Der Begriff „Ozonschicht“, der in den 70er Jahren berühmt wurde. Das letzte Jahrhundert ist seit langem auf der Kippe. Gleichzeitig verstehen nur wenige Menschen wirklich, was dieses Konzept bedeutet und warum die Zerstörung der Ozonschicht gefährlich ist. Ein noch größeres Rätsel ist für viele die Struktur des Ozonmoleküls, und doch steht sie in direktem Zusammenhang mit den Problemen der Ozonschicht. Erfahren Sie mehr über Ozon, seine Struktur und industrielle Anwendungen.

Was ist Ozon?

Ozon, oder auch Aktivsauerstoff genannt, ist ein azurblaues Gas mit einem stechenden metallischen Geruch.

Dieser Stoff kann in allen drei Aggregatzuständen vorliegen: gasförmig, fest und flüssig.

Gleichzeitig kommt Ozon in der Natur nur in Form eines Gases vor und bildet die sogenannte Ozonschicht. Aufgrund seiner azurblauen Farbe erscheint der Himmel blau.

Wie sieht ein Ozonmolekül aus?

Den Spitznamen „aktiver Sauerstoff“ erhielt Ozon aufgrund seiner Ähnlichkeit mit Sauerstoff. Also die Hauptdarsteller Chemisches Element In diesen Stoffen befindet sich Sauerstoff (O). Wenn ein Sauerstoffmolekül jedoch 2 seiner Atome enthält, dann besteht das Molekül - O 3) aus 3 Atomen dieses Elements.

Aufgrund dieser Struktur ähneln die Eigenschaften von Ozon denen von Sauerstoff, sind jedoch ausgeprägter. Insbesondere ist O 3 wie O 2 das stärkste Oxidationsmittel.

Der wichtigste Unterschied zwischen diesen „verwandten“ Stoffen, den sich jeder unbedingt merken sollte, ist folgender: Ozon kann nicht eingeatmet werden, es ist giftig und kann beim Einatmen die Lunge schädigen oder sogar zum Tod führen. Gleichzeitig eignet sich O 3 hervorragend zur Reinigung der Luft von giftigen Verunreinigungen. Aus diesem Grund lässt es sich nach dem Regen übrigens so gut atmen: Ozon oxidiert die in der Luft enthaltenen Schadstoffe und reinigt sie.

Das Modell des Ozonmoleküls (bestehend aus 3 Sauerstoffatomen) sieht ein wenig aus wie ein Winkelbild und hat eine Größe von 117°. Dieses Molekül hat keine ungepaarten Elektronen und ist daher diamagnetisch. Darüber hinaus weist es Polarität auf, obwohl es aus Atomen eines Elements besteht.

Zwei Atome eines Moleküls sind fest miteinander verbunden. Aber die Verbindung mit dem Dritten ist weniger zuverlässig. Aus diesem Grund ist das Ozonmolekül (Foto des Modells ist unten zu sehen) sehr zerbrechlich und zerfällt schon bald nach seiner Bildung. In der Regel wird bei jeder Reaktion der Zersetzung von O 3 Sauerstoff freigesetzt.

Aufgrund der Instabilität von Ozon kann es nicht wie andere Stoffe geerntet, gelagert oder transportiert werden. Aus diesem Grund ist seine Herstellung teurer als bei anderen Stoffen.

Gleichzeitig ist diese Substanz aufgrund der hohen Aktivität der O 3 -Moleküle das stärkste Oxidationsmittel, stärker als Sauerstoff und sicherer als Chlor.

Wenn das Ozonmolekül zerstört wird und O 2 freigesetzt wird, geht diese Reaktion immer mit einer Energiefreisetzung einher. Damit der umgekehrte Prozess ablaufen kann (die Bildung von O 3 aus O 2), ist es gleichzeitig notwendig, nicht weniger aufzuwenden.

Im gasförmigen Zustand zerfällt das Ozonmolekül bei einer Temperatur von 70 °C. Wird die Temperatur auf 100 Grad oder mehr erhöht, beschleunigt sich die Reaktion deutlich. Das Vorhandensein von Verunreinigungen beschleunigt auch die Zerfallszeit von Ozonmolekülen.

O3-Eigenschaften

Egal in welchem ​​der drei Zustände sich Ozon befindet, es behält seine blaue Farbe. Je härter die Substanz, desto satter und dunkler ist dieser Farbton.

Jedes Ozonmolekül wiegt 48 g/mol. Es ist schwerer als Luft und hilft so, diese Stoffe voneinander zu trennen.

O 3 ist in der Lage, fast alle Metalle und Nichtmetalle (außer Gold, Iridium und Platin) zu oxidieren.

Dieser Stoff kann auch an der Verbrennungsreaktion teilnehmen, dies erfordert jedoch mehr hohe Temperatur als für O 2 .

Ozon kann sich in H 2 O und Freonen lösen. Im flüssigen Zustand kann es mit flüssigem Sauerstoff, Stickstoff, Methan, Argon, Tetrachlorkohlenstoff und Kohlendioxid gemischt werden.

Wie entsteht das Ozonmolekül?

O 3 -Moleküle entstehen durch die Anlagerung freier Sauerstoffatome an Sauerstoffmoleküle. Sie wiederum entstehen durch die Spaltung anderer O 2 -Moleküle aufgrund der Einwirkung von elektrischen Entladungen, ultravioletten Strahlen, schnellen Elektronen und anderen hochenergetischen Teilchen. Aus diesem Grund kann der spezifische Geruch von Ozon in der Nähe von Funken erzeugenden Elektrogeräten oder Lampen, die ultraviolettes Licht ausstrahlen, wahrgenommen werden.

Im industriellen Maßstab wird O 3 mithilfe von Elektro- oder Ozonisatoren isoliert. In diesen Geräten wird ein elektrischer Hochspannungsstrom durch einen Gasstrom geleitet, in dem sich O 2 befindet, dessen Atome als „ Baumaterial» für Ozon.

