Az "ózonréteg" kifejezés, amely a 70-es években vált híressé. a múlt században, már régóta a szélén áll. Ugyanakkor kevesen értik igazán, mit jelent ez a fogalom, és miért veszélyes az ózonréteg pusztulása. Még nagyobb rejtély sokak számára az ózonmolekula szerkezete, és mégis közvetlenül összefügg az ózonréteg problémáival. Tudjunk meg többet az ózonról, szerkezetéről és ipari alkalmazásairól.

Mi az ózon

Az ózon vagy más néven aktív oxigén egy égszínkék gáz, szúrós fémszaggal.

Ez az anyag mindhárom aggregációs állapotában létezhet: gáznemű, szilárd és folyékony halmazállapotú.

Ugyanakkor az ózon a természetben csak gáz formájában fordul elő, az úgynevezett ózonréteget alkotva. Az égszín azúrkék színe miatt tűnik kéknek.

Hogyan néz ki egy ózonmolekula?

Az ózon "aktív oxigén" becenevét az oxigénhez való hasonlósága miatt kapta. Tehát a főszerep kémiai elem ezekben az anyagokban oxigén (O). Ha azonban egy oxigénmolekula 2 atomot tartalmaz, akkor az O 3) molekula ennek az elemnek 3 atomjából áll.

Ennek a szerkezetnek köszönhetően az ózon tulajdonságai hasonlóak az oxigénéhez, de sokkal hangsúlyosabbak. Különösen az O 2 -hoz hasonlóan az O 3 a legerősebb oxidálószer.

A legfontosabb különbség ezek között a "rokon" anyagok között, amire létfontosságú, hogy mindenki emlékezzen a következőre: az ózont nem lehet belélegezni, mérgező, és belélegezve károsíthatja a tüdőt vagy akár meg is ölhet. Ugyanakkor az O 3 tökéletes a levegő megtisztítására a mérgező szennyeződésektől. Egyébként ennek köszönhető, hogy eső után olyan könnyű lélegezni: az ózon oxidálja a levegőben lévő káros anyagokat, és megtisztul.

Az ózonmolekula (3 oxigénatomból álló) modellje kissé egy szög képére hasonlít, mérete pedig 117°. Ennek a molekulának nincsenek párosítatlan elektronjai, ezért diamágneses. Ezenkívül polaritása van, bár egy elem atomjaiból áll.

Egy adott molekula két atomja szorosan kapcsolódik egymáshoz. De a harmadikkal való kapcsolat kevésbé megbízható. Emiatt az ózonmolekula (a modell fotója lent látható) nagyon sérülékeny, és kialakulása után hamarosan lebomlik. Általában az O 3 bomlási reakciói során oxigén szabadul fel.

Az ózon instabilitása miatt nem lehet betakarítani, tárolni vagy szállítani, mint más anyagokat. Emiatt előállítása drágább, mint más anyagok.

Ugyanakkor az O 3 molekulák nagy aktivitása lehetővé teszi, hogy ez az anyag a legerősebb oxidálószer legyen, erősebb, mint az oxigén, és biztonságosabb, mint a klór.

Ha az ózonmolekula megsemmisül és O 2 szabadul fel, ez a reakció mindig energiafelszabadulással jár. Ugyanakkor ahhoz, hogy a fordított folyamat megtörténjen (O 3 képződése O 2-ből), nem kell kevesebbet elkölteni.

Gázhalmazállapotban az ózonmolekula 70 ° C-on lebomlik. Ha 100 fokra vagy magasabbra emeljük, a reakció jelentősen felgyorsul. A szennyeződések jelenléte az ózonmolekulák bomlási időszakát is felgyorsítja.

O3 tulajdonságai

Bármelyikben is van az ózon a három állapot közül, megőrzi kék színét. Minél keményebb az anyag, annál gazdagabb és sötétebb ez az árnyalat.

Minden ózonmolekula tömege 48 g/mol. A levegőnél nehezebb, ami segít elválasztani ezeket az anyagokat egymástól.

Az O 3 szinte minden fémet és nemfémet képes oxidálni (az arany, az irídium és a platina kivételével).

Ezenkívül ez az anyag részt vehet az égési reakcióban, de ehhez többre van szükség hőség mint az O 2 esetében.

Az ózon képes feloldódni H 2 O-ban és freonokban. Folyékony halmazállapotában folyékony oxigénnel, nitrogénnel, metánnal, argonnal, szén-tetrakloriddal és szén-dioxiddal keverhető.

Hogyan keletkezik az ózonmolekula?

Az O 3 molekulák szabad oxigénatomok oxigénmolekulákhoz kapcsolásával jönnek létre. Ezek viszont az elektromos kisülések, az ultraibolya sugárzás, a gyors elektronok és más nagy energiájú részecskék hatására más O 2 molekulák felhasadása miatt jelennek meg. Emiatt az ózon sajátos szaga érezhető szikrázó elektromos készülékek vagy ultraibolya fényt kibocsátó lámpák közelében.

Ipari méretekben az O 3 -ot elektromos vagy ózonizátorral izolálják. Ezekben az eszközökben nagyfeszültségű elektromos áramot vezetnek át egy gázáramon, amelyben O 2 található, és amelynek atomjai a „ építési anyag» az ózonhoz.

Néha tiszta oxigént vagy közönséges levegőt fújnak ezekbe a készülékekbe. A keletkező ózon minősége a kiindulási termék tisztaságától függ. Tehát a sebek kezelésére szánt orvosi O 3 -ot csak kémiailag tiszta O 2 -ből vonják ki.

Az ózon felfedezésének története

Miután kitalálta, hogyan néz ki az ózonmolekula és hogyan keletkezik, érdemes megismerkedni ennek az anyagnak a történetével.

