«Озон - бесценный подарок Создателя.
Его уникальные свойства огромны и неограниченны.
Это не фармацевтический препарат - сама природа заботится о нас. Великий и непревзойденный художник и целитель -
Доктор Природа - благословил Человечество, принеся в дар исключительную помощь и выдающееся благословение - Озон»
Озон, свойства, токсикология и применение. Роль озонового щита планеты.
1
Озон. Общая характеристика
Озон
(от др.- греч.
?
?? - пахну) - состоящая
из трёхатомных молекул O3 аллотропная
модификация кислорода. При нормальных
условиях - голубой газ. При сжижении
превращается в жидкость цвета индиго.
В твёрдом виде представляет собой тёмно-синие,
практически чёрные кристаллы.
Основная
масса озона в атмосфере расположена
на высоте от 10 до 50 км с максимальной концентрацией
на высоте 20-25 км, образуя слой, называемый
озоносферой.
Озоносфера
отражает жесткое ультрафиолетовое
излучение, защищает живые организмы
от губительного действия радиации. Именно,
благодаря образованию озона из кислорода
воздуха стала возможна жизнь на суше.
Впервые
озон обнаружил в 1785
году
голландский физик Мартинус
ван Марум
по характерному запаху, создающему
эффект свежести, и окислительным свойствам,
которые приобретает воздух после пропускания
через него «электрических искр». Однако
как новое вещество он описан не был, так
как ван Марум считал, что данный эффект
достигается образованием особой «электрической
материи».
Сам
термин «озон» (от греческого слова
«пахнущий») был предложен немецким
химиком X. Ф. Шейнбейном
в 1840 году
. В словари его ввели в конце
19 века. Многие источники отдают приоритет
открытия озона именно Х. Ф. Шейнбену, датируя
это событие 1839 годом.
2 Нахождение в природе. Основные способы получения
В
природе озон образуется из молекулярного
кислорода (О2) во время грозы или под действием
ультрафиолетового излучения. Особенно
это ощутимо в местах, богатых кислородом:
в лесу, в приморской зоне или около водопада.
При попадании солнечных лучей, в капле
воды кислород преобразуется в озон. Озон
обеззараживает воздух, окисляя примеси
различных веществ, придавая приятную
свежесть - запах грозы. Озон вступает
в реакцию с большинством органических
и неорганических веществ, в результате
образуется кислород, вода, оксиды углерода
и высшие оксиды других элементов. Все
эти продукты абсолютно безвредны и постоянно
присутствуют в чистом природном воздухе.
Озон
образуется в газовой среде, содержащей
кислород, если возникнут условия, при
которых кислород диссоциирует на атомы.
Это возможно во всех формах электрического
разряда: тлеющем, дуговом, искровом, коронном,
поверхностном, барьерном, безэлектродном
и т.п. Основной причиной диссоциации является
столкновение молекулярного кислорода
с электронами, ускоренными в электрическом
поле.
Кроме
разряда диссоциацию кислорода вызывают
УФ-излучение. Озон получают также при
электролизе воды.
Получение
озона
Озон
образуется из кислорода. Существует несколько
способов получения озона, среди
которых наиболее распространенными
являются: электролитический, фотохимический
и электросинтез в плазме газового
разряда. Чтобы избежать нежелательных
окисей, предпочтительнее получать озон
из чистого медицинского кислорода, используя
электросинтез. Концентрацию получаемой
озоно-кислородной смеси в таких аппаратах
легко варьировать - либо задавая определенную
мощность электрического разряда, либо
регулируя поток входящего кислорода
(чем быстрее кислород проходит через
озонатор, тем меньше озона образуется).
Фотохимический
способ
Фотохимический
метод получения озона представляет из
себя наиболее распространенный в природе
способ. Образование озона происходит
при диссоциации молекулы кислорода под
действием коротковолнового УФ излучения.
Этот метод не позволяет получать озон
высокой концентрации. Приборы, основанные
на этом методе, получили распространение
для лабораторных целей, в медицине и пищевой
промышленности.
Электролитический
метод синтеза.
Первое
упоминание об образовании озона
в электролитических процессах
относится к 1907 г. Электролитический
метод синтеза озона осуществляется в
специальных электролитических ячейках.
В качестве электролитов используются
растворы различных кислот и их соли (H2SO4,
HClO4, NaClO4, KClO4). Образование озона происходит
за счет разложения воды и образования
атомарного кислорода, который присоединясь
к молекуле кислорода образует озон и
молекулу водорода. Этот метод позволяет
получить концентрированный озон, однако
он весьма энергоемкий, и поэтому он не
нашел широкого распространения.
Н2О
+ О2 -> О3 + 2Н+ + e-
с
возможным промежуточным образованием
ионов или радикалов.
Электросинтез
озона получил наибольшее распространение.
Этот метод сочетает в себе возможность
получения озона высоких концентраций
с большой производительностью и относительно
невысокими энергозатратами.
В
результате многочисленных исследований
по использованию различных видов газового
разряда для электросинтеза озона распространение
получили аппараты использующие три формы
разряда:
1 Барьерный разряд;
2 Поверхностный разряд;
3 Импульсный разряд.
Образование
озона под действием
ионизирующего излучения.
Озон
образуется в ряде процессов, сопровождающихся
возбуждением молекулы кислорода либо
светом, либо электрическим полем. При
облучении кислорода ионизирующей
радиацией также могут возникать
возбужденные молекулы, и наблюдается
образование озона
Образование
озона в СВЧ-поле.
При
пропускании струи кислорода
через СВЧ-поле наблюдалось образование
озона. Этот процесс мало изучен, хотя
генераторы, основанные на этом явлении,
часто используются в лабораторной
практике.
3 Физические и химические свойства озона.
Физические свойства:
- Молекулярная
масса - 47,998 г/моль.
Плотность газа при нормальных условиях - 2,1445 кг/м?. Относительная плотность газа по кислороду 1,5; по воздуху - 1,62 (1,658).
Плотность жидкости при?183 °C - 1,71 кг/м?
Температура кипения - ?111,9 °C. Жидкий озон - тёмно-фиолетового цвета. В газообразном виде озон имеет голубоватый оттенок, заметный при содержании в воздухе 15-20% озона.
Температура плавления - -197,2 ± 0,2 °С (приводимая обычно?251,4 °C ошибочна, так как при её определении не учитывалась большая способность озона к переохлаждению). В твёрдом состоянии - чёрного цвета с фиолетовым отблеском.
Растворимость в воде при 0 °С - 0,394 кг/м? (0,494 л/кг), она в 10 раз выше по сравнению с кислородом.
В газообразном состоянии озон диамагнитен, в жидком - слабопарамагнитен.
Запах - резкий, специфический «металлический» (по Менделееву - «запах раков»). При больших концентрациях напоминает запах хлора. Запах ощутим даже при разбавлении 1: 100000.
Озон - мощный окислитель , намного более реакционноспособный, чем двухатомный кислород. Окисляет почти все металлы (за исключением золота , платины и иридия ) до их высших степеней окисления . Окисляет многие неметаллы. Продуктом реакции в основном является кислород.
2 Cu 2+ (aq) + 2 H 3 O + (aq) + O 3(g) > 2 Cu 3+ (aq) + 3 H 2 O (l) + O 2(g)
Озон повышает степень окисления оксидов:
NO + O 3 > NO 2 + O 2
Эта реакция сопровождается хемилюминесценцией . Двуокись азота может быть окислена до трёхокиси азота:
NO 2 + O 3 > NO 3 + O 2
с образованием азотного ангидрида N 2 O 5:
NO 2 + NO 3 > N 2 O 5
Озон реагирует с углеродом при нормальной температуре с образованием двуокиси углерода :
C + 2 O 3 > CO 2 + 2 O 2
Озон не реагирует с аммониевыми солями, но реагирует с аммиаком с образованием нитрата аммония :
2 NH 3 + 4 O 3 > NH 4 NO 3 + 4 O 2 + H 2 O
Озон реагирует с сульфидами с образованием сульфатов :
PbS + 4O 3 > PbSO 4 + 4O 2
С помощью озона можно получить Серную кислоту как из элементарной серы , так и из двуокиси серы :
S + H 2 O + O 3 > H 2 SO 4
3 SO 2 + 3 H 2 O + O 3 > 3 H 2 SO 4
Все три атома кислорода в озоне могут реагировать по отдельности в реакции хлорида олова с соляной кислотой и озоном:
3 SnCl 2 + 6 HCl + O 3 > 3 SnCl 4 + 3 H 2 O
В газовой фазе озон взаимодействует с сероводородо м с образованием двуокиси серы:
H 2 S + O 3 > SO 2 + H 2 O
В водном растворе проходят две конкурирующие реакции с сероводородом, одна с образованием элементарной серы, другая с образованием серной кислоты:
H 2 S + O 3 > S + O 2 + H 2 O
3 H 2 S + 4 O 3 > 3 H 2 SO 4
Обработкой озоном раствора йода в холодной безводной хлорной кислоте может быть получен перхлорат йода (III):
I 2 + 6 HClO 4 + O 3 > 2 I(ClO 4) 3 + 3 H 2 O
Твёрдый нитрилперхлорат может быть получен реакцией газообразных NO 2 , ClO 2 и O 3:
2 NO 2 + 2 ClO 2 + 2 O 3 > 2 NO 2 ClO 4 + O 2
Озон может участвовать в реакциях горения , при этом температуры горения выше, чем с двухатомным кислородом:
3 C 4 N 2 + 4 O 3 > 12 CO + 3 N 2
Озон может реагировать при низких температурах. При 77 K (?196 °C), атомарный водород взаимодействует с озоном с образованием супероксидного радикала с димеризацией последнего :
H + O 3 > HO 2 + O
2 HO 2 > H 2 O 2 +O 2
5 Основные области применения.