Manchmal wird reiner Sauerstoff oder gewöhnliche Luft in diese Apparate geleitet. Die Qualität des entstehenden Ozons hängt von der Reinheit des Ausgangsprodukts ab. Medizinisches O 3, das zur Wundbehandlung bestimmt ist, wird also nur aus chemisch reinem O 2 gewonnen.

Geschichte der Entdeckung von Ozon

Nachdem Sie herausgefunden haben, wie das Ozonmolekül aussieht und wie es entsteht, lohnt es sich, sich mit der Geschichte dieser Substanz vertraut zu machen.

Es wurde erstmals in der zweiten Hälfte des 18. Jahrhunderts vom niederländischen Forscher Martin van Marum synthetisiert. Der Wissenschaftler bemerkte, dass das Gas darin seine Eigenschaften veränderte, nachdem elektrische Funken durch einen Behälter mit Luft geleitet wurden. Gleichzeitig verstand Van Marum nicht, dass er die Moleküle einer neuen Substanz isoliert hatte.

Doch sein deutscher Kollege namens Sheinbein machte beim Versuch, H 2 O mit Hilfe von Elektrizität in H und O 2 zu zerlegen, auf die Freisetzung eines neuen Gases mit stechendem Geruch aufmerksam. Nach vielen Recherchen beschrieb der Wissenschaftler die von ihm entdeckte Substanz und gab ihr zu Ehren den Namen „Ozon“. griechisches Wort"Geruch".

Die Fähigkeit, Pilze und Bakterien abzutöten sowie die Toxizität schädlicher Verbindungen zu verringern, die die offene Substanz besaß, interessierte viele Wissenschaftler. 17 Jahre nach der offiziellen Entdeckung von O 3 konstruierte Werner von Siemens den ersten Apparat, der es ermöglichte, Ozon in beliebiger Menge zu synthetisieren. Und 39 Jahre später erfand und patentierte der brillante Nikola Tesla den weltweit ersten Ozongenerator.

Es war dieses Gerät, das in Frankreich zum ersten Mal seit zwei Jahren in Behandlungseinrichtungen für eingesetzt wurde Wasser trinken. Seit Beginn des 20. Jahrhunderts. Europa beginnt, zur Reinigung des Trinkwassers auf die Ozonierung umzusteigen.

Das Russische Reich nutzte diese Technik erstmals im Jahr 1911 und nach fünf Jahren wurden im Land fast vier Dutzend Anlagen zur Trinkwasseraufbereitung mit Ozon ausgerüstet.

Heutzutage ersetzt die Wasserozonierung nach und nach die Chlorierung. Somit werden 95 % des gesamten Trinkwassers in Europa mit O 3 aufbereitet. Auch in den USA erfreut sich diese Technik großer Beliebtheit. In der GUS wird es noch untersucht, da das Verfahren zwar sicherer und bequemer, aber teurer als die Chlorierung ist.

Anwendungen von Ozon

Neben der Wasserreinigung gibt es für O 3 noch eine Reihe weiterer Anwendungen.

• Ozon wird als Bleichmittel bei der Herstellung von Papier und Textilien verwendet.
• Aktiver Sauerstoff wird zur Desinfektion von Weinen sowie zur Beschleunigung des Alterungsprozesses von Cognacs eingesetzt.
• Mit Hilfe von O 3 werden verschiedene Pflanzenöle raffiniert.
• Sehr häufig wird dieser Stoff zur Verarbeitung verderblicher Produkte wie Fleisch, Eier, Obst und Gemüse verwendet. Dieses Verfahren hinterlässt keine chemischen Spuren wie bei der Verwendung von Chlor oder Formaldehyd und die Produkte können viel länger gelagert werden.
• Ozon sterilisiert medizinische Geräte und Kleidung.
• Außerdem wird gereinigtes O 3 für verschiedene medizinische Zwecke verwendet kosmetische Eingriffe. Mit seiner Hilfe in der Zahnheilkunde desinfizieren sie insbesondere die Mundhöhle und das Zahnfleisch und behandeln auch verschiedene Krankheiten (Stomatitis, Herpes, orale Candidiasis). In europäischen Ländern erfreut sich O 3 großer Beliebtheit zur Wunddesinfektion.
• IN letzten Jahren Tragbare Haushaltsgeräte zum Filtern von Luft und Wasser mithilfe von Ozon erfreuen sich immer größerer Beliebtheit.

Ozonschicht – was ist das?

In einer Entfernung von 15-35 km über der Erdoberfläche befindet sich die Ozonschicht, oder wie sie auch Ozonosphäre genannt wird. An dieser Stelle dient konzentriertes O 3 als eine Art Filter für schädliche Sonnenstrahlung.

Woher kommt eine solche Menge eines Stoffes, wenn seine Moleküle instabil sind? Die Beantwortung dieser Frage ist nicht schwer, wenn wir uns an das Modell des Ozonmoleküls und die Art und Weise seiner Entstehung erinnern. So gelangt Sauerstoff, bestehend aus 2 Sauerstoffmolekülen, in die Stratosphäre und wird dort durch die Sonnenstrahlen erhitzt. Diese Energie reicht aus, um O 2 in Atome zu spalten, aus denen O 3 entsteht. Gleichzeitig nutzt die Ozonschicht nicht nur einen Teil der Sonnenenergie, sondern filtert sie auch und absorbiert gefährliche ultraviolette Strahlung.

Oben wurde gesagt, dass Ozon durch Freone aufgelöst wird. Diese gasförmigen Stoffe (die bei der Herstellung von Deodorants, Feuerlöschern und Kühlschränken verwendet werden) wirken sich, sobald sie in die Atmosphäre gelangen, auf Ozon aus und tragen zu dessen Zersetzung bei. Dadurch entstehen Löcher in der Ozonosphäre, durch die ungefilterte Sonnenstrahlen auf den Planeten gelangen, die eine zerstörerische Wirkung auf lebende Organismen haben.

