Wat is ozon in de chemiedefinitie. Chemische formule van ozon
Wetenschappers werden zich voor het eerst bewust van het bestaan van een onbekend gas toen ze begonnen te experimenteren met elektrostatische machines. Het gebeurde in de 17e eeuw. Maar ze begonnen het nieuwe gas pas aan het einde van de volgende eeuw te bestuderen. In 1785 creëerde de Nederlandse natuurkundige Martin van Marum ozon door elektrische vonken door zuurstof te sturen. De naam ozon verscheen pas in 1840; het is uitgevonden door de Zwitserse chemicus Christian Schönbein, afgeleid van het Griekse ozon, ruikend. Door chemische samenstelling dit gas verschilde niet van zuurstof, maar was veel agressiever. Dus oxideerde hij onmiddellijk kleurloos kaliumjodide met de afgifte van bruin jodium; Shenbein gebruikte deze reactie om ozon te bepalen door de mate van blauwheid van papier geïmpregneerd met een oplossing van kaliumjodide en zetmeel. Zelfs kwik en zilver, die bij kamertemperatuur inactief zijn, oxideren in aanwezigheid van ozon.
Het bleek dat ozonmoleculen, net als zuurstof, alleen uit zuurstofatomen bestaan, alleen niet uit twee, maar uit drie. Zuurstof O2 en ozon O3 zijn het enige voorbeeld van de vorming van twee gasvormige gassen door één chemisch element (bij normale omstandigheden) eenvoudige stoffen. In het O3-molecuul staan de atomen onder een hoek, dus deze moleculen zijn polair. Ozon wordt geproduceerd als gevolg van het "kleven" aan O2-moleculen van vrije zuurstofatomen, die worden gevormd uit zuurstofmoleculen onder invloed van elektrische ontladingen, ultraviolette stralen, gammastralen, snelle elektronen en andere hoogenergetische deeltjes. Ozon ruikt altijd rond werknemers elektrische machines, waarin borstels "fonkelen", in de buurt van bacteriedodende kwik-kwartslampen die ultraviolet licht uitstralen. Zuurstofatomen komen ook vrij tijdens sommige chemische reacties. Ozon wordt in kleine hoeveelheden gevormd tijdens de elektrolyse van aangezuurd water, tijdens langzame oxidatie in vochtige lucht witte fosfor, tijdens de ontleding van verbindingen met een hoog zuurstofgehalte (KMnO4, K2Cr2O7, enz.), onder inwerking van fluor op water of geconcentreerd zwavelzuur op bariumperoxide. Zuurstofatomen zijn altijd aanwezig in een vlam, dus als je de straal richt perslucht over de vlam van een zuurstofbrander, zal de karakteristieke geur van ozon in de lucht worden gevonden.
De reactie 3O2 → 2O3 is sterk endotherm: er moet 142 kJ worden verbruikt om 1 mol ozon te produceren. De omgekeerde reactie verloopt met het vrijkomen van energie en wordt heel gemakkelijk uitgevoerd. Dienovereenkomstig is ozon onstabiel. Bij afwezigheid van onzuiverheden ontleedt gasvormig ozon langzaam bij een temperatuur van 70°C en snel boven 100°C. De snelheid van ozonafbraak wordt sterk verhoogd in aanwezigheid van katalysatoren. Dit kunnen gassen zijn (bijvoorbeeld stikstofmonoxide, chloor) en veel vaste stoffen (zelfs vaatwanden). Daarom is pure ozon moeilijk te verkrijgen en is het gevaarlijk om ermee te werken vanwege de mogelijkheid van een explosie.
Het is niet verwonderlijk dat gedurende vele decennia na de ontdekking van ozon zelfs de fundamentele fysische constanten onbekend waren: lange tijd slaagde niemand erin om zuivere ozon te verkrijgen. Zoals D.I. Mendelejev schreef in zijn leerboek Fundamentals of Chemistry, "met alle methoden om gasvormig ozon te bereiden, is het zuurstofgehalte altijd onbeduidend, meestal slechts enkele tienden van een procent, zelden 2%, en alleen bij zeer lage temperaturen bereikt het 20%.” Pas in 1880 haalden de Franse wetenschappers J. Gotfeil en P. Chappui ozon uit zuivere zuurstof bij een temperatuur van min 23°C. Het bleek dat ozon in een dikke laag een prachtige blauwe kleur heeft. Toen de afgekoelde geozoneerde zuurstof langzaam werd gecomprimeerd, werd het gas donkerblauw en na de snelle drukverlaging daalde de temperatuur nog meer en vormden zich donkerpaarse vloeibare ozondruppels. Als het gas niet snel werd afgekoeld of gecomprimeerd, veranderde de ozon onmiddellijk, met een gele flits, in zuurstof.
Later werd een handige methode voor de synthese van ozon ontwikkeld. Als een geconcentreerde oplossing van perchloor-, fosfor- of zwavelzuur wordt onderworpen aan elektrolyse met een gekoelde anode van platina of lood(IV)oxide, dan bevat het gas dat vrijkomt bij de anode tot 50% ozon. De fysische constanten van ozon werden ook verfijnd. Het wordt veel lichter dan zuurstof bij -112°C (zuurstof bij -183°C). Bij -192,7°C stolt ozon. Vaste ozon is blauwzwart van kleur.
Experimenten met ozon zijn gevaarlijk. Gasvormig ozon kan exploderen als de concentratie in de lucht hoger is dan 9%. Vloeibare en vaste ozon exploderen nog gemakkelijker, vooral bij contact met oxiderende stoffen. Ozon kan bij lage temperaturen worden opgeslagen in de vorm van oplossingen in gefluoreerde koolwaterstoffen (freonen). Deze oplossingen zijn blauw van kleur.
Chemische eigenschappen van ozon.
Ozon wordt gekenmerkt door een extreem hoge reactiviteit. Ozon is een van de sterkste oxidatiemiddelen en doet in dit opzicht alleen onder voor fluor en zuurstoffluoride OF2. Het actieve bestanddeel van ozon als oxidatiemiddel is atomaire zuurstof, die wordt gevormd tijdens het verval van het ozonmolecuul. Daarom, als oxidatiemiddel, "gebruikt" het ozonmolecuul in de regel slechts één zuurstofatoom, terwijl de andere twee vrijkomen in de vorm van vrije zuurstof, bijvoorbeeld 2KI + O3 + H2O → I2 + 2KOH + O2. Veel andere verbindingen worden op dezelfde manier geoxideerd. Er zijn echter uitzonderingen wanneer het ozonmolecuul alle drie de zuurstofatomen gebruikt die het heeft voor oxidatie, bijvoorbeeld 3SO2 + O3 → 3SO3; Na2S + O3 → Na2SO3.
Een heel belangrijk verschil tussen ozon en zuurstof is dat ozon al bij kamertemperatuur oxiderende eigenschappen vertoont. Zo reageren PbS en Pb(OH)2 onder normale omstandigheden niet met zuurstof, terwijl in aanwezigheid van ozon sulfide wordt omgezet in PbSO4 en hydroxide in PbO2. Als een geconcentreerde oplossing van ammoniak in een vat met ozon wordt gegoten, zal er witte rook verschijnen - dit is ozon-geoxideerde ammoniak om ammoniumnitriet NH4NO2 te vormen. Bijzonder kenmerkend voor ozon is het vermogen om zilveren voorwerpen "zwart te maken" met de vorming van AgO en Ag2O3.
