عبارة "طبقة الأوزون" التي اشتهرت في السبعينيات. القرن الماضي ، منذ فترة طويلة على حافة الهاوية. في الوقت نفسه ، قلة من الناس يفهمون حقًا معنى هذا المفهوم ولماذا يعد تدمير طبقة الأوزون أمرًا خطيرًا. اللغز الأكبر بالنسبة للكثيرين هو بنية جزيء الأوزون ، ومع ذلك فهو مرتبط ارتباطًا مباشرًا بمشاكل طبقة الأوزون. دعنا نتعلم المزيد عن الأوزون وهيكله وتطبيقاته الصناعية.

ما هو الأوزون

الأوزون ، أو ، كما يُطلق عليه أيضًا ، الأكسجين النشط ، هو غاز أزرق سماوي ذو رائحة معدنية نفاذة.

يمكن أن توجد هذه المادة في جميع حالات التجميع الثلاث: الغازية والصلبة والسائلة.

في الوقت نفسه ، يحدث الأوزون في الطبيعة فقط على شكل غاز ، مكونًا ما يسمى بطبقة الأوزون. تظهر السماء زرقاء اللون بسبب لونها اللازوردي.

كيف يبدو جزيء الأوزون؟

حصل الأوزون على لقب "الأكسجين النشط" بسبب تشابهه مع الأكسجين. لذا فإن التمثيل الرئيسي عنصر كيميائيفي هذه المواد الأكسجين (O). ومع ذلك ، إذا كان جزيء الأكسجين يحتوي على 2 من ذراته ، فإن الجزيء - O 3) يتكون من 3 ذرات من هذا العنصر.

بسبب هذا الهيكل ، فإن خصائص الأوزون تشبه خصائص الأكسجين ، ولكنها أكثر وضوحًا. على وجه الخصوص ، مثل O 2 ، O 3 هو أقوى عامل مؤكسد.

والفرق الأكثر أهمية بين هذه المواد "ذات الصلة" ، وهو أمر حيوي يجب أن يتذكره الجميع ، هو ما يلي: لا يمكن استنشاق الأوزون ، وهو سام ، وفي حالة استنشاقه ، يمكن أن يتلف الرئتين أو حتى يقتل شخصًا. في نفس الوقت ، O 3 مثالي لتنظيف الهواء من الشوائب السامة. بالمناسبة ، هذا هو السبب في أنه من السهل جدًا التنفس بعد المطر: الأوزون يؤكسد المواد الضارة الموجودة في الهواء ، ويتم تنقيته.

نموذج جزيء الأوزون (المكون من 3 ذرات أكسجين) يشبه إلى حد ما صورة زاوية ، وحجمها 117 درجة. لا يحتوي هذا الجزيء على إلكترونات غير متزاوجة ، وبالتالي فهو غير مغناطيسي. بالإضافة إلى ذلك ، لها قطبية ، على الرغم من أنها تتكون من ذرات عنصر واحد.

ترتبط ذرتان من جزيء معين ارتباطًا وثيقًا ببعضهما البعض. لكن الاتصال بالثالث أقل موثوقية. لهذا السبب ، يكون جزيء الأوزون (يمكن رؤية صورة النموذج أدناه) هشًا للغاية وبعد فترة وجيزة يتحلل. كقاعدة عامة ، في أي تفاعل لتحلل O 3 ، يتم إطلاق الأكسجين.

بسبب عدم استقرار الأوزون ، لا يمكن حصاده أو تخزينه أو نقله مثل المواد الأخرى. لهذا السبب ، فإن إنتاجه أغلى من المواد الأخرى.

في الوقت نفسه ، يسمح النشاط العالي لجزيئات O 3 لهذه المادة بأن تكون أقوى عامل مؤكسد ، أقوى من الأكسجين ، وأكثر أمانًا من الكلور.

إذا تم تدمير جزيء الأوزون وتحرر O 2 ، فإن هذا التفاعل يكون دائمًا مصحوبًا بإطلاق الطاقة. في الوقت نفسه ، لكي تحدث العملية العكسية (تكوين O 3 من O 2) ، من الضروري إنفاقها على الأقل.

في الحالة الغازية ، يتحلل جزيء الأوزون عند درجة حرارة 70 درجة مئوية. إذا تم رفعه إلى 100 درجة أو أكثر ، فسوف يتسارع التفاعل بشكل كبير. يؤدي وجود الشوائب أيضًا إلى تسريع فترة تحلل جزيئات الأوزون.

خصائص O3

أيًا كانت الحالات الثلاث التي يوجد فيها الأوزون ، فإنه يحتفظ بلونه الأزرق. كلما كانت المادة أكثر صلابة ، كان هذا الظل أكثر ثراءً وأكثر قتامة.

يزن كل جزيء أوزون 48 جم / مول. إنه أثقل من الهواء مما يساعد على فصل هذه المواد عن بعضها البعض.

O 3 قادر على أكسدة جميع المعادن وغير المعدنية تقريبًا (باستثناء الذهب والإيريديوم والبلاتين).

أيضًا ، يمكن لهذه المادة أن تشارك في تفاعل الاحتراق ، لكن هذا يتطلب المزيد حرارةمن O 2.

الأوزون قادر على الذوبان في H 2 O والفريونات. في حالته السائلة ، يمكن مزجه مع الأكسجين السائل والنيتروجين والميثان والأرجون ورابع كلوريد الكربون وثاني أكسيد الكربون.

كيف يتكون جزيء الأوزون؟

تتشكل جزيئات O 3 عن طريق ربط ذرات الأكسجين الحرة بجزيئات الأكسجين. وهي ، بدورها ، تظهر بسبب انقسام جزيئات O 2 الأخرى بسبب تأثير التفريغ الكهربائي والأشعة فوق البنفسجية والإلكترونات السريعة والجسيمات الأخرى عالية الطاقة عليها. لهذا السبب ، يمكن الشعور برائحة الأوزون المحددة بالقرب من الأجهزة الكهربائية أو المصابيح التي تنبعث منها الأشعة فوق البنفسجية.

