Expresia „strat de ozon”, care a devenit faimoasă în anii 70. secolul trecut, a fost mult timp pus pe margine. În același timp, puțini oameni înțeleg cu adevărat ce înseamnă acest concept și de ce este periculoasă distrugerea stratului de ozon. Un mister și mai mare pentru mulți este structura moleculei de ozon și, totuși, este direct legată de problemele stratului de ozon. Să aflăm mai multe despre ozon, structura lui și aplicațiile industriale.
Ce este ozonul
Ozonul sau, așa cum este numit și oxigenul activ, este un gaz azur cu un miros metalic înțepător.
Această substanță poate exista în toate cele trei stări de agregare: gazoasă, solidă și lichidă.
În același timp, în natură, ozonul apare doar sub formă de gaz, formând așa-numitul strat de ozon. Din cauza culorii sale azurii, cerul pare albastru.
Cum arată o moleculă de ozon
Porecla dvs. este „activoxigen” ozonul primit din cauza asemănării sale cu oxigenul. Deci, principalul element chimic activ din aceste substanțe este oxigenul (O). Totuși, dacă o moleculă de oxigen conține 2 dintre atomii săi, atunci molecula de ozon (formula - O3) este formată din 3 atomi ai acestui element.
Datorită acestei structuri, proprietățile ozonului sunt similare cu cele ale oxigenului, dar mai pronunțate. În special, cum ar fi O2, O3este cel mai puternic oxidant.
Cea mai importantă diferență între aceste substanțe „înrudite”, care este esențial de reținut de toată lumea, este următoarea: ozonul nu poate fi respirat, este toxic și, dacă este inhalat, poate afecta plămânii sau chiar ucide o persoană.. În același timp, O3 este perfect pentru curățarea aerului de impuritățile toxice. Apropo, tocmai din această cauză este atât de ușor să respiri după ploaie: ozonul oxidează substanțele nocive conținute în aer și este purificat.
Modelul moleculei de ozon (format din 3 atomi de oxigen) arată un pic ca o imagine a unui unghi, iar dimensiunea sa este de 117°. Această moleculă nu are electroni nepereche și, prin urmare, este diamagnetică. În plus, are polaritate, deși este format din atomi ai aceluiași element.
Doi atomi ai unei molecule date sunt legați ferm unul de celăl alt. Dar legătura cu a treia este mai puțin sigură. Din acest motiv, molecula de ozon (fotografia modelului poate fi văzută mai jos) este foarte fragilă și la scurt timp după formare se descompune. De regulă, în orice reacție de descompunere se eliberează oxigen O3.
Din cauza instabilității ozonului, acesta nu poate fi produsrecoltarea și depozitarea, precum și transportul, ca și alte substanțe. Din acest motiv, producția sa este mai scumpă decât alte substanțe.
În același timp, activitatea ridicată a moleculelor O3permite acestei substanțe să fie cel mai puternic agent oxidant, mai puternic decât oxigen și mai sigur decât clorul.
Dacă o moleculă de ozon se descompune și eliberează O2, această reacție este întotdeauna însoțită de eliberarea de energie. În același timp, pentru ca procesul invers să aibă loc (formarea lui O3 din O2), este necesar să se cheltuiască nu mai puțin.
În stare gazoasă, molecula de ozon se descompune la o temperatură de 70°C. Dacă este crescută la 100 de grade sau mai mult, reacția se va accelera semnificativ. Prezența impurităților accelerează și perioada de degradare a moleculelor de ozon.
Proprietăți O3
Indiferent în care dintre cele trei stări se află ozonul, acesta își păstrează culoarea albastră. Cu cât substanța este mai tare, cu atât această nuanță este mai bogată și mai închisă.
Fiecare moleculă de ozon cântărește 48 g/mol. Este mai greu decât aerul, ceea ce ajută la separarea acestor substanțe.
O3 capabil să oxideze aproape toate metalele și nemetalele (cu excepția aurului, iridiului și platinei).
De asemenea, această substanță poate participa la reacția de ardere, dar aceasta necesită o temperatură mai mare decât pentru O2.
Ozonul se poate dizolva în H2O și freoni. În stare lichidă, se poate amesteca cu oxigen lichid, azot, metan, argon,tetraclorură de carbon și dioxid de carbon.
Cum se formează molecula de ozon
MoleculeleO3 se formează prin atașarea atomilor liberi de oxigen la moleculele de oxigen. Ele, la rândul lor, apar datorită divizării altor molecule O2 datorită impactului asupra lor al descărcărilor electrice, razelor ultraviolete, electronilor rapizi și altor particule de în altă energie. Din acest motiv, mirosul specific de ozon poate fi simțit în apropierea aparatelor electrice care produc scântei sau a lămpilor care emit lumină ultravioletă.
La scară industrială, O3 este izolat folosind generatoare electrice de ozon sau ozonizatoare. În aceste dispozitive, un curent electric de în altă tensiune este trecut printr-un curent de gaz care conține O2, ai cărui atomi servesc drept „material de construcție” pentru ozon.