После
открытия озона было сразу отмечено его
главное свойство - огромная окислительная
способность, значительно превосходящая
таковую у кислорода. Поэтому неудивительно,
что озон стал использоваться для борьбы
с микроорганизмами.
В
1881 году в книге, посвященной дифтерии,
доктор Келлог (Kellogg) рекомендовал его
использование в качестве средства для
дезинфекции. Но подлинная революция в
использовании озона для стерилизации
произошла после патентования и начала
массового производства генераторов озона
- предшественников озоновых стерилизаторов.
До середины XIX века попытки создания таких
генераторов были безуспешными. Считается,
что первый образец создал Werner von Siemens в
1857 году. Однако понадобилось еще 29 лет
для того, чтобы запатентовать промышленный
генератор озона, который отвечал определенным
требованиям. Патент на его изобретение
принадлежит Николе Тесла. Он же в 1900 году
начал выпуск данного продукта для медицины.
С
этих пор начинает развиваться несколько
направлений по применению озона
- дезинфекция,
стерилизация и лечение.
При
стерилизации происходит уничтожение
микроорганизмов путем насыщения
озоном замкнутого объема, где находятся
медицинские инструменты, приспособления,
устройства. Во время лечения применяют
озонированную воду, водные растворы и
озонокислородную смесь. Для дезинфекции
помещений, емкостей, трубопроводов -
озоновоздушную или озонокислородную
смеси.
Все
три метода обладают одним неоспоримым
преимуществом: озон оказывает быстрое
и эффективное воздействие
Время
воздействия озона на некоторые
виды микроорганизмов измеряется секундами.
По качеству стерилизации и некоторым
техническим характеристикам современные
озоновые стерилизаторы превосходят
ультрафиолетовые, сухожаровые шкафы,
паровые автоклавы, жидкостную и газовую
стерилизацию. Лечение с применением озона
позволяет безболезненно и с высокой эффективностью
уничтожать микроорганизмы, проникшие
в органы и ткани человека. Это стало возможным
еще и потому, что наш организм, в отличие
от бактерий, обладает достаточно мощной
системой антиоксидантной защиты. При
воздействии определенных концентраций
озона в течение ограниченного времени
клетки нашего организма сохраняют достаточную
устойчивость к образованию нежелательных
агрессивных продуктов.
Озон
оказывает положительное действие
на метаболизм печени и почек, поддерживает
работу сердечной мышцы, уменьшает
частоту дыхания и увеличивает
дыхательный объем. Положительное
влияние озона на людей с заболеваниями
сердечно-сосудистой системы (снижается
уровень холестерина в крови, снижается
риск тромбообразования, активизируется
процесс "дыхания" клетки).
Озонотерапия
в последние годы довольно широко
применяется и в гинекологии,
и в терапии, и в хирургии, и
в проктологии, и в урологии, и в офтальмологии,
и в стоматологии, и в других направлениях
медицины.
Озон
широко используют в химической
отрасли промышленности.
Особая
роль отводится озону в пищевой
промышленности
. Являясь сильно дезинфицирующим
и химически безопасным средством, он
используется для предотвращения биологического
роста нежелательных организмов в продуктах
питания и на технологическом пищевом
оборудовании. Озон обладает свойством
убивать микроорганизмы, не создавая новых
вредных химических веществ.
Самое
распространенное применение - для очистки
воды
. В 1907 году был построен первый
завод по озонированию воды в городе Бон
Вуаяж (Франция), который обрабатывал 22500
кубических метров воды из реки Вазюби
в сутки для нужд города Ниццы. В 1911 году
была пущена в эксплуатацию станция озонирования
питьевой воды в Санкт-Петербурге. В 1916
году действует уже 49 установок по озонированию
питьевой воды.
К
1977 году во всем мире действует более
1000 установок. В настоящее время
95% питьевой воды в Европе проходит
озонную подготовку. В США идет процесс
перевода с хлорирования на озонирование.
В России действуют несколько крупных
станций (в Москве, Нижнем Новгороде и
ряде других городах). Приняты программы
перевода на озонирование еще нескольких
крупных станций водоподготовки.
Широкие
спектр областей применения озона
в сельском хозяйстве
: растениеводство,
животноводство, рыбоводство, кормопроизводство
и хранение продуктов, обуславливает множество
озонных технологий, которые условно можно
разделить на два больших направления.
Первое имеет целью стимулировать жизнедеятельность
живых организмов. С этой целью применяются
концентрации озона на уровне ПДК, например
санация помещений с животными и растениями
для улучшения комфортности их пребывания.
Второе направление связано с подавлением
жизнедеятельности вредных организмов
или с устранением вредных загрязнений
из окружающей атмосферы и гидросферы.
Концентрации озона в этом случае намного
превышают значения ПДК. К таким технологиям
относятся дезинфекция тары и помещений,
очистка газовых выбросов птицеферм, свинарников,
обезвреживание сточных вод сельскохозяйственных
предприятий и т.д.
5 Озон в атмосфере. Озоновый слой - ультрафиолетовый щит Земли
Озоновый слой начинается на высотах около 8 км над полюсами (или 17 км над Экватором) и простирается вверх до высот приблизительно равных 50-ти км. Однако плотность озона очень низкая, и если сжать его до плотности, которую имеет воздух у поверхности земли, то толщина озонового слоя не превысит 3,5 мм. Озон образуется, когда солнечное ультрафиолетовое излучение бомбардирует молекулы кислорода (О22 -> О3).
5.1 Изучение озонового слоя. Причины его разрушения.
С
начала 20 века ученые наблюдают за состоянием
озонового слоя атмосферы. Сейчас уже
все понимают, что стратосферный озон
является своего рода естественным фильтром,
препятствующим проникновению в нижние
слои атмосферы жесткого космического
излучения - ультрафиолета-В.
С
конца 70-х годов ученые стали отмечать
неуклонное истощение озонового
слоя. Различные причины приводят к истощению
озонового слоя. Среди них есть естественные,
как, например, извержения вулканов. Известно,
например, что при этом происходят выбросы
газов, содержащих соединения серы, которая
реагирует с находящимися в воздухе другими
газами, образуя сульфаты, разрушающие
озоновый слой. Но гораздо большее влияние
на стратосферный озон оказывают антропогенные
воздействия, т.е. деятельность человека.
И она многообразна.
Использование в хозяйственной
деятельности таких соединений, как ХФУ,
бромистый метил, галоны, растворители,
разрушающие озон, также приводят к истощению
озонового слоя. Хлорфторуглероды (ХФУ)
или другие ОРВ, выпущенные человеком
в атмосферу, достигают стратосферы, где
под действием коротковолнового ультрафиолетового
излучения Солнца их молекулы теряют атом
хлора. Агрессивный хлор начинает разбивать
одну за другой молекулы озона, сам при
этом не претерпевая никаких изменений.
Срок существования различных ХФУ в атмосфере
от 74 до 111 лет. Расчетным путем доказано,
что за это время один атом хлора способен
превратить в кислород 100 000 молекул озона.
Однако озоновый слой разрушает также
реактивная авиация и некоторые пуски
космических ракет
В
изучении проблемы озонового слоя наука
оказалась удивительно недальновидной.
Еще с 1975 г. содержание стратосферного
озона над Антарктидой в весенние месяцы
стало заметно падать. В середине 1980-х
годов его концентрация снизилась уже
на 40%. Вполне можно было говорить об образовании
озоновой дыры. Ее размеры достигли примерно
площади США. Тогда же появились еще слабовыраженные
- со снижением концентрации озона на 1,5-2,5%
- дыры вблизи Северного полюса и южнее.
Край одной из них зависал даже над Санкт-
Петербургом.
Однако
еще в первой половине 1980-х некоторые
ученые продолжали рисовать радужную
перспективу, предвещая убыль стратосферного
озона лишь на 1-2% и то чуть ли не через
70-100 лет.
В
1985 г. английские ученые опубликовали
статью, в которой утверждалось,
что каждой весной, начиная с 1980 г.,
над Антарктидой образуются значительные
области уменьшения общего содержания
озона. Выяснилось, что диаметр её свыше
1000 километров, площадь – около 9 миллионов
квадратных километров. Этот результат
журналисты превратили в сенсацию, объявив
о существовании "озоновой дыры"
над Антарктидой. Сегодня принято аномалии
озона относить к "озоновым дырам",
если дефицит озона превышает 30%.
5.2
Последствия разрушения
озонового слоя.
Озоновый
слой защищает жизнь на Земле от
вредного ультрафиолетового излучения
Солнца.
Утончение
этого слоя может привести к серьезным
последствиям для человечества. Содержание
озона в атмосфере менее 0.0001%, однако, именно
озон полностью поглощает жесткое ультрафиолетовое
излучение солнца с длиной волны l<280
нм и значительно ослабляет полосу УФ-Б
с 280
Падение
концентрации озона на 1% приводит в
среднем к увеличению интенсивности
жесткого ультрафиолета у поверхности
земли на 2%. Эта оценка подтверждается
измерениями, проведенными в Антарктиде
(правда, из-за низкого положения солнца,
интенсивность ультрафиолета в Антарктиде
все еще ниже, чем в средних широтах).
