Frasen "ozonskikt", som blev känd på 70-talet. det senaste århundradet, har länge varit på spetsen. Samtidigt är det få som verkligen förstår vad detta koncept innebär och varför förstörelsen av ozonskiktet är farlig. Ett ännu större mysterium för många är ozonmolekylens struktur, och ändå är den direkt relaterad till problemen med ozonskiktet. Låt oss lära oss mer om ozon, dess struktur och industriella tillämpningar.
Vad är ozon
Ozon, eller, som det också kallas, aktivt syre, är en azurblå gas med en stickande metalllukt.
Detta ämne kan finnas i alla tre aggregationstillstånd: gasformigt, fast och flytande.
Samtidigt förekommer ozon i naturen endast i form av en gas som bildar det så kallade ozonskiktet. Det är på grund av sin azurblå färg som himlen ser blå ut.
Hur ser en ozonmolekyl ut
Ditt smeknamn är aktivtoxygen” ozon mottagits på grund av dess likhet med syre. Så det huvudsakliga aktiva kemiska elementet i dessa ämnen är syre (O). Men om en syremolekyl innehåller 2 av sina atomer, så består ozonmolekylen (formel - O3) av 3 atomer av detta grundämne.
På grund av denna struktur liknar ozon egenskaperna som syre, men mer uttalade. I synnerhet, som O2, är O3det starkaste oxidationsmedlet.
Den viktigaste skillnaden mellan dessa "relaterade" ämnen, som är avgörande för alla att komma ihåg, är följande: ozon kan inte andas, det är giftigt och, om det andas in, kan det skada lungorna eller till och med döda en person. Samtidigt är O3 perfekt för att rengöra luften från giftiga föroreningar. Förresten, det är just därför som det är så lätt att andas efter regn: ozon oxiderar skadliga ämnen som finns i luften, och det renas.
Modellen av ozonmolekylen (som består av 3 syreatomer) ser lite ut som en bild av en vinkel, och dess storlek är 117°. Denna molekyl har inga oparade elektroner och är därför diamagnetisk. Dessutom har den polaritet, även om den består av atomer av samma grundämne.
Två atomer i en given molekyl är fast bundna till varandra. Men kopplingen med den tredje är mindre tillförlitlig. Av denna anledning är ozonmolekylen (foto av modellen kan ses nedan) mycket ömtålig och strax efter bildandet bryts den ner. Som regel frigörs syre vid varje nedbrytningsreaktion O3.
På grund av ozonets instabilitet kan det inte producerasskörda och lagra, samt transportera, liksom andra ämnen. Av denna anledning är dess tillverkning dyrare än andra ämnen.
Samtidigt gör den höga aktiviteten hos molekylerna O3att detta ämne är det starkaste oxidationsmedlet, kraftfullare än syre och säkrare än klor.
Om en ozonmolekyl bryts ner och frigör O2, åtföljs denna reaktion alltid av frigöring av energi. Samtidigt, för att den omvända processen ska kunna ske (bildandet av O3 från O2), är det nödvändigt att spendera det inte mindre.
I gasform sönderfaller ozonmolekylen vid en temperatur på 70°C. Om den höjs till 100 grader eller mer kommer reaktionen att accelerera avsevärt. Närvaron av föroreningar påskyndar också sönderfallsperioden för ozonmolekyler.
O3-egenskaper
Oavsett vilket av de tre tillstånden ozon befinner sig i, behåller det sin blå färg. Ju hårdare ämnet är, desto rikare och mörkare är denna nyans.
Varje ozonmolekyl väger 48 g/mol. Det är tyngre än luft, vilket hjälper till att separera dessa ämnen.
O3 kan oxidera nästan alla metaller och icke-metaller (förutom guld, iridium och platina).
Detta ämne kan också delta i förbränningsreaktionen, men detta kräver en högre temperatur än för O2.
Ozon kan lösas upp i H2O och freoner. I flytande tillstånd kan det blandas med flytande syre, kväve, metan, argon,koltetraklorid och koldioxid.
Hur ozonmolekylen bildas
O3 molekyler bildas genom att fria syreatomer binds till syremolekyler. De uppstår i sin tur på grund av att andra molekyler splittras O2 på grund av påverkan på dem av elektriska urladdningar, ultravioletta strålar, snabba elektroner och andra högenergipartiklar. Av denna anledning kan den specifika lukten av ozon kännas nära gnistgivande elektriska apparater eller lampor som avger ultraviolett ljus.
I industriell skala är O3 isolerad med hjälp av elektriska ozongeneratorer eller ozonisatorer. I dessa enheter leds en elektrisk högspänningsström genom en gasström som innehåller O2, vars atomer fungerar som "byggmaterial" för ozon.