Uneori în aceste aparate se injectează oxigen pur sau aer obișnuit. Calitatea ozonului rezultat depinde de puritatea produsului inițial. Deci, O3, destinat tratării rănilor, este extras numai din O2. pur chimic.
Istoria descoperirii ozonului
După ce ne-am dat seama cum arată molecula de ozon și cum se formează, merită să vă familiarizați cu istoria acestei substanțe.
A fost sintetizată pentru prima dată de cercetătorul olandez Martin Van Marum în a doua jumătate a secolului al XVIII-lea. Omul de știință a observat că, după ce a trecut scântei electrice printr-un recipient cu aer, gazul din acesta și-a schimbat proprietățile. În același timp, Van Marum nu a înțeles că a izolat moleculele unui nousubstanțe.
Dar colegul său german pe nume Sheinbein, încercând să descompună H2O în H și O2 cu ajutorul electricității, a observat la eliberarea de gaz nou cu miros înțepător. După multe cercetări, omul de știință a descris substanța pe care a descoperit-o și i-a dat numele „ozon” în onoarea cuvântului grecesc pentru „miros”.
Abilitatea de a ucide ciupercile și bacteriile, precum și de a reduce toxicitatea compușilor nocivi, pe care îi poseda substanța deschisă, a interesat mulți oameni de știință. La 17 ani de la descoperirea oficială a lui O3, Werner von Siemens a proiectat primul aparat de sinteză a ozonului în orice cantitate. Și 39 de ani mai târziu, genialul Nikola Tesla a inventat și brevetat primul generator de ozon din lume.
Acest dispozitiv a fost folosit pentru prima dată în Franța în stațiile de tratare a apei potabile după 2 ani. De la începutul secolului XX. Europa începe să treacă la ozonarea apei potabile pentru purificarea acesteia.
Imperiul Rus a folosit pentru prima dată această tehnică în 1911, iar după 5 ani, aproape 4 duzini de instalații pentru purificarea apei potabile cu ajutorul ozonului au fost dotate în țară.
Astăzi, ozonarea apei înlocuiește treptat clorinarea. Astfel, 95% din toată apa potabilă din Europa este purificată folosind O3. Această tehnică este, de asemenea, foarte populară în SUA. În CSI, este încă în studiu, deoarece, deși această procedură este mai sigură și mai convenabilă, este mai costisitoare decât clorinarea.
Aplicații pentru ozon
Pe lângă tratarea apei, O3 are o serie de alte utilizări.
- Ozonul este folosit ca înălbitor la fabricarea hârtiei și a textilelor.
- Oxigenul activ este folosit pentru a dezinfecta vinurile, precum și pentru a accelera procesul de îmbătrânire al coniacurilor.
- Diferitele uleiuri vegetale sunt rafinate folosind O3.
- Foarte des, această substanță este folosită pentru prelucrarea produselor perisabile, cum ar fi carnea, ouăle, fructele și legumele. Această procedură nu lasă urme chimice, ca în cazul clorului sau formaldehidei, iar produsele pot fi păstrate mult mai mult timp.
- Ozonul sterilizează echipamentele medicale și hainele.
- De asemenea, purificat O3 este folosit pentru diverse proceduri medicale și cosmetice. În special, cu ajutorul său în stomatologie, dezinfectează cavitatea bucală și gingiile și, de asemenea, tratează diverse boli (stomatită, herpes, candidoză bucală). În țările europene, O3 este foarte popular pentru dezinfecția rănilor.
- În ultimii ani, aparatele electrocasnice portabile pentru filtrarea aerului și a apei folosind ozon au devenit foarte populare.
Stratul de ozon - ce este?
La o distanță de 15-35 km deasupra suprafeței Pământului se află stratul de ozon sau, așa cum este numit și ozonosfera. În acest loc, concentratul O3 servește ca un fel de filtru pentru radiațiile solare dăunătoare.
De unde provine o asemenea cantitate de substanță dacă moleculele sale sunt instabile? Nu este greu să răspundem la această întrebare, dacă ne amintim de modelul moleculei de ozon și metoda de formare a acesteia. Deci, oxigen, format din 2moleculele de oxigen, care ajung în stratosferă, sunt încălzite acolo de razele soarelui. Această energie este suficientă pentru a împărți O2 în atomi, din care se formează O3. În același timp, stratul de ozon nu numai că folosește o parte din energia solară, ci și o filtrează, absoarbe radiațiile ultraviolete periculoase.
S-a spus mai sus că ozonul este dizolvat de freoni. Aceste substanțe gazoase (folosite la fabricarea deodorantelor, stingătoarelor și frigiderelor), odată eliberate în atmosferă, afectează ozonul și contribuie la descompunerea acestuia. Drept urmare, în ozonosferă apar găuri prin care intră pe planetă razele solare nefiltrate, care au un efect distructiv asupra organismelor vii.
După luarea în considerare a caracteristicilor și structurii moleculelor de ozon, putem concluziona că această substanță, deși periculoasă, este foarte utilă pentru omenire dacă este utilizată corect.