Door één elektron te hechten en in een negatief ion O3– te veranderen, wordt het ozonmolecuul stabieler. "Ozonaatzouten" of ozoniden die dergelijke anionen bevatten, zijn al lang bekend - ze worden gevormd door alle alkalimetalen behalve lithium, en de stabiliteit van ozoniden neemt toe van natrium tot cesium. Er zijn ook enkele ozoniden van aardalkalimetalen bekend, bijvoorbeeld Ca(O3)2. Als een stroom gasvormige ozon naar het oppervlak van een vaste droge alkali wordt geleid, wordt een oranjerode korst gevormd die ozoniden bevat, bijvoorbeeld 4KOH + 4O3 → 4KO3 + O2 + 2H2O. Tegelijkertijd bindt vaste alkali effectief water, waardoor ozonide niet onmiddellijk wordt gehydrolyseerd. Bij een overmaat aan water vallen ozoniden echter snel uiteen: 4KO3 + 2H2O → 4KOH + 5O2. Ook bij opslag treedt ontleding op: 2KO3 → 2KO2 + O2. Ozoniden zijn zeer goed oplosbaar in vloeibare ammoniak, waardoor ze geïsoleerd konden worden in Zuivere vorm en hun eigenschappen bestuderen.
Organische stoffen waarmee ozon in contact komt, vernietigt het meestal. Ozon kan dus, in tegenstelling tot chloor, de benzeenring splitsen. Wanneer u met ozon werkt, kunt u geen rubberen buizen en slangen gebruiken - deze zullen onmiddellijk "uitlekken". Ozon reageert met organische verbindingen waarbij veel energie vrijkomt. Ether, alcohol, watten bevochtigd met terpentijn, methaan en vele andere stoffen ontbranden bijvoorbeeld spontaan wanneer ze in contact komen met geozoniseerde lucht, en het mengen van ozon met ethyleen leidt tot een sterke explosie.
Het gebruik van ozon.
Ozon "verbrandt" niet altijd organisch materiaal; in een aantal gevallen is het mogelijk om specifieke reacties uit te voeren met sterk verdunde ozon. Ozonering van oliezuur (het wordt in grote hoeveelheden aangetroffen in plantaardige oliën) produceert bijvoorbeeld azelaïnezuur HOOC(CH2)7COOH, dat wordt gebruikt voor de productie van hoogwaardige smeeroliën, synthetische vezels en weekmakers voor kunststoffen. Evenzo wordt adipinezuur verkregen, dat wordt gebruikt bij de synthese van nylon. In 1855 ontdekte Schönbein de reactie van onverzadigde verbindingen met C=C dubbele bindingen met ozon, maar het duurde tot 1925 voordat de Duitse chemicus H. Staudinger het mechanisme van deze reactie ontdekte. Het ozonmolecuul voegt zich bij de dubbele binding om een ozonide te vormen, dit keer organisch, en een zuurstofatoom vervangt een van de C=C-bindingen, en de –О–О– groep vervangt de andere. Hoewel sommige organische ozoniden in zuivere vorm zijn geïsoleerd (bijvoorbeeld ethyleenozonide), wordt deze reactie gewoonlijk uitgevoerd in een verdunde oplossing, aangezien ozoniden in vrije toestand zeer onstabiele explosieven zijn. De ozoneringsreactie van onverzadigde verbindingen geniet veel respect bij organische chemici; taken met deze reactie worden vaak zelfs aangeboden op school olympiades. Het feit is dat wanneer ozonide wordt afgebroken door water, er twee moleculen aldehyde of keton worden gevormd, die gemakkelijk te identificeren zijn en de structuur van de oorspronkelijke onverzadigde verbinding verder bepalen. Zo hebben scheikundigen aan het begin van de 20e eeuw de structuur vastgesteld van veel belangrijke organische verbindingen, waaronder natuurlijke, die C=C-bindingen bevatten.
Een belangrijk toepassingsgebied van ozon is de desinfectie van drinkwater. Meestal is het water gechloreerd. Sommige onzuiverheden in het water worden onder invloed van chloor echter omgezet in verbindingen met een zeer onaangename geur. Daarom is er al lang voorgesteld om chloor te vervangen door ozon. Geozoniseerd water krijgt geen vreemde geur of smaak; wanneer veel organische verbindingen volledig worden geoxideerd met ozon, worden alleen koolstofdioxide en water gevormd. Zuiveren met ozon en afvalwater. De producten van ozonoxidatie, zelfs van dergelijke verontreinigende stoffen zoals fenolen, cyaniden, oppervlakteactieve stoffen, sulfieten en chlooramines, zijn onschadelijke verbindingen zonder kleur en geur. Overtollig ozon ontleedt snel onder vorming van zuurstof. Waterozonering is echter duurder dan chlorering; bovendien kan ozon niet worden vervoerd en moet het ter plaatse worden geproduceerd.
Ozon in de atmosfeer.
Er is niet veel ozon in de atmosfeer van de aarde - 4 miljard ton, d.w.z. gemiddeld slechts 1 mg/m3. De ozonconcentratie neemt toe met de afstand tot het aardoppervlak en bereikt een maximum in de stratosfeer, op een hoogte van 20-25 km - dit is de "ozonlaag". Als alle ozon uit de atmosfeer wordt verzameld aan het aardoppervlak op normale druk, krijg je een laag met een dikte van slechts ongeveer 2-3 mm. En zulke kleine hoeveelheden ozon in de lucht zorgen eigenlijk voor leven op aarde. ozon creëert " beschermend scherm”, die geen harde ultraviolette stralen naar het aardoppervlak zendt zonnestralen vernietigend voor alle levende wezens.
De afgelopen decennia is er veel aandacht besteed aan het ontstaan van zogenaamde "ozongaten" - gebieden met een aanzienlijk verminderd gehalte aan stratosferisch ozon. Door zo'n "lekkend" schild bereikt de hardere ultraviolette straling van de zon het aardoppervlak. Daarom houden wetenschappers de ozon in de atmosfeer al heel lang in de gaten. In 1930 stelde de Engelse geofysicus S. Chapman een schema van vier reacties voor om de constante concentratie van ozon in de stratosfeer te verklaren (deze reacties worden de Chapman-cyclus genoemd, waarin M elk atoom of molecuul betekent dat overtollige energie wegvoert):
O2 → 2O
O + O + M → O2 + M
O + O3 → 2O2
O3 → O2 + O.