Nachdem wir die Eigenschaften und die Struktur von Ozonmolekülen betrachtet haben, können wir den Schluss ziehen, dass dieser Stoff zwar gefährlich, aber bei richtiger Anwendung für den Menschen sehr nützlich ist.

Einführung

Ozon ist eine einfache Substanz, eine allotrope Modifikation von Sauerstoff. Im Gegensatz zu Sauerstoff besteht das Ozonmolekül aus drei Atomen. Unter normalen Bedingungen handelt es sich um ein stechend riechendes, explosives Gas von blauer Farbe und hat stark oxidierende Eigenschaften.

Ozon ist ein dauerhafter Bestandteil der Erdatmosphäre und spielt eine wesentliche Rolle für die Erhaltung des Lebens auf der Erde. In den Oberflächenschichten der Erdatmosphäre steigt die Ozonkonzentration stark an. Der Gesamtzustand des Ozons in der Atmosphäre ist variabel und schwankt je nach Jahreszeit. Atmosphärisches Ozon spielt eine Schlüsselrolle für die Erhaltung des Lebens auf der Erde. Es schützt die Erde vor den schädlichen Auswirkungen einer bestimmten Rolle der Sonnenstrahlung und trägt so zur Erhaltung des Lebens auf dem Planeten bei.

Daher ist es notwendig herauszufinden, welche Auswirkungen Ozon auf biologische Gewebe haben kann.

Allgemeine Eigenschaften von Ozon

Ozon ist eine allotrope Modifikation von Sauerstoff, die aus dreiatomigen O 3 -Molekülen besteht. Sein Molekül ist diamagnetisch und hat eine eckige Form. Die Bindung im Molekül ist delokalisiert, dreizentrenig.

Reis. 1 Struktur von Ozon

Beide o-o Verbindungen in einem Ozonmolekül haben die gleiche Länge von 1,272 Angström. Der Winkel zwischen den Bindungen beträgt 116,78°. Zentrales Sauerstoffatom sp²-hybridisiert, hat ein freies Elektronenpaar. Das Molekül ist polar, das Dipolmoment beträgt 0,5337 D.

Die Art der chemischen Bindungen im Ozon bestimmt seine Instabilität (nach einer gewissen Zeit verwandelt sich Ozon spontan in Sauerstoff: 2O3 -> 3O2) und seine hohe Oxidationsfähigkeit (Ozon ist zu einer Reihe von Reaktionen fähig, an denen molekularer Sauerstoff nicht teilnimmt). Die oxidierende Wirkung von Ozon auf organische Stoffe ist mit der Bildung von Radikalen verbunden: RH + O3 RO2 + OH

Diese Radikale lösen radikalische Kettenreaktionen mit bioorganischen Molekülen (Lipide, Proteine, Nukleinsäuren) aus, die zum Zelltod führen. Der Einsatz von Ozon zur Sterilisation von Trinkwasser basiert auf seiner Fähigkeit, Keime abzutöten. Auch höheren Lebewesen gegenüber ist Ozon nicht gleichgültig. Eine längere Exposition gegenüber ozonhaltiger Atmosphäre (z. B. Physiotherapie- und Quarzbestrahlungsräume) kann zu schweren Beeinträchtigungen führen. nervöses System. Daher ist Ozon in großen Dosen ein giftiges Gas. Seine maximal zulässige Konzentration in der Luft des Arbeitsbereichs beträgt 0,0001 mg/Liter. Bei der Ozonisierung von Wasser kommt es aufgrund seiner geringen Löslichkeit zu einer Ozonbelastung der Luft.

Entdeckungsgeschichte.

Ozon wurde erstmals 1785 vom niederländischen Physiker M. van Marum durch den charakteristischen Geruch und die oxidierenden Eigenschaften entdeckt, die Luft annimmt, nachdem elektrische Funken durch sie hindurchgeleitet wurden, sowie durch die Fähigkeit, dadurch bei normaler Temperatur auf Quecksilber einzuwirken Dadurch verliert es seinen Glanz und beginnt am Glas zu kleben. Allerdings wurde es nicht als neue Substanz beschrieben; van Marum glaubte, dass eine besondere „elektrische Materie“ entstanden sei.

Begriff Ozon wurde 1840 vom deutschen Chemiker X. F. Schönbein wegen seines Geruchs vorgeschlagen und in die Wörterbücher aufgenommen Ende des 19. Jahrhunderts Jahrhundert. Viele Quellen geben ihm den Vorrang vor der Entdeckung des Ozons im Jahr 1839. Im Jahr 1840 zeigte Schönbein die Fähigkeit von Ozon, Jod aus Kaliumjodid zu verdrängen:

Die Tatsache einer Abnahme des Gasvolumens bei der Umwandlung von Sauerstoff in Ozon wurde von Andrews und Tet experimentell nachgewiesen, indem sie ein mit reinem Sauerstoff gefülltes Glasrohr mit einem Manometer verwendeten, in das Platindrähte eingelötet waren, um eine elektrische Entladung zu erzeugen.

physikalische Eigenschaften.

Ozon ist ein blaues Gas, das durch eine bis zu 1 Meter dicke Schicht aus ozonisiertem Sauerstoff sichtbar ist. Im festen Zustand ist Ozon schwarz mit einem violetten Farbton. Flüssiges Ozon hat eine tiefblaue Farbe; transparent in einer Schicht von nicht mehr als 2 mm. Dicke; ziemlich langlebig.

Eigenschaften:

§ Molekulargewicht - 48 a.m.u.