على المستوى الصناعي ، يتم عزل O 3 باستخدام الكهرباء أو أجهزة الأوزون. في هذه الأجهزة ، يتم تمرير تيار كهربائي عالي الجهد عبر تيار غاز يوجد فيه O 2 ، والذي تعمل ذراته كـ " مواد بناء»للأوزون.

في بعض الأحيان يتم تشغيل الأكسجين النقي أو الهواء العادي في هذه الأجهزة. تعتمد جودة الأوزون الناتج على نقاء المنتج الأولي. لذلك ، فإن O 3 الطبي ، المخصص لعلاج الجروح ، يتم استخراجه فقط من O 2 النقي كيميائياً.

تاريخ اكتشاف الأوزون

بعد معرفة شكل جزيء الأوزون وكيفية تكوينه ، يجدر التعرف على تاريخ هذه المادة.

تم تصنيعه لأول مرة من قبل الباحث الهولندي مارتن فان ماروم في النصف الثاني من القرن الثامن عشر. لاحظ العالم أنه بعد تمرير الشرر الكهربائي في وعاء به هواء ، تغير الغاز الموجود فيه خصائصه. في الوقت نفسه ، لم يفهم فان ماروم أنه عزل جزيئات مادة جديدة.

لكن زميله الألماني المسمى Sheinbein ، في محاولة لتحلل H 2 O إلى H و O 2 بمساعدة الكهرباء ، لفت الانتباه إلى إطلاق غاز جديد برائحة نفاذة. بعد الكثير من البحث ، وصف العالم المادة التي اكتشفها وأطلق عليها اسم "الأوزون" تكريما لها كلمة اليونانية"يشم".

اهتم كثير من العلماء بالقدرة على قتل الفطريات والبكتيريا ، وكذلك تقليل سمية المركبات الضارة التي تمتلكها المادة المفتوحة. بعد 17 عامًا من الاكتشاف الرسمي لـ O 3 ، صمم Werner von Siemens أول جهاز يجعل من الممكن تصنيع الأوزون بأي كمية. وبعد 39 عامًا ، اخترع نيكولا تيسلا اللامع وحصل على براءة اختراع أول مولد أوزون في العالم.

كان هذا الجهاز هو الذي تم استخدامه لأول مرة في فرنسا منذ عامين في مرافق العلاج لـ يشرب الماء. منذ بداية القرن العشرين. بدأت أوروبا في التحول إلى معالجة مياه الشرب بالأوزون لتنقيتها.

استخدمت الإمبراطورية الروسية هذه التقنية لأول مرة في عام 1911 ، وبعد 5 سنوات ، تم تجهيز ما يقرب من 4 دزينة من المنشآت لتنقية مياه الشرب باستخدام الأوزون في البلاد.

اليوم ، تحل عملية معالجة المياه بالأوزون تدريجياً محل الكلورة. وبالتالي ، فإن 95٪ من مياه الشرب في أوروبا يتم معالجتها بـ O 3. تحظى هذه التقنية أيضًا بشعبية كبيرة في الولايات المتحدة الأمريكية. في رابطة الدول المستقلة ، لا يزال قيد الدراسة لأنه على الرغم من أن الإجراء أكثر أمانًا وملاءمة ، إلا أنه أغلى من الكلورة.

تطبيقات الأوزون

بالإضافة إلى تنقية المياه ، O 3 لديها عدد من التطبيقات الأخرى.

• يستخدم الأوزون كمبيض في صناعة الورق والمنسوجات.
• يستخدم الأكسجين النشط لتطهير النبيذ ، وكذلك لتسريع عملية شيخوخة الكونياك.
• بمساعدة O 3 ، يتم تكرير الزيوت النباتية المختلفة.
• في كثير من الأحيان ، تُستخدم هذه المادة لمعالجة المنتجات القابلة للتلف ، مثل اللحوم والبيض والفواكه والخضروات. لا يترك هذا الإجراء آثارًا كيميائية ، كما هو الحال مع استخدام الكلور أو الفورمالديهايد ، ويمكن تخزين المنتجات لفترة أطول.
• يقوم الأوزون بتعقيم المعدات والملابس الطبية.
• أيضا ، O 3 المنقى يستخدم في العديد من المجالات الطبية و إجراءات التجميل. على وجه الخصوص ، بمساعدتها في طب الأسنان ، يقومون بتطهير تجويف الفم واللثة ، وكذلك علاج الأمراض المختلفة (التهاب الفم ، والهربس ، وداء المبيضات الفموي). في البلدان الأوروبية ، O 3 يحظى بشعبية كبيرة لتطهير الجروح.
• في السنوات الاخيرةتكتسب الأجهزة المنزلية المحمولة لتصفية الهواء والماء باستخدام الأوزون شعبية هائلة.

طبقة الأوزون - ما هي؟

على مسافة 15-35 كم فوق سطح الأرض توجد طبقة الأوزون ، أو كما يطلق عليها أيضًا طبقة الأوزون. في هذا المكان ، يعمل O 3 المركز كنوع من مرشح للإشعاع الشمسي الضار.

من أين تأتي هذه الكمية من مادة ما إذا كانت جزيئاتها غير مستقرة؟ ليس من الصعب الإجابة على هذا السؤال إذا تذكرنا نموذج جزيء الأوزون وطريقة تكوينه. لذلك ، يتم تسخين الأكسجين ، الذي يتكون من جزيئي أكسجين ، الذي يدخل طبقة الستراتوسفير ، بواسطة أشعة الشمس. هذه الطاقة كافية لتقسيم O 2 إلى ذرات يتشكل منها O 3. في الوقت نفسه ، لا تستخدم طبقة الأوزون جزءًا من الطاقة الشمسية فحسب ، بل تعمل أيضًا على ترشيحها ، وتمتص الأشعة فوق البنفسجية الخطيرة.