De eerste en vierde reacties van deze cyclus zijn fotochemisch, ze gaan onder de werking van zonnestraling. Voor de ontleding van een zuurstofmolecuul in atomen is straling met een golflengte van minder dan 242 nm nodig, terwijl ozon vervalt wanneer licht wordt geabsorbeerd in het gebied van 240-320 nm (de laatste reactie beschermt ons gewoon tegen hard ultraviolet, omdat zuurstof absorbeert niet in dit spectrale gebied). De overige twee reacties zijn thermisch, d.w.z. ga zonder de werking van het licht. Het is erg belangrijk dat de derde reactie die leidt tot het verdwijnen van ozon een activeringsenergie heeft; dit betekent dat de snelheid van een dergelijke reactie kan worden verhoogd door de inwerking van katalysatoren. Het bleek dat de belangrijkste katalysator voor ozonverval stikstofmonoxide NO is. Het wordt in de bovenste atmosfeer gevormd uit stikstof en zuurstof onder invloed van de zwaarste zonnestraling. Eenmaal in de ozonosfeer komt het in een cyclus van twee reacties O3 + NO → NO2 + O2, NO2 + O → NO + O2, waardoor het gehalte in de atmosfeer niet verandert en de stationaire ozonconcentratie afneemt. Er zijn andere cycli die leiden tot een afname van het ozongehalte in de stratosfeer, bijvoorbeeld met de deelname van chloor:
Cl + O3 → ClO + O2
ClO + O → Cl + O2.
Ozon wordt ook vernietigd door stof en gassen, die tijdens vulkaanuitbarstingen in grote hoeveelheden in de atmosfeer terechtkomen. Onlangs is gesuggereerd dat ozon ook effectief is in het vernietigen van waterstof dat vrijkomt uit aardkorst. De totaliteit van alle reacties van vorming en verval van ozon leidt ertoe dat de gemiddelde levensduur van een ozonmolecuul in de stratosfeer ongeveer drie uur is.
Aangenomen wordt dat er naast natuurlijke ook kunstmatige factoren zijn die de ozonlaag aantasten. Een bekend voorbeeld is freon, dat zijn bronnen van chlooratomen. Freonen zijn koolwaterstoffen waarin waterstofatomen zijn vervangen door fluor- en chlooratomen. Ze worden gebruikt in de koeling en voor het vullen van spuitbussen. Uiteindelijk komen freonen in de lucht en stijgen langzaam hoger en hoger met luchtstromen, om uiteindelijk de ozonlaag te bereiken. Ontbindend onder invloed van zonnestraling, beginnen freonen zelf ozon katalytisch af te breken. Het is nog niet precies bekend in hoeverre freonen verantwoordelijk zijn voor de "ozongaten", en toch zijn er al lang maatregelen genomen om het gebruik ervan te beperken.
Berekeningen laten zien dat in 60-70 jaar de ozonconcentratie in de stratosfeer met 25% kan afnemen. En tegelijkertijd zal de concentratie van ozon in de oppervlaktelaag - de troposfeer, toenemen, wat ook slecht is, omdat ozon en de producten van zijn transformaties in de lucht giftig zijn. De belangrijkste bron van ozon in de troposfeer is de overdracht van ozon in de stratosfeer met luchtmassa's naar de lagere lagen. Jaarlijks komt ongeveer 1,6 miljard ton in de grondlaag van ozon terecht. De levensduur van een ozonmolecuul in het onderste deel van de atmosfeer is veel langer - meer dan 100 dagen, omdat er in de oppervlaktelaag minder intensiteit is van ultraviolette zonnestraling die ozon vernietigt. Gewoonlijk is er heel weinig ozon in de troposfeer: in schone frisse lucht is de concentratie gemiddeld slechts 0,016 μg / l. De concentratie van ozon in de lucht is niet alleen afhankelijk van de hoogte, maar ook van het terrein. Er is dus altijd meer ozon boven de oceanen dan over land, omdat ozon daar langzamer vervalt. Metingen in Sochi toonden aan dat de lucht nabij de zeekust 20% meer ozon bevat dan in het bos op 2 km van de kust.
Moderne mensen ademen veel meer ozon in dan hun voorouders. De belangrijkste reden hiervoor is de toename van de hoeveelheid methaan en stikstofoxiden in de lucht. Zo is het gehalte aan methaan in de atmosfeer voortdurend toegenomen sinds het midden van de 19e eeuw, toen het gebruik van aardgas begon. In een met stikstofoxiden vervuilde atmosfeer komt methaan terecht in een complexe keten van transformaties waarbij zuurstof en waterdamp betrokken zijn, waarvan het resultaat kan worden uitgedrukt door de vergelijking CH4 + 4O2 → HCHO + H2O + 2O3. Andere koolwaterstoffen kunnen ook als methaan fungeren, bijvoorbeeld die in de uitlaatgassen van auto's tijdens de onvolledige verbranding van benzine. Als gevolg hiervan is de ozonconcentratie in de lucht van grote steden de afgelopen decennia vertienvoudigd.
Er is altijd gedacht dat tijdens een onweersbui de ozonconcentratie in de lucht dramatisch toeneemt, omdat bliksem bijdraagt aan de omzetting van zuurstof in ozon. In feite is de toename onbeduidend en treedt deze niet op tijdens een onweersbui, maar enkele uren ervoor. Tijdens een onweersbui en gedurende enkele uren daarna neemt de ozonconcentratie af. Dit wordt verklaard door het feit dat er vóór een onweersbui een sterke verticale vermenging van luchtmassa's is, waardoor een extra hoeveelheid ozon uit de bovenste lagen komt. Bovendien neemt vóór een onweersbui de elektrische veldsterkte toe en worden omstandigheden gecreëerd voor de vorming van een corona-ontlading op de punten van verschillende objecten, bijvoorbeeld de toppen van takken. Het draagt ook bij aan de vorming van ozon. En dan, met de ontwikkeling van een onweerswolk, ontstaan daaronder krachtige opstijgende luchtstromen, die het ozongehalte direct onder de wolk verminderen.
Een interessante vraag gaat over het ozongehalte in de lucht van naaldbossen. In The Course of Anorganic Chemistry van G. Remy kan men bijvoorbeeld lezen dat "geozoniseerde lucht van naaldbossen" een fictie is. Is dat zo? Geen enkele plant stoot natuurlijk ozon uit. Maar planten, vooral coniferen, stoten veel vluchtige organische stoffen uit in de lucht, waaronder onverzadigde koolwaterstoffen van de terpeenklasse (er zijn er veel in terpentijn). Dus op een warme dag geeft een dennenboom 16 microgram terpenen per uur af voor elke gram droog gewicht aan naalden. Terpenen worden niet alleen door coniferen geïsoleerd, maar ook door sommigen loofbomen waaronder populier en eucalyptus. En sommige tropische bomen kunnen 45 microgram terpenen per 1 g droge bladmassa per uur afgeven. Als gevolg hiervan kan een hectare naaldbos tot 4 kg organische stof per dag vrijgeven, en ongeveer 2 kg loofbos. Het beboste gebied van de aarde is miljoenen hectaren, en ze geven allemaal honderdduizenden tonnen verschillende koolwaterstoffen, waaronder terpenen, per jaar vrij. En koolwaterstoffen, zoals blijkt uit het voorbeeld van methaan, dragen onder invloed van zonnestraling en in aanwezigheid van andere onzuiverheden bij aan de vorming van ozon. Experimenten hebben aangetoond dat terpenen onder geschikte omstandigheden inderdaad zeer actief betrokken zijn bij de cyclus van fotochemische reacties in de atmosfeer met de vorming van ozon. Ozon in een naaldbos is dus helemaal geen uitvinding, maar een experimenteel feit.