По своему воздействию на живые организмы
жесткий ультрафиолет близок к ионизирующим
излучениям, однако, из-за большей, чем
у g-излучения длины волны он не способен
проникать глубоко в ткани, и поэтому поражает
только поверхностные органы. Жесткий
ультрафиолет обладает достаточной энергией
для разрушения ДНК и других органических
молекул.
По
мнению врачей, каждый потерянный процент
озона в масштабах планеты вызывает
до 150 тысяч дополнительных случаев слепоты
из-за катаракты, вызывает 4%-ный скачок
в распространении рака кожи, значительно
возрастает число болезней, вызванных
ослаблением иммунной системы человека.
Наибольшему риску подвержены жители
северного полушария со светлой кожей.
Уже
сейчас во всем мире заметно увеличение
числа заболевания раком кожи, однако,
значительно количество других факторов
(например, возросшая популярность загара,
приводящая к тому, что люди больше времени
проводят на солнце, таким образом, получая
большую дозу УФ облучения) не позволяет
однозначно утверждать, что в этом повинно
уменьшение содержания озона. Жесткий
ультрафиолет плохо поглощается водой
и поэтому представляет большую опасность
для морских экосистем. Эксперименты показали,
что планктон, обитающий в приповерхностном
слое, при увеличении интенсивности жесткого
УФ может серьезно пострадать и даже погибнуть
полностью. Планктон находится в основании
пищевых цепочек практически всех морских
экосистем, поэтому без преувеличения
можно сказать, что практически вся жизнь
в приповерхностных слоях морей и океанов
может исчезнуть. Растения менее чувствительны
к жесткому УФ, но при увеличении дозы
могут пострадать и они. Если содержание
озона в атмосфере значительно уменьшится,
человечество легко найдет способ защититься
от жесткого УФ излучения но при этом рискует
умереть от голода.
5.3 Меры по сохранению и восстановлению озонового слоя
Многие
страны мира разрабатывают и осуществляют
мероприятия по выполнению Венских
конвенций об охране озонового слоя
и Монреальского протокола по веществам,
разрушающим озоновый слой.
Монреальский
протокол:
первое глобальное экологическое
соглашение, достигшее всеобщей ратификации
и всемирного участия 196 стран. Монреальский
протокол был подписан 16 сентября 1987 года.
Впоследствии по инициативе ООН этот день
стал отмечаться как День
защиты озонового слоя.
К концу 2009 года деятельность, осуществленная
в рамках Монреальского протокола привела
к выводу из обращения 98% веществ, разрушающих
озоновый слой. Другое важное достижение
Монреальского протокола – в ближайшем
будущем страны должны были прекратить
производство и потребление хлорфторуглеродов,
галонов, четырёххлористого углерода
и других гидрогенизованных соединений,
разрушающих озоновый слой. Все эти вещества
объединяются под единым названием –
озоноразрушающие вещества (далее по тексту
ОРВ).
Без Монреальского протокола
и Венской конвенции, содержание
ОРВ в атмосфере повысилось
бы в 10 раз к 2050, что привело
бы к 20 миллионам случаев рака
кожи и 130 миллионам случаев катаракты
глаза, не говоря об ущербе, нанесенном
иммунной системе человека, фауне и сельскому
хозяйству. Теперь мы также знаем, что
некоторые из этих газов воздействуют
на изменение климата. По некоторым оценкам,
выведение ОРВ с 1990 года способствовало
замедлению глобального потепления на
7-12 лет и каждый доллар, потраченный на
озон обернулся выгодой в других областях
экологии. Даже при быстрых и решительных
действиях правительств согласно Монреальскому
протоколу, полное восстановление защитного
слоя Земли займет еще 40-50 лет.
Согласно
международным соглашениям промышленно
развитые страны полностью прекращают
производство фреонов и тетрахлорида
углерода, которые также разрушают
озон, а развивающиеся страны – к 2010г.
Россия из-за тяжелого финансово-экономического
положения попросила отсрочки на 3 – 4
года. Страны-члены Монреальского протокола
по веществам, разрушающим озоновый слой,
на встрече в Катаре договорились выделить
в общей сложности 490
миллионов долларов
в течение трех ле
Вторым этапом
должен стать запрет
на производство метилбромидов
и гидрофреонов.
Уровень производства
первых в промышленно развитых странах
с 1996 г. заморожен, гидрофреоны полностью
снимаются с производства к 2030 г. Однако
развивающиеся страны до сих пор не взяли
на себя обязательств по контролю над
этими химическими субстанциями.
Восстановить озоновый слой над
Антарктидой при помощи запуска специальных
воздушных шаров с установками для производства
озона надеется английская группа защитников
окружающей среды, которая называется
«Помогите озону». Один из авторов этого
проекта заявил, что озонаторы, работающие
от солнечных батарей, будут установлены
на сотнях шаров, наполненных водородом
или гелием.
Несколько лет назад была разработана
технология замены фреона специально
подготовленным пропаном. Сейчас промышленность
уже на треть сократила выпуск аэрозолей
с использованием фреонов, В странах ЕЭС
намечено полное прекращение использования
фреонов на заводах бытовой химии и т.д.
и т.д.................
1. Что мы знаем об ОЗОНЕ?
Озон (от греческого ozon - пахнущий) - газ голубого цвета с резким запахом, сильный окислитель. Озон аллотроп кислорода. Молекулярная формула О3. Тяжелее кислорода в 2,5 раза. Используется для обеззараживания воды, продуктов питания и воздуха.
Технологии
Основываясь на технологии коронического разряда озона, был разработан многофункциональный анионный озонатор Green World, который использует озон для дезинфекции и стериализации.
Характеристики химического элемента озона
Озон, научное название которого О3, получается в процессе соединения трех атомов кислорода.Обладает высокими окислительными функциями, которые эффективны при дезинфекции и стеарилизации. Он способен уничтожить большинство бактерий в воде и воздухе. Его считают эффективным дезинфектором и антисептиком. Озон является важным компонентом атмосферы. В нашей атмосфере содержится 0.01ppm-0.04ppm озона, который балансирует уровень бактерий в природе. Озон также образуется в природе при разрядах молнии во время грозы. Во время электрического разряда молнии появляется приятный сладкий запах, который мы называем свежим воздухом.
Молекулы озона неустойчивы и очень быстро распадаются на молекулы кислорода. Благодаря этому качеству озон является ценным газом и очистителем воды. Молекулы озона соединяются с молекулами других веществ и распадаются, в итоге он окисляет органические соединения, превращая их в безвредные углекислый газ и воду. По причине того, что озон легко распадается на молекулы кислорода, он значительно менее токсичен, чем другие дезинфекционные вещества, такие как хлор. Эго твкже называют «самый чистый окислитель и дезинфикатор».
Свойства озона - убивает микроорганизмы
1. убивает бактерии
а) убивает большую часть коли-бактерий и стафилококков в воздухе
б) убивает 99.7% коли-бактерий и 99.9% стафилококков на поверхности предметов
в) убивает 100% of коли-бактерий, стафилококков и микробы группы сальмонелла в фосфатных соединениях
г) убивает 100% of коли-бактерий в воде
2. уничтожает споры бактерий
а) уничтожает brevibacteiumspores
б) способность уничтожать бактерии в воздухе
в) убивает 99.999% brevibacteiumspores в воде
3. разрушает вирусы
а) разрушает 99.99% HBsAg и 100% HAAg
б) разрушает вирус гриппа в воздухе
в) разрушает PVI и вирус Геппатита А в воде в течении нескольких секунд или минут
г) разрушает вирус SA-11 в воде
д) когда концентрация озона в сыворотке крови достигает 4мг/л, он способен разрушить HIV в 106cd50/ml
а) убивает 100% aspergillusversicolor и penicillium
б) убивает 100% aspergillusniger, fusariumoxysporumf.sp.melonogea и fusariumoxysporumf.sp. lycopersici
в) убивает aspergillus niger и candida bacteria
2. Как образуется озон в природе?
Образуется из молекулярного кислорода (О2) при электрическом разряде или под действием ультрафиолетового излучения. Особенно это ощутимо в местах, богатых кислородом: в лесу, в приморской зоне или около водопада. При попадании солнечных лучей, в капле воды кислород преобразуется в озон. Также Вы чувствуете запах озона после грозы, когда он образуется при электрическом разряде.
3. Почему воздух после грозы кажется чище?
Озон окисляет примеси органических веществ и обеззараживает воздух, придавая приятную свежесть (запах грозы). Характерный запах озона проявляется при концентрациях 10-7 %.
4. Что такое озоносфера? Каково ее влияние на жизнь на планете?
Основная масса озона в атмосфере расположена на высоте от 10 до 50 км с максимальной концентрацией на высоте 20-25 км, образуя слой, называемый озоносферой.
Озоносфера отражает жесткое ультрафиолетовое излучение, защищает живые организмы от губительного действия радиации. Именно, благодаря образованию "озона из кислорода воздуха стала возможна жизнь на суше.
5. Когда был открыт озон и какова история его использования?
Впервые озон описан в 1785г. голландским физиком Мак Ван Марум.