§ Gasdichte bei normale Bedingungen- 2,1445 g/dm³. Relative Gasdichte für Sauerstoff 1,5; auf dem Luftweg - 1,62

§ Flüssigkeitsdichte bei −183 °C – 1,71 g/cm³

§ Siedepunkt - -111,9 °C. (Flüssiges Ozon hat 106 °C.)

§ Schmelzpunkt - -197,2 ± 0,2 ° C (normalerweise ist der angegebene Schmelzpunkt -251,4 ° C falsch, da bei seiner Bestimmung die große Fähigkeit von Ozon zur Unterkühlung nicht berücksichtigt wurde).

§ Löslichkeit in Wasser bei 0 °C – 0,394 kg/m³ (0,494 l/kg), sie ist 10-mal höher im Vergleich zu Sauerstoff.

§ Im gasförmigen Zustand ist Ozon diamagnetisch, im flüssigen Zustand ist es schwach paramagnetisch.

§ Der Geruch ist scharf, spezifisch „metallisch“ (laut Mendelejew – „der Geruch von Krebsen“). Bei hohen Konzentrationen riecht es nach Chlor. Der Geruch ist bereits bei einer Verdünnung von 1:100.000 wahrnehmbar.

Chemische Eigenschaften.

Chemische Eigenschaften Ozon zeichnet sich durch seine große Oxidationsfähigkeit aus.

Das O 3 -Molekül ist instabil und wandelt sich bei ausreichender Konzentration in der Luft unter normalen Bedingungen innerhalb weniger zehn Minuten unter Freisetzung von Wärme spontan in O 2 um. Ein Temperaturanstieg und ein Druckabfall erhöhen die Geschwindigkeit des Übergangs in den zweiatomigen Zustand. Bei hohen Konzentrationen kann der Übergang explosionsartig sein.

Eigenschaften:

§ Oxidation von Metallen

§ Oxidation von Nichtmetallen

§ Wechselwirkung mit Oxiden

§ Brennen

§ Bildung von Ozoniden

Methoden zur Gewinnung von Ozon

Ozon entsteht bei vielen Prozessen unter Freisetzung von atomarem Sauerstoff, beispielsweise bei der Zersetzung von Peroxiden, der Oxidation von Phosphor usw. In der Industrie wird es in Ozonisatoren durch Einwirkung einer elektrischen Entladung aus Luft oder Sauerstoff gewonnen. O3 verflüssigt sich leichter als O2 und ist daher leicht abzutrennen. Ozon für die Ozontherapie in der Medizin wird ausschließlich aus reinem Sauerstoff gewonnen. Wenn Luft mit harter ultravioletter Strahlung bestrahlt wird, entsteht Ozon. Der gleiche Prozess findet in den oberen Schichten der Atmosphäre statt, wo die Ozonschicht unter dem Einfluss der Sonnenstrahlung gebildet und aufrechterhalten wird.

Ozon ist ein Wort griechischen Ursprungs, das übersetzt „riechend“ bedeutet. Was ist Ozon? Im Kern ist O3-Ozon ein blaues Gas mit einem charakteristischen Geruch, der an den Geruch der Luft nach einem Gewitter erinnert. Besonders spürbar in der Nähe von Quellen elektrischer Strom.

Geschichte der Ozonentdeckung durch Wissenschaftler

Was ist Ozon? Wie wurde es geöffnet? Im Jahr 1785 führte der niederländische Physiker Martin van Marum mehrere Experimente durch, um die Wirkung von elektrischem Strom auf Sauerstoff zu untersuchen. Ihren Ergebnissen zufolge untersuchte der Wissenschaftler das Auftreten einer bestimmten „elektrischen Materie“. Indem er seine Arbeit in dieser Richtung fortsetzte, gelang es ihm 1850, die Fähigkeit von Ozon zur Wechselwirkung mit organischen Verbindungen und seine Eigenschaft als Oxidationsmittel zu bestimmen.

Die desinfizierende Wirkung von Ozon wurde erstmals 1898 in Frankreich genutzt. In der Stadt Bon Voyage wurde eine Anlage gebaut, die das Wasser aus dem Fluss Vasyubi desinfizierte und desinfizierte. In Russland wurde 1911 in St. Petersburg die erste Ozonanlage in Betrieb genommen.

Ozon wurde im Ersten Weltkrieg häufig als Antiseptikum eingesetzt. Das Ozon-Sauerstoff-Gemisch wurde zur Behandlung von Darmerkrankungen, Lungenentzündung und Hepatitis eingesetzt und wurde bei infektiösen Läsionen nach Operationen eingesetzt. Seit 1980 beschäftigt man sich besonders aktiv mit der Ozonierung, der Anstoß dafür war das Erscheinen zuverlässiger und energiesparender Geräte auf dem Markt. Derzeit werden etwa 95 % des Wassers in den Vereinigten Staaten und in ganz Europa mit Ozon gereinigt.

Ozonerzeugungstechnologie

Was ist Ozon? Wie entsteht es? In der natürlichen Umgebung kommt Ozon in der Erdatmosphäre in einer Höhe von 25 km vor. Tatsächlich handelt es sich um ein Gas, das durch die ultraviolette Strahlung der Sonne entsteht. An der Oberfläche bildet es eine 19–35 km dicke Schicht, die die Erde vor dem Eindringen der Sonnenstrahlung schützt. Nach der Interpretation von Chemikern ist Ozon aktiver Sauerstoff (eine Verbindung aus drei Sauerstoffatomen). Im gasförmigen Zustand ist es blau, im flüssigen Zustand hat es einen Indigo-Farbton und im festen Zustand handelt es sich um dunkelblaue Kristalle. O3 ist seine Summenformel.

Was ist der Schaden von Ozon? Es gehört zur höchsten Gefahrenklasse – es ist ein sehr giftiges Gas, dessen Toxizität mit der Kategorie der chemischen Kampfstoffe gleichgesetzt wird. Der Grund für sein Auftreten sind elektrische Entladungen in der Atmosphäre (3O2 = 2O3). In der Natur kann man es nach starken Blitzen spüren. Ozon interagiert gut mit anderen Verbindungen und gilt als einer der Gründe, warum es zur Abtötung von Bakterien, Viren und Mikroorganismen sowie zur Reinigung von Wasser und Luft eingesetzt wird.