Ozon en gezondheid.
Wat een genot om na een onweersbui een wandeling te maken! De lucht is schoon en fris, de verkwikkende jets lijken moeiteloos in de longen te stromen. “Het ruikt naar ozon”, zeggen ze dan vaak. “Zeer goed voor de gezondheid.” Is dat zo?
Ooit werd ozon zeker als gunstig voor de gezondheid beschouwd. Maar als de concentratie een bepaalde drempel overschrijdt, kan dit veel onaangename gevolgen hebben. Afhankelijk van de concentratie en het tijdstip van inademing veroorzaakt ozon veranderingen in de longen, irritatie van de slijmvliezen van ogen en neus, hoofdpijn, duizeligheid, verlaging van de bloeddruk; ozon vermindert de weerstand van het lichaam tegen bacteriële infecties van de luchtwegen. De maximaal toelaatbare concentratie in de lucht is slechts 0,1 µg/l, wat betekent dat ozon veel gevaarlijker is dan chloor! Als u meerdere uren binnenshuis doorbrengt met een ozonconcentratie van slechts 0,4 g / l, kunnen pijn op de borst, hoesten, slapeloosheid optreden, neemt de gezichtsscherpte af. Als u gedurende lange tijd ozon inademt bij een concentratie van meer dan 2 μg / l, kunnen de gevolgen ernstiger zijn - tot verdoving en een afname van de hartactiviteit. Bij een ozongehalte van 8–9 µg/l ontstaat na enkele uren longoedeem, dat met de dood gepaard gaat. Maar zulke verwaarloosbare hoeveelheden van een stof zijn meestal moeilijk te analyseren met conventionele chemische methoden. Gelukkig voelt een persoon de aanwezigheid van ozon zelfs bij zeer lage concentraties - ongeveer 1 μg / l, waarbij zetmeeljodiumpapier niet blauw wordt. Voor sommige mensen lijkt de geur van ozon in kleine concentraties op de geur van chloor, voor anderen - zwaveldioxide, voor anderen - knoflook.
Het is niet alleen ozon zelf dat giftig is. Met zijn deelname aan de lucht wordt bijvoorbeeld peroxyacetylnitraat (PAN) CH3-CO-OONO2 gevormd - een stof die sterk irriterend is, waaronder traanvocht, een effect dat ademhaling bemoeilijkt en in hogere concentraties hartverlamming veroorzaakt. PAN is een van de componenten van de zogenaamde fotochemische smog die in de zomer in vervuilde lucht wordt gevormd (dit woord is afgeleid van het Engelse rook - rook en mist - mist). De concentratie ozon in smog kan oplopen tot 2 g/l, wat 20 keer hoger is dan het maximaal toegestane. Ook moet er rekening mee worden gehouden dat het gecombineerde effect van ozon en stikstofoxiden in de lucht tien keer sterker is dan elke stof afzonderlijk. Het is niet verrassend dat de gevolgen van dergelijke smog in grote steden catastrofaal kunnen zijn, vooral als de lucht boven de stad niet door "tocht" wordt geblazen en een stilstaande zone ontstaat. Zo stierven in 1952 in Londen binnen een paar dagen meer dan 4.000 mensen aan smog. Bij een smog in New York in 1963 kwamen 350 mensen om het leven. Soortgelijke verhalen waren in Tokio, anderen grote steden. Niet alleen mensen hebben last van atmosferische ozon. Amerikaanse onderzoekers hebben bijvoorbeeld aangetoond dat in gebieden met een hoog ozongehalte in de lucht de servicetijd autobanden en andere rubberproducten wordt aanzienlijk verminderd.
Hoe het ozongehalte in de grondlaag verlagen? Het verminderen van de methaanemissies in de atmosfeer is nauwelijks realistisch. Er is nog een andere manier: de uitstoot van stikstofoxiden verminderen, zonder welke de cyclus van reacties die tot ozon leiden, niet kan doorgaan. Dit pad is ook niet gemakkelijk, aangezien stikstofoxiden niet alleen door auto's worden uitgestoten, maar ook (voornamelijk) door thermische centrales.
Ozonbronnen bevinden zich niet alleen op straat. Het wordt gevormd in röntgenkamers, in fysiotherapiekamers (de bron is kwik-kwartslampen), tijdens de werking van kopieerapparaten (kopieerapparaten), laserprinters (hier is de reden voor de vorming ervan een hoogspanningsontlading). Ozon is een onvermijdelijke metgezel voor de productie van perhydrol, argon-booglassen. Om de schadelijke effecten van ozon te verminderen, is het noodzakelijk om de kap uit te rusten met ultraviolette lampen, een goede ventilatie van de kamer.
En toch is het nauwelijks juist om ozon als onvoorwaardelijk schadelijk voor de gezondheid te beschouwen. Het hangt allemaal af van de concentratie. Studies hebben aangetoond dat frisse lucht heel zwak gloeit in het donker; de reden voor de gloed zijn de oxidatiereacties met de deelname van ozon. Gloed werd ook waargenomen wanneer water werd geschud in een kolf, waarin vooraf geozoniseerde zuurstof werd gevuld. Deze gloed wordt altijd geassocieerd met de aanwezigheid van kleine hoeveelheden organische onzuiverheden in de lucht of het water. Bij het mixen verse lucht bij een uitgeademde persoon vertienvoudigde de intensiteit van de gloed! En dit is niet verwonderlijk: micro-onzuiverheden van ethyleen, benzeen, acetaldehyde, formaldehyde, aceton en mierenzuur werden gevonden in de uitgeademde lucht. Ze worden "gemarkeerd" door ozon. Tegelijkertijd "muf", d.w.z. Volledig verstoken van ozon, hoewel zeer schoon, veroorzaakt de lucht geen gloed en een persoon voelt het als "muf". Dergelijke lucht is te vergelijken met gedestilleerd water: het is zeer zuiver, bevat praktisch geen onzuiverheden en het is schadelijk om het te drinken. Dus de volledige afwezigheid van ozon in de lucht is blijkbaar ook ongunstig voor de mens, omdat het het gehalte aan micro-organismen erin verhoogt, leidt tot de accumulatie schadelijke stoffen en onaangename geuren die ozon vernietigt. Zo wordt het duidelijk dat er behoefte is aan regelmatige en langdurige ventilatie van het pand, zelfs als er geen mensen in zijn: de ozon die de kamer is binnengekomen, blijft er immers niet lang in hangen - het valt gedeeltelijk uiteen en bezinkt (adsorbeert) grotendeels op de muren en andere oppervlakken. Het is moeilijk te zeggen hoeveel ozon er in de kamer moet zijn. In minimale concentraties is ozon echter waarschijnlijk noodzakelijk en nuttig.
Ilya Leenson
Wat is de formule voor ozon? Laten we proberen er samen uit te komen onderscheidende kenmerken deze chemische stof.
Allotrope modificatie van zuurstof
Moleculaire formule van ozon in de chemie O 3 . Het relatieve molecuulgewicht is 48. De verbinding bevat drie atomen O. Omdat de formule van zuurstof en ozon hetzelfde chemische element bevat, worden ze in de chemie allotrope modificaties genoemd.