В 1832г. проф. Базельского университета Шонбейн опубликовал книгу «Получение озона химическим способом». Он же дал ему название «озон» от греческого «пахнущий».
В 1857г. Вернер фон Сименс сконструировал первую техническую установку для очистки питьевой воды. С тех пор озонирование позволяет получить гигиенически чистую воду.
К 1977г. во всем мире действует более 1000 установок по озонированию питьевой воды. В настоящее время 95% питьевой воды в Европе обрабатывается озоном. Большое распространение озонирование получило в Канаде и США. В России действует несколько крупных станций, которые используются для доочистки питьевой воды, подготовки воды плавательных бассейнов, при глубокой очистке сточных вод в оборотном водоснабжении автомобильных моек.
Впервые озон как антисептическое средство был использован во время первой мировой войны.
С 1935г. стали использовать ректально введение озонокислородной смеси для лечения различных заболеваний кишечника (проктит, геморрой, язвенный колит, свищи, подавление патогенных микроорганизмов, восстановление кишечной флоры).
Изучение действия озона позволили использовать его в хирургической практике при инфекционных поражениях, лечении туберкулеза, пневмонии, гепатитов, герпетической инфекции, анемии и пр.
В Москве в 1992г. под руководством Заслуженного деятеля науки РФ д.м.н. Змызговой А..В. создан «Научно-практический центр озонотерапии», где озон используется для лечения широкого круга заболеваний. Продолжаются разработки эффективных неповреждающих методов воздействия с использованием озона. Сегодня озон считается популярным и эффективным средством обеззараживания воды, воздуха и очищения продуктов питания. Так же кислородно-озоновые смеси используются в лечении различных заболеваний, косметологии и многих сферах хозяйствования.
6. Можно ли дышать озоном? Является ли озон вредным газом?
Действительно, дышать озоном высоких концентраций опасно, он способен сжечь слизистую оболочку дыхательных органов.
Озон является сильным окислителем. Здесь кроются его положительные и вредоносные свойства. Все зависит от концентрации, т.е. от процентного соотношения содержания озона в воздухе. Действие его подобно огню... В малых количествах он поддерживает и оздоравливает, в больших количествах - может погубить.
7. В каких случаях используются низкие и высокие концентрации озона?
Относительно высокие концентрации используются для дезинфекции, а более низкие концентрации озона не повреждают белковые структуры и способствуют заживлению.
8. Каково действие озона на вирусы?
Озон подавляет (инактивирует) вирус как вне, так и внутри клетки, частично разрушая его оболочку. Прекращается процесс его размножения и нарушается способность вирусов соединяться с клетками организма.
9. Как проявляется бактерицидное свойство озона при воздействии на микроорганизмы?
При воздействии озона на микроорганизмы, в том числе на дрожжи, локально повреждается их клеточная мембрана, что приводит к их гибели или невозможности размножаться. Отмечено повышение чувствительности микроорганизмов к антибиотикам.
В экспериментах установлено, что газообразный озон убивает практически все виды бактерий, вирусов, плесневых и дрожжеподобных грибов и простейших. Озон в концентрациях от 1 до 5 мг/л приводит к гибели 99,9% эшерихии коли, стрептококков, мукобактерий, филококков, кишечной и синегнойной палочек, протеев, клебсиеллы и др. в течении 4-20 мин.
10. Как действует озон в неживой природе?
Озон реагирует с большинством органических и неорганических веществ. В процессе реакций образуется кислород, вода, оксиды углерода и высшие оксиды других элементов. Все эти продукты не загрязняют окружающую среду и не приводят к образованию концерагенных веществ в отличие от соединений хлора и фтора.
11. Могут ли быть опасными соединения, образующиеся в жилых помещениях при озонировании воздуха?
Концентрации озона, создаваемые бытовым озонатором приводят к образованию безвредных соединений в жилых помещениях. В результате озонирования помещения происходит увеличение содержания кислорода в воздухе и очистка от вирусов и бактерий.
12. Какие соединения образуются в результате озонирования воздуха в закрытых помещениях?
Большинство компонентов, окружающих нас соединений, реагируют с озоном, приводя к образованию безвредных соединений.
Большинство из них распадаются на углекислый газ, воду и свободный кислород. В ряде случаев образуются неактивные (безвредные) соединения (оксиды). Есть еще так называемые нереагентные вещества - оксиды титана, кремния, кальция и т.д. Они в реакцию с озоном не вступают.
13. Надо ли озонировать воздух в помещениях с кондиционерами?
После прохождения воздуха через кондиционеры и нагревательные приборы в воздухе снижается содержание кислорода и не снижается уровень токсичных компонентов воздуха. К тому же, старые кондиционеры сами являются источником загрязнения и заражения. «Синдром закрытых помещений» - головная боль, усталость, частые респираторные заболевания. Озонирование таких помещений просто необходимо.
14. Можно ли дезинфицировать кондиционер?
Да, можно.
15. Эффективно ли применение озонирования воздуха для устранения запахов прокуренных помещений и помещений после ремонта (запахи краски, лака)?
Да, эффективно. Обработку следует провести несколько раз, сочетая с влажной уборкой.
16. Какие концентрации озона губительны для бактерий, грибков в домашнем воздухе?
Концентрация 50-и частиц озона на 1000000000 частиц воздуха значительно снижает загрязнение воздуха. Особенно сильное воздействие оказывается на ешерихию коли, сальмонеллу, стафилококк, кандиду, аспергиллиус.
17. Проводились ли исследования воздействия озонированного воздуха на людей?
В частности, описан эксперимент, который проводился в течение 5-и месяцев с двумя группами людей - контрольной и тестируемой.
Воздух в помещении тестируемой группы наполнялся озоном с концентрацией 15 частиц озона на 1000000000 частиц воздуха. Все испытуемые отмечали хорошее самочувствие, исчезновение раздражительности. Медики отметили повышение содержания кислорода в крови, укрепление иммунной системы, нормализацию давления, исчезновение многих симптомов стресса.
18. Не является ли озон вредным для клеток организма?
Концентрации озона, создаваемые бытовыми озонаторами, подавляют вирусы и микроорганизмы, но не повреждают клеток организма, т.к. озон не повреждает кожу. Здоровые клетки организма человека имеют естественную защиту от повреждающего действия окисления (антиоксидантную). Иначе говоря, действие озона избирательно по отношению к живым организмам.
Это не исключает применения мер предосторожности. Во время процесса озонирования нахождение в помещении нежелательно, а после проведения озонирования помещение следует проветрить. Озонатор надо поместить в недоступное для детей место или предусмотреть невозможность его включения.
19. Какова производительность озонатора?
При нормальном режиме - 200 мг/час, при усиленном - 400 мг/час. Какова концентрация озона в помещении в результате работы озонатора? Концентрация зависит от объема помещения, от места расположения озонатора, от влажности воздуха и температуры. Озон не стойкий газ и быстро разлагается, поэтому концентрация озона сильно зависит от времени. Ориентировочные данные 0,01 - 0,04 РРm.
20. Какие концентрации озона в воздухе считаются предельными?
Безопасными считаются концентрации озона в пределах 0,5 - 2,5 РРm (0,0001 мг/л).
21. Для чего применяется озонирование воды?
Озон применяется для обеззараживания, удаления примесей, запаха и цветности воды.
1. В отличие от хлорирования и фторирования воды при озонировании в воду не вносится ничего постороннего (озон быстро распадается). При этом минеральный состав и pН остаются без изменений.
2. Озон обладает наибольшим обеззараживающим свойством против возбудителей болезней.
3. Разрушаются органические вещества в воде, предотвращая тем самым дальнейшее развитие микроорганизмов.
4. Без образования вредных соединений разрушаются большинство химикатов. К ним относятся пестициды, гербициды, нефтепродукты, моющие средства, соединения серы и хлора, являющиеся концерагенами.
5. Окисляются до неактивных соединений металлы, в том числе железо, марганец, алюминий, и пр. Окислы выпадают в осадок и легко фильтруются.
6. Быстро распадаясь озон превращается в кислород, улучшая вкусовые и лечебные свойства воды.
23. Каков показатель кислотности воды, прошедшей озонирование?
Вода имеет слабощелочную реакцию РН = 7,5 - 9,0. Эта вода рекомендуется для питья.
24. На сколько увеличивается содержание кислорода в воде после озонирования?
Содержание кислорода в воде увеличивается в 12 раз.
25. Как быстро распадается озон в воздухе, в воде?
В воздухе через 10 мин. концентрация озона уменьшается на половину, образуя кислород и воду.
В воде через 20-30 мин. озон распадается на половину, образуя гидроксильную группу и воду.
26. Как влияет нагрев воды на содержание в ней кислорода?
Содержание кислорода в воде после нагрева снижается.
27. От чего зависит концентрация озона в воде?
Концентрация озона зависит от примесей, температуры, кислотности воды, материала и геометрии емкости.
28. Почему используется молекула О 3 , а не О 2 ?
Озон примерно в 10 раз лучше растворим в воде, чем кислород, и хорошо сохраняется. Чем ниже температура воды, тем больше время сохранения.
29. Почему полезно пить насыщенную кислородом воду?
Использование озона усиливает потребление глюкозы тканями и органами, увеличивает насыщаемость кислородом плазмы крови, уменьшает степень кислородного голодания, улучшает микроциркуляцию.
