварцового опромінення) може спричинити тяжкі порушення. нервової системи. Тому озон у великих дозах є токсичним газом. Гранично допустима концентрація його у повітрі робочої зони- 0,0001 мг/літр. Забруднення озоном повітряного середовища відбувається при озонуванні води внаслідок його низької розчинності.

Історія відкриття

Вперше озон виявив у 1785 році голландський фізик М. ван Марум за характерним запахом і окисними властивостями, які набуває повітря після пропускання через нього електричних іскор, а також за здатністю діяти на ртуть при звичайній температурі, внаслідок чого вона втрачає свій блиск і починає прилипати до стек . Однак, як нову речовину він описаний не був, ван Марум вважав, що утворюється особлива «електрична матерія».

Термін озонбув запропонований німецьким хіміком X. Ф. Шенбейном в 1840 за його пахучість, увійшов до словників наприкінці XIX століття. Багато джерел саме йому віддають пріоритет відкриття озону у 1839 році. В 1840 Шенбейн показав здатність озону витісняти йод з іодиду калію:

Факт зменшення обсягу газу при перетворенні кисню в озон експериментально довели Ендрюс і Тет за допомогою скляної трубки з манометром, наповненої чистим киснем, з впаяними в неї платиновими дротиками для отримання електричного розряду.

Фізичні властивості.

Озон - газ, що має синій колір, який можна помітити, якщо дивитися через значний шар, до 1 метра завтовшки озонованого кисню. У твердому стані озон чорного кольору з фіолетовим відблиском. Рідкий озон має густий синій колір; прозорий у шарі, що не перевищує 2 мм. товщини; досить міцний.

Властивості:

§ Молекулярна маса – 48 а.о.м.

§ Щільність газу за нормальних умов - 2,1445 г/дм³. Відносна щільність газу кисню 1,5; повітрям - 1,62

§ Щільність рідини при −183 °C - 1,71 г/см³

§ Температура кипіння - −111,9 °C. (У рідкого озону - 106 ° C.)

§ Температура плавлення - −197,2 ± 0,2 °С (наведена зазвичай т.пл. −251,4 °C помилкова, оскільки за її визначенні не враховувалася велика здатність озону до переохолодження).

§ Розчинність у воді при 0 °С - 0,394 кг/м³ (0,494 л/кг), вона в 10 разів вище порівняно з киснем.

§ У газоподібному стані озон діамагнітний, в рідкому - слабопарамагнітний.

§ Запах - різкий, специфічний «металевий» (за Менделєєвим - «запах раків»). При високих концентраціях нагадує запах хлору. Запах відчутний навіть при розведенні 1:100000.

Симучні властивості.

Хімічні властивостіОзони визначаються його великою здатністю до окислення.

Молекула Про 3 нестійка і при достатніх концентраціях у повітрі за нормальних умов мимовільно за кілька десятків хвилин перетворюється на O 2 з виділенням тепла. Підвищення температури та зниження тиску збільшують швидкість переходу в двоатомний стан. При великих концентраціях перехід може мати вибуховий характер.

Озон - потужний окислювач, набагато реакційніший, ніж двоатомний кисень. Окислює майже всі метали (за винятком золота, платини та іридію) до їх вищих ступенів окислення.

Властивості:

1) Окислює багато неметалів:

2) Озон підвищує ступінь окислення оксидів:

3) Озон реагує з вуглецем за нормальної температури з утворенням діоксиду вуглецю:

4) Озон не реагує з амонієвими солями, але реагує з аміаком з утворенням нітрату амонію:

5) Озон реагує з сульфідами з утворенням сульфатів:

6) За допомогою озону можна отримати сірчану кислоту як з елементарної сірки, так і з діоксиду сірки:

7) Усі три атоми кисню в озоні можуть реагувати окремо в реакції хлориду олова з соляною кислотою та озоном:

8) У газовій фазі озон взаємодіє з сірководнем з утворенням двоокису сірки:

15) Озон може бути використаний для видалення марганцю з води з утворенням осаду, який може бути відокремлений фільтруванням:

16) Озон перетворює токсичні ціаніди на менш небезпечні ціанати:

17) Озон може повністю розкладати сечовину

Способи одержання озону

Озон утворюється в багатьох процесах, що супроводжуються виділенням атомарного кисню, наприклад, при розкладанні перекисів, окисленні фосфору і т. п. У промисловості його отримують з повітря або кисню в озонаторах дією електричного розряду. Зріджується O3 легше, ніж O2, і тому їх легко розділити. Озон для озонотерапії в медицині одержують лише з чистого кисню. При опроміненні повітря твердим ультрафіолетовим випромінюванням утворюється озон. Той самий процес протікає в верхніх шарахатмосфери, де під дією сонячного випромінювання утворюється та підтримується озоновий шар.