Fysieke eigenschappen
Onder normale omstandigheden is de chemische formule van ozon een gasvormige stof met een specifieke geur en een lichtblauwe kleur. In de natuur kan deze chemische verbinding worden gevoeld tijdens een wandeling door een dennenbos na een onweersbui. Aangezien de formule van ozon O 3 is, is het 1,5 keer zwaarder dan zuurstof. In vergelijking met O 2 is de oplosbaarheid van ozon veel hoger. Bij nultemperatuur lost 49 volumes ervan gemakkelijk op in 100 volumes water. In kleine concentraties heeft de stof niet de eigenschap van toxiciteit, ozon is alleen een gif in significante hoeveelheden. De maximaal toelaatbare concentratie wordt beschouwd als 5% van de hoeveelheid O 3 in de lucht. Bij sterke afkoeling wordt het gemakkelijk vloeibaar en als de temperatuur daalt tot -192 graden wordt het een vaste stof.
In de natuur
Het ozonmolecuul, waarvan de formule hierboven werd gepresenteerd, wordt in de natuur gevormd tijdens een bliksemontlading van zuurstof. Bovendien wordt O 3 gevormd tijdens de oxidatie van de hars coniferen, het vernietigt schadelijke micro-organismen, wordt als gunstig voor de mens beschouwd.
Verkrijgen in het laboratorium
Hoe kun je ozon krijgen? Een stof waarvan de formule O 3 is, wordt gevormd door een elektrische ontlading door droge zuurstof te leiden. Het proces wordt uitgevoerd in een speciaal apparaat - een ozonator. Het is gebaseerd op twee glazen buizen die in elkaar worden gestoken. Binnen is er een metalen staaf, buiten is er een spiraal. Na aansluiting op een hoogspanningsspoel ontstaat er een ontlading tussen de buiten- en binnenbuis en wordt zuurstof omgezet in ozon. Een element waarvan de formule wordt gepresenteerd als een verbinding met een covalente polaire binding, bevestigt de allotropie van zuurstof.
Het proces van het omzetten van zuurstof in ozon is een endotherme reactie die aanzienlijke energiekosten met zich meebrengt. Vanwege de omkeerbaarheid van deze transformatie wordt ozonafbraak waargenomen, wat gepaard gaat met een afname van de energie van het systeem.
Chemische eigenschappen
De formule voor ozon verklaart zijn oxiderende kracht. Het kan interageren met verschillende stoffen, terwijl het een zuurstofatoom verliest. Bij een reactie met kaliumjodide in een waterig medium komt bijvoorbeeld zuurstof vrij en wordt vrij jodium gevormd.
De molecuulformule van ozon verklaart zijn vermogen om te reageren met bijna alle metalen. De uitzonderingen zijn goud en platina. Na bijvoorbeeld metallisch zilver door ozon te hebben geleid, wordt het zwart worden waargenomen (er wordt oxide gevormd). Onder invloed van dit sterke oxidatiemiddel wordt de vernietiging van rubber waargenomen.
In de stratosfeer wordt ozon gevormd door de werking van UV-straling van de zon, waardoor een ozonlaag wordt gevormd. Deze schaal beschermt het oppervlak van de planeet tegen de negatieve effecten van zonnestraling.
Biologisch effect op het lichaam
Het verhoogde oxiderende vermogen van deze gasvormige stof, de vorming van vrije zuurstofradicalen wijzen op het gevaar voor het menselijk lichaam. Welke schade kan ozon aan een persoon toebrengen? Het beschadigt en irriteert de weefsels van de ademhalingsorganen.
Ozon werkt in op het cholesterol in het bloed en veroorzaakt atherosclerose. Bij een lang verblijf van een persoon in een omgeving die een verhoogde ozonconcentratie bevat, ontwikkelt zich mannelijke onvruchtbaarheid.
In ons land behoort dit oxidatiemiddel tot de eerste (gevaarlijke) klasse van schadelijke stoffen. De gemiddelde dagelijkse MPC mag niet hoger zijn dan 0,03 mg per kubieke meter.
De toxiciteit van ozon, de mogelijkheid van het gebruik ervan voor de vernietiging van bacteriën en schimmels, wordt actief gebruikt voor desinfectie. Stratosferische ozon is een uitstekend beschermend scherm voor het aardse leven tegen ultraviolette straling.
Over de voordelen en nadelen van ozon
Deze stof komt voor in twee lagen van de aardatmosfeer. Troposferisch ozon is gevaarlijk voor levende wezens, heeft een negatief effect op gewassen, bomen en is een bestanddeel van stedelijke smog. Stratosferische ozon brengt een bepaald voordeel voor een persoon. Het opsplitsen in waterige oplossing hangt af van pH, temperatuur, kwaliteit van het medium. In de medische praktijk wordt geozoniseerd water van verschillende concentraties gebruikt. Ozontherapie omvat direct contact van deze stof met het menselijk lichaam. Deze techniek werd voor het eerst gebruikt in de negentiende eeuw. Amerikaanse onderzoekers analyseerden het vermogen van ozon om schadelijke micro-organismen te oxideren en adviseerden artsen om deze stof te gebruiken bij de behandeling van verkoudheid.
In ons land begon ozontherapie pas aan het einde van de vorige eeuw te worden gebruikt. Voor therapeutische doeleinden vertoont dit oxidatiemiddel de kenmerken van een sterke bioregulator, die de effectiviteit van traditionele methoden kan verhogen en zichzelf kan bewijzen als een effectieve onafhankelijke remedie. Na de ontwikkeling van ozontherapietechnologie hebben artsen de mogelijkheid om veel ziekten effectief aan te pakken. In de neurologie, tandheelkunde, gynaecologie, therapie gebruiken specialisten deze stof om verschillende infecties te bestrijden. Ozontherapie wordt gekenmerkt door de eenvoud van de methode, de effectiviteit, de uitstekende verdraagbaarheid, het gebrek aan bijwerkingen, goedkoop.
Conclusie
Ozon is een sterk oxidatiemiddel dat schadelijke microben kan bestrijden. Deze eigenschap wordt veel gebruikt in de moderne geneeskunde. Bij huishoudelijke therapie wordt ozon gebruikt als een ontstekingsremmend, immunomodulerend, antiviraal, bacteriedodend, antistress, cytostatisch middel. Vanwege zijn vermogen om stoornissen in het zuurstofmetabolisme te herstellen, biedt het uitstekende mogelijkheden voor therapeutische en profylactische geneeskunde.
Onder de innovatieve methoden die gebaseerd zijn op het oxiderende vermogen van deze verbinding, benadrukken we de intramusculaire, intraveneuze, subcutane toediening van deze stof. Zo wordt de behandeling van doorligwonden, schimmelhuidletsels, brandwonden, met een mengsel van zuurstof en ozon erkend als een effectieve techniek.
In hoge concentraties kan ozon als hemostatisch middel worden gebruikt. Bij lage concentraties bevordert het herstel, genezing, epithelisatie. Deze stof, opgelost in zoutoplossing, is een uitstekend hulpmiddel voor de revalidatie van de kaak. In de moderne Europese geneeskunde is kleine en grote autohemotherapie wijdverbreid geworden. Beide methoden worden geassocieerd met de introductie van ozon in het lichaam, gebruikmakend van het oxiderende vermogen ervan.
