Какво е озон в дефиницията на химията. Химична формула на озона

Учените за първи път научиха за съществуването на непознат газ, когато започнаха да експериментират с електростатични машини. Това се случи през 17 век. Но те започнаха да изучават новия газ едва в края на следващия век. През 1785 г. холандският физик Мартин ван Марум получава озон чрез прекарване на електрически искри през кислород. Името озон се появява едва през 1840 г.; изобретен е от швейцарския химик Кристиан Шьонбайн, който го извежда от гръцкото озон - миришещ. от химически съставтози газ не се различаваше от кислорода, но беше много по-агресивен. Така той незабавно окислява безцветен калиев йодид, освобождавайки кафяв йод; Шьонбайн използва тази реакция, за да определи озона чрез степента на посиняване на хартия, напоена с разтвор на калиев йодид и нишесте. Дори живакът и среброто, които са неактивни при стайна температура, се окисляват в присъствието на озон.

Оказа се, че молекулите на озона, подобно на кислорода, се състоят само от кислородни атоми, но не от два, а от три. Кислород O2 и озон O3 са единственият пример за образуване на два газа от един химичен елемент (при нормални условия) прости вещества. В молекулата O3 атомите са разположени под ъгъл, така че тези молекули са полярни. Озонът се получава в резултат на "залепването" на свободни кислородни атоми към молекули O2, които се образуват от кислородни молекули под въздействието на електрически разряди, ултравиолетови лъчи, гама лъчи, бързи електрони и други високоенергийни частици. Около работещите винаги мирише на озон електрически машини, при които четките „искрят“, в близост до бактерицидни живачно-кварцови лампи, които излъчват ултравиолетова светлина. Кислородните атоми се отделят и по време на някои химически реакции. Озонът се образува в малки количества по време на електролизата на подкислена вода, по време на бавното окисляване на влажния въздух бял фосфор, по време на разлагането на съединения с високо съдържание на кислород (KMnO4, K2Cr2O7 и др.), по време на действието на флуор върху вода или концентрирана сярна киселина върху бариев пероксид. Кислородните атоми винаги присъстват в пламъка, така че ако насочите струята сгъстен въздухпрез пламъка на кислородна горелка във въздуха ще се усети характерна миризма на озон.
Реакцията 3O2 → 2O3 е силно ендотермична: за получаване на 1 мол озон трябва да се изразходват 142 kJ. Обратната реакция протича с освобождаване на енергия и се осъществява много лесно. Съответно озонът е нестабилен. При липса на примеси озонът се разлага бавно при температура от 70° C и бързо над 100° C. Скоростта на разлагане на озона се увеличава значително в присъствието на катализатори. Те могат да бъдат газове (например азотен оксид, хлор) и много други твърди вещества(дори стените на съда). Поради това чистият озон се получава трудно, а работата с него е опасна поради възможността от експлозия.

Не е изненадващо, че в продължение на много десетилетия след откриването на озона дори неговите основни физически константи бяха неизвестни: дълго време никой не успяваше да получи чист озон. Както Д. И. Менделеев пише в своя учебник „Основи на химията“, „при всички методи за получаване на газ озон, съдържанието му в кислород винаги е незначително, обикновено само няколко десети от процента, рядко 2%, и само при много ниски температури достига 20%“. Едва през 1880 г. френските учени J. Gotfeil и P. Chappuis получават озон от чист кислород при температура минус 23 ° C. Оказва се, че в дебел слой озонът има красив син цвят. Когато охладеният озониран кислород беше бавно компресиран, газът стана тъмносин и след бързо освобождаване на налягането температурата спадна още повече и се образуваха тъмно лилави капчици течен озон. Ако газът не се охлади или компресира бързо, тогава озонът моментално, с жълта светкавица, се превръща в кислород.

По-късно е разработен удобен метод за синтез на озон. Ако концентриран разтвор на перхлорна, фосфорна или сярна киселина се подложи на електролиза с охладен анод от платина или оловен (IV) оксид, газът, освободен от анода, ще съдържа до 50% озон. Физическите константи на озона също бяха прецизирани. Втечнява се много по-лесно от кислорода - при температура -112° C (кислородът - при -183° C). При –192,7°C озонът се втвърдява. Твърдият озон е синьо-черен на цвят.

Експериментите с озон са опасни. Озонът може да избухне, ако концентрацията му във въздуха надвишава 9%. Течният и твърдият озон експлодират още по-лесно, особено при контакт с окисляващи вещества. Озонът може да се съхранява при ниски температурипод формата на разтвори във флуорирани въглеводороди (фреони). Такива решения са сини на цвят.

Химични свойства на озона.

Озонът се характеризира с изключително висока реактивност. Озонът е един от най-силните окислители и е на второ място в това отношение след флуора и кислородния флуорид OF2. Активният принцип на озона като окислител е атомарният кислород, който се образува при разпадането на озоновата молекула. Следователно, действайки като окислител, молекулата на озона, като правило, "използва" само един кислороден атом, а другите два се освобождават под формата на свободен кислород, например 2KI + O3 + H2O → I2 + 2KOH + O2. Протича и окисление на много други съединения. Има обаче изключения, когато молекулата на озона използва всичките три кислородни атома, които има, за окисляване, например 3SO2 + O3 → 3SO3; Na2S + O3 → Na2SO3.

Много важна разлика между озона и кислорода е, че озонът проявява окислителни свойства още при стайна температура. Например PbS и Pb(OH)2 не реагират с кислород при нормални условия, докато в присъствието на озон сулфидът се превръща в PbSO4, а хидроксидът в PbO2. Ако концентриран разтвор на амоняк се излее в съд с озон, ще се появи бял дим - това е амоняк, окисляващ озон до амониев нитрит NH4NO2. Особено характерна за озона е способността му да "почернява" сребърни изделияс образуването на AgO и Ag2O3.