قيل أعلاه أن الأوزون يذوب بواسطة الفريونات. هذه المواد الغازية (المستخدمة في صناعة مزيلات العرق وطفايات الحريق والثلاجات) ، بمجرد إطلاقها في الغلاف الجوي ، تؤثر على طبقة الأوزون وتساهم في تحللها. نتيجة لذلك ، تظهر ثقوب في طبقة الأوزون تدخل من خلالها الأشعة الشمسية غير المفلترة إلى الكوكب ، والتي لها تأثير مدمر على الكائنات الحية.

بعد النظر في سمات وبنية جزيئات الأوزون ، يمكننا أن نستنتج أن هذه المادة ، على الرغم من خطورتها ، مفيدة جدًا للبشرية إذا تم استخدامها بشكل صحيح.

مقدمة

الأوزون مادة بسيطة ، تعديل متآصل للأكسجين. على عكس الأكسجين ، يتكون جزيء الأوزون من ثلاث ذرات. في الظروف العادية ، هو غاز متفجر ذو رائحة حادة من اللون الأزرق، ولها خصائص مؤكسدة قوية.

يعد الأوزون مكونًا دائمًا من مكونات الغلاف الجوي للأرض ويلعب دورًا أساسيًا في الحفاظ على الحياة عليه. في الطبقات السطحية للغلاف الجوي للأرض ، يزداد تركيز الأوزون بشكل حاد. الحالة العامة للأوزون في الغلاف الجوي متغيرة وتتقلب مع المواسم. يلعب الأوزون الجوي دورًا رئيسيًا في الحفاظ على الحياة على الأرض. إنه يحمي الأرض من الآثار الضارة لدور معين للإشعاع الشمسي ، وبالتالي يساهم في الحفاظ على الحياة على الكوكب.

وبالتالي ، من الضروري معرفة التأثيرات التي يمكن أن يحدثها الأوزون على الأنسجة البيولوجية.

الخصائص العامة للأوزون

الأوزون هو تعديل متآصل للأكسجين يتكون من جزيئات O 3 ثلاثية الذرات. جزيءه غير مغناطيسي وله شكل زاوي. الرابطة في الجزيء غير محددة ، ثلاثة مراكز.

أرز. 1 هيكل الأوزون

كلاهما اتصالات س-سفي جزيء الأوزون له نفس الطول 1.272 أنجستروم. الزاوية بين السندات 116.78 درجة. ذرة أكسجين مركزية ص² مهجن ، وله زوج واحد من الإلكترونات. الجزيء قطبي ، والعزم ثنائي القطب 0.5337 د.

تحدد طبيعة الروابط الكيميائية في الأوزون عدم استقراره (بعد فترة زمنية معينة ، يتحول الأوزون تلقائيًا إلى أكسجين: 2O3 -> 3O2) وقدرة أكسدة عالية (الأوزون قادر على عدد من التفاعلات التي لا يدخل فيها الأكسجين الجزيئي). يرتبط التأثير المؤكسد للأوزون على المواد العضوية بتكوين الجذور: RH + O3 RO2 + OH

تبدأ هذه الجذور تفاعلات جذرية متسلسلة مع جزيئات عضوية حيوية (دهون ، بروتينات ، أحماض نووية) ، مما يؤدي إلى موت الخلايا. يعتمد استخدام الأوزون في تعقيم مياه الشرب على قدرته على قتل الجراثيم. الأوزون ليس غير مبال بالكائنات الحية الأعلى أيضًا. يمكن أن يؤدي التعرض المطول لجو يحتوي على الأوزون (على سبيل المثال ، العلاج الطبيعي وغرف تشعيع الكوارتز) إلى ضعف شديد. الجهاز العصبي. لذلك ، يعتبر الأوزون بجرعات كبيرة من الغازات السامة. أقصى تركيز مسموح به في هواء منطقة العمل هو 0.0001 مجم / لتر. يحدث تلوث الهواء بالأوزون أثناء تعريض الماء للأوزون ، بسبب انخفاض قابليته للذوبان.

تاريخ الاكتشاف.

تم اكتشاف الأوزون لأول مرة في عام 1785 من قبل الفيزيائي الهولندي M. van Marum من خلال الرائحة المميزة والخصائص المؤكسدة التي يكتسبها الهواء بعد مرور شرارات كهربائية من خلاله ، وكذلك من خلال قدرته على العمل على الزئبق في درجة الحرارة العادية ، ونتيجة لذلك يفقد بريقه ويبدأ في الالتصاق بالزجاج. ومع ذلك ، لم يتم وصفها بأنها مادة جديدة ؛ فقد اعتقد فان ماروم أنه تم تكوين "مادة كهربائية" خاصة.

شرط الأوزوناقترحه الكيميائي الألماني X. F. Schönbein في عام 1840 لرائحته ، ودخل القواميس في أواخر التاسع عشرقرن. أعطت العديد من المصادر الأولوية لاكتشاف الأوزون في عام 1839 له. في عام 1840 أظهر شونباين قدرة الأوزون على إزاحة اليود من يوديد البوتاسيوم:

تم إثبات حقيقة انخفاض حجم الغاز أثناء تحويل الأكسجين إلى أوزون بشكل تجريبي بواسطة Andrews و Tet باستخدام أنبوب زجاجي مع مقياس ضغط مملوء بالأكسجين النقي ، مع أسلاك بلاتينية ملحومة فيه لإنتاج تفريغ كهربائي.

الخصائص الفيزيائية.

الأوزون هو غاز أزرق يمكن رؤيته عند رؤيته من خلال طبقة كبيرة يصل سمكها إلى متر واحد من الأكسجين المعالج بالأوزون. في الحالة الصلبة ، يكون الأوزون أسودًا مع صبغة بنفسجية. الأوزون السائل له لون أزرق غامق. شفاف بطبقة لا تزيد عن 2 مم. سماكة؛ دائم جدا.

ملكيات:

§ الوزن الجزيئي - 48 صباحًا.

§ كثافة الغاز في الظروف الطبيعية- 2.1445 جم / dm³. الكثافة النسبية للغاز للأكسجين 1.5 ؛ عن طريق الجو - 1.62

§ كثافة السائل عند −183 درجة مئوية - 1.71 جم / سم مكعب

§ نقطة الغليان - -111.9 درجة مئوية. (الأوزون السائل لديه 106 درجة مئوية).