Bij een grote autohemotherapie wordt een ozonoplossing met een bepaalde concentratie in de ader van de patiënt geïnjecteerd. Kleine autohemotherapie wordt gekenmerkt door intramusculaire injectie van geozoniseerd bloed. Naast medicijnen is er veel vraag naar dit sterke oxidatiemiddel bij de chemische productie.
Ozon is een gas. In tegenstelling tot vele anderen is het niet transparant, maar heeft het een karakteristieke kleur en zelfs een geur. Het is aanwezig in onze atmosfeer en is een van de belangrijkste componenten. Wat is de dichtheid van ozon, zijn massa en andere eigenschappen? Wat is zijn rol in het leven van de planeet?
blauw gas
In de chemie heeft ozon geen aparte plaats in het periodiek systeem. Dit komt omdat het geen element is. Ozon is een allotrope modificatie of variatie van zuurstof. Net als in O2 bestaat het molecuul alleen uit zuurstofatomen, maar heeft het niet twee, maar drie. Daarom lijkt de chemische formule op O3.
Ozon is een blauw gas. Het heeft een uitgesproken doordringende geur die doet denken aan chloor als de concentratie te hoog is. Herinner je je de geur van frisheid in de regen nog? Dit is ozon. Dankzij deze eigenschap kreeg het zijn naam, omdat van de oude Griekse taal "ozon" "geur" is.
Het gasmolecuul is polair, de atomen erin zijn onder een hoek van 116,78° met elkaar verbonden. Ozon wordt gevormd wanneer een vrij zuurstofatoom aan een O2-molecuul is bevestigd. Dit gebeurt tijdens verschillende reacties, bijvoorbeeld de oxidatie van fosfor, een elektrische ontlading of de ontleding van peroxiden, waarbij zuurstofatomen vrijkomen.
Ozon eigenschappen
Bij normale omstandigheden ozon bestaat met een molecuulgewicht van bijna 48 g/mol. Het is diamagnetisch, dat wil zeggen, het kan niet worden aangetrokken door een magneet, net als zilver, goud of stikstof. De dichtheid van ozon is 2,1445 g/dm³.
In vaste toestand krijgt ozon een blauwzwarte kleur, in vloeibare toestand een indigokleur die dicht bij violet ligt. Het kookpunt is 111,8 graden Celsius. Bij een temperatuur van nul graden lost het tien keer beter op in water (alleen in zuiver water) dan zuurstof. Het mengt goed met stikstof, fluor, argon en onder bepaalde omstandigheden met zuurstof.
Onder invloed van een aantal katalysatoren wordt het gemakkelijk geoxideerd, waarbij vrije zuurstofatomen vrijkomen. Door ermee te verbinden, ontbrandt het onmiddellijk. De stof kan bijna alle metalen oxideren. Alleen platina en goud zijn niet vatbaar voor zijn actie. Het vernietigt verschillende organische en aromatische verbindingen. Bij contact met ammoniak vormt het ammoniumnitriet, vernietigt het dubbele koolstofbindingen.
Omdat ozon in hoge concentraties in de atmosfeer aanwezig is, valt het spontaan uiteen. In dit geval komt er warmte vrij en wordt een O2-molecuul gevormd. Hoe hoger de concentratie, hoe sterker de warmteafgiftereactie. Wanneer het ozongehalte meer dan 10% is, gaat dit gepaard met een explosie. Bij toenemende temperatuur en afnemende druk, of in contact met organische stoffen, vindt de afbraak van O3 sneller plaats.
ontdekkingsgeschiedenis
In de chemie was ozon pas in de 18e eeuw bekend. Het werd ontdekt in 1785 dankzij de geur die de natuurkundige Van Marum hoorde naast een werkende elektrostatische machine. Nog eens 50 jaar later verscheen op geen enkele manier in wetenschappelijke experimenten en onderzoek.
De wetenschapper Christian Schönbein bestudeerde in 1840 de oxidatie van witte fosfor. Tijdens de experimenten slaagde hij erin een onbekende stof te isoleren, die hij "ozon" noemde. De chemicus kreeg grip op de studie van zijn eigenschappen en beschreef methoden om het nieuw ontdekte gas te verkrijgen.
Al snel voegden andere wetenschappers zich bij het onderzoek naar de stof. De beroemde natuurkundige Nikola Tesla bouwde zelfs het allereerste industriële gebruik van O3 begon aan het einde van de 19e eeuw met de komst van de eerste installaties voor de levering van drinkwater aan huizen. De stof werd gebruikt voor desinfectie.
Ozon in de atmosfeer
Onze aarde is omgeven door een onzichtbare luchtschil - de atmosfeer. Zonder dat zou het leven op de planeet onmogelijk zijn. Componenten van atmosferische lucht: zuurstof, ozon, stikstof, waterstof, methaan en andere gassen.
Ozon bestaat op zichzelf niet en komt alleen voor als gevolg van chemische reacties. Dicht bij het aardoppervlak wordt het gevormd door elektrische ontladingen van bliksem tijdens een onweersbui. Op een onnatuurlijke manier lijkt het te wijten aan uitlaatgassen van auto's, fabrieken, benzinedampen en de werking van thermische energiecentrales.
Ozon in de onderste lagen van de atmosfeer wordt oppervlakte of troposferisch genoemd. Er is ook een stratosferische. Het treedt op onder invloed van ultraviolette straling afkomstig van de zon. Het wordt gevormd op een afstand van 19-20 kilometer boven het oppervlak van de planeet en strekt zich uit tot een hoogte van 25-30 kilometer.
Stratosferische O3 vormt de ozonlaag van de planeet, die deze beschermt tegen krachtige zonnestraling. Het absorbeert ongeveer 98% van de ultraviolette straling met een golflengte die voldoende is om kanker en brandwonden te veroorzaken.
Substantie gebruik
Ozon is een uitstekende oxidator en vernietiger. Deze eigenschap wordt al lang gebruikt om drinkwater te zuiveren. De stof heeft een nadelig effect op bacteriën en virussen die gevaarlijk zijn voor de mens, en wanneer het wordt geoxideerd, verandert het zelf in onschadelijke zuurstof.
Het kan zelfs chloorbestendige organismen doden. Bovendien wordt het gebruikt om te reinigen Afvalwater van destructief naar omgeving aardolieproducten, sulfiden, fenolen, enz. Dergelijke praktijken komen vooral voor in de Verenigde Staten en enkele Europese landen.
Ozon wordt in de geneeskunde gebruikt om instrumenten te desinfecteren, in de industrie wordt het gebruikt om papier te bleken, oliën te zuiveren en verschillende stoffen te verkrijgen. Het gebruik van O3 om lucht, water en gebouwen te zuiveren wordt ozonisatie genoemd.
Ozon en mens
Ondanks al hun gunstige eigenschappen kan ozon gevaarlijk zijn voor de mens. Als er meer gas in de lucht zit dan een mens kan verdragen, is vergiftiging niet te voorkomen. In Rusland is de toegestane snelheid 0,1 g / l.