Озон оказывает положительное действие на метаболизм печени и почек. Поддерживает работу сердечной мышцы. Уменьшает частоту дыхания и увеличивает дыхательный объем.
30. Для чего предназначен бытовой озонатор?
Бытовой озонатор можно использовать для:
дезинфекции и дезодорации воздуха в жилых помещениях, в ванной и туалетной комнатах, бытовках, шкафах, холодильнике и пр.;
обработки пищевых продуктов (мясо, рыба, яйца, овощи и фрукты);
улучшения качества воды (дезинфекция, обогащение кислородом, устранение хлора и др. вредных примесей);
домашней косметологии (устранение перхоти, угрей, полоскание горла, чистка зубов, устранение грибковых заболеваний, приготовление озонированного масла);
ухода за домашними животными и рыбками;
полива комнатных растений и обработка семян;
отбеливания и придания цветности белью;
обработки обуви.
31. Каков эффект применения озона в медицинской практике?
Озон оказывает антибактериальное, антивирусное действие (инактивация вирусов и уничтожение спор).
Озон активизирует и нормализует ряд биохимических процессов.
Эффект, получаемый при озонотерапии, характеризуется:
активизацией процессов детоксикации, происходит подавление
активности внешних и внутренних токсинов;
активизацией процессов метаболизма (обменных процессов);
усилением микроциркуляции (кровоснабжение
улучшением реологических свойств крови (кровь становитсяподвижной);
имеет четко выраженный обезболивающий эффект.
32. Как действует озон на иммунитет человека?
Повышается клеточный и гуморальный иммунитет. Активизируется фагоцитоз, усиливается синтез интерферонов и прочих неспецифических систем организма.
33. Как влияет озонирование на процессы метаболизма?
Использование озона усиливает потребление глюкозы тканями и органами, увеличивает насыщаемость кислородом плазмы крови, уменьшает степень кислородного голодания, улучшает микроциркуляцию. Озон оказывает положительное действие на метаболизм печени и почек. Поддерживает работу сердечной мышцы. Уменьшает частоту дыхания и увеличивает дыхательный объем.
34. Озон образуется при проведении сварочных работ и при работе ксерокса. Вреден ли этот озон?
Да, вреден, так как при этом образуются опасные примеси. Озон, вырабатываемый озонатором, чист и поэтому безвреден.
35. Есть ли разница между индустриальными, медицинскими и бытовыми озонаторами?
Индустриальные озонаторы дают большую концентрацию озона, опасную для домашнего применения.
Медицинские и бытовые озонаторы близки по показателям производительности, но медицинские рассчитаны на большее время непрерывной работы.
36. Каковы сравнительные характеристики дезинфекции при использовании ультрафиолетовых установок и озонаторов?
Озон по своим свойствам уничтожения бактерий и вирусов в 2,5 - 6 раз эффективнее ультрафиолетовых лучей и в 300 - 600 раз эффективнее хлора. При этом в отличии от хлора озон уничтожает даже цисты глистов и вируса герпеса и туберкулеза.
Озон удаляет из воды органические и химические вещества, разлагая их до воды, углекислого газа, образуя осадок неактивных элементов.
Озон легко окисляет соли железа и марганца, образуя нерастворимые вещества, которые устраняются отстаиванием или фильтрацией. В результате озонированная вода безопасна, прозрачна и приятна на вкус.
37. Можно ли дезинфицировать посуду с помощью озона?
Да! Хорошо дезинфицировать детскую посуду, посуду для консервирования и пр. Для этого поместить посуду в емкость с водой, опустить воздуховод с рассекателем. Обрабатывать в течение 10-15 мин.
38. Из каких материалов должна быть посуда для озонирования?
Стеклянная, керамическая, деревянная, пластмассовая, эмалированная (баз сколов и трещин). Нельзя использовать металлическую, в том числе алюминиевую и медную посуду. Резина не выдерживает контакта с озоном.
Анионный озонатор от американской корпорации Green World поможет Вам не только сохранить, но и значительно укрепить здоровье. Вы имеете возможность использовать в своем доме незаменимый прибор - анионный озонатор, который объединил в себе все качества и функциональные возможности как ионизатора воздуха, так и озонатора (многофункционального...
Озонатор для автомобиля снабженподсветкой и ароматизатором. Одновременно может быть включен режим озонации и ионизации. Эти режимы могут быть включены и по отдельности. Этот озонатор незаменим при дальних поездках, когда увеличивается утомляемость водителя, ухудшается зрение и память. Озонатор снимаетсонливость, придавая бодрость за счет притока...
Физические свойства озона весьма характерны: это легко взрывающийся газ голубого цвета. Литр озона весит примерно 2 грамма, а воздух - 1,3 грамма. Следовательно, озон тяжелее воздуха. Температура плавления озона - минус 192,7ºС. Такой «растаявший» озон представляет собой тёмно-синюю жидкость. Озоновый «лед» имеет темно-синюю окраску с фиолетовым оттенком и при толщине свыше 1 мм становится непрозрачным. Температура кипения озона - минус 112ºС. В газообразном состоянии озон диамагнитен, т.е. не обладает магнитными свойствами, а в жидком состоянии - слабопарамагнитен. Растворимость озона в талой воде в 15 раз больше, чем у кислорода и составляет примерно 1,1 г/л. В литре уксусной кислоты при комнатной температуре растворяется 2,5 грамма озона. Он также хорошо растворяется в эфирных маслах, скипидаре, четыреххлористом углероде. Запах озона ощущается при концентрациях свыше 15 мкг/м3 воздуха. В минимальных концентрациях воспринимается как «запах свежести», в более значительных концентрациях приобретает резкий раздражающий оттенок.
Озон образуется из кислорода по следующей формуле: 3O2 + 68 ккал → 2O3. Классические примеры образования озона: под действием молнии во время грозы; под действием солнечного света в верхних слоях атмосферы. Озон также способен образовываться при любых процессах, сопровождающихся выделением атомарного кислорода, например, при разложении перекиси водорода. Промышленный синтез озона связан с использованием электрических разрядов при низких температурах. Технологии получения озона могут отличаться друг от друга. Так, для получения озона применяемого для медицинских целей используется только чистый (без примесей) медицинский кислород. Отделение образовавшегося озона от примеси кислорода обычно не составляет труда в силу различий физических свойств (озон легче сжижается). Если не требуется соблюдения определенных качественных и количественных параметров реакции, то получение озона не представляет особых трудностей.
Молекула О3 неустойчива и довольно быстро превращается в O2 с выделением тепла. При небольших концентрациях и без посторонних примесей озон разлагается медленно, при больших — со взрывом. Спирт при соприкосновении с ним моментально воспламеняется. Нагревание и контакт озона даже с ничтожными количествами субстрата окисления (органических веществ, некоторых металлов или их окислов) резко ускоряет его разложение. Озон может сохраняться длительное время при − 78ºС в присутствии стабилизатора (небольшого количества HNO3), а также в сосудах из стекла, некоторых пластмасс или благородных металлов.
Озон - сильнейший окислитель. Причина такого явления кроется в том, что в процессе распада образуется атомарный кислород. Такой кислород гораздо агрессивнее молекулярного, потому что в молекуле кислорода дефицит электронов на внешнем уровне вследствие их коллективного использования молекулярной орбитали не так заметен.
Еще в XVIII веке было замечено, что ртуть в присутствии озона теряет блеск и прилипает к стеклу, т.е. окисляется. А при пропускании озона через водный раствор йодистого калия начинает выделяться газообразный йод. Такие же «фокусы» с чистым кислородом не получались. В дальнейшем открывались свойства озона, которые сразу же были приняты на вооружение человечества: озон оказался прекрасным антисептиком, озон быстро удалял из воды органические вещества любого происхождения (парфюмерия и косметика, биологические жидкости), стал широко использоваться в промышленности и быту, прекрасно зарекомендовал себя в качестве альтернативы стоматологической бормашине.
В XXI веке применение озона во всех областях жизни и деятельности человека растет и развивается, а потому мы становимся свидетелями его превращения из экзотики в привычный инструмент для повседневной работы. ОЗОН O3, аллотропная форма кислорода.
Получение и физические свойства озона.
Впервые ученые узнали о существовании неизвестного им газа, когда начали экспериментировать с электростатическими машинами. Случилось это в 17 веке. Но начали изучать новый газ лишь в конце следующего столетия. В 1785 голландский физик Мартин ван Марум получил озон, пропуская через кислород электрические искры. Название же озон появилось лишь в 1840; его придумал швейцарский химик Кристиан Шенбейн, произведя его от греческого ozon - пахнущий. По химическому составу этот газ не отличался от кислорода, но был значительно агрессивнее. Так, он мгновенно окислял бесцветный иодид калия с выделением бурого иода; эту реакцию Шенбейн использовал для определения озона по степени посинения бумаги, пропитанной раствором иодида калия и крахмала. Даже малоактивные при комнатной температуре ртуть и серебро в присутствии озона окисляются.