Като добави един електрон и стане отрицателен O3– йон, молекулата на озона става по-стабилна. „Озонови киселинни соли“ или озониди, съдържащи такива аниони, са известни отдавна - те се образуват от всички алкални метали, с изключение на литий, а стабилността на озонидите се увеличава от натрий до цезий. Известни са и някои озониди на алкалоземни метали, например Ca(O3)2. Ако поток от газ озон се насочи към повърхността на твърда суха основа, се образува оранжево-червена кора, съдържаща озониди, например 4KOH + 4O3 → 4KO3 + O2 + 2H2O. В същото време твърдата основа ефективно свързва водата, което предпазва озонида от незабавна хидролиза. Въпреки това, с излишък на вода, озонидите бързо се разлагат: 4KO3+ 2H2O → 4KOH + 5O2. Разлагането се извършва и по време на съхранение: 2KO3 → 2KO2 + O2. Озонидите са силно разтворими в течен амоняк, което прави възможно изолирането им в чиста формаи изучаваме свойствата им.

Органичните вещества, с които озонът влиза в контакт, обикновено се разрушават. Така озонът, за разлика от хлора, е способен да разцепи бензеновия пръстен. Когато работите с озон, не можете да използвате гумени тръби и маркучи - те моментално ще изтекат. Реакциите на озон с органични съединения освобождават големи количества енергия. Например етер, алкохол, памучна вата, напоена с терпентин, метан и много други вещества се самозапалват при контакт с озониран въздух, а смесването на озон с етилен води до силна експлозия.

Приложение на озон.

Озонът не винаги „изгаря“ органичната материя; в някои случаи е възможно да се извършат специфични реакции със силно разреден озон. Например при озониране олеинова киселина(намира се в големи количества в растителните масла), се образува азелаинова киселина HOOC(CH2)7COOH, която се използва за производството на висококачествени смазочни масла, синтетични влакна и пластификатори за пластмаси. По подобен начин се получава адипинова киселина, която се използва при синтеза на найлон. През 1855 г. Шьонбейн открива реакцията на ненаситени съединения, съдържащи двойни С=С връзки с озон, но едва през 1925 г. немският химик Х. Щаудингер установява механизма на тази реакция. Молекула на озон се свързва с двойна връзка, за да образува озонид - този път органичен, и кислороден атом замества една от C=C връзките, а –O–O– група заема мястото на другата. Въпреки че някои органични озониди се изолират в чиста форма (например етилен озонид), тази реакция обикновено се извършва в разреден разтвор, тъй като свободните озониди са много нестабилни експлозиви. Реакцията на озониране на ненаситени съединения е високо ценена от органичните химици; задачи с тази реакция често се предлагат дори при ученически състезания. Факт е, че когато озонидът се разлага с вода, се образуват две молекули алдехид или кетон, които лесно се идентифицират и допълнително установяват структурата на първоначалното ненаситено съединение. Така химиците в началото на 20 век установяват структурата на много важни органични съединения, включително естествени, съдържащи C=C връзки.

Важна област на приложение на озона е дезинфекцията питейна вода. Обикновено водата се хлорира. Въпреки това, някои примеси във водата под въздействието на хлора се превръщат в съединения с много неприятна миризма. Поради това отдавна се предлага хлорът да се замени с озон. Озонираната вода не придобива чужд мирис и вкус; Когато много органични съединения са напълно окислени само от озон въглероден диоксиди вода. Озонът също пречиства отпадъчните води. Продуктите от озоново окисление дори на такива замърсители като феноли, цианиди, повърхностноактивни вещества, сулфити, хлорамини са безвредни съединения без цвят и мирис. Излишният озон се разпада доста бързо, за да се образува кислород. Озонирането на водата обаче е по-скъпо от хлорирането; Освен това озонът не може да се транспортира и трябва да се произвежда на мястото на употреба.

Озон в атмосферата.

В атмосферата на Земята има малко озон - 4 милиарда тона, т.е. средно само 1 mg/m3. Концентрацията на озон нараства с разстоянието от повърхността на Земята и достига максимум в стратосферата, на височина 20–25 km - това е “ озонов слой" Ако целият озон от атмосферата се събере на повърхността на Земята при нормално налягане, ще получите слой с дебелина само около 2–3 mm. И такива малки количества озон във въздуха всъщност поддържат живота на Земята. Озонът създава " защитен екран“, не позволява на твърдата ултравиолетова радиация да достигне земната повърхност слънчеви лъчи, разрушителен за всичко живо.

През последните десетилетия се обръща голямо внимание на появата на т. нар. „озонови дупки“ – области със значително намалени нива на стратосферния озон. Чрез такъв „спукан“ щит по-суровото ултравиолетово лъчение от Слънцето достига повърхността на Земята. Ето защо учените отдавна наблюдават озона в атмосферата. През 1930 г. английският геофизик С. Чапман, за да обясни постоянната концентрация на озон в стратосферата, предложи схема от четири реакции (тези реакции бяха наречени цикъл на Чапман, в който М означава всеки атом или молекула, която отвежда излишната енергия) :

О2 → 2О
O + O + M → O2 + M
O + O3 → 2O2
O3 → O2 + O.