Нижче ми ще зупинимося на одержанні кисню з повітря, а поки що зайдемо до приміщення, де працюють електродвигуни і в якому ми навмисне вимкнули вентиляцію.

Самі собою ці двигуни що неспроможні бути джерелом забруднення повітря, оскільки вони з повітря не споживають і нічого повітря не віддають. Однак при диханні тут відчувається деяке роздратування у горлі. Що сталося з повітрям, яке було чисте до пуску двигунів?

У цьому приміщенні працюють так звані колекторні двигуни. На рухомих контактах мотора – ламелях – часто утворюється іскра. В іскрі при високій температурі молекули кисню з'єднуються між собою, утворюючи озон (O 3).

Молекула кисню складається з двох атомів, які завжди виявляють дві валентності (0 = 0).

Як уявити будову молекули озону? Валентність кисню змінитися не може: атоми кисню в озоні повинні мати подвійний зв'язок. Тому молекулу озону зазвичай зображують у вигляді трикутника, в кутах якого розташовані 3 атоми кисню.

Озон- газ блакитного кольору з різким специфічним запахом. Освіта з кисню відбувається з великим поглинанням тепла.

Слово «озон» взято з грецького «алос» – інший та «тропос» – поворот і означає утворення простих речовин з одного й того самого елемента.

Озон є алотропічним видозміною кисню. Це проста речовина. Його молекула складається з трьох атомів кисню. У техніці озон отримують у спеціальних приладахзваних озонаторами.

У цих приладах кисень пропускають через трубку, в якій розміщений електрод, підключений до джерела високої напруги струму. Другим електродом служить дріт, намотаний на зовнішній частині трубки. Між електродами створюється електричний розряд, у якому з кисню утворюється озон. Кисень, що виходить із озонатора, містить близько 15 відсотків озону.

Озон утворюється також при дії на кисень радіоактивного променів елемента радію або сильного потоку ультрафіолетових променів. Кварцові лампи, які широко застосовуються в медицині, випромінюють ультрафіолетові промені. Ось чому в приміщенні, де довго працювала кварцова лампа, повітря стає задушливим.

Можна одержати озон і хімічним шляхом - дією концентрованої сірчаної кислоти на марганцевокислий калій або окисленням вологого фосфору.

Молекули озону дуже нестійкі та легко розпадаються з утворенням молекулярного та атомарного кисню (О 3 = O 2 + O). Оскільки атомарний кисень дуже легко окислює різні з'єднання, озон є сильним окислювачем. При кімнатній температурі він легко окислює ртуть і срібло, які у атмосфері кисню досить стійкі.

Під дією озону органічні барвники знебарвлюються, а вироби каучукові руйнуються, втрачають еластичність і тріскаються при легкому стисканні.

Такі горючі речовини, як ефір, спирт, світильний газ, спалахують при зіткненні з сильно озонованим повітрям. Вата, через яку пропускають озоноване повітря, також спалахує.

Сильні окисні властивості озону застосовуються для знезараження повітря та води. Озоноване повітря, пропущене через воду, знищує в ній хвороботворні бактерії та дещо покращує її смак та колір.

Озонування повітря з метою знищення шкідливих бактерій не знаходить широкого застосування, так як ефективного очищенняповітря необхідна значна концентрація озону, а великої концентрації він шкідливий здоров'ю людини - викликає сильне задуху.

У малих концентраціях озон навіть приємний. Так буває, наприклад, після грози, коли у величезній електричній істрі блискавки, що блиснула, з кисню повітря утворюється озон, який поступово розподіляється в атмосфері, викликаючи легке, приємне відчуття при диханні. Те саме ми відчуваємо в лісі, особливо в густому сосновому лісі, де під впливом кисню відбувається окислення різних органічних смол з виділенням озону. Скипідар, що входить до складу смоли хвойного дерева, окислюється особливо легко. Ось чому в хвойних лісах повітря завжди містить кілька озону.

У здорової людини повітря соснового лісу викликає приємне відчуття. А для людини з хворими на легені це повітря корисне і необхідне для лікування. Радянська держава використовує багаті соснові ліси у різних районах нашої батьківщини та створює там лікувальні санаторії.

ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ.