Die negativen Auswirkungen von Ozon

Was bewirkt Ozon? Ein charakteristisches Merkmal dieses Gases ist die Fähigkeit, schnell mit anderen Substanzen zu interagieren. Wenn in der Natur ein Übermaß an normativen Indikatoren vorhanden ist, können durch die Wechselwirkung mit menschlichen Geweben gefährliche Stoffe und Krankheiten entstehen. Ozon ist ein starkes Oxidationsmittel, bei dessen Wechselwirkung schnell Folgendes zerstört wird:

• natürliches Gummi;
• andere Metalle als Gold, Platin und Iridium;
• Haushaltsgeräte;
• Elektronik.

Bei hohen Ozonkonzentrationen in der Luft kommt es zu einer Verschlechterung der Gesundheit und des Wohlbefindens des Menschen, insbesondere:

• die Schleimhaut der Augen ist gereizt;
• die Funktion des Atmungssystems ist gestört, was zu einer Lungenlähmung führt;
• es kommt zu einer allgemeinen Ermüdung des Körpers;
• Kopfschmerzen treten auf;
• mögliche allergische Reaktionen;
• Brennen im Hals und Übelkeit;
• geht weiter Negativer Einfluss zum Nervensystem.

Nützliche Eigenschaften von Ozon

Reinigt Ozon die Luft? Ja, obwohl sein Gas für den Menschen sehr nützlich ist. In geringen Konzentrationen zeichnet es sich durch hervorragende desinfizierende und desodorierende Eigenschaften aus. Es wirkt sich insbesondere schädlich auf schädliche Mikroorganismen aus und führt zur Abtötung von:

• Viren;
• verschiedene Arten von Mikroben;
• Bakterien;
• Pilze;
• Mikroorganismen.

Am häufigsten wird Ozon während einer Grippeepidemie und beim Ausbruch gefährlicher Infektionskrankheiten eingesetzt. Mit seiner Hilfe wird Wasser von verschiedenen Verunreinigungen und Eisenverbindungen gereinigt und gleichzeitig mit Sauerstoff und Mineralien angereichert.

Interessante Informationen über Ozon und seinen Wirkungsbereich

Hervorragende desinfizierende Eigenschaften und nein Nebenwirkungen führte zur Entstehung einer Nachfrage nach Ozon und seiner weit verbreiteten Verwendung in verschiedenen Wirtschaftszweigen. Heute wird Ozon erfolgreich eingesetzt für:

• den Anforderungen der Pharmaindustrie gerecht werden;
• Wasserreinigung in Aquarien und Fischfarmen;
• Pooldesinfektion;
• medizinische Zwecke;
• kosmetische Eingriffe.

In der medizinischen Industrie wird die Ozonung bei Geschwüren, Verbrennungen, Ekzemen, Krampfadern, Wunden und dermatologischen Erkrankungen praktiziert. In der Kosmetik wird Ozon zur Bekämpfung von Hautalterung, Cellulite und Übergewicht eingesetzt.

Die Wirkung von Ozon auf die lebenswichtige Aktivität von Lebewesen

Was ist Ozon? Wie wirkt es sich auf das Leben auf der Erde aus? Laut Wissenschaftlern befinden sich 10 % des Ozons in der Troposphäre. Dieses Ozon ist ein wesentlicher Bestandteil des Smogs und wirkt als Schadstoff. Es beeinträchtigt die Atmungsorgane von Menschen und Tieren und verlangsamt das Pflanzenwachstum. Allerdings ist die Menge sehr gering und kann die Gesundheit erheblich schädigen. Ein erheblicher Teil des schädlichen Ozons im Smog sind die Produkte, die beim Betrieb von Autos und Kraftwerken entstehen.

Viel mehr Ozon (etwa 90 %) befindet sich in der Stratosphäre. Dieser absorbiert biologisch schädliche ultraviolette Strahlung der Sonne und schützt so Mensch, Flora und Fauna vor negativen Folgen.

Im Jahr 1785 machte der niederländische Physiker Van Marum bei Experimenten mit Elektrizität auf den Geruch bei der Funkenbildung in einer elektrischen Maschine und auf die Oxidationsfähigkeit der Luft aufmerksam, nachdem elektrische Funken durch sie geleitet wurden.

Im Jahr 1840 versuchte der deutsche Wissenschaftler Sheinbein, der sich mit der Hydrolyse von Wasser beschäftigte, es mithilfe eines Lichtbogens in Sauerstoff und Wasserstoff zu zerlegen. Und dann entdeckte er, dass ein neues, der Wissenschaft bisher unbekanntes Gas mit einem spezifischen Geruch entstand. Der Name „Ozon“ wurde dem Gas von Sheinbein wegen seines charakteristischen Geruchs gegeben und stammt vom griechischen Wort „osien“, was „Geruch“ bedeutet.

1857 wurde mit Hilfe der „perfekten Röhre magnetischer Induktion“ von Werner von Siemens die erste technische Ozonanlage gebaut. 1901 baute Siemens in Wiesband das erste Wasserkraftwerk mit Ozongenerator.

Historisch gesehen begann der Einsatz von Ozon in Trinkwasseraufbereitungsanlagen, als 1898 die erste Pilotanlage in der Stadt Saint Maur (Frankreich) getestet wurde. Bereits 1907 wurde in der Stadt Bon Voyage (Frankreich) die erste Wasserozonierungsanlage für den Bedarf der Stadt Nizza gebaut. Im Jahr 1911 wurde in St. Petersburg eine Trinkwasser-Ozonierungsstation in Betrieb genommen (derzeit ist sie nicht in Betrieb). Im Jahr 1916 gab es bereits 49 Anlagen zur Ozonierung von Trinkwasser.