Първата и четвъртата реакция на този цикъл са фотохимични, протичат под влияние слънчева радиация. За да се разложи една кислородна молекула на атоми, е необходимо лъчение с дължина на вълната, по-малка от 242 nm, докато озонът се разпада, когато светлината се абсорбира в областта от 240–320 nm (последната реакция точно ни предпазва от силно ултравиолетово лъчение, тъй като кислородът не абсорбира в тази спектрална област). Останалите две реакции са термични, т.е. преминете без влиянието на светлината. Много е важно третата реакция, водеща до изчезването на озона, да има енергия на активиране; това означава, че скоростта на такава реакция може да се увеличи чрез действието на катализатори. Както се оказа, основният катализатор за разлагането на озона е азотният оксид NO. Образува се в горните слоеве на атмосферата от азот и кислород под въздействието на най-жестоката слънчева радиация. Веднъж попаднал в озоносферата, той влиза в цикъл от две реакции O3 + NO → NO2 + O2, NO2 + O → NO + O2, в резултат на което съдържанието му в атмосферата не се променя и стационарната концентрация на озон намалява. Има и други цикли, които водят до намаляване на съдържанието на озон в стратосферата, например с участието на хлор:

Cl + O3 → ClO + O2
ClO + O → Cl + O2.

Озонът се разрушава и от прах и газове, които големи количестванавлизат в атмосферата по време на вулканични изригвания. IN напоследъкПредполага се, че озонът също е ефективен при унищожаването на водорода, отделен от земна кора. Комбинацията от всички реакции на образуване и разпадане на озон води до факта, че средното време на живот на една озонова молекула в стратосферата е около три часа.

Смята се, че освен естествени има и изкуствени фактори, които влияят върху озоновия слой. Добре известен пример са фреоните, които са източници на хлорни атоми. Фреоните са въглеводороди, в които водородните атоми са заменени с флуорни и хлорни атоми. Те се използват в хладилна техникаи за пълнене аерозолни кутии. В крайна сметка фреоните навлизат във въздуха и бавно се издигат все по-високо с въздушните течения, достигайки озоновия слой. Разлагайки се под въздействието на слънчевата радиация, самите фреони започват каталитично да разграждат озона. Все още не е известно точно до каква степен фреоните са виновни за „озоновата дупка“ и въпреки това отдавна са взети мерки за ограничаване на употребата им.

Изчисленията показват, че след 60-70 години концентрацията на озон в стратосферата може да намалее с 25%. И в същото време концентрацията на озон в приземния слой - тропосферата - ще се увеличи, което също е лошо, тъй като озонът и продуктите от неговите трансформации във въздуха са отровни. Основният източник на озон в тропосферата е пренасянето на стратосферния озон с въздушни маси към долните слоеве. Всяка година приблизително 1,6 милиарда тона озон навлизат в земния слой. Животът на озоновата молекула в ниската част на атмосферата е много по-дълъг - повече от 100 дни, тъй като интензитетът на ултравиолетовата слънчева радиация, която разрушава озона, е по-малка в приземния слой. Обикновено в тропосферата има много малко озон: в чист чист въздух концентрацията му е средно само 0,016 μg/l. Концентрацията на озон във въздуха зависи не само от надморската височина, но и от терена. Така винаги има повече озон над океаните, отколкото над сушата, тъй като там озонът се разпада по-бавно. Измерванията в Сочи показаха, че въздухът близо до морския бряг съдържа 20% повече озон, отколкото в гора на 2 км от брега.

Съвременните хора вдишват значително повече озон от своите предци. Основната причина за това е увеличаването на количеството метан и азотни оксиди във въздуха. По този начин съдържанието на метан в атмосферата непрекъснато нараства от средата на 19 век, когато използването на природен газ. В атмосфера, замърсена с азотни оксиди, метанът влиза в сложна верига от трансформации с участието на кислород и водни пари, резултатът от които може да се изрази с уравнението CH4 + 4O2 → HCHO + H2O + 2O3. Други въглеводороди също могат да действат като метан, например тези, които се съдържат в автомобилните изгорели газове при непълно изгаряне на бензина. В резултат на това концентрацията на озон във въздуха на големите градове се е увеличила десетократно през последните десетилетия.

Винаги се е смятало, че по време на гръмотевична буря концентрацията на озон във въздуха се увеличава рязко, тъй като мълнията насърчава превръщането на кислорода в озон. Всъщност увеличението е незначително и не се случва по време на гръмотевична буря, а няколко часа преди нея. По време на гръмотевична буря и няколко часа след нея концентрацията на озон намалява. Това се обяснява с факта, че преди гръмотевична буря има силно вертикално смесване на въздушните маси, така че допълнително количество озон идва от горните слоеве. Освен това, преди гръмотевична буря, силата на електрическото поле се увеличава и се създават условия за образуване на коронен разряд на върховете. различни предмети, например върховете на клоните. Това също допринася за образуването на озон. И тогава, когато се развива гръмотевичен облак, под него възникват мощни възходящи въздушни течения, които намаляват съдържанието на озон директно под облака.
Интересен е въпросът за съдържанието на озон във въздуха на иглолистните гори. Например в курса по неорганична химия от Г. Реми можете да прочетете, че „озонираният въздух на иглолистните гори“ е измислица. вярно ли е това Разбира се, никое растение не произвежда озон. Но растенията, особено иглолистните, отделят във въздуха много летливи органични съединения, включително ненаситени въглеводороди от терпеновия клас (има много от тях в терпентина). И така, в горещ ден борът отделя 16 микрограма терпени на час за всеки грам сухо тегло на игличките. Терпените се произвеждат не само от иглолистни дървета, но и от някои широколистни дървета, сред които топола и евкалипт. А някои тропически дървета са способни да отделят 45 mcg терпени на 1 g сухо тегло на листа на час. В резултат на това един хектар иглолистна гора може да отдели до 4 кг органична материя на ден, а широколистна – около 2 кг. Залесената площ на Земята е милиони хектари и всички те отделят стотици хиляди тонове различни въглеводороди, включително терпени, годишно. И въглеводородите, както беше показано с примера на метана, под въздействието на слънчевата радиация и в присъствието на други примеси допринасят за образуването на озон. Както показват експериментите, терпените при подходящи условия наистина участват много активно в цикъла на атмосферните фотохимични реакции с образуването на озон. Така че озонът в иглолистна гора изобщо не е измислица, а експериментален факт.