§ نقطة الانصهار - -197.2 ± 0.2 درجة مئوية (عادةً ما تكون درجة الحرارة -251.4 درجة مئوية خاطئة ، لأن تحديدها لم يأخذ في الاعتبار القدرة الكبيرة للأوزون على التبريد الفائق).

§ القابلية للذوبان في الماء عند 0 درجة مئوية - 0.394 كجم / م 3 (0.494 لتر / كجم) ، وهي أعلى 10 مرات مقارنة بالأكسجين.

§ في الحالة الغازية ، يكون الأوزون غير مغناطيسي ، وفي الحالة السائلة يكون مغناطيسيًا ضعيفًا.

§ الرائحة حادة ومحددة "معدنية" (حسب Mendeleev - "رائحة جراد البحر"). بتركيزات عالية ، تنبعث منه رائحة الكلور. يمكن ملاحظة الرائحة حتى عند التخفيف بنسبة 1: 100000.

الخواص الكيميائية.

الخواص الكيميائيةيتم تحديد الأوزون من خلال قدرته الكبيرة على الأكسدة.

جزيء O 3 غير مستقر ، وبتركيزات كافية في الهواء في ظل الظروف العادية ، يتحول تلقائيًا إلى O 2 في بضع عشرات من الدقائق مع إطلاق الحرارة. تؤدي الزيادة في درجة الحرارة وانخفاض الضغط إلى زيادة معدل الانتقال إلى الحالة ثنائية الذرة. في التركيزات العالية ، يمكن أن يكون الانتقال متفجرًا.

ملكيات:

§ أكسدة المعادن

§ أكسدة اللافلزات

§ التفاعل مع الأكاسيد

§ احتراق

§ تكوين الأوزون

طرق الحصول على الأوزون

يتكون الأوزون في العديد من العمليات المصحوبة بإطلاق الأكسجين الذري ، على سبيل المثال ، أثناء تحلل البيروكسيدات ، وأكسدة الفوسفور ، وما إلى ذلك. في الصناعة ، يتم الحصول عليه من الهواء أو الأكسجين في أجهزة الأوزون بفعل التفريغ الكهربائي. يسيل O3 بسهولة أكبر من O2 وبالتالي يسهل فصله. يتم الحصول على الأوزون للعلاج بالأوزون في الطب فقط من الأكسجين النقي. عندما يتم تشعيع الهواء بالأشعة فوق البنفسجية ، يتشكل الأوزون. تحدث نفس العملية في الطبقات العليا من الغلاف الجوي ، حيث تتشكل طبقة الأوزون ويتم الحفاظ عليها تحت تأثير الإشعاع الشمسي.

الأوزون هي كلمة من أصل يوناني ، والتي تعني في الترجمة "الرائحة". ما هو الاوزون؟ أوزون O3 هو في جوهره غاز أزرق له رائحة مميزة مرتبطة برائحة الهواء بعد العاصفة الرعدية. شعرت خاصة بالقرب من المصادر التيار الكهربائي.

تاريخ اكتشاف الأوزون من قبل العلماء

ما هو الاوزون؟ كيف تم فتحه؟ في عام 1785 ، أجرى الفيزيائي الهولندي مارتن فان ماروم عدة تجارب تهدف إلى دراسة تأثير التيار الكهربائي على الأكسجين. وفقًا للنتائج التي توصلوا إليها ، قام العالم بالتحقيق في ظهور "مادة كهربائية" معينة. استمر في العمل في هذا الاتجاه ، في عام 1850 تمكن من تحديد قدرة الأوزون على التفاعل مع المركبات العضوية وخصائصها كعامل مؤكسد.

تم استخدام خصائص تطهير الأوزون لأول مرة في عام 1898 في فرنسا. في مدينة Bon Voyage ، تم بناء مصنع لتطهير وتطهير المياه من نهر Vasyubi. في روسيا ، تم إطلاق أول مصنع للأوزون في سان بطرسبرج في عام 1911.

تم استخدام الأوزون على نطاق واسع خلال الحرب العالمية الأولى كمطهر. تم استخدام خليط الأوزون والأكسجين لعلاج الأمراض المعوية والالتهاب الرئوي والتهاب الكبد ، وتم استخدامه للآفات المعدية بعد الجراحة. بدأ نشاط الأوزون بشكل خاص في عام 1980 ، وكان الدافع وراء ذلك هو ظهور منتجات موثوقة وموفرة للطاقة في السوق حاليًا ، يستخدم الأوزون لتنقية حوالي 95 ٪ من المياه في الولايات المتحدة وفي جميع أنحاء أوروبا.

تكنولوجيا توليد الأوزون

ما هو الاوزون؟ كيف تتشكل؟ في البيئة الطبيعية ، يوجد الأوزون في الغلاف الجوي للأرض على ارتفاع 25 كم. في الواقع ، إنه غاز يتكون نتيجة الأشعة فوق البنفسجية القادمة من الشمس. على السطح ، تشكل طبقة بسماكة 19-35 كم ، والتي تحمي الأرض من تغلغل الإشعاع الشمسي. وفقًا لتفسير الكيميائيين ، فإن الأوزون هو الأكسجين النشط (مركب من ثلاث ذرات أكسجين). في الحالة الغازية ، تكون زرقاء ، وفي الحالة السائلة لها صبغة نيلية ، وفي الحالة الصلبة تكون بلورات زرقاء داكنة. O3 هي صيغتها الجزيئية.

ما هو ضرر الأوزون؟ إنه ينتمي إلى أعلى فئة من المخاطر - إنه غاز سام للغاية ، تُعادل سُميته فئة عوامل الحرب الكيميائية. سبب ظهوره هو التصريفات الكهربائية في الغلاف الجوي (3O2 = 2O3). في الطبيعة ، يمكنك الشعور به بعد ومضات البرق القوية. يتفاعل الأوزون بشكل جيد مع المركبات الأخرى ويعتبر أحد أسباب استخدامه لقتل البكتيريا والفيروسات والكائنات الدقيقة لتنقية الماء والهواء.