Оказалось, что молекулы озона, как и кислорода, состоят только из атомов кислорода, только не из двух, а из трех. Кислород О2 и озон О3 - единственный пример образования одним химическим элементом двух газообразных (при обычных условиях) простых веществ. В молекуле О3 атомы расположены под углом, поэтому эти молекулы полярны. Получается озон в результате «прилипания» к молекулам О2 свободных атомов кислорода, которые образуются из молекул кислорода под действием электрических разрядов, ультрафиолетовых лучей, гамма-квантов, быстрых электронов и других частиц высокой энергии. Озоном всегда пахнет около работающих электрических машин, в которых «искрят» щетки, около бактерицидных ртутно-кварцевых ламп, которые излучают ультрафиолет. Атомы кислорода выделяются и в ходе некоторых химических реакций. Озон образуется в малых количествах при электролизе подкисленной воды, при медленном окислении на воздухе влажного белого фосфора, при разложении соединений с высоким содержанием кислорода (KMnO4, K2Cr2O7 и др.), при действии на воду фтора или на пероксид бария концентрированной серной кислоты. Атомы кислорода всегда присутствуют в пламени, поэтому если направить струю сжатого воздуха поперек пламени кислородной горелки, в воздухе обнаружится характерный запах озона.
Реакция 3O2 → 2O3 сильно эндотермичная: для получения 1 моль озона надо затратить 142 кДж. Обратная реакция идет с выделением энергии и осуществляется очень легко. Соответственно озон неустойчив. В отсутствие примесей газообразный озон медленно разлагается при температуре 70° С и быстро - выше 100° С. Скорость разложения озона значительно увеличивается в присутствии катализаторов. Ими могут быть и газы (например, оксид азота, хлор), и многие твердые вещества (даже стенки сосуда). Поэтому чистый озон получить трудно, а работать с ним опасно из-за возможности взрыва.
Не удивительно, что в течение многих десятилетий после открытия озона неизвестны были даже основные его физические константы: долго никому не удавалось получить чистый озон. Как писал в своем учебнике Основы химии Д.И.Менделеев, «при всех способах приготовления газообразного озона содержание его в кислороде всегда незначительно, обыкновенно лишь несколько десятых долей процента, редко 2%, и только при очень пониженной температуре оно достигает 20%». Лишь в 1880 французские ученые Ж.Готфейль и П.Шаппюи получали озон из чистого кислорода при температуре минус 23° С. Оказалось, что в толстом слое озон имеет красивую синюю окраску. Когда охлажденный озонированный кислород медленно сжали, газ стал темно-синим, а после быстрого сброса давления температура еще более понизилась и образовались капли жидкого озона темно-фиолетового цвета. Если же газ не охлаждали или сжимали быстро, то озон мгновенно, с желтой вспышкой, переходил в кислород.
Позднее разработали удобный метод синтеза озона. Если подвергнуть электролизу концентрированный раствор хлорной, фосфорной или серной кислоты с охлаждаемым анодом из платины или из оксида свинца(IV), то выделяющийся на аноде газ будет содержать до 50% озона. Были уточнены и физические константы озона. Он сжижается намного легче кислорода - при температуре -112° С (кислород - при -183° С). При -192,7° С озон затвердевает. Твердый озон имеет сине-черный цвет.
Опыты с озоном опасны. Газообразный озон способен взрываться, если его концентрация в воздухе превысит 9%. Еще легче взрываются жидкий и твердый озон, особенно при контакте с окисляющимися веществами. Озон можно хранить при низких температурах в виде растворов во фторированных углеводородах (фреонах). Такие растворы имеют голубой цвет.
Химические свойства озона.
Для озона характерна чрезвычайно высокая реакционная способность. Озон - один из сильнейших окислителей и уступает в этом отношении только фтору и фториду кислорода OF2. Действующее начало озона как окислителя - атомарный кислород, который образуется при распаде молекулы озона. Поэтому, выступая в качестве окислителя, молекула озона, как правило, «использует» только один атом кислорода, а два других выделяются в виде свободного кислорода, например, 2KI + O3 + H2O → I2 + 2KOH + O2. Так же происходит окисление многих других соединений. Однако бывают и исключения, когда молекула озона использует для окисления все три имеющиеся у нее атома кислорода, например, 3SO2 + O3 → 3SO3; Na2S + O3 → Na2SO3.
Очень важное отличие озона от кислорода в том, что озон проявляет окислительные свойства уже при комнатной температуре. Например, PbS и Pb(OH)2 в обычных условиях не реагируют с кислородом, тогда как в присутствии озона сульфид превращается в PbSO4, а гидроксид - в PbO2. Если в сосуд с озоном налить концентрированный раствор аммиака, появится белый дым - это озон окислил аммиак с образованием нитрита аммония NH4NO2. Особенно характерна для озона способность «чернить» серебряные изделия с образованием AgO и Ag2O3.
Присоединив один электрон и превратившись в отрицательный ион О3-, молекула озона становится более стабильной. Содержащие такие анионы «озонокислые соли» или озониды были известны давно - их образуют все щелочные металлы, кроме лития, причем устойчивость озонидов растет от натрия к цезию. Известны и некоторые озониды щелочноземельных металлов, например, Са(О3)2. Если направить на поверхность твердой сухой щелочи струю газообразного озона, то образуется оранжево-красная корка, содержащая озониды, например, 4КОН + 4О3 → 4КО3 + О2 + 2Н2О. При этом твердая щелочь эффективно связывает воду, что предохраняет озонид от немедленного гидролиза. Однако при избытке воды озониды бурно разлагаются: 4КО3+ 2Н2О → 4КОН + 5О2. Разложение идет и при хранении: 2КО3 → 2КО2 + О2. Озониды хорошо растворимы в жидком аммиаке, что позволило выделить их в чистом виде и изучить их свойства.
Органические, вещества, с которыми озон соприкасается, он обычно разрушает. Так, озон, в отличие от хлора, способен расщеплять бензольное кольцо. При работе с озоном нельзя использовать резиновые трубки и шланги - они моментально «прохудятся». Реакции озона с органическими соединениями идут с выделением большого количества энергии. Например, эфир, спирт, вата, смоченная скипидаром, метан и многие другие вещества самовоспламеняются при соприкосновении с озонированным воздухом, а смешение озона с этиленом приводит к сильному взрыву.
Применение озона.
Озон не всегда «сжигает» органические вещества; в ряде случаев удается провести специфические реакции с сильно разбавленным озоном. Например, при озонировании олеиновой кислоты (она в больших количествах содержится в растительных маслах) образуется азелаиновая кислота НООС(СН2)7СООН, которую используют для получения высококачественных смазочных масел, синтетических волокон и пластификаторов для пластмасс. Аналогично получают адипиновую кислоту, которую используют при синтезе найлона. В 1855 Шенбейн открыл реакцию с озоном непредельных соединений, содержащих двойные связи С=С, но только в 1925 немецкий химик Х.Штаудингер установил механизм этой реакции. Молекула озона присоединяется к двойной связи с образованием озонида - на этот раз органического, причем на место одной из связей С=С встает атом кислорода, а на место другой - группировка -О-О-. Хотя некоторые органические озониды выделены в чистом виде (например, озонид этилена), эту реакцию обычно проводят в разбавленном растворе, так как в свободном виде озониды - очень неустойчивые взрывчатые вещества. Реакция озонирования непредельных соединений пользуется у химиков-органиков большим почетом; задачи с этой реакцией часто предлагают даже на школьных олимпиадах. Дело в том, что при разложении озонида водой образуются две молекулы альдегида или кетона, которые легко идентифицировать и далее установить строение исходного непредельного соединения. Таким образом химики еще в начале 20 века установили строение многих важных органических соединений, в том числе природных, содержащих связи С=С.
Важная область применения озона - обеззараживание питьевой воды. Обычно воду хлорируют. Однако некоторые примеси в воде под действием хлора превращаются соединения с очень непpиятым запахом. Поэтому уже давно предложено заменить хлор озоном. Озонированная вода не приобретает постороннего запаха или вкуса; при полном окислении озоном многих органических соединений образуются только углекислый газ и вода. Очищают озоном и сточные воды. Продукты окисления озоном даже таких загрязнителей как фенолы, цианиды, повеpхностно-активные вещества, сульфиты, хлоpамины, представляют собой безвредные соединения без цвета и запаха. Избыток же озона довольно быстро распадается с образованием кислорода. Однако озонирование воды обходится дороже, чем хлорирование; кроме того, озон нельзя перевозить, и он должен производиться на месте использования.
Озон в атмосфере.
Озона в атмосфере Земли немного - 4 млрд. тонн, т.е. в среднем всего 1 мг/м3. Концентрация озона растет с удалением от поверхности Земли и достигает максимума в стратосфере, на высоте 20-25 км - это и есть «озоновый слой». Если весь озон из атмосферы собрать у поверхности Земли при нормальном давлении, получится слой толщиной всего около 2-3 мм. И вот такие малые количества озона в воздухе фактически обеспечивают жизнь на Земле. Озон создает «защитный экран», не пропускающий к поверхности Земли жесткие ультрафиолетовые солнечные лучи, губительные для всего живого.
В последние десятилетия большое внимание уделяется появлению так называемых «озоновых дыр» - областях со значительно уменьшенным содержанием стратосферного озона. Через такой «прохудившийся» щит до поверхности Земли доходит более жесткое ультрафиолетовое излучение Солнца. Поэтому ученые давно следят за озоном в атмосфере. В 1930 английский геофизик С.Чепмен для объяснения постоянной концентрации озона в стратосфере предложил схему из четырех реакций (эти реакции получили название цикла Чепмена, в них М означает любой атом или молекулу, которые уносят избыточную энергию):
О + О + М → О2 + М
О + О3 → 2О2
О3 → О2 + О.