Озон и здраве.

Колко хубаво е да се разхождате след гръмотевична буря! Въздухът е чист и свеж, неговите ободряващи потоци сякаш се вливат в белите дробове без никакво усилие. „Мирише на озон“, често казват в такива случаи. „Много полезно за здравето.“ вярно ли е това

Някога се смяташе, че озонът е полезен за здравето. Но ако концентрацията му надвиши определен праг, това може да причини много неприятни последици. В зависимост от концентрацията и времето на вдишване, озонът предизвиква промени в белите дробове, дразнене на лигавицата на очите и носа, главоболие, световъртеж, понижаване на кръвното налягане; Озонът намалява устойчивостта на организма към бактериални инфекции на дихателните пътища. Максимално допустимата концентрация във въздуха е само 0,1 μg/l, което означава, че озонът е много по-опасен от хлора! Ако прекарате няколко часа в стая с концентрация на озон само 0,4 μg/l, може да се появи болка в гърдите, кашлица, безсъние и зрителната острота може да намалее. При продължително дишане на озон в концентрация над 2 μg/l последствията могат да бъдат по-тежки - дори вцепенение и отслабване на сърдечната дейност. При съдържание на озон 8–9 μg/l в рамките на няколко часа настъпва белодробен оток, който може да бъде фатален. Но такива незначителни количества от дадено вещество обикновено се анализират трудно с обикновен химични методи. За щастие, човек усеща наличието на озон дори при много ниски концентрации - около 1 μg/l, при които нишестената йодирана хартия все още няма да посинее. За някои хора миризмата на озон в ниски концентрации наподобява миризмата на хлор, за други - на серен диоксид, за трети - на чесън.

Не само самият озон е токсичен. С участието му във въздуха например се образува пероксиацетилнитрат (PAN) CH3–CO–OONO2 – вещество, което има силно дразнещо, включително сълзотворно действие, затрудняващо дишането, а в по-високи концентрации причиняващо сърдечна парализа. PAN е един от компонентите на така наречения фотохимичен смог, образуван през лятото в замърсен въздух (тази дума произлиза от английското smoke - дим и fog - мъгла). Концентрацията на озон в смога може да достигне 2 µg/l, което е 20 пъти повече от максимално допустимото ниво. Трябва също така да се има предвид, че комбинираният ефект на озона и азотните оксиди във въздуха е десетки пъти по-силен от всяко вещество поотделно. Не е изненадващо, че последствията от такъв смог в големите градове могат да бъдат катастрофални, особено ако въздухът над града не се продухва от „течения“ и се образува застояла зона. Така в Лондон през 1952 г. повече от 4000 души умират от смог в рамките на няколко дни. А смогът в Ню Йорк през 1963 г. уби 350 души. Имаше подобни истории в Токио, др големи градове. Не само хората страдат от атмосферния озон. Американски изследователи са показали, например, че в райони с високи нива на озон във въздуха, времето за обслужване автомобилни гумии други каучукови изделия е значително намален.
Как да намалим съдържанието на озон в приземния слой? Едва ли е реалистично да се намали отделянето на метан в атмосферата. Друг начин остава да се намалят емисиите на азотни оксиди, без които цикълът от реакции, водещи до озон, не може да протече. Този път също не е лесен, тъй като азотните оксиди се отделят не само от автомобили, но и (главно) от топлоелектрически централи.

Източниците на озон не са само на улицата. Образува се в рентгенови кабинети, във физиотерапевтични кабинети (източникът му са живачно-кварцови лампи), при работа на копирна техника (копирни машини), лазерни принтери (тук причината за образуването му е разряд с високо напрежение). Озонът е неизбежен спътник в производството на перхидрол и аргонно-дъгово заваряване. За да се намали вредното въздействие на озона, е необходимо да има вентилационно оборудване в близост до ултравиолетови лампи и добра вентилация на помещението.

И все пак едва ли е правилно да се смята, че озонът е абсолютно вреден за здравето. Всичко зависи от неговата концентрация. Проучванията показват, че чистият въздух свети много слабо в тъмното; Причината за сиянието са окислителни реакции, включващи озон. Светенето се наблюдава и при разклащане на вода в колба, в която преди това е въведен озониран кислород. Това сияние винаги е свързано с наличието на малки количества органични примеси във въздуха или водата. При смесване чист въздухпри издишване на човек, интензивността на сиянието се увеличава десетки пъти! И това не е изненадващо: в издишания въздух са открити микропримеси от етилен, бензен, ацеталдехид, формалдехид, ацетон и мравчена киселина. Те са "подчертани" от озон. В същото време „застояли“, т.е. напълно лишен от озон, въпреки че е много чист, въздухът не произвежда блясък и човек го възприема като "мухлясал". Такъв въздух може да се сравни с дестилирана вода: той е много чист, практически без примеси и пиенето му е вредно. Така че пълната липса на озон във въздуха, очевидно, също е неблагоприятна за хората, тъй като увеличава съдържанието на микроорганизми в него и води до натрупване вредни веществаИ неприятни миризмикоито озонът унищожава. По този начин става ясна необходимостта от редовно и продължително проветряване на помещенията, дори ако в тях няма хора: в края на краищата озонът, който влезе в стаята, не остава дълго време в нея - той частично се разпада и до голяма степен отлага се (адсорбира) по стените и други повърхности. Трудно е да се каже колко озон трябва да има в помещението. Но в минимални концентрации озонът вероятно е необходим и полезен.

Иля Леенсън

Каква е формулата за озон? Нека се опитаме да идентифицираме заедно отличителни характеристикиот този химикал.