التأثير السلبي للأوزون

ماذا يفعل الأوزون؟ السمة المميزة لهذا الغاز هي القدرة على التفاعل بسرعة مع المواد الأخرى. إذا كان هناك فائض في المؤشرات المعيارية في الطبيعة ، فيمكن أن تحدث المواد والأمراض الخطرة نتيجة لتفاعلها مع الأنسجة البشرية. الأوزون عامل مؤكسد قوي ، عند التفاعل معه يتم تدمير ما يلي بسرعة:

• المطاط الطبيعي؛
• معادن غير الذهب والبلاتين والإيريديوم ؛
• الأجهزة؛
• إلكترونيات.

عند وجود تركيزات عالية من الأوزون في الهواء ، يحدث تدهور في صحة الإنسان ورفاهه ، ولا سيما:

• الغشاء المخاطي للعين متهيج.
• تعطل عمل الجهاز التنفسي ، مما يؤدي إلى شلل الرئتين ؛
• هناك تعب عام في الجسم.
• يظهر الصداع.
• ردود الفعل التحسسية المحتملة
• حرق في الحلق والغثيان.
• يحدث التأثير السلبيللجهاز العصبي.

خصائص مفيدة للأوزون

هل الأوزون ينقي الهواء؟ نعم ، بالرغم من أن غازه مفيد جدًا للإنسان. في التركيزات الصغيرة ، لوحظ بخصائصه الممتازة في التطهير وإزالة الروائح الكريهة. على وجه الخصوص ، له تأثير ضار على الكائنات الحية الدقيقة الضارة ويسبب تدميرها:

• الفيروسات.
• أنواع مختلفة من الميكروبات.
• بكتيريا؛
• الفطريات.
• الكائنات الدقيقة.

في أغلب الأحيان ، يتم استخدام الأوزون أثناء انتشار وباء الأنفلونزا وتفشي الأمراض المعدية الخطيرة. بمساعدتها ، يتم تنقية الماء من أنواع مختلفة من الشوائب ومركبات الحديد ، مع إثرائه بالأكسجين والمعادن.

معلومات مثيرة للاهتمام حول الأوزون ونطاقه

خصائص مطهرة ممتازة ولا آثار جانبيةأدى إلى ظهور الطلب على الأوزون وانتشار استخدامه في مختلف قطاعات الاقتصاد. اليوم ، يتم استخدام الأوزون بنجاح من أجل:

• تلبية احتياجات صناعة الأدوية ؛
• تنقية المياه في أحواض السمك ومزارع الأسماك ؛
• تطهير حمام السباحة
• أهداف طبية؛
• إجراءات التجميل.

في الصناعة الطبية ، يتم استخدام الأوزون للقرحة والحروق والأكزيما ودوالي الأوردة والجروح والأمراض الجلدية. في مستحضرات التجميل ، يستخدم الأوزون لمكافحة شيخوخة الجلد والسيلوليت والوزن الزائد.

تأثير الأوزون على النشاط الحيوي للكائنات الحية

ما هو الاوزون؟ كيف تؤثر على الحياة على الأرض؟ وفقًا للعلماء ، يوجد 10٪ من الأوزون في طبقة التروبوسفير. هذا الأوزون هو جزء لا يتجزأ من الضباب الدخاني ويعمل كمادة ملوثة. إنه يؤثر سلبًا على أعضاء الجهاز التنفسي للإنسان والحيوان ويبطئ نمو النباتات. ومع ذلك ، فإن مقدارها صغير جدًا لتؤذي الصحة بشكل كبير. جزء كبير من الأوزون الضار في تكوين الضباب الدخاني هو نتاج عمل السيارات ومحطات الطاقة.

يوجد الكثير من الأوزون (حوالي 90٪) في الستراتوسفير. يمتص هذا الإشعاع فوق البنفسجي الضار بيولوجيًا من الشمس ، وبالتالي يحمي الناس والنباتات والحيوانات من العواقب السلبية.

في عام 1785 ، لفت الفيزيائي الهولندي فان ماروم ، أثناء إجراء تجارب على الكهرباء ، الانتباه إلى الرائحة أثناء تكوّن الشرر في آلة كهربائية وإلى قدرة الهواء المؤكسدة بعد تمرير شرارات كهربائية عبره.

في عام 1840 ، حاول العالم الألماني Sheinbein ، المنخرط في التحليل المائي للماء ، تحللها إلى أكسجين وهيدروجين باستخدام قوس كهربائي. ثم اكتشف بعد ذلك أن غازًا جديدًا ، غير معروف حتى الآن للعلم ، قد تم تشكيله برائحة معينة. أطلق Sheinbein اسم "أوزون" على الغاز بسبب رائحته المميزة ، وهو مشتق من الكلمة اليونانية "osien" ، والتي تعني "رائحة".

في عام 1857 ، بمساعدة "الأنبوب المثالي للحث المغناطيسي" الذي ابتكره Werner von Siemens ، تم بناء أول تركيب تقني للأوزون. في عام 1901 ، قامت شركة Siemens ببناء أول محطة لتوليد الطاقة الكهرومائية مع مولد الأوزون في Wiesband.

تاريخياً ، بدأ استخدام الأوزون بالتركيبات الخاصة بإعداد مياه الشرب ، عندما تم اختبار أول مصنع تجريبي في عام 1898 في مدينة سان مور (فرنسا). بالفعل في عام 1907 ، تم بناء أول مصنع للأوزون المائي في مدينة بون فوياج (فرنسا) ، لتلبية احتياجات مدينة نيس. في عام 1911 ، تم تشغيل محطة الأوزون لمياه الشرب في سانت بطرسبرغ (وهي لا تعمل حاليًا). في عام 1916 ، كان هناك بالفعل 49 منشأة لأوزون مياه الشرب.