Озон - О3, алотропна форма кисню, що є потужним окислювачем хімічних та інших забруднюючих речовин, що руйнуються при контакті. На відміну від молекули кисню, молекула озону складається з трьох атомів і має довші зв'язки між атомами кисню. За своєю реакційною здатністю озон посідає друге місце, поступаючись лише фтору.

Історія відкриття
У 1785 р. голландський фізик Ван Марум, проводячи досліди з електрикою, звернув увагу на запах при утворенні іскор в електричній машині і на окислювальні здібності повітря після пропускання через нього електричних іскор.
У 1840 р. німецький вчений Шейнбейн, займаючись гідролізом води, намагався за допомогою електричної дуги розкласти її на кисень і водень. І тоді він виявив, що утворився новий, досі не відомий науці газ із специфічним запахом. Ім'я "озон" було присвоєно газу Шейнбейном через характерний запах і походить від грецького слова "озієн", що означає "пахнути".
22 вересня 1896 р. винахідник Н. Тесла запатентував перший генератор озону.

Фізичні властивості озону.
Озон може існувати у всіх трьох агрегатних станах. За нормальних умов озон - газ блакитного кольору. Температура кипіння озону – 1120С, а температура плавлення становить – 1920С.
Завдяки своїй хімічній активності озон має дуже низьку гранично-допустиму концентрацію в повітрі (порівняну з ГДК бойових отруйних речовин) 5·10-8 % або 0,1 мг/м3, що у 10 разів більше за нюховий поріг для людини.

Хімічні властивості озону.
Слід зазначити передусім дві основні властивості озону:

Озон на відміну атомарного кисню є відносно стійким з'єднанням. Він мимоволі розкладається при високих концентраціях, причому чим вища концентрація, тим вища швидкість реакції розкладання. При концентраціях озону 12-15% озон може розкладатися із вибухом. Слід також зазначити, що процес розкладання озону пришвидшується зі зростанням температури, а сама реакція розкладання 2О3>3О2 + 68 ккал екзотермічна та супроводжується виділенням великої кількості тепла.

O3 -> Про + Про 2
О3 + О -> 2 О2
О2 + E- -> О2-

Озон є одним із найсильніших природних окислювачів. Окислювальний потенціал озону становить 2,07 (для порівняння у фтору 2,4 В, а у хлору 1,7 В).

Озон окислює всі метали за винятком золота та групи платини, доокислює оксиди сірки та азоту, окислює аміак з утворенням нітриту амонію.
Озон активно входить у реакцію з ароматичними сполуками з руйнуванням ароматичного ядра. Зокрема озон реагує з фенолом із руйнуванням ядра. Озон активно взаємодіє з насиченими вуглеводнями із руйнуванням подвійних вуглецевих зв'язків.
Взаємодія озону з органічними сполуками знаходить широке застосуванняу хімічній промисловості та у суміжних галузях. Реакції озону з ароматичними сполуками стали основою технологій дезодорації. різних середовищ, приміщень та стічних вод.

Біологічні властивості озону.
Незважаючи на велику кількість досліджень, механізм недостатньо розкритий. Відомо, що при високих концентраціях озону спостерігаються ураження дихальних шляхів, легень та слизової оболонки. Тривалий впливозону призводить до розвитку хронічних захворювань легких та верхніх дихальних шляхів.
Вплив малими дозами озону надає профілактичний та терапевтичний вплив і починає активно використовуватися в медицині – насамперед для дерматології та косметології.
Крім великої здатності знищення бактерій озон має високу ефективність у знищенні спор, цист (щільні оболонки, що утворюються навколо одноклітинних організмів, наприклад, джгутикових і корененіжок, при їх розмноженні, а також у несприятливих для них умовах) та багатьох інших патогенних мікробів.

Технологічне застосування озону
В останні 20 років галузі застосування озону значно розширилися і в усьому світі ведуться нові розробки. Настільки бурхливому розвитку технологій з використанням озону сприяє його екологічна чистота. На відміну з інших окислювачів озон у процесі реакцій розкладається на молекулярний і атомарний кисень і граничні оксиди. Всі ці продукти, як правило, не забруднюють навколишнє середовищеі не призводять до утворення канцерогенних речовин, наприклад, при окисленні хлором або фтором.