Алотропна модификация на кислорода

Молекулна формула на озон в химията O 3. Относителното му молекулно тегло е 48. Съединението съдържа три атома О, тъй като формулите на кислорода и озона включват един и същ химичен елемент, в химията те се наричат ​​алотропни модификации.

Физични свойства

При нормални условия химичната формула на озона е газообразно вещество със специфична миризма, светлосин цвят. В природата това химично съединение може да се усети, докато се разхождате през борова гора след гръмотевична буря. Тъй като формулата на озона е O 3, той е 1,5 пъти по-тежък от кислорода. В сравнение с O2, разтворимостта на озона е значително по-висока. При нулева температура 49 обема от него лесно се разтварят в 100 обема вода. В малки концентрации веществото не е токсично, озонът е отровен само в значителни количества. Максимално допустимата концентрация се счита за 5% от количеството O 3 във въздуха. При силно охлаждане лесно се втечнява, а когато температурата падне до -192 градуса става твърдо.

В природата

Молекулата на озона, чиято формула беше представена по-горе, се образува в природата по време на изпускане на мълния от кислород. В допълнение, O 3 се образува по време на окисляването на смолата иглолистни видове, унищожава вредните микроорганизми и се счита за полезен за хората.

Получава се в лаборатория

Как можете да получите озон? Вещество, чиято формула е O 3, се образува чрез преминаване на електрически разряд през сух кислород. Процесът се извършва в специален апарат - озонатор. Тя се основава на две стъклени тръби, които се вкарват една в друга. Вътре има метален прът, отвън има спирала. След свързване към бобината високо напрежениеМежду външната и вътрешната тръба възниква разряд и кислородът се превръща в озон. Елемент, чиято формула е представена като съединение с полярна ковалентна връзка, потвърждава алотропията на кислорода.

Процесът на превръщане на кислорода в озон е ендотермична реакция, която изисква значителен разход на енергия. Поради обратимостта на тази трансформация се наблюдава разлагане на озона, което е съпроводено с намаляване на енергията на системата.

Химични свойства

Формулата на озона обяснява неговата окислителна сила. Той е в състояние да взаимодейства с различни вещества, като губи кислороден атом в процеса. Например при реакция с калиев йодид в водна средаОтделя се кислород и се образува свободен йод.

Молекулната формула на озона обяснява способността му да реагира с почти всички метали. Изключение правят златото и платината. Например след преминаване на метално сребро през озон се наблюдава неговото почерняване (образува се оксид). Под въздействието на този силен окислител се наблюдава разрушаване на каучука.

В стратосферата озонът се образува поради действието на ултравиолетовите лъчи от Слънцето, образувайки озоновия слой. Тази обвивка предпазва повърхността на планетата от отрицателно въздействиеслънчева радиация.

Биологичен ефект върху тялото

Повишеният окислителен капацитет на това газообразно вещество и образуването на свободни кислородни радикали показват неговата опасност за човешкото тяло. Каква вреда може да причини озонът на хората? Уврежда и дразни тъканите на дихателните органи.

Озонът действа върху холестерола, съдържащ се в кръвта, причинявайки атеросклероза. Когато човек прекарва дълго време в среда с висока концентрация на озон, се развива мъжко безплодие.

В нашата страна този окислител е класифициран като първи (опасни) клас вредни вещества. Среднодневната му ПДК не трябва да надвишава 0,03 mg на кубичен метър.

Токсичността на озона, възможността за използването му за унищожаване на бактерии и мухъл, се използва активно за дезинфекция. Стратосферният озон е отличен защитен екран за земния живот от ултравиолетовото лъчение.

За ползите и вредите от озона

Това вещество се намира в два слоя земна атмосфера. Тропосферният озон е опасен за живите същества, има отрицателен ефект върху културите и дърветата и е компонент на градския смог. Стратосферният озон носи определени ползи за хората. Разпадането му на воден разтворзависи от pH, температура, качество на околната среда. В медицинската практика се използва озонирана вода с различна концентрация. Озонотерапията включва директен контакт на това вещество с човешкото тяло. Тази техника е използвана за първи път през деветнадесети век. Американски изследователи анализираха способността на озона да окислява вредните микроорганизми и препоръчаха на лекарите да използват това вещество при лечение на настинки.

У нас озонотерапията започва да се използва едва в края на миналия век. За терапевтични цели този окислител проявява характеристиките на силен биорегулатор, който може да увеличи ефективността традиционни методи, както и да се докажете като ефективен независими средства. След разработването на технологията за озонотерапия, лекарите имат възможност да се борят ефективно с много заболявания. В неврологията, стоматологията, гинекологията, терапията специалистите използват това вещество за борба с различни инфекции. Озонотерапията се характеризира с простотата на метода, неговата ефективност, отлична поносимост, липса на странични ефекти, на ниска цена.

Заключение

Озонът е силен окислител, който може да се бори с вредните микроби. Това свойство се използва широко в съвременната медицина. В домашната терапия озонът се използва като противовъзпалително, имуномодулиращо, антивирусно, бактерицидно, антистресово и цитостатично средство. Благодарение на способността си да възстановява смущенията в кислородния метаболизъм дава големи възможностиза терапевтична и превантивна медицина.

Сред иновативните техники, базирани на окислителната способност на това съединение, ние подчертаваме интрамускулното, интравенозното и подкожното приложение на това вещество. Например, лечението на рани от залежаване, гъбични кожни инфекции, изгаряния със смес от кислород и озон е признато за ефективна техника.

Във високи концентрации озонът може да се използва като кръвоспиращо средство. При ниски концентрации той насърчава възстановяването, заздравяването и епителизацията. Това вещество, разтворено във физиологичен разтвор, е отлично средство за саниране на челюстта. В съвременната европейска медицина малката и голяма автохемотерапия е широко разпространена. И двата метода включват въвеждане на озон в тялото и използване на неговата окислителна способност.