بحلول عام 1977 ، كان أكثر من 1000 منشأة قيد التشغيل في جميع أنحاء العالم. أصبح الأوزون منتشرًا على نطاق واسع فقط في الثلاثين عامًا الماضية ، وذلك بفضل ظهور أجهزة موثوقة ومضغوطة لتركيبها - أجهزة توليد الأوزون (مولدات الأوزون).

حاليًا ، يتم معالجة 95٪ من مياه الشرب في أوروبا بالأوزون. الولايات المتحدة في طريقها للتحول من المعالجة بالكلور إلى المعالجة بالأوزون. هناك عدة محطات كبيرة في روسيا (في موسكو ونيجني نوفغورود ومدن أخرى).

2. الأوزون وخصائصه

آلية التكوين والصيغة الجزيئية للأوزون

من المعروف أن جزيء الأكسجين يتكون من ذرتين: O2. في ظل ظروف معينة ، يمكن أن ينفصل جزيء الأكسجين ، أي تنقسم إلى ذرتين منفصلتين. في الطبيعة ، يتم إنشاء هذه الظروف أثناء عاصفة رعدية أثناء تصريف كهرباء الغلاف الجوي ، وفي الغلاف الجوي العلوي ، تحت تأثير الأشعة فوق البنفسجية من الشمس (طبقة الأوزون للأرض). آلية التكوين والصيغة الجزيئية للأوزون. ومع ذلك ، لا يمكن أن توجد ذرة الأكسجين بشكل منفصل وتميل إلى إعادة التجمع. في سياق إعادة الترتيب هذه ، تتشكل جزيئات ثلاثية الذرات.

جزيء الأوزون جزيء يتكون من 3 ذرات أكسجين ، يسمى الأوزون أو الأكسجين المنشط ، هو تعديل متآصل للأكسجين وله الصيغة الجزيئية O3 (د = 1.28 أ ، ف = 116.5 درجة).

وتجدر الإشارة إلى أن رابطة الذرة الثالثة في جزيء الأوزون ضعيفة نسبيًا ، مما يتسبب في عدم استقرار الجزيء ككل وميله إلى الانحلال الذاتي.

خصائص الأوزون

الأوزون O3 هو غاز مزرق ذو رائحة نفاذة مميزة ، الوزن الجزيئي 48 جم / مول ؛ الكثافة النسبية للهواء 1.657 (الأوزون أثقل من الهواء) ؛ الكثافة عند 0 درجة مئوية والضغط 0.1 ميجا باسكال 2.143 كجم / م 3. الحصول على الأوزون

في التركيزات المنخفضة عند مستوى 0.01-0.02 ملغم / م 3 (أقل بخمس مرات من التركيز الأقصى المسموح به للإنسان) ، يمنح الأوزون الهواء رائحة نضارة ونقاء مميزة. لذلك ، على سبيل المثال ، بعد العاصفة الرعدية ، ترتبط الرائحة الرقيقة للأوزون دائمًا بالهواء النقي.

كما ذكر أعلاه ، فإن جزيء الأوزون غير مستقر وله خاصية الاضمحلال الذاتي. وبسبب هذه الخاصية ، يعد الأوزون عامل مؤكسد قوي ومطهر فعال بشكل استثنائي.

إمكانية أكسدة الأوزون

مقياس فعالية المؤكسد هو جهده الكهروكيميائي (الأكسدة) ، معبراً عنه بالفولت. فيما يلي قيم الإمكانات الكهروكيميائية للعديد من العوامل المؤكسدة مقارنة بالأوزون:

يوضح الجدول أن الأوزون هو الأقوى بين جميع المؤكسدات المستخدمة في معالجة المياه.

التطبيق في الموقع

يستلزم عدم استقرار الأوزون استخدامه مباشرة في مكان الإنتاج. لا يخضع الأوزون للتعبئة والتخزين والنقل.

ذوبان الأوزون في الماء

وفقًا لقانون هنري ، يزداد تركيز الأوزون في الماء مع زيادة تركيز الأوزون في الطور الغازي الممزوج بالماء. بالإضافة إلى ذلك ، كلما ارتفعت درجة حرارة الماء ، انخفض تركيز الأوزون في الماء.

إن قابلية ذوبان الأوزون في الماء أعلى من ذوبان الأكسجين ، ولكنها أقل من ذوبان الكلور بمقدار 12 مرة. إذا أخذنا في الاعتبار الأوزون بنسبة 100٪ ، فإن تركيزه المحدد في الماء هو 570 مجم / لتر عند درجة حرارة الماء 20 درجة مئوية. يصل تركيز الأوزون في الغاز عند مخرجات مصانع الأوزون الحديثة إلى 14٪ من حيث الوزن. فيما يلي اعتماد تركيز الأوزون المذاب في الماء المقطر على تركيز الأوزون في الغاز ودرجة حرارة الماء.

التحلل الذاتي للأوزون في الماء والهواء

يتم تقدير معدل تحلل الأوزون في الهواء أو الماء باستخدام نصف العمر ، أي الوقت الذي يستغرقه تركيز الأوزون لينخفض ​​إلى النصف.

التحلل الذاتي للأوزون في الماء (الرقم الهيدروجيني 7)

التحلل الذاتي للأوزون في الهواء

يمكن أن نرى من الجداول أن المحاليل المائية للأوزون أقل استقرارًا من الأوزون الغازي. تم إعطاء بيانات عن اضمحلال الأوزون في الماء ماء نظيفلا تحتوي على شوائب مذابة أو معلقة. يزداد معدل تسوس الأوزون في الماء عدة مرات في الحالات التالية:

1. في وجود شوائب في الماء ، يتأكسد بالأوزون (الطلب الكيميائي للماء في الأوزون)
2. مع زيادة عكارة الماء بسبب عند السطح البيني بين الجزيئات والماء ، تتقدم تفاعلات التحلل الذاتي للأوزون بشكل أسرع (تحفيز)
3. عند تعرضها لإشعاع الماء فوق البنفسجي

3. طرق إنتاج الأوزون

حاليًا ، يتم استخدام طريقتين لتوليد الأوزون على نطاق واسع:

* الأشعة فوق البنفسجية

* تحت تأثير التفريغ الهادئ (أي منتشر ، بدون تكوين شرارات) من نوع الهالة

1. تشعيع الأشعة فوق البنفسجية

يمكن أن يتكون الأوزون بالقرب من مصابيح الأشعة فوق البنفسجية ، ولكن بتركيزات صغيرة فقط (0.1٪ من الوزن).