Вода:
У 1857 р. за допомогою створеної Вернером фон Сіменсом "досконалої трубки магнітної індукції" вдалося збудувати першу технічну озонову установку. У 1901 р. фірмою "Сіменс" побудовано першу гідростанцію з озонаторною установкою у Вісбанді.
Історично застосування озону почалося з установок з підготовки питної води, коли 1898 року у місті Сан Мор (Франція) пройшли випробування першої дослідно-промислової установки. Вже в 1907 році було збудовано перший завод із озонування води в місті Бон Вуаяж (Франція) для потреб міста Ніцци. У 1911 році було пущено в експлуатацію станцію озонування питної води в Санкт-Петербурзі.
Нині 95% питної води у Європі проходить озонну підготовку. У США йде процес переведення з хлорування на озонування. У Росії діють кілька великих станцій (у Москві, Нижньому Новгороді та інших містах).

Повітря:
Застосування озону в системах очищення води доведено вищого ступеняефективним, проте досі не створено таких же ефективних та доведено безпечних повітроочисних систем. Озонування вважається нехімічним способом очищення і тому популярне серед населення. Разом з тим, хронічний вплив мікроконцентрацій озону на організм людини досить не вивчений.
При дуже незначній концентрації озону повітря у приміщенні відчувається приємним та свіжим, а неприємні запахивідчуваються набагато слабше. На противагу поширеній думці про сприятливий вплив цього газу, який приписують у деяких проспектах багатому на озон лісового повітря, насправді озон навіть при великому розведенні є дуже токсичним і небезпечним дратівливим газом. Навіть малі концентрації озону можуть чинити подразнюючу дію на слизові оболонки та викликати порушення центральної нервової системи, що веде до появи бронхіту та головного болю.

Медичне застосування озону
У 1873 р. Фоке спостерігав знищення мікроорганізмів під впливом озону і це унікальна властивість озону привернула увагу медиків.
Історія використання озону з медичною метою бере свій початок у 1885 р., коли Чарлі Кенворф вперше опублікував свою доповідь у Медичній Асоціації Флориди, США. Короткі відомості про застосування озону в медицині виявлено до цієї дати.
У 1911 р. М. Eberhart використовував озон при лікуванні туберкульозу, анемії, пневмонії, діабету та інших захворювань. А. Вольф (1916) у період першої світової війни застосовує киснево-озонову суміш у поранених при складних переломах, флегмонах, абсцесах, гнійних ранах. Н. Kleinmann (1921) застосував озон для загального лікування порожнин тіла. У 30-х роках. 20 століття Є.А. Фіш, зубний лікар, починає лікування озоном практично.
У заявці на винахід першого лабораторного приладу Фішем був запропонований термін "CYTOZON", який і сьогодні значиться на генераторах озону, що використовуються в практиці зуболікарської. Йоахім Хензлер (1908-1981) створив перший медичний генератор озону, який дозволяв точно дозувати озоно-кисневу суміш, і цим дав можливість широко застосовувати озонотерапію.
Р. Auborg (1936) виявив ефект рубцювання виразок товстої кишки під дією озону та звернув увагу на характер його загального впливу на організм. Роботи з вивчення лікувальної дії озону під час Другої світової війни активно продовжувалися в Німеччині, німці успішно застосовували озон для місцевого лікування ран та опіків. Однак після війни практично на два десятиліття дослідження були перервані, що обумовлено появою антибіотиків, відсутністю надійних, компактних генераторів озону та озоностійких матеріалів. Великі та систематичні дослідження в галузі озонотерапії розпочалися в середині 70-х рр., коли у повсякденній медичній практиці з'явилися стійкі до озону полімерні матеріалита зручні для роботи озонаторні установки.
Дослідження in vitro , тобто в ідеальних лабораторних умовах, показали, що при взаємодії з клітинами організму озон окислює жири і утворює пероксиди - речовини, згубні для всіх відомих вірусів, бактерій та грибків. По дії озон можна порівняти з антибіотиками, з тією різницею, що він не садить печінку і нирки, не має побічних явищ. Але на жаль, in vivo - в реальних умовах все набагато складніше.
Озонотерапія у свій час була дуже популярна - багато хто вважав озон чи не панацеєю від усіх недуг. Але детальне вивчення впливу озону показало, що разом із хворими озон вражає і здорові клітини шкіри, легень. В результаті в живих клітинах починаються непередбачені та непрогнозовані мутації. Озонотерапія так і не прижилася в Європі, а в США та Канаді офіційне медичне застосування озону не легалізоване, за винятком альтернативної медицини.
У Росії, на жаль, офіційна медицина так і не відмовилася від настільки небезпечного та недостатньо перевіреного способу терапії. В даний час повітряні озонатори та озонаторні установки набули широкого поширення. Малі генератори озону використовують у присутності людей.