В случай на голяма автохемотерапия, озонов разтвор с определена концентрация се инжектира във вената на пациента. Малката автохемотерапия се характеризира с интрамускулно инжектиране на озонирана кръв. В допълнение към медицината, този силен окислител е търсен в химическото производство.

Озонът е газ. За разлика от много други, той не е прозрачен, но има характерен цвят и дори мирис. Той присъства в нашата атмосфера и е един от най-важните й компоненти. Каква е плътността на озона, неговата маса и други свойства? Каква е ролята му в живота на планетата?

Син газ

В химията озонът няма отделно мястов периодичната таблица. Това е така, защото не е елемент. Озонът е алотропна модификация или вариация на кислорода. Подобно на O2, неговата молекула се състои само от кислородни атоми, но има не два, а три. Следователно химичната му формула изглежда като O3.

Озонът е газ син цвят. Има ясно забележима, остра миризма, напомняща на хлор, ако концентрацията е твърде висока. Спомняте ли си миризмата на свежест, когато вали? Това е озон. Благодарение на това свойство той получи името си, тъй като от старогръцки език "озон" означава "мирис".

Молекулата на газа е полярна, атомите в нея са свързани под ъгъл 116,78°. Озонът се образува, когато свободен кислороден атом се прикрепи към молекула O2. Това се случва по време на различни реакции, например окисление на фосфор, електрически разряд или разлагане на пероксиди, по време на които се отделят кислородни атоми.

Свойства на озона

При нормални условияозонът съществува в с молекулно тегло почти 48 g/mol. Той е диамагнитен, което означава, че не може да бъде привлечен от магнит, точно както среброто, златото или азота. Плътността на озона е 2,1445 g/dm³.

В твърдо състояние озонът придобива синкаво-черен цвят, в течно състояние става индиго, близък до виолетов. Точката на кипене е 111,8 градуса по Целзий. При температура нула градуса се разтваря във вода (само чиста) десет пъти по-добре от кислорода. Смесва се добре с азот, флуор, аргон и при определени условия с кислород.

Под въздействието на редица катализатори лесно се окислява, освобождавайки свободни кислородни атоми. Свързвайки се с него, той веднага се запалва. Веществото е способно да окислява почти всички метали. Само платината и златото не се влияят от него. Разрушава различни органични и ароматни съединения. При контакт с амоняк образува амониев нитрит и разрушава двойните въглеродни връзки.

Присъстващ в атмосферата във високи концентрации, озонът се разлага спонтанно. В този случай се отделя топлина и се образува молекула O2. Колкото по-висока е неговата концентрация, толкова по-силна е реакцията на отделяне на топлина. Когато съдържанието на озон е повече от 10%, това е придружено от експлозия. Когато температурата се повишава и налягането намалява или когато влезе в контакт с органична материя, O3 се разлага по-бързо.

История на откритието

Озонът не е бил познат на химията до 18 век. Открит е през 1785 г. благодарение на миризмата, която физикът Ван Марум чува до работеща електростатична машина. Още 50 години по-късно не се появи по никакъв начин в научни експериментии изследвания.

Ученият Кристиан Шьонбайн изследва окисляването на белия фосфор през 1840 г. По време на своите експерименти той успява да изолира неизвестно вещество, което нарича "озон". Химикът започва да изучава внимателно свойствата му и описва методи за получаване на новооткрития газ.

Скоро други учени се присъединиха към изследването на веществото. Известният физик Никола Тесла дори изгражда първата в историята индустриална употреба на O3, която започва в края на 19 век с появата на първите инсталации за снабдяване с питейна вода на домовете. Веществото е използвано за дезинфекция.

Озон в атмосферата

Нашата Земя е заобиколена от невидима въздушна обвивка - атмосферата. Без него животът на планетата би бил невъзможен. Компоненти атмосферен въздух: кислород, озон, азот, водород, метан и други газове.

Самият озон не съществува и възниква само в резултат на химични реакции. Близо до повърхността на Земята се образува от електрически разряди от мълния по време на гръмотевична буря. Появява се неестествено поради изгорели газове от автомобили, заводи, изпарения на бензин и действието на топлоелектрическите централи.

Озонът в ниските слоеве на атмосферата се нарича приземен или тропосферен озон. Има и стратосферен. Възниква под въздействието на ултравиолетовото лъчение, идващо от Слънцето. Образува се на разстояние 19-20 километра над повърхността на планетата и се простира на височина 25-30 километра.

Стратосферният O3 образува озоновия слой на планетата, който я предпазва от мощна слънчева радиация. Той абсорбира приблизително 98% от ултравиолетовото лъчение с дължина на вълната, достатъчна да причини рак и изгаряния.

Приложение на веществото

Озонът е отличен окислител и разрушител. Това свойство отдавна се използва за пречистване на питейна вода. Веществото има пагубен ефект върху опасните за хората бактерии и вируси, а при окисляване се превръща в безвреден кислород.

Може да убие дори устойчиви на хлор организми. Освен това се използва за почистване отпадъчни водиот вредни за околната среда петролни продукти, сулфиди, феноли и др. Такива практики са разпространени предимно в САЩ и някои европейски страни.

Озонът се използва в медицината за дезинфекция на инструменти, в промишлеността, използва се за избелване на хартия, пречистване на масла и получаване на различни вещества. Използването на O3 за пречистване на въздуха, водата и помещенията се нарича озониране.

Озонът и човекът

Въпреки всичките ми полезни свойства, озонът може да бъде опасен за хората. Ако във въздуха има повече газ, отколкото човек може да понесе, отравянето не може да бъде избегнато. В Русия допустимата му граница е 0,1 μg/l.