Als deze limiet wordt overschreden, verschijnen er typische symptomen chemische vergiftiging zoals hoofdpijn, slijmvliesirritatie, duizeligheid. Ozon vermindert de weerstand van het lichaam tegen infecties die via de luchtwegen worden overgedragen en verlaagt ook de bloeddruk. Bij gasconcentraties boven 8-9 g/l is longoedeem en zelfs de dood mogelijk.
Tegelijkertijd is het vrij eenvoudig om ozon in de lucht te herkennen. De geur van "versheid", chloor of "rivierkreeft" (zoals Mendelejev beweerde) is duidelijk hoorbaar, zelfs bij een laag gehalte aan de stof.
Ozon is een actieve vorm van zuurstof. Het ozonmolecuul bestaat uit drie zuurstofatomen. De formule van ozon is O 3 , het molecuulgewicht is 48. In termen van zijn bacteriedodende werking is ozon 3-6 keer sterker dan ultraviolette straling en 400-600 keer sterker dan chloor. Ozon kan worden verkregen uit diatomische zuurstof door ionisatie en hoogspanningsgasontlading. Tegenwoordig wordt ozon niet alleen gebruikt om lucht en water te zuiveren en te desinfecteren, maar ook om gifstoffen uit voedsel te verwijderen. De wereldgemeenschap heeft ozon al erkend als de meest milieuvriendelijke, populaire en effectieve bacteriedodende stof.
De geur van ozon wordt gevoeld na een onweersbui. Ozon is ook een van de belangrijkste lagen van de aardatmosfeer en absorbeert schadelijke ultraviolette straling. Door het gebrek aan ozon ontstaan er ozongaten, die het uitsterven van alle levende wezens bedreigt. Dit is echter niet alles.
Synthetisch geproduceerde ozon wordt veel gebruikt in de geneeskunde. Het wordt gebruikt bij de behandeling van een breed scala aan ziekten en vertraagt ook het verouderingsproces. Tegenwoordig wordt ozontherapie in veel medische instellingen en schoonheidssalons gebruikt.
We kregen allemaal op school in een scheikundeles te horen dat de ontdekker van ozon de Nederlandse natuurkundige M. van Marum (1785) was. Deze stof werd echter pas in 1839 verkregen door de Duitse natuurkundige K.F. Schönbein door elektrolyse van water. Hij gaf de stof ook een naam - ozon (van oud-Grieks - ruiken). En de naam komt echt overeen met de eigenschappen van ozon, want. het aroma is duidelijk al voelbaar bij een gehalte van 7% in de lucht.
Ozon is het op één na meest stabiele zuurstofmolecuul. In tegenstelling tot gewone diatomische zuurstof, bestaat het ozonmolecuul uit drie atomen en heeft het een grote afstand tussen atomen (ongeveer 128 angstrom, terwijl de afstand tussen atomen in diatomische zuurstof 121 angstrom is).
Onder normale omstandigheden is ozon een blauwe gasvormige stof. Zijn massa is groter dan de luchtmassa. Een liter gas weegt 2,15 gram. De maximaal toelaatbare concentratie van O 3 in de lucht is 0,1 g/l. De overgangstemperatuur naar de gasvormige toestand bij 100 kPa is -112 graden Celsius en het smeltpunt onder dezelfde omstandigheden is -193 graden. bij de eerste keer praktische toepassing ozon werd niet gevonden. Aan het begin van de 20e eeuw ontdekten wetenschappers echter antibacteriële eigenschappen, die medische hulpverleners onmiddellijk interesseerden.
Een mengsel van ozon en zuurstof begon te worden gebruikt bij de behandeling van tuberculose, bloedarmoede en longontsteking. In de 1e Wereldoorlog - voor de desinfectie van abcessen en etterende wonden. In de jaren dertig werd dit gas al veel gebruikt in de chirurgische praktijk.
Met de ontdekking van antibiotica is het scala aan ozontoepassingen afgenomen. In eerste instantie leek het erop dat antibiotica de beste middelen voor de behandeling van infectieziekten. Na enige tijd bleek dat antibiotica een aantal bijwerkingen veroorzaken en na verloop van tijd worden micro-organismen er tolerant voor. En toen begon ozon terug te keren naar de geneeskunde.
Nieuwe onderzoeken naar de eigenschappen van ozon hebben geleid tot een aantal interessante feiten. Het bleek dat deze stof bij direct contact alle bekende soorten micro-organismen (ook virussen) vernietigt. Bovendien beschadigt ozon, in tegenstelling tot veel antiseptica die weefsels aantasten, het epitheelweefsel niet, omdat. menselijke cellen zijn uitgerust met een antioxidant-afweersysteem (in tegenstelling tot cellen van bacteriën en virussen). Ozon bestaat ook in alle staten van aggregatie. Dit maakt het gebruik ervan erg handig en stelt wetenschappers in staat om nieuwe methoden voor de toepassing ervan te ontdekken. Tegenwoordig wordt niet alleen een mengsel van ozon en zuurstof gebruikt, dat ontstekingen beïnvloedt. Ozonoplossingen worden in de bloedbaan geïnjecteerd. Er wordt geoefend met het injecteren van een mengsel van ozon en zuurstof in gewrichten en acupunctuurpunten.
De bestaansduur van ozon onder normale omstandigheden is echter extreem kort. Daarom wordt de stof direct na ontvangst gebruikt.
Het gebruik van ozon voor medische doeleinden begon met een gasmengsel van ozon en zuurstof. Nu wordt dit mengsel voornamelijk extern gebruikt. Geozoniseerd water en geozoniseerde olie worden ook extern toegepast. Ongeacht de vorm waarin ozon wordt gebruikt, wordt het aangebracht op het geïnfecteerde gebied van het epitheel. Een gasmengsel van ozon en zuurstof wordt ook gebruikt in de chirurgische praktijk - om infectie en ettering van weefsels te voorkomen. De hoeveelheid ozon in preparaten staat niet vast. In een mengsel van ozon met zuurstof is de concentratie 3-80 µg/ml. Het ozon-zuurstofmengsel vernietigt onmiddellijk alle soorten micro-organismen en stopt effectief bloedingen - het wordt gebruikt voor de behandeling van zwaar geïnfecteerde en slecht genezen wonden, evenals necrose van zacht weefsel, gangreen en brandwonden. Lage concentraties hebben een uiterst gunstig effect - ze stimuleren de groei van nieuwe epitheelcellen en de genezing van laesies.
Ozon wordt echter niet alleen gebruikt om micro-organismen te vernietigen. In een kleine hoeveelheid kan het de lokale immuniteit van een persoon beïnvloeden, waardoor leukocyten worden gestimuleerd om vreemde voorwerpen te detecteren en te vernietigen. Ozontherapie stimuleert de toevoer van zuurstof naar alle cellen en weefsels. Eenmaal in het bloed stimuleert deze stof de rode bloedcellen om een speciaal enzym te produceren dat zorgt voor de sterkte van de binding tussen hemoglobine en diatomische zuurstof. Dankzij dit enzym levert hemoglobine effectief zuurstof aan cellen en weefsels.
Door de verhoogde hoeveelheid zuurstof worden de kleinste haarvaten versterkt. Doorbloeding in de weefsels verbetert, wondgenezing versnelt.