Первая и четвертая реакции этого цикла - фотохимические, они идут под действием солнечной радиации. Для распада молекулы кислорода на атомы требуется излучение с длиной волны менее 242 нм, тогда как озон распадается при поглощении света в области 240-320 нм (последняя реакция как раз и защищает нас от жесткого ультрафиолета, так как кислород в этой спектральной области не поглощает). Остальные две реакции термические, т.е. идут без действия света. Очень важно, что третья реакция, приводящая к исчезновению озона, имеет энергию активации; это означает, что скорость такой реакции может увеличиваться под действием катализаторов. Как выяснилось, основной катализатор распада озона - оксид азота NO. Он образуется в верхних слоях атмосферы из азота и кислорода под действием наиболее жесткой солнечной радиации. Попадая в озоносферу, он вступает в цикл из двух реакций O3 + NO → NO2 + O2, NO2 + O → NO + O2, в результате которой его содержание в атмосфере не меняется, а стационарная концентрация озона снижается. Существуют и другие циклы, приводящие к снижению содержания озона в стратосфере, например, с участием хлора:
Cl + O3 → ClO + O2
ClO + O → Cl + O2.
Разрушают озон также пыль и газы, которые в большом количестве попадают в атмосферу при извержении вулканов. В последнее время возникло предположение, что озон также эффективно разрушает водород, выделяющийся из земной коры. Совокупность всех реакций образования и распада озона приводит к тому, что среднее время жизни молекулы озона в стратосфере составляет около трех часов.
Предполагают, что помимо природных, существуют и искусственные факторы, влияющие на озоновый слой. Хорошо известный пример - фреоны, которые являются источниками атомов хлора. Фреоны - это углеводороды, в которых атомы водорода замещены атомами фтора и хлора. Их используют в холодильной технике и для заполнения аэрозольных баллончиков. В конечном счете, фреоны попадают в воздух и медленно поднимаются с потоками воздуха все выше и выше, достигая, наконец, озонового слоя. Разлагаясь под действием солнечной радиации, фреоны сами начинают каталитически разлагать озон. Пока не известно в точности, в какой степени именно фреоны повинны в «озоновых дырах», и, тем не менее, уже давно принимают меры по ограничению их применения.
Как показывают расчеты, через 60-70 лет концентрация озона в стратосфере может уменьшиться на 25%. И одновременно увеличится концентрации озона в приземном слое - тропосфере, что тоже плохо, так как озон и продукты его превращений в воздухе ядовиты. Основной источник озона в тропосфере - перенос с массами воздуха стратосферного озона в нижние слои. Ежегодно в приземный слой озона поступает примерно 1,6 млрд. тонн. Время жизни молекулы озона в нижней части атмосферы значительно выше - более 100 суток, поскольку в приземном слое меньше интенсивность ультрафиолетового солнечного излучения, разрушающего озон. Обычно озона в тропосфере очень мало: в чистом свежем воздухе его концентрация составляет в среднем всего 0,016 мкг/л. Концентрация озона в воздухе зависит не только от высоты, но и от местности. Так, над океанами озона всегда больше, чем над сушей, так как там озон распадается медленнее. Измерения в Сочи показали, что воздух у морского побережья содержит на 20% больше озона, чем в лесу в 2 км от берега.
Современные люди вдыхают значительно больше озона, чем их предки. Основная причина этого - увеличение количества метана и оксидов азота в воздухе. Так, содержание метана в атмосфере постоянно растет, начиная с середины 19 века, когда началось использование природного газа. В загрязненной оксидами азота атмосфере метан вступает в сложную цепочку превращений с участием кислорода и паров воды, итог которой можно выразить уравнением CH4 + 4O2 → HCHO + H2O + 2O3. В роли метана могут выступать и другие углеводороды, например, содержащиеся в выхлопных газах автомобилей при неполном сгорании бензина. В результате в воздухе крупных городов за последние десятилетия концентрация озона выросла в десятки раз.
Всегда считалось, что во время грозы концентрация озона в воздухе резко увеличивается, так как молнии способствуют превращению кислорода в озон. На самом деле увеличение незначительно, причем оно происходит не во время грозы, а за несколько часов до нее. Во время же грозы и в течение нескольких часов после нее концентрация озона снижается. Объясняется это тем, что перед грозой происходит сильное вертикальное перемешивание воздушных масс, так что дополнительное количество озона поступает из верхних слоев. Кроме того, перед грозой увеличивается напряженность электрического поля, и создаются условия для образования коронного разряда на остриях различных предметов, например, кончиков ветвей. Это также способствует образованию озона. А затем при развитии грозового облака под ним возникают мощные восходящие потоки воздуха, которые и снижают содержание озона непосредственно под облаком.
Интересен вопрос о содержании озона в воздухе хвойных лесов. Например, в Курсе неорганической химии Г. Реми можно прочитать, что «озонированный воздух хвойных лесов» - выдумка. Так ли это? Ни одно растение озон, конечно, не выделяет. Но растения, особенно хвойные, выделяют в воздух множество летучих органических соединений, в том числе ненасыщенных углеводородов класса терпенов (их много в скипидаре). Так, в жаркий день сосна выделяет в час 16 мкг терпенов на каждый грамм сухой массы хвои. Терпены выделяют не только хвойные, но и некоторые лиственные деревья, среди которых - тополь и эвкалипт. А некоторые тропические деревья способны выделить в час 45 мкг терпенов на 1 г сухой массы листьев. В результате в сутки один гектар хвойного леса может выделить до 4 кг органических веществ, лиственного - около 2 кг. Покрытая лесом площадь Земли составляет миллионы гектаров, и все они выделяют в год сотни тысяч тонн различных углеводородов, в том числе и терпенов. А углеводороды, как это было показано на примере метана, под действием солнечной радиации и в присутствии других примесей способствуют образованию озона. Как показали опыты, терпены в подходящих условиях действительно очень активно включаются в цикл атмосферных фотохимических реакций с образованием озона. Так что озон в хвойном лесу - вовсе не выдумка, а экспериментальный факт.
Озон и здоровье.
Как приятно прогуляться после грозы! Воздух чист и свеж, его бодрящие струи, кажется, без всяких усилий сами втекают в легкие. «Озоном пахнет, - часто говорят в таких случаях. - Очень полезно для здоровья». Так ли это?
Когда-то озон, безусловно, считали полезным для здоровья. Но если его концентрация превышает определенный порог, он может вызывать массу неприятных последствий. В зависимости от концентрации и времени вдыхания озон вызывает изменения в легких, раздражение слизистых глаз и носа, головную боль, головокружение, снижение кровяного давления; озон уменьшает сопротивляемость организма бактериальным инфекциям дыхательных путей. Предельно допустимая его концентрация в воздухе составляет всего 0,1 мкг/л, а это означает, что озон намного опаснее хлора! Если несколько часов провести в помещении при концентрации озона всего лишь 0,4 мкг/л, могут появиться загрудинные боли, кашель, бессонница, снижается острота зрения. Если долго дышать озоном при концентрации больше 2 мкг/л, последствия могут быть более тяжелыми - вплоть до оцепенения и упадка сердечной деятельности. При содержании озона 8-9 мкг/л через несколько часов происходит отек легких, что чревато смертельным исходом. А ведь такие ничтожные количества вещества обычно с трудом поддаются анализу обычными химическими методами. К счастью, человек чувствует присутствие озона уже при очень малых его концентрациях - примерно 1 мкг/л, при которых йодкрахмальная бумажка еще и не собирается синеть. Одним людям запах озона в малых концентрациях напоминает запах хлора, другим - сернистого газа, третьим - чеснока.
Ядовит не только сам озон. С его участием в воздухе образуется, например, пероксиацетилнитрат (ПАН) СН3-СО-ООNО2 - вещество, оказывающее сильнейшее раздражающее, в том числе слезоточивое, действие, затрудняющее дыхание, а в более высоких концентрациях вызывающее паралич сердца. ПАН - один из компонентов образующегося летом в загрязненном воздухе так называемого фотохимического смога (это слово образовано от английского smoke - дым и fog - туман). Концентрация озона в смоге может достигать 2 мкг/л, что в 20 раз больше предельно допустимой. Следует также учесть, что совместное действие озона и оксидов азота в воздухе в десятки раз сильнее, чем каждого вещества порознь. Не удивительно, что последствия возникновения такого смога в больших городах могут быть катастрофическими, особенно если воздух над городом не продувается «сквозняками» и образуется застойная зона. Так, в Лондоне в 1952 от смога в течение нескольких дней погибло более 4000 человек. А смог в Нью-Йорке в 1963 убил 350 человек. Аналогичные истории были в Токио, других крупных городах. Страдают от атмосферного озона не только люди. Американские исследователи показали, например, что в областях с повышенным содержанием озона в воздухе время службы автомобильных шин и других изделий из резины значительно уменьшается.
Как уменьшить содержание озона в приземном слое? Снизить поступление в атмосферу метана вряд ли реалистично. Остается другой путь - уменьшить выбросы оксидов азота, без которых цикл реакций, приводящих к озону, идти не может. Путь это тоже непростой, так как оксиды азота выбрасываются не только автомобилями, но и (главным образом) тепловыми электростанциями.