ПРИНЦИП ДІЇ.
Озон утворюється із кисню. Існує кілька способів одержання озону, серед яких найбільш поширеними є: електролітичний, фотохімічний та електросинтез у плазмі газового розряду. Щоб уникнути небажаних оксидів, краще отримувати озон з чистого медичного кисню використовуючи електросинтез. Концентрацію одержуваної озоно-кисневої суміші в таких апаратах легко варіювати - або задаючи певну потужність електричного розряду, або регулюючи потік кисню, що входить (чим швидше кисень проходить через озонатор, тим менше озону утворюється).

Електролітичний метод синтезу озону здійснюється у спеціальних електролітичних осередках. Як електролітів використовуються розчини різних кислот та їх солі (H2SO4, HClO4, NaClO4, KClO4). Утворення озону відбувається за рахунок розкладання води та утворення атомарного кисню, який приєднуючись до молекули кисню утворює озон та молекулу водню. Цей метод дозволяє отримати концентрований озон, проте він дуже енергоємний, і тому не знайшов широкого поширення.
Фотохімічний Метод отримання озону є найбільш поширений у природі спосіб. Утворення озону відбувається при дисоціації молекули кисню під впливом короткохвильового УФ випромінювання. Цей метод не дозволяє одержувати озон високої концентрації. Прилади, засновані на цьому методі, набули поширення для лабораторних цілей, в медицині та харчовій промисловості.
Електросинтез озону набув найбільшого поширення. Цей метод поєднує можливість отримання озону високих концентрацій з великою продуктивністю і щодо невисокими енерговитратами.
В результаті численних досліджень щодо використання різних видів газового розряду для електросинтезу озону поширення набули апарати, що використовують три форми розряду:

1. Бар'єрний розряд - який отримав найбільше поширення, представляє собою велику сукупність імпульсних мікророзрядів в газовому проміжку довжиною 1-3 мм між двома електродами, розділеними одним або двома діелектричними бар'єрами при живленні електродів змінним високою напругоючастотою від 50 Гц до кількох кілогерц. Продуктивність однієї установки може становити від грамів до 150 кг озону на годину.
2. Поверхневий розряд - близький за формою до бар'єрного розряду, що набув поширення в останнє десятиліття завдяки своїй простоті та надійності. Також представляє собою сукупність мікророзрядів, що розвиваються вздовж поверхні твердого діелектрика при живленні електродів змінною напругоючастотою від 50 Гц до 15–40 кГц.
3. Імпульсний розряд - як правило, стримерний коронний розряд, що виникає в проміжку між двома електродами при живленні електродів імпульсною напругою тривалістю від сотень наносекунд до одиниць мікросекунд.

• Ефективні при очищенні повітря приміщень.
• Чи не виробляють шкідливих побічних продуктів.
• Полегшують умови для алергіків, астматиків та ін.

У 1997 р. компанії-виробники озонаторів Living Air Corporation, Alpine Industries Inc. (нині Ecoguest), Quantum Electronics Corp. та інші, які порушили розпорядження ФТК США, рішенням судів було покарано в адміністративному порядку, включаючи заборону на подальшу діяльність деяких з них на території США. У той же час приватні підприємці, які продавали генератори озону з рекомендаціями використовувати їх у приміщеннях з людьми, отримали ув'язнення від 1 до 6 років.
Нині деякі з цих західних компаній успішно розвивають активну діяльність із реалізації своєї продукції Росії.

Недоліки озонаторів:
Будь-яка система стерилізації, що використовує озон, вимагає ретельного контролю техніки безпеки, тестування константи концентрації озону газоаналізаторами, а також аварійного керування надмірною концентрацією озону.
Озонатор не розрахований для роботи в:

• середовищі, насиченим електропровідним пилом і водяною парою,
• місцях, що містять активні гази та пари, що руйнують метал,
• місцях із відносною вологістю понад 95 %,
• у вибухо- та пожежонебезпечних приміщеннях.

Застосування озонаторів для стерилізації повітря у приміщеннях:

• подовжує за часом процес стерилізації,
• збільшує токсичність та окислення повітряного середовища,
• призводить до небезпеки вибуху,
• повернення людей у ​​продезінфіковане приміщення можливе лише після повного розкладання озону.

Резюме.
Озонування є високоефективним для стерилізації поверхонь та повітряного середовища приміщення, проте ефект очищення повітря від механічних домішок відсутній. Неможливість використання методу у присутності людей та необхідність проводити знезараження у герметичному приміщенні серйозно обмежує сферу його професійного застосування.