При превишаване на тази норма се появяват типични симптоми химическо отравяне, като главоболие, дразнене на лигавиците, световъртеж. Озонът намалява устойчивостта на организма към инфекции, предавани през дихателните пътища, а също така намалява кръвното налягане. При газови концентрации над 8-9 µg/l е възможен белодробен оток и дори смърт.

В същото време е доста лесно да разпознаете озона във въздуха. Миризмата на „свежест“, хлор или „рак“ (както твърди Менделеев) се чува ясно дори при ниско съдържание на веществото.

Озонът е реактивна форма на кислорода. Молекулата на озона се състои от три кислородни атома. Формулата на озона е O 3, молекулното тегло е 48. Озонът, в своя бактерициден ефект, е 3-6 пъти по-силен от ултравиолетовото лъчение и 400-600 пъти по-силен от хлора. Озонът може да се получи от двуатомен кислород чрез йонизация и високоволтов газов разряд. В наши дни озонът се използва не само за почистване и дезинфекция на въздуха и водата, но и за отстраняване на токсините от храната. Световната общност вече е признала озона за най-екологичното, популярно и ефективно бактерицидно вещество.

Можете да помиришете озон след гръмотевична буря. Озонът съставлява и един от най-важните слоеве на земната атмосфера, абсорбиращ вредното ултравиолетово лъчение. Поради липса на озон се появяват озонови дупки, което заплашва изчезването на всички живи същества. Това обаче не е всичко.

Синтетично произведеният озон се използва широко в медицината. Използва се при лечение на широк спектър от заболявания, а също така забавя процесите на стареене. Днес озонотерапията се използва в много медицински заведения и салони за красота.

На всички ни в училище в часовете по химия беше обяснено, че откривателят на озона е холандският физик М. ван Марум (1785 г.). Въпреки това получи това веществое едва през 1839 г. от немския физик K.F. Шьонбейн чрез електролиза на вода. Той дава и името на веществото – озон (от старогръцки – миришещ). И името наистина отговаря на свойствата на озона, защото... ароматът му се усеща ясно дори при 7% съдържание във въздуха.

Озонът е втората най-стабилна кислородна молекула. За разлика от обикновения двуатомен кислород, молекулата на озона се състои от три атома и има голямо разстояние между атомите (около 128 ангстрьома, докато разстоянието между атомите в двуатомния кислород е 121 ангстрьома).

При нормални условия озонът е син газ. Масата му е по-голяма от тази на въздуха. Един литър газ тежи 2,15 грама. Максимално допустимата концентрация на O 3 във въздуха е 0,1 μg/l. Температурата на преход в газообразно състояние при 100 kPa е -112 градуса по Целзий, а точката на топене при същите условия е -193 градуса. В началото практическо приложениене е открит озон. Въпреки това, в началото на 20-ти век учените откриват антибактериални свойства, които веднага се интересуват от медицинските работници.

Смес от озон и кислород започва да се използва при лечението на туберкулоза, анемия и пневмония. През Първата световна война - за дезинфекция на абсцеси и гнойни рани. През 30-те години този газ вече се използва широко в хирургическата практика.

С откриването на антибиотиците обхватът на използване на озона намаля. Първоначално изглеждаше, че антибиотиците са най-доброто средствоза лечение инфекциозни заболявания. След известно време се установява, че антибиотиците предизвикват редица странични ефекти и с течение на времето микроорганизмите стават толерантни към тях. И тогава озонът започна да се връща в медицината.

Нови изследвания на свойствата на озона доведоха до редица интересни факти. Оказа се, че при директен контакт това вещество унищожава всички известни видове микроорганизми (включително вируси). Освен това, за разлика от много антисептици, които увреждат тъканите, озонът не уврежда епителната тъкан, т.к човешките клетки са оборудвани с антиоксидантна защитна система (за разлика от бактериалните и вирусните клетки). Озонът също съществува във всички агрегатни състояния. Това прави използването му много удобно и позволява на учените да открият нови методи за неговото използване. Днес не се използва само смес от озон и кислород, която повлиява възпалението. Разтворите на озон се въвеждат в кръвта чрез инжекции. Практикува се инжектиране на смес от озон и кислород в стави и акупунктурни точки.

Периодът на съществуване на озона при нормални условия обаче е изключително кратък. Следователно веществото се използва веднага след приготвянето.

Използването на озон за медицински цели започва с газова смес от озон и кислород. Сега тази смес се използва предимно външно. Озонирана вода и озонирано масло се използват и външно. Независимо от формата, в която се използва озонът, той се прилага върху засегнатата от инфекцията област на епитела. Газова смес от озон и кислород също се използва в хирургическата практика за предотвратяване на инфекция и нагнояване на тъканите. Количеството озон в препаратите не е фиксирано. В смес от озон и кислород концентрацията му е 3-80 μg/ml. Озоно-кислородната смес незабавно унищожава всички видове микроорганизми и ефективно спира кървенето - използва се за лечение на силно инфектирани и трудно зарастващи рани, както и при некроза на меките тъкани, гангрена и изгаряния. Ниските концентрации имат изключително благоприятен ефект – стимулират растежа на нови епителни клетки и заздравяването на увредите.

Озонът обаче се използва не само за унищожаване на микроорганизми. В малки количества може да повлияе на местния човешки имунитет, стимулирайки белите кръвни клетки да откриват и унищожават чужди тела. Озонотерапията стимулира снабдяването на всички клетки и тъкани с кислород. Попадайки в кръвта, това вещество стимулира червените кръвни клетки да произвеждат специален ензим, който осигурява силата на връзката между хемоглобина и двуатомния кислород. Благодарение на този ензим хемоглобинът ефективно доставя кислород на клетките и тъканите.

Благодарение на повишеното количество кислород се укрепват и най-малките капиляри. Подобрява се притока на кръв в тъканите, ускорява се заздравяването на рани.