Bis 1977 waren weltweit über 1.000 Anlagen in Betrieb. Ozon hat sich erst in den letzten 30 Jahren verbreitet, dank der Entstehung zuverlässiger und kompakter Geräte für seine Synthese – Ozonisatoren (Ozongeneratoren).

Derzeit werden 95 % des Trinkwassers in Europa mit Ozon behandelt. Die USA sind dabei, von der Chlorierung auf die Ozonung umzusteigen. In Russland gibt es mehrere große Bahnhöfe (in Moskau, Nischni Nowgorod und anderen Städten).

2. Ozon und seine Eigenschaften

Bildungsmechanismus und Molekülformel von Ozon

Es ist bekannt, dass das Sauerstoffmolekül aus 2 Atomen besteht: O2. Unter bestimmten Bedingungen kann ein Sauerstoffmolekül dissoziieren, d. h. zerfallen in zwei separate Atome. In der Natur entstehen diese Bedingungen während eines Gewitters bei Entladungen atmosphärischer Elektrizität und in der oberen Atmosphäre unter dem Einfluss der ultravioletten Strahlung der Sonne (der Ozonschicht der Erde). Entstehungsmechanismus und Molekülformel von Ozon. Das Sauerstoffatom kann jedoch nicht separat existieren und neigt dazu, sich neu zu gruppieren. Im Zuge einer solchen Umlagerung entstehen 3-atomige Moleküle.

Ozonmolekül Ein aus 3 Sauerstoffatomen bestehendes Molekül, Ozon oder aktivierter Sauerstoff genannt, ist eine allotrope Modifikation von Sauerstoff und hat die Summenformel O3 (d = 1,28 A, q = 116,5°).

Es ist zu beachten, dass die Bindung des dritten Atoms im Ozonmolekül relativ schwach ist, was zu einer Instabilität des gesamten Moleküls und seiner Tendenz zum Selbstzerfall führt.

Ozoneigenschaften

Ozon O3 ist ein bläuliches Gas mit einem charakteristischen stechenden Geruch und einem Molekulargewicht von 48 g/mol; Dichte relativ zur Luft 1,657 (Ozon ist schwerer als Luft); Dichte bei 0°C und Druck 0,1 MPa 2,143 kg/m3. Ozon bekommen

In geringen Konzentrationen von 0,01-0,02 mg/m3 (fünfmal niedriger als die für den Menschen maximal zulässige Konzentration) verleiht Ozon der Luft einen charakteristischen Geruch von Frische und Reinheit. So wird beispielsweise nach einem Gewitter der subtile Geruch von Ozon unweigerlich mit sauberer Luft in Verbindung gebracht.

Wie oben erwähnt, ist das Ozonmolekül instabil und hat die Eigenschaft des Selbstzerfalls. Aufgrund dieser Eigenschaft ist Ozon ein starkes Oxidationsmittel und ein außerordentlich wirksames Desinfektionsmittel.

Oxidationspotential von Ozon

Ein Maß für die Wirksamkeit eines Oxidationsmittels ist sein elektrochemisches (Oxidations-)Potenzial, ausgedrückt in Volt. Nachfolgend sind die Werte des elektrochemischen Potenzials verschiedener Oxidationsmittel im Vergleich zu Ozon aufgeführt:

Die Tabelle zeigt, dass Ozon das stärkste aller bei der Wasseraufbereitung verwendeten Oxidationsmittel ist.

Anwendung vor Ort

Die Instabilität von Ozon erfordert seinen Einsatz direkt am Produktionsort. Ozon unterliegt keiner Verpackung, Lagerung und Transport.

Löslichkeit von Ozon in Wasser

Gemäß dem Henry-Gesetz steigt die Ozonkonzentration im Wasser mit zunehmender Ozonkonzentration in der mit Wasser vermischten Gasphase. Darüber hinaus ist die Ozonkonzentration im Wasser umso geringer, je höher die Wassertemperatur ist.

Die Löslichkeit von Ozon in Wasser ist höher als die von Sauerstoff, aber um das Zwölffache niedriger als die von Chlor. Wenn wir 100 % Ozon betrachten, beträgt seine Grenzkonzentration im Wasser 570 mg/l bei einer Wassertemperatur von 20 °C. Die Ozonkonzentration im Gas am Ausgang moderner Ozonierungsanlagen erreicht 14 Gew.-%. Nachfolgend ist die Abhängigkeit der in destilliertem Wasser gelösten Ozonkonzentration von der Ozonkonzentration im Gas und der Wassertemperatur dargestellt.

Selbstzersetzung von Ozon in Wasser und Luft

Die Geschwindigkeit des Ozonabbaus in Luft oder Wasser wird anhand der Halbwertszeit abgeschätzt, d. h. die Zeit, die benötigt wird, bis sich die Ozonkonzentration halbiert.

Selbstzersetzung von Ozon im Wasser (pH 7)

Selbstzersetzung von Ozon in der Luft

Aus den Tabellen geht hervor, dass wässrige Ozonlösungen deutlich weniger stabil sind als gasförmiges Ozon. Daten zum Ozonzerfall im Wasser werden für angegeben sauberes Wasser Enthält keine gelösten oder suspendierten Verunreinigungen. Die Geschwindigkeit des Ozonzerfalls im Wasser erhöht sich in den folgenden Fällen um ein Vielfaches:

1. in Gegenwart von Verunreinigungen im Wasser, die durch Ozon oxidiert werden (der chemische Bedarf des Wassers an Ozon)
2. mit erhöhter Trübung des Wassers, weil An der Grenzfläche zwischen Partikeln und Wasser laufen Ozon-Selbstzersetzungsreaktionen schneller ab (Katalyse).
3. wenn Wasser UV-Strahlung ausgesetzt wird

3. Methoden zur Herstellung von Ozon

Derzeit sind zwei Methoden zur Ozonerzeugung weit verbreitet:

*UV-Bestrahlung

* unter dem Einfluss einer ruhigen (d. h. diffusen, ohne Funkenbildung) Koronaentladung

1. UV-Bestrahlung

In der Nähe von UV-Lampen kann sich Ozon bilden, jedoch nur in geringen Konzentrationen (0,1 Gew.-%).