2. تفريغ كورونا

بنفس الطريقة التي ينتج بها الأوزون عن طريق التفريغ الكهربائي أثناء العواصف الرعدية ، عدد كبير منيتم إنتاج الأوزون في مولدات الأوزون الكهربائية الحديثة. هذه الطريقة تسمى تفريغ الاكليل. يتم تمرير جهد عالي عبر تيار غاز يحتوي على أكسجين. تقسم طاقة الجهد العالي جزيء الأكسجين O2 إلى ذرات 2 O ، والتي تتحد مع جزيء O2 وتشكل O3 أوزون.

يمكن استبدال الأكسجين النقي الذي يدخل إلى مولد الأوزون بهواء محيط يحتوي على نسبة كبيرةالأكسجين.

تعمل هذه الطريقة على زيادة محتوى الأوزون إلى 10-15٪ بالوزن.

استهلاك الطاقة: 20 - 30 واط / غرام O3 للهواء 10 - 15 واط / غرام O3 للأكسجين

4. استخدام الأوزون لتنقية المياه وتطهيرها

تطهير المياه

يدمر الأوزون جميع الكائنات الحية الدقيقة المعروفة: البكتيريا والفيروسات والطفيليات والجراثيم والخراجات وما إلى ذلك ؛ بينما الأوزون أقوى 51٪ من الكلور ويعمل 15-20 مرة أسرع. يموت فيروس شلل الأطفال بتركيز أوزون قدره 0.45 مجم / لتر بعد دقيقتين ، ومن الكلور - 3 ساعات فقط عند 1 مجم / لتر.

يعمل الأوزون على جراثيم البكتريا أقوى 300-600 مرة من الكلور.

الأوزون يدمر نظام الأكسدة والاختزال للبكتيريا وبروتوبلازمها.

المعاملات البيولوجية المميتة (BL *) عند استخدام المطهرات المختلفة

* كلما ارتفع مستوى BLC ، زادت قوة المطهر

مقارنة المطهرات

إزالة روائح المياه

يعمل الأوزون على أكسدة الشوائب العضوية والمعدنية ، والتي هي مصدر الروائح والأذواق. تحتوي المياه المعالجة بالأوزون على المزيد من الأكسجين ومذاقها مثل مياه الينابيع العذبة.

التحضير النهائي لمياه الشرب على خطوط التعبئة
الأوزون على خط التعبئة. منقى ومجهز لتعبئة المياه المشبعة بالأوزون والمطهر تمامًا ولفترة قصيرة نسبيًا يكتسب خصائص مطهرة. هذا يزيد من السلامة الميكروبيولوجية لعملية التعبئة ، وتعقم المياه المعزولة بالأوزون بشكل موثوق جدران الحاوية والفلين وفجوة الهواء تحت الفلين. يزيد العمر التخزيني للمياه بعد عملية الأوزون عدة مرات. فعالة بشكل خاص هي المعالجة المشتركة للماء مع الأوزون مع شطف الحاوية.

أكسدة الحديد والمنغنيز وكبريتيد الهيدروجين

يتأكسد الحديد والمنغنيز وكبريتيد الهيدروجين بسهولة بواسطة الأوزون. في هذه الحالة ، يمر الحديد إلى هيدروكسيد غير قابل للذوبان ، ثم يتم الاحتفاظ به بسهولة في المرشحات. يتأكسد المنغنيز إلى أيون البرمنجنات ، والذي يمكن إزالته بسهولة على فلاتر الكربون. يتم تحويل كبريتيد الهيدروجين والكبريتيدات والكبريتيدات إلى كبريتات غير ضارة. تستمر عملية الأكسدة وتكوين الرواسب القابلة للترشيح أثناء عملية الأوزون بمعدل 250 مرة أسرع من عملية التهوية. يعتبر استخدام الأوزون فعالاً بشكل خاص في تأجيل المياه التي تحتوي على مركبات حديد عضوية وأشكال بكتيرية من الحديد والمنغنيز وكبريتيد الهيدروجين.

تنقية المياه السطحية من الشوائب البشرية

يعتبر استخدام الأوزون للمياه المصفى مسبقًا متبوعًا بالترشيح من خلال الكربون المنشط طريقة موثوقة لتنقية المياه السطحية من الفينولات والمنتجات الزيتية والمبيدات الحشرية والمعادن الثقيلة (تنقية الأكسدة والامتصاص).

تنقية وتطهير المياه في مزارع ومزارع الدواجن

الأوزون في مزرعة دواجن. إن توفير المياه المعقم بالأوزون لأوعية الشرب الخاصة بالدواجن والحيوانات لا يساعد فقط في الحد من حدوث ومخاطر انتشار الأوبئة الجماعية ، ولكنه يؤدي أيضًا إلى زيادة الوزن المتسارع في الطيور والحيوانات.

معالجة وتطهير مياه الصرف الصحي

الأوزون يبيض مياه الصرف الصحي.

بمساعدة الأوزون ، يمكن مواءمة مياه الصرف الصحي مع المتطلبات الصارمة لخزانات مصايد الأسماك لمحتوى الفينولات والمنتجات النفطية والمواد الخافضة للتوتر السطحي ، فضلاً عن المؤشرات الميكروبيولوجية.

تعقيم المياه بالأوزون للأغذية والمعدات

كما ذكرنا سابقًا ، تزداد مدة صلاحية الماء المعالج بالأوزون أثناء عملية التعبئة بشكل كبير نظرًا لحقيقة أن ماء المنتج يكتسب خصائص محلول مطهر.