Въведение

Озонът е просто вещество, алотропна модификация на кислорода. За разлика от кислорода, молекулата на озона се състои от три атома. При нормални условия това е експлозивен газ с остра миризма синьо, и има силни окислителни свойства.

Озонът е постоянен компонент на земната атмосфера и играе жизненоважна роля за поддържането на живота в нея. В повърхностните слоеве на земната атмосфера рязко нараства концентрацията на озон. Общото състояние на озона в атмосферата е променливо и варира в зависимост от сезоните. Атмосферният озон играе ключова роля в поддържането на живота на земята. Той предпазва Земята от вредното въздействие на определена роля на слънчевата радиация, като по този начин спомага за запазването на живота на планетата.

Следователно е необходимо да се установи какви ефекти може да има озонът върху биологичните тъкани.

Общи свойстваозон

Озонът е алотропна модификация на кислорода, състояща се от триатомни O 3 молекули. Молекулата му е диамагнитна и има ъглова форма. Връзката в молекулата е делокализирана, трицентрова.

ориз. 1 Структурата на озона

И двете O-O връзкив молекулата на озона имат еднаква дължина от 1,272 ангстрьома. Ъгълът между връзките е 116,78°. Централен кислороден атом sp²-хибридизиран, има една несподелена електронна двойка. Молекулата е полярна, диполен момент 0,5337 D.

Естеството на химичните връзки в озона определя неговата нестабилност (след известно време озонът спонтанно се превръща в кислород: 2O3 -> 3O2) и висока окислителна способност (озонът е способен на редица реакции, в които молекулярен кислород не влиза). Окислителният ефект на озона върху органичните вещества е свързан с образуването на радикали: RH+ O3 RО2 +OH

Тези радикали инициират радикални верижни реакции с биоорганични молекули (липиди, протеини, нуклеинови киселини), което води до клетъчна смърт. Използването на озон за стерилизиране на питейна вода се основава на способността му да убива микроби. Озонът не е безразличен към висши организми. Продължителното излагане на атмосфера, съдържаща озон (например в стаи за физиотерапия и кварцово облъчване) може да причини сериозни увреждания нервна система. Следователно озонът в големи дози е токсичен газ. Максимално допустима концентрация във въздуха работна зона– 0,0001 мг/литър. Замърсяване с озон въздушна средавъзниква при озониране на вода, поради ниската си разтворимост.

История на откритието.

Озонът е открит за първи път през 1785 г. от холандския физик М. ван Марум от характерната миризма и окислителните свойства, които въздухът придобива след преминаване през него електрически искри, както и от способността му да действа върху живака при обикновени температури, в резултат на което той губи блясъка си и започва да залепва по стъклото. Въпреки това не е описано като ново вещество; ван Марум вярва, че се образува специална „електрическа материя“.

Срок озонбеше предложено немски химик H. F. Schönbein през 1840 г. заради аромата си, влиза в речниците в края на 19 век. Много източници дават приоритет на откриването на озона през 1839 г. През 1840 г. Шьонбайн демонстрира способността на озона да измества йода от калиевия йодид:

Фактът, че обемът на газа намалява, когато кислородът се превръща в озон, е експериментално доказан от Андрюс и Тат с помощта на стъклена тръба с манометър, напълнена с чист кислород, с платинени жици, запоени в нея, за да се получи електрически разряд.

Физични свойства.

Озонът е син газ, който може да се види, когато се гледа през значителен слой с дебелина до 1 метър от озониран кислород. В твърдо състояние озонът е черен на цвят с виолетов оттенък. Течният озон има наситен син цвят; прозрачен в слой не по-голям от 2 mm. дебелина; доста издръжлив.

Свойства:

§ Молекулно тегло- 48 а.м.

§ Плътността на газа при нормални условия е 2,1445 g/dm³. Относителна плътност на газа за кислород 1,5; по въздух - 1,62

§ Плътност на течността при −183 °C - 1,71 g/cm³

§ Точка на кипене - −111,9 °C. (за течен озон - 106 °C.)

§ Точка на топене - −197,2 ± 0,2 °C (точката на топене, която обикновено се дава като −251,4 °C, е погрешна, тъй като нейното определяне не взема предвид по-голямата способност на озона да преохлажда).

§ Разтворимостта във вода при 0 °C е 0,394 kg/m³ (0,494 l/kg), тя е 10 пъти по-висока от кислорода.

§ В газообразно състояние озонът е диамагнитен, в течно състояние е слабо парамагнитен.

§ Миризмата е остра, специфична "метална" (според Менделеев - "миризма на рак"). При високи концентрации мирише на хлор. Миризмата се усеща дори при разреждане 1: 100 000.

Химични свойства.

Химични свойстваозон се определят от високата му способност да се окислява.

Молекулата O 3 е нестабилна и при достатъчни концентрации във въздуха при нормални условия спонтанно се превръща в O 2 за няколко десетки минути с отделяне на топлина. Повишаването на температурата и намаляването на налягането увеличават скоростта на преход към двуатомно състояние. При високи концентрации преходът може да бъде експлозивен.

Свойства:

§ Окисляване на метали

§ Окисляване на неметали

§ Взаимодействие с оксиди

§ Изгаряне

§ Образуване на озониди

Методи за получаване на озон

Озонът се образува в много процеси, придружени от освобождаване на атомен кислород, например при разлагане на пероксиди, окисление на фосфор и др. В промишлеността се получава от въздух или кислород в озонатори чрез действието на електрически разряд. O3 се втечнява по-лесно от O2 и затова е лесно да се разделят. Озонът за озонотерапия в медицината се получава само от чист кислород. Когато въздухът се облъчва с твърд ултравиолетова радиациясе образува озон. Същият процес протича и в горните слоеве на атмосферата, където озоновият слой се образува и поддържа под въздействието на слънчевата радиация.