2. Koronaentladung

So wie Ozon durch elektrische Entladungen bei Gewittern entsteht, große Menge Ozon wird in modernen elektrischen Ozongeneratoren erzeugt. Diese Methode wird Koronaentladung genannt. Durch einen sauerstoffhaltigen Gasstrom wird eine Hochspannung geleitet. Die Hochspannungsenergie spaltet das O2-Sauerstoffmolekül in 2 O-Atome, die sich mit dem O2-Molekül verbinden und O3-Ozon bilden.

Der in den Ozongenerator gelangende reine Sauerstoff kann durch enthaltende Umgebungsluft ersetzt werden ein großer Prozentsatz Sauerstoff.

Durch diese Methode wird der Ozongehalt auf 10-15 Gew.-% erhöht.

Energieverbrauch: 20 – 30 W/g O3 für Luft, 10 – 15 W/g O3 für Sauerstoff

4. Die Verwendung von Ozon zur Wasserreinigung und -desinfektion

Wasserdesinfektion

Ozon zerstört alle bekannten Mikroorganismen: Bakterien, Viren, Protozoen, deren Sporen, Zysten usw.; während Ozon 51 % stärker als Chlor ist und 15–20 Mal schneller wirkt. Das Poliovirus stirbt bei einer Ozonkonzentration von 0,45 mg/l nach 2 Minuten, bei Chlor bereits nach 3 Stunden bei 1 mg/l.

Ozon wirkt auf Sporenformen von Bakterien 300-600-mal stärker als Chlor.

Ozon zerstört das Redoxsystem von Bakterien und deren Protoplasma.

Biologische Letalkoeffizienten (BL*) bei Verwendung verschiedener Desinfektionsmittel

*Je höher der BLC, desto wirksamer das Desinfektionsmittel

Vergleich von Desinfektionsmitteln

Desodorierung von Wasser

Durch die Ozonung werden organische und mineralische Verunreinigungen oxidiert, die Geruchs- und Geschmacksquellen sind. Mit Ozon behandeltes Wasser enthält mehr Sauerstoff und schmeckt wie frisches Quellwasser.

Endgültige Aufbereitung von Trinkwasser auf Abfülllinien
Ozonierung in der Abfülllinie. Gereinigtes und für die Abfüllung vorbereitetes Wasser, mit Ozon gesättigt, vollständig desinfiziert und für relativ kurze Zeit selbst geeignet erhält desinfizierende Eigenschaften. Dies erhöht die mikrobiologische Sicherheit des Abfüllprozesses, ozonisiertes Wasser sterilisiert zuverlässig die Behälterwände, den Korken und den Luftspalt unter dem Korken. Die Haltbarkeit von Wasser nach der Ozonierung erhöht sich um ein Vielfaches. Besonders effektiv ist die kombinierte Behandlung des Wassers mit Ozon in Kombination mit der Spülung des Behälters.

Oxidation von Eisen, Mangan, Schwefelwasserstoff

Eisen, Mangan und Schwefelwasserstoff werden durch Ozon leicht oxidiert. Dabei geht Eisen in unlösliches Hydroxid über, das dann leicht in den Filtern zurückgehalten wird. Mangan wird zum Permanganation oxidiert, das auf Kohlefiltern leicht entfernt werden kann. Schwefelwasserstoff, Sulfide und Hydrosulfide werden in harmlose Sulfate umgewandelt. Der Prozess der Oxidation und Bildung filtrierbarer Sedimente verläuft bei der Ozonierung im Durchschnitt 250-mal schneller als bei der Belüftung. Besonders effektiv ist der Einsatz von Ozon zur Enteisenung von Wässern, die Eisen-organische Komplexe und bakterielle Formen von Eisen, Mangan und Schwefelwasserstoff enthalten.

Reinigung von Oberflächengewässern von anthropogenen Verunreinigungen

Die Ozonung von vorgeklärtem Wasser mit anschließender Filtration durch Aktivkohle ist eine zuverlässige Methode zur Reinigung von Oberflächenwasser von Phenolen, Ölprodukten, Pestiziden und Schwermetallen (Oxidations-Sorption-Behandlung).

Reinigung und Desinfektion von Wasser in Geflügelfarmen und Bauernhöfen

Ozonierung auf einer Geflügelfarm. Die Versorgung von Tränken für Geflügel und Tiere mit ozondesinfiziertem Wasser trägt nicht nur dazu bei, die Häufigkeit und das Risiko von Massenepidemien zu verringern, sondern führt auch zu einer beschleunigten Gewichtszunahme bei Vögeln und Tieren.

Abwasseraufbereitung und Desinfektion

Ozon bleicht Abwasser.

Mit Hilfe der Ozonierung können Abwässer an die hohen Anforderungen von Fischereireservoirs an den Gehalt an Phenolen, Ölprodukten und Tensiden sowie an mikrobiologische Indikatoren angepasst werden.

Wasserozonisierung zur Desinfektion von Lebensmitteln und Geräten

Wie oben erwähnt, erhöht sich die Haltbarkeit von ozonisiertem Wasser während des Abfüllprozesses erheblich, da das Produktwasser die Eigenschaften einer Desinfektionslösung erhält.