Источники озона - не только на улице. Он образуется в рентгеновских кабинетах, в кабинетах физиотерапии (его источник - ртутно-кварцевые лампы), при работе копировальной техники (ксероксов), лазерных принтеров (здесь причина его образования - высоковольтный разряд). Озон - неизбежный спутник производства пергидроля, аргонодуговой сварки. Для уменьшения вредного действия озона необходимо оборудование вытяжки у ультрафиолетовых ламп, хорошее проветривание помещения.
И все же вряд ли правильно считать озон, безусловно, вредным для здоровья. Все зависит от его концентрации. Как показали исследования, свежий воздух очень слабо светится в темноте; причина свечения - реакции окисления с участием озона. Свечение наблюдали и при встряхивании воды в колбе, в которую был предварительно напущен озонированный кислород. Это свечение всегда связано с присутствием в воздухе или воде небольших количеств органических примесей. При смешении свежего воздуха с выдыхаемым человеком интенсивность свечения повышалась в десятки раз! И это не удивительно: в выдыхаемом воздухе обнаружены микропримеси этилена, бензола, уксусного альдегида, формальдегида, ацетона, муравьиной кислоты. Они-то и «высвечиваются» озоном. В то же время «несвежий», т.е. полностью лишенный озона, хотя и очень чистый, воздух свечения не вызывает, а человек его ощущает как «затхлый». Такой воздух можно сравнить с дистиллированной водой: она очень чистая, практически не содержит примесей, а пить ее вредно. Так что полное отсутствие в воздухе озона, по-видимому, тоже неблагоприятно для человека, так как увеличивает содержание в нем микроорганизмов, приводит к накоплению вредных веществ и неприятных запахов, которые озон разрушает. Таким образом, становится понятной необходимость регулярного и длительного проветривания помещений, даже если в нем нет людей: ведь попавший в комнату озон долго в ней не задерживается - частично он распадается, а в значительной степени оседает (адсорбируется) на стенках и других поверхностях. Сколько должно быть озона в помещении, пока сказать трудно. Однако в минимальных концентрациях озон, вероятно, необходим и полезен.
Таким образом, озон это мина замедленного действия. Если его правильно использовать, то он будет служить человечеству, но стоит его начать использовать не по назначению, как это моментально приведет к глобальной катастрофе и Земля превратится в такую планету как Марс.
Озон – химическое газообразное вещество, которое является сильным окислителем. Какими свойствами обладает газ, и для каких целей его получают?
Общая информация
Озон впервые был обнаружен в 1785 году голландским физиком М. ван Марумом. Он заметил, что при пропускании через воздух электрических разрядов, воздух приобретает специфический запах. Однако термин «озон» был введен позже немецким химиком Х. Ф. Шенбейном в 1840 году.
Рис. 1. Х. Ф. Шенбейн.
Формула озона – О 3 , то есть озон состоит из трех молекул кислорода. Озон – это аллотропное видоизменение кислорода. О 3 – газ светло-синего цвета, с характерным запахом, нестойкий, токсичный. При температуре -111,9 градусов этот газ сжижается. Растворимость озона в воде больше, чем у кислорода: 100 объемов воды растворяют 49 объемов озона.
Рис. 2. Формула озона.
Это вещество образуется в атмосфере при электрических разрядах. Озоновый слой в стратосфере (25 км. от поверхности) поглощает ультрафиолетовое излучение, опасное для всех живых организмов.
Озон – сильный окислитель, даже более сильный, чем кислород. Он способен окислять такие металлы, как золото и платина.
Особая химическая активность озона объясняется тем, что его молекула легко распадается на молекулу кислорода и атомарный кислород. Образовавшийся атомарный кислород более активно реагирует с веществами, чем молекулярный.
Озон способен из раствора йодистого калия выделять йод:
2Kl+2H 2 O+O 3 =I 2 +2KOH+O 2
Бумага, смоченная йодистым калием и крахмалом в воздухе, содержащем озон, синеет. Эта реакция используется для обнаружения озона.
В 1860 году ученые Эндрюс и Тэт экспериментально доказали при помощи стеклянной трубки с манометром, наполненной чистым кислородом, что при превращении кислорода в озон происходит уменьшение объема газа
Получение и применение озона
Получают озон при действии электрических разрядов на кислород в озонаторах.
Озон применяют для обеззараживания питьевой воды, для обезвреживания промышленных сточных вод, в медицине – в качестве дезинфицирующего средства. Также как и хлорирование, озонирование обладает обеззараживающим эффектом, но его плюсом является то, что при использовании озона в обработанной воде не образуется токсинов. Озон также эффективно борется с плесенью и бактериями.
Рис. 3. Озонирование.
При остром отравлении озон поражает органы дыхания, раздражает слизистые глаз, вызывает головную боль. Токсичность озона резко возрастает при одновременном воздействии оксидов азота.
Что мы узнали?
Озон – газ, который был обнаружен в конце XVIII века, а свое современное название получил только в середине XIX века. В отличие от кислорода этот газ имеет характерный запах и отличается светло-синим цветом.
Кислород (О) стоит в 1 периоде, VI группе, в главной подгруппе. р-элемент. Электронная конфигурация 1s2 2s22p4 . Число электронов на внешнем уровне – 6. Кислород может принять 2 электрона и в редких случаях отдать. Валентность кислорода 2, степень окисления -2.
Физические свойства: кислород ( О2) – бесцветный газ, без запаха и вкуса; в воде малорастворим, немного тяжелее воздуха. При -183 °C и 101,325 Па кислород сжижается, приобретая голубоватый цвет. Строение молекулы: молекула кислорода двухатомна, в обычных условиях прочная, обладает магнитными свойствами. Связь в молекуле ковалентная неполярная. Кислород имеет аллотропную модификацию – озон (О3) – более сильный окислитель, чем кислород.
Химические свойства: до завершения энергетического уровня кислороду нужно 2 электрона, которые он принимает проявляя степень окисления -2, но в соединении со фтором кислород ОF2 -2 и О2F2 -1. Благодаря химической активности кислород взаимодействует почти со всеми простыми веществами. С металлами образует оксиды и пероксиды:
Кислород не реагирует только с платиной. При повышенных и высоких температурах реагирует со многими неметаллами:
Непосредственно кислород не взаимодействует с галогенами. Кислород реагирует со многими сложными веществами:
Кислороду характерны реакции горения:
В кислороде горят многие органические вещества:
При окислении кислородом уксусного альдегида получают уксусную кислоту:
Получение: в лаборатории: 1) электролизом водного раствора щелочи: при этом на катоде выделяется водород, а на аноде – кислород; 2) разложением бертолетовой соли при нагревании: 2КСlО3?2КСl + 3О2?; 3) очень чистый кислород получают: 2КМnO4?К2МnO4 + МnО2 + О2?.
Нахождение в природе: кислород составляет 47,2 % массы земной коры. В свободном состоянии он содержится в атмосферном воздухе – 21 %. Входит в состав многих природных минералов, огромное его количество содержится в организмах растений и животных. Природный кислород состоит из 3 изотопов: О(16), О(17), О(18).
Применение: используется в химической, металлургической промышленности, в медицине.
24. Озон и его свойства
В твердом состоянии у кислорода зафиксировано три модификации: ?-, ?– и?– модификации. Озон ( О3) – одна из аллотропных модификаций кислорода. Строение молекулы: озон имеет нелинейное строение молекулы с углом между атомами 117°. Молекула озона обладает некоторой полярностью (несмотря на атомы одного рода, образующих молекулу озона), диамагнитна, так как не имеет неспаренных электронов.
Физические свойства: озон – синий газ, имеющий характерный запах; молекулярная масса = 48, температура плавления (твердого) = 192,7 °C, температура кипения = 111,9 °C. Жидкий и твердый озон взрывчат, токсичен, хорошо растворим в воде: при 0 °C в 100 объемах воды растворяется до 49 объемов озона.
Химические свойства: озон – сильный окислитель, он окисляет все металлы, в том числе золото – Au и платину – Pt (и металлы платиновой группы). Озон воздействует на блестящую серебряную пластинку, которая мгновенно покрывается черным пероксидом серебра – Аg2О2; бумага, смоченная скипидаром, воспламеняется, сернистые соединения металлов окисляются до солей серной кислоты; многие красящие вещества обесцвечиваются; разрушает органические вещества – при этом молекула озона отщепляет один атом кислорода, и озон превращается в обыкновенный кислород. Атакже большинство неметаллов, переводит низшие оксиды в высшие, а сульфиды их металлов – в их сульфаты:
Йодид калия озон окисляет до молекулярного йода:
Но с пероксидом водорода Н2О2 озон выступает в качестве восстановителя:
В химическом отношении молекулы озона неустойчивы – озон способен самопроизвольно распадаться на молекулярный кислород:
Получение: получают озон в озонаторах путем пропускания через кислород или воздух электрические искры. Образование озона из кислорода:
Озон может образовываться при окислении влажного фосфора, смолистых веществ. Определитель озона: чтобы опознать в воздухе наличие озона, необходимо в воздух погрузить бумажку, пропитанную раствором йодида калия и крахмальным клейстером – если бумажка приобрела синюю окраску, значит, в воздухе присутствует озон. Нахождение в природе: в атмосфере озон образуется во время электрических разрядов. Применение: будучи сильным окислителем озон уничтожает различного рода бактерии, поэтому широко применяется в целях очищения воды и дезинфекции воздуха, используется как белящее средство.