Invoering
Ozon is een eenvoudige stof, een allotrope modificatie van zuurstof. In tegenstelling tot zuurstof bestaat het ozonmolecuul uit drie atomen. Onder normale omstandigheden is het een scherp ruikend explosief gas van blauwe kleur, en heeft sterk oxiderende eigenschappen.
Ozon is een permanent bestanddeel van de atmosfeer van de aarde en speelt een essentiële rol bij het in stand houden van het leven erop. In de oppervlaktelagen van de aardatmosfeer neemt de ozonconcentratie sterk toe. De algemene toestand van ozon in de atmosfeer is variabel en fluctueert met de seizoenen. Atmosferische ozon speelt een sleutelrol bij het in stand houden van het leven op aarde. Het beschermt de aarde tegen de schadelijke effecten van een bepaalde rol van zonnestraling en draagt zo bij aan het behoud van het leven op de planeet.
Het is dus noodzakelijk om uit te zoeken welke effecten ozon op biologische weefsels kan hebben.
Algemene eigenschappen van ozon
Ozon is een allotrope modificatie van zuurstof bestaande uit drie-atomige O 3 -moleculen. Het molecuul is diamagnetisch en heeft een hoekige vorm. De binding in het molecuul is gedelokaliseerd, drie centra.
Rijst. 1 Structuur van ozon
Beide o-o verbindingen in een ozonmolecuul hebben dezelfde lengte van 1,272 angstrom. De hoek tussen de bindingen is 116,78°. Centraal zuurstofatoom sp²-gehybridiseerd, heeft één eenzaam elektronenpaar. Het molecuul is polair, het dipoolmoment is 0,5337 D.
De aard van de chemische bindingen in ozon bepaalt de instabiliteit (na een bepaalde tijd wordt ozon spontaan zuurstof: 2O3 -> 3O2) en het hoge oxiderende vermogen (ozon is in staat tot een aantal reacties waarbij moleculaire zuurstof niet binnenkomt). De oxiderende werking van ozon op organische stoffen gaat gepaard met de vorming van radicalen: RH + O3 RO2 + OH
Deze radicalen initiëren radicale kettingreacties met bio-organische moleculen (lipiden, eiwitten, nucleïnezuren), wat leidt tot celdood. Het gebruik van ozon om drinkwater te steriliseren is gebaseerd op het vermogen om ziektekiemen te doden. Ozon is ook niet onverschillig voor hogere organismen. Langdurige blootstelling aan een atmosfeer die ozon bevat (bijvoorbeeld in fysiotherapie- en kwartsbestralingsruimten) kan ernstige schade veroorzaken. zenuwstelsel. Daarom is ozon in grote doses een giftig gas. De maximaal toelaatbare concentratie in de lucht van het werkgebied is 0,0001 mg / liter. ozon vervuiling lucht omgeving treedt op tijdens ozonisatie van water, vanwege de lage oplosbaarheid.
Ontdekkingsgeschiedenis.
Ozon werd voor het eerst ontdekt in 1785 door de Nederlandse natuurkundige M. van Marum door de karakteristieke geur en oxiderende eigenschappen die lucht verkrijgt na het passeren ervan elektrische vonken, en ook door het vermogen om op kwik in te werken bij gewone temperatuur, waardoor het zijn glans verliest en aan glas begint te kleven. Het werd echter niet beschreven als een nieuwe stof; Van Marum geloofde dat er een speciale "elektrische materie" werd gevormd.
Termijn ozon was aangeboden Duitse chemicus X. F. Schönbein kwam in 1840 vanwege zijn geur in woordenboeken aan het einde van de 19e eeuw. Veel bronnen geven prioriteit aan de ontdekking van ozon in 1839 aan hem. In 1840 toonde Schonbein het vermogen van ozon om jodium uit kaliumjodide te verdringen:
Het feit van een afname van het gasvolume tijdens de omzetting van zuurstof in ozon werd experimenteel bewezen door Andrews en Tet met behulp van een glazen buis met een manometer gevuld met zuivere zuurstof, met platinadraden erin gesoldeerd om een elektrische ontlading te produceren.
fysieke eigenschappen.
Ozon is een blauw gas dat kan worden gezien door een aanzienlijke laag, tot 1 meter dik, van geozoniseerde zuurstof. In de vaste toestand is ozon zwart met een violette tint. Vloeibare ozon heeft een diepblauwe kleur; transparant in een laag van maximaal 2 mm. dikte; behoorlijk duurzaam.
Eigendommen:
§ Molecuulgewicht - 48 a.m.u.
§ Gasdichtheid onder normale omstandigheden - 2.1445 g/dm³. Relatieve dichtheid van gas voor zuurstof 1,5; door de lucht - 1.62
§ Vloeistofdichtheid bij −183 °C - 1,71 g/cm³
§ Kookpunt - -111,9 °C. (vloeibare ozon heeft 106 °C.)
§ Smeltpunt - -197.2 ± 0.2 ° C (de gewoonlijk gegeven mp -251.4 ° C is onjuist, omdat bij de bepaling geen rekening werd gehouden met het grote vermogen van ozon om te onderkoelen).
§ Oplosbaarheid in water bij 0 °C - 0,394 kg / m³ (0,494 l / kg), het is 10 keer hoger in vergelijking met zuurstof.
§ In gasvormige toestand is ozon diamagnetisch, in vloeibare toestand zwak paramagnetisch.
§ De geur is scherp, specifiek "metaalachtig" (volgens Mendelejev - "de geur van rivierkreeft"). Bij hoge concentraties ruikt het naar chloor. De geur is al merkbaar bij een verdunning van 1: 100.000.
Chemische eigenschappen.
Chemische eigenschappen ozon wordt bepaald door zijn grote vermogen om te oxideren.
Het O 3 molecuul is onstabiel en verandert bij voldoende concentraties in de lucht onder normale omstandigheden spontaan in O 2 in enkele tientallen minuten onder afgifte van warmte. Een toename van de temperatuur en een afname van de druk verhogen de overgangssnelheid naar de diatomische toestand. Bij hoge concentraties kan de overgang explosief zijn.
Eigendommen:
§ Oxidatie van metalen
§ Oxidatie van niet-metalen
§ Interactie met oxiden
§ Brandend
§ Vorming van ozoniden
Methoden voor het verkrijgen van ozon
Ozon wordt in veel processen gevormd die gepaard gaan met het vrijkomen van atomaire zuurstof, bijvoorbeeld bij de ontleding van peroxiden, de oxidatie van fosfor, enz. In de industrie wordt het gewonnen uit lucht of zuurstof in ozonisatoren door de werking van een elektrische ontlading. O3 wordt makkelijker vloeibaar dan O2 en is daardoor makkelijk te scheiden. Ozon voor ozontherapie in de geneeskunde wordt alleen verkregen uit zuivere zuurstof. Wanneer lucht wordt bestraald met harde ultraviolette straling, wordt ozon gevormd. Hetzelfde proces vindt plaats in de bovenste lagen van de atmosfeer, waar de ozonlaag wordt gevormd en in stand wordt gehouden onder invloed van zonnestraling.