Ibland sprutas rent syre eller vanlig luft in i dessa maskiner. Kvaliteten på det resulterande ozonet beror på den ursprungliga produktens renhet. Så, medicinsk O3, avsedd för behandling av sår, extraheras endast från kemiskt ren O2.
Historia om upptäckten av ozon
Efter att ha listat ut hur ozonmolekylen ser ut och hur den bildas, är det värt att bekanta sig med detta ämnes historia.
Den syntetiserades först av den holländska forskaren Martin Van Marum under andra hälften av 1700-talet. Forskaren märkte att efter att ha passerat elektriska gnistor genom en behållare med luft, ändrade gasen i den dess egenskaper. Samtidigt förstod inte Van Marum att han hade isolerat molekylerna i en nysubstanser.
Men hans tyska kollega vid namn Sheinbein, som försökte bryta ner H2O till H och O2 med hjälp av elektricitet, märkte till utsläpp av ny gas med en stickande lukt. Efter mycket forskning beskrev forskaren ämnet han upptäckte och gav det namnet "ozon" för att hedra det grekiska ordet för "lukt".
Förmågan att döda svampar och bakterier, samt minska toxiciteten hos skadliga föreningar, som det öppna ämnet hade, intresserade många forskare. 17 år efter den officiella upptäckten av O3 designade Werner von Siemens den första apparaten för att syntetisera ozon i vilken mängd som helst. Och 39 år senare uppfann och patenterade den briljante Nikola Tesla världens första ozongenerator.
Det var den här enheten som först användes i Frankrike i reningsverk för dricksvatten efter två år. Sedan början av XX-talet. Europa börjar gå över till ozonering av dricksvatten för rening.
Det ryska imperiet använde denna teknik för första gången 1911, och efter 5 år utrustades nästan 4 dussin anläggningar för rening av dricksvatten med ozon i landet.
Idag ersätter ozonering av vatten gradvis klorering. Således renas 95 % av allt dricksvatten i Europa med O3. Denna teknik är också mycket populär i USA. I OSS är det fortfarande under utredning, för även om denna procedur är säkrare och bekvämare är den dyrare än klorering.
Ozonapplikationer
Förutom vattenrening har O3 ett antal andra användningsområden.
- Ozon används som blekmedel vid tillverkning av papper och textilier.
- Aktivt syre används för att desinficera viner, samt för att påskynda åldringsprocessen för konjak.
- Olika vegetabiliska oljor raffineras med O3.
- Mycket ofta används detta ämne för att bearbeta lättfördärvliga produkter, som kött, ägg, frukt och grönsaker. Denna procedur lämnar inga kemiska spår, som med klor eller formaldehyd, och produkterna kan lagras mycket längre.
- Ozon steriliserar medicinsk utrustning och kläder.
- Också renat O3 används för olika medicinska och kosmetiska ingrepp. I synnerhet med hjälp av tandvård desinficerar de munhålan och tandköttet och behandlar också olika sjukdomar (stomatit, herpes, oral candidiasis). I europeiska länder är O3 mycket populärt för sårdesinfektion.
- Under de senaste åren har bärbara hushållsapparater för att filtrera luft och vatten med ozon blivit mycket populära.
Ozonskikt – vad är det?
På ett avstånd av 15-35 km över jordens yta finns ozonskiktet, eller, som det också kallas, ozonosfären. På denna plats fungerar koncentrerad O3 som ett slags filter för skadlig solstrålning.
Var kommer en sådan mängd av ett ämne ifrån om dess molekyler är instabila? Det är inte svårt att svara på denna fråga om vi minns modellen för ozonmolekylen och metoden för dess bildande. Så syre, bestående av 2syremolekyler, som kommer in i stratosfären, värms upp där av solens strålar. Denna energi är tillräcklig för att dela O2 i atomer, av vilka O3 bildas. Samtidigt använder ozonskiktet inte bara en del av solenergin, utan filtrerar den också, absorberar farlig ultraviolett strålning.
Det sades ovan att ozon löses upp av freoner. Dessa gasformiga ämnen (används vid tillverkning av deodoranter, brandsläckare och kylskåp), när de väl släpps ut i atmosfären, påverkar ozon och bidrar till dess nedbrytning. Som ett resultat uppstår hål i ozonosfären genom vilka ofiltrerade solstrålar kommer in på planeten, vilket har en destruktiv effekt på levande organismer.
Efter att ha övervägt egenskaperna och strukturen hos ozonmolekyler kan vi dra slutsatsen att detta ämne, även om det är farligt, är mycket användbart för mänskligheten om det används på rätt sätt.