Bei der Lebensmittelverarbeitung entstehen in kontaminierten Geräten Bakterien, die starke Verwesungs- und Fäulnisgerüche verursachen. Das Spülen der Geräte mit ozonisiertem Wasser nach der Entfernung des Großteils der Verunreinigungen führt zu einer Desinfektion der Oberflächen, einer erfrischenden Wirkung auf die Raumluft und einer Verbesserung des allgemeinen Hygiene- und Hygienezustands der Produktion.

Ozonierung zur Hygiene. Im Gegensatz zur Ozonisierung des Wassers vor der Abfüllung erzeugt Wasser bei der Gerätedesinfektion höhere Ozonkonzentrationen.

Ebenso können Fisch und Meeresfrüchte, Geflügelkadaver und Gemüse vor dem Verpacken mit ozonisiertem Wasser behandelt werden. Die Haltbarkeit verarbeiteter Produkte vor der Lagerung erhöht sich und ihr Aussehen nach der Lagerung unterscheidet sich kaum von frischen Produkten.

5. Sicherheitsaspekte beim Betrieb von Ozongeräten

Gasförmiges Ozon ist giftig und kann (wie jedes andere starke Oxidationsmittel) Verbrennungen und Vergiftungen der oberen Atemwege verursachen.

Die maximal zulässige Konzentration (MAC) von Ozon in der Luft des Arbeitsbereichs wird durch GOST 12.1.005 „Allgemeine sanitäre und hygienische Anforderungen an die Luft des Arbeitsbereichs“ geregelt, wonach sie 0,1 mg/m3 beträgt.

Der Ozongeruch wird von einer Person in Konzentrationen von 0,01–0,02 mg/m3 registriert, was 5–10 Mal weniger als der MPC ist, sodass das Auftreten eines leichten Ozongeruchs im Raum kein Alarmsignal ist. Um eine zuverlässige Kontrolle des Ozongehalts im Produktionsraum zu gewährleisten, sollten Gasanalysatoren installiert werden, die es ermöglichen, die Ozonkonzentration zu überwachen und bei Überschreitung des MPC rechtzeitig Maßnahmen zu ergreifen, um sie auf ein sicheres Niveau zu senken.

Jedes technologische System, das Ozongeräte enthält, muss mit einem Gasabscheider ausgestattet sein, durch den überschüssiges (ungelöstes) Ozon in den katalytischen Zerstörer gelangt, wo es zu Sauerstoff zerfällt. Ein solches System verhindert den Ozonfluss in die Luft des Produktionsraums.

Weil Ozon ist das stärkste Oxidationsmittel, alle Gasleitungen müssen aus ozonbeständigen Materialien wie Edelstahl und Fluorkunststoff bestehen.

Ozon wurde erstmals 1840 von Shenbein gewonnen und untersucht. Ozon ist ein bläuliches Gas mit einem scharfen, charakteristischen Geruch;

Verflüssigtes Ozon ist eine dunkelblaue Flüssigkeit, festes Ozon ist eine dunkelviolette kristalline Masse. Ozon ist in Tetrachlorkohlenstoff, Eisessig, flüssigem Stickstoff und Wasser löslich. Es entsteht, wenn eine ruhige elektrische Entladung durch Luft oder Sauerstoff geleitet wird (der frische Geruch nach einem Gewitter ist auf das Vorhandensein geringer Mengen Ozon in der Atmosphäre zurückzuführen), die Oxidation von feuchtem Phosphor, die Einwirkung von Radiumstrahlen, ultraviolettem oder Kathodenstrahlen auf Sauerstoff in der Luft, die Zersetzung von Wasserstoffperoxid, die Elektrolyse von Schwefelsäure (usw.).
sauerstoffhaltige Säuren), die Wirkung von Fluor auf Wasser usw. Der Gehalt in der Erdatmosphäre ist vernachlässigbar; Luftschichten in der Nähe der Erdoberfläche enthalten weniger Ozon als die oberen Schichten der Atmosphäre; auf einer Höhe von 1.050 M(in der Mont-Blanc-Region) Levy fand 0-3,7 mg, auf einer Höhe von 3.000 m M—9,4 mg. Ozon pro 100 m Würfel Luft. Ozongeneratoren werden in der Technik und in Laboren zur Erzeugung von Ozon eingesetzt. Bei der Ozonierung wird Sauerstoff oder Luft zwischen zwei Elektroden geleitet, die an eine Hochspannungsstromquelle angeschlossen sind.
Ozon in seiner reinen Form wird aus einem Ozon-Sauerstoff-Gemisch freigesetzt, wenn es mit flüssiger Luft gekühlt wird. Ozon zersetzt sich leicht und die Zersetzung von reinem Ozon wird in Gegenwart von Mangandioxid, Blei und Stickoxiden beschleunigt. In Gegenwart von Wasser verlangsamt sich der Ozonabbau; trockenes Ozon bei 0° zersetzt sich 30-mal schneller als feuchtes Ozon bei 20,4°. Ozon hat eine extrem starke oxidierende Wirkung. Es setzt Jod aus Kaliumjodid frei, oxidiert Quecksilber, wandelt schwefelhaltige Metalle in Sulfatsalze um, entfärbt organische Farbstoffe usw. Ozon zerstört Gummischläuche. Äther, Alkohol, Brenngas, Watte entzünden sich bei Kontakt mit stark ozonisiertem Sauerstoff. Unter Einwirkung von Ozon auf ungesättigte organische Verbindungen entstehen Additionsprodukte von Ozoniden. Ozon wird zur Wassersterilisierung, zur Desodorierung – der Zerstörung von schlechtem Geruch, in der präparativen Bio-Praxis verwendet.

Physikalische Eigenschaften

Chemische Eigenschaften und Herstellungsmethoden

Liste der verwendeten Literatur

1. Volkov, A.I., Zharsky, I.M. Großes chemisches Nachschlagewerk / K.I. Volkov, I.M. Zharsky. - Minsk: Moderne Schule, 2005. - 608 mit ISBN 985-6751-04-7.