أثناء معالجة الطعام ، تولد المعدات الملوثة بكتيريا ، والتي هي مصدر روائح قوية للتعفن والتعفن. يؤدي شطف المعدات بالماء المعالج بالأوزون بعد إزالة الجزء الأكبر من الملوثات إلى تطهير الأسطح وتأثير منعش على هواء الغرفة وتحسين الحالة الصحية العامة للإنتاج.

الأوزون للصرف الصحي. مياه تعقيم المعدات ، على عكس تعقيم المياه بالأوزون قبل تعبئتها ، تخلق تركيزات أعلى من الأوزون.

وبالمثل ، يمكن معالجة الأسماك والمأكولات البحرية وجثث الدواجن والخضروات بالماء المعالج بالأوزون قبل التغليف. العمر التشغيلي للمنتجات المعالجة قبل زيادة التخزين ، ويختلف مظهرها بعد التخزين قليلاً عن المنتجات الطازجة.

5. جوانب السلامة في تشغيل معدات الأوزون

الأوزون الغازي سام ويمكن أن يسبب حروقًا في الجهاز التنفسي العلوي والتسمم (مثل أي عامل مؤكسد قوي آخر).

يتم تنظيم الحد الأقصى المسموح به للتركيز (MAC) للأوزون في هواء منطقة العمل بواسطة GOST 12.1.005 "المتطلبات الصحية والصحية العامة لهواء منطقة العمل" ، والتي بموجبها تكون 0.1 مجم / م 3.

يتم تثبيت رائحة الأوزون من قبل شخص بتركيزات من 0.01-0.02 مجم / م 3 ، أي أقل من 5-10 مرات من MPC ، لذا فإن ظهور رائحة طفيفة من الأوزون في الغرفة ليس إشارة إنذار. لضمان التحكم الموثوق به في محتوى الأوزون في غرفة الإنتاج ، يجب تركيب أجهزة تحليل الغاز التي تسمح بمراقبة تركيز الأوزون ، وإذا تم تجاوز MPC ، اتخذ الإجراءات في الوقت المناسب لتقليله إلى مستوى آمن.

يجب أن يكون أي مخطط تقني يحتوي على معدات الأوزون مزودًا بفاصل الغاز ، والذي من خلاله يدخل الأوزون الزائد (غير المذاب) إلى المدمر الحفزي ، حيث يتحلل إلى الأكسجين. مثل هذا النظام يلغي تدفق الأوزون إلى هواء غرفة الإنتاج.

لأن الأوزون هو أقوى عامل مؤكسد ، يجب أن تكون جميع خطوط أنابيب الغاز مصنوعة من مواد مقاومة للأوزون مثل الفولاذ المقاوم للصدأ والبلاستيك الفلوري.

تم الحصول على الأوزون ودراسته لأول مرة بواسطة Shenbein في عام 1840. الأوزون هو غاز مزرق ذو رائحة مميزة حادة ؛

الأوزون المسال عبارة عن سائل أزرق داكن ، والأوزون الصلب عبارة عن كتلة بلورية أرجوانية داكنة. الأوزون قابل للذوبان في رابع كلوريد الكربون وحمض الخليك الجليدي والنيتروجين السائل والماء. يتشكل عندما يمر تفريغ كهربائي هادئ عبر الهواء أو الأكسجين (الرائحة الجديدة بعد عاصفة رعدية ناتجة عن وجود كميات صغيرة من الأوزون في الغلاف الجوي) ، وأكسدة الفوسفور الرطب ، وتأثير أشعة الراديوم ، والأشعة فوق البنفسجية أو الأشعة المهبطية على الأكسجين الموجود في الهواء ، وتحلل بيروكسيد الهيدروجين ، والتحليل الكهربائي للحمض (إلخ).
الأحماض المحتوية على الأكسجين) ، وتأثير الفلور على الماء ، وما إلى ذلك. المحتوى في الغلاف الجوي للأرض ضئيل ؛ تحتوي طبقات الهواء القريبة من سطح الأرض على طبقة أوزون أقل من الطبقات العليا للغلاف الجوي ؛ على ارتفاع 1.050 م(في منطقة مونت بلانك) وجد ليفي 0-3.7 ملغ ،على ارتفاع 3.000 م—9,4 ملغ.الأوزون لكل 100 م مكعبهواء. تستخدم أجهزة الأوزون في الهندسة والمختبرات لإنتاج الأوزون. بالنسبة للأوزون ، يتم تمرير الأكسجين أو الهواء بين قطبين متصلين بمصدر تيار عالي الجهد.
ينطلق الأوزون في صورته النقية من خليط الأوزون مع الأكسجين عند تبريده بالهواء السائل. يتحلل الأوزون بسهولة ، ويتسارع تحلل الأوزون النقي بوجود ثاني أكسيد المنجنيز والرصاص وأكاسيد النيتروجين. في وجود الماء ، يتباطأ تحلل الأوزون ؛ يتحلل الأوزون الجاف عند درجة 0 درجة مئوية 30 مرة أسرع من الأوزون الرطب عند 20.4 درجة. للأوزون تأثير مؤكسد قوي للغاية. إنه يطلق اليود من يوديد البوتاسيوم ، ويؤكسد الزئبق ، ويحول المعادن الكبريتية إلى أملاح كبريتات ، ويزيل لون الأصباغ العضوية ، وما إلى ذلك. الأوزون يدمر أنابيب المطاط. يشتعل الأثير والكحول وغاز الإضاءة والصوف القطني عند ملامسته للأكسجين عالي الأوزون. تحت تأثير الأوزون على المركبات العضوية غير المشبعة ، تتشكل نواتج إضافة للأوزون. يستخدم الأوزون لتعقيم المياه ، لإزالة الروائح الكريهة - القضاء على الرائحة الكريهة ، في الممارسات العضوية التحضيرية.

الخصائص الفيزيائية

الخواص الكيميائية وطرق التحضير

قائمة الأدب المستخدم

1. فولكوف ، إيه آي ، زارسكي ، آي إم.كتاب مرجعي كيميائي كبير / A.I. فولكوف ، إ. زارسكي. - مينسك: المدرسة الحديثة ، 2005. - 608 برقم ISBN 985-6751-04-7.