Martin van Marum holland kutató szintetizálta először a 18. század második felében. A tudós észrevette, hogy miután elektromos szikrákat engedett át egy tartályon levegővel, a benne lévő gáz megváltoztatta tulajdonságait. Ugyanakkor Van Marum nem értette, hogy egy új anyag molekuláit izolálta.

De Sheinbein nevű német kollégája, aki a H 2 O-t elektromosság segítségével H 2 O 2 -re próbálta lebontani, felhívta a figyelmet egy új, szúrós szagú gáz kibocsátására. A tudós sok kutatás után leírta az általa felfedezett anyagot, és tiszteletére az "ózon" nevet adta neki görög szó"szag".

Sok tudóst érdekelt a gombák és baktériumok elpusztításának képessége, valamint a káros vegyületek toxicitásának csökkentése, amely a nyílt anyaggal rendelkezett. 17 évvel az O 3 hivatalos felfedezése után Werner von Siemens megtervezte az első olyan készüléket, amely lehetővé tette az ózon bármilyen mennyiségben történő szintetizálását. 39 évvel később pedig a zseniális Nikola Tesla feltalálta és szabadalmaztatta a világ első ózongenerátorát.

Ezt a készüléket 2 év óta először használták Franciaországban a kezelő létesítményekben vizet inni. A XX. század eleje óta. Európa kezd áttérni az ivóvíz tisztítására szolgáló ózonozásra.

Az Orosz Birodalom először 1911-ben alkalmazta ezt a technikát, és 5 év után közel 4 tucat ózonos ivóvíztisztító berendezést szereltek fel az országban.

Napjainkban a víz ózonozása fokozatosan felváltja a klórozást. Így Európában az összes ivóvíz 95%-át O 3 -mal kezelik. Ez a technika nagyon népszerű az USA-ban is. A FÁK-ban még vizsgálják, mert bár az eljárás biztonságosabb és kényelmesebb, drágább, mint a klórozás.

Az ózon alkalmazásai

A víztisztításon kívül az O 3-nak számos más alkalmazása is van.

• Az ózont fehérítőként használják a papír- és textilgyártásban.
• Az aktív oxigént a borok fertőtlenítésére, valamint a konyakok érlelési folyamatának felgyorsítására használják.
• Az O 3 segítségével különféle növényi olajokat finomítanak.
• Nagyon gyakran ezt az anyagot romlandó termékek, például hús, tojás, gyümölcsök és zöldségek feldolgozására használják. Ez az eljárás nem hagy kémiai nyomokat, mint klór vagy formaldehid használata esetén, és a termékek sokkal tovább tárolhatók.
• Az ózon sterilizálja az orvosi berendezéseket és a ruházatot.
• Valamint a tisztított O 3-at különféle orvosi és kozmetikai eljárások. Különösen a fogászat segítségével fertőtlenítik a szájüreget és az ínyet, valamint különféle betegségeket (sztomatitisz, herpesz, szájüregi candidiasis) kezelnek. Az európai országokban az O 3 nagyon népszerű sebfertőtlenítésre.
• BAN BEN utóbbi évek A levegő és víz ózon segítségével történő szűrésére szolgáló hordozható háztartási készülékek egyre nagyobb népszerűségnek örvendenek.

Ózonréteg - mi az?

A Föld felszíne felett 15-35 km-re található az ózonréteg, vagy más néven az ózonoszféra. Ezen a helyen a koncentrált O 3 egyfajta szűrőként szolgál a káros napsugárzás számára.

Honnan származik ekkora mennyiségű anyag, ha a molekulái instabilok? Erre a kérdésre nem nehéz válaszolni, ha felidézzük az ózonmolekula modelljét és keletkezésének módját. Tehát a 2 oxigénmolekulából álló oxigén a sztratoszférába kerülve ott felmelegszik a napsugarak hatására. Ez az energia elegendő ahhoz, hogy az O 2 -t atomokra bontsa, amiből O 3 keletkezik. Ugyanakkor az ózonréteg nemcsak a napenergia egy részét használja fel, hanem szűri is, elnyeli a veszélyes ultraibolya sugárzást.

Fentebb azt mondták, hogy az ózont a freonok oldják. Ezek a (dezodorok, tűzoltó készülékek és hűtőszekrények gyártásához használt) gáznemű anyagok a légkörbe kerülve befolyásolják az ózont, és hozzájárulnak annak lebomlásához. Ennek eredményeként az ózonoszférában lyukak jelennek meg, amelyeken keresztül szűretlen napsugarak jutnak a bolygóra, amelyek pusztító hatással vannak az élő szervezetekre.

Az ózonmolekulák jellemzőit és szerkezetét figyelembe véve arra a következtetésre juthatunk, hogy ez az anyag, bár veszélyes, nagyon hasznos az emberiség számára, ha helyesen használják.

Bevezetés

Az ózon egy egyszerű anyag, az oxigén allotróp módosulata. Az oxigénnel ellentétben az ózonmolekula három atomból áll. Normál körülmények között éles szagú, robbanásveszélyes gáz kék színű, és erős oxidáló tulajdonságokkal rendelkezik.

Az ózon a Föld légkörének állandó alkotóeleme, és alapvető szerepet játszik az élet fenntartásában. A föld légkörének felszíni rétegeiben az ózon koncentrációja meredeken növekszik. Az ózon általános állapota a légkörben változó és az évszakok függvényében ingadozik. A légköri ózon kulcsszerepet játszik a földi élet fenntartásában. Megvédi a Földet a napsugárzás bizonyos szerepének káros hatásaitól, ezáltal hozzájárul a bolygó életének megőrzéséhez.

Ezért ki kell deríteni, hogy az ózon milyen hatással lehet a biológiai szövetekre.

Az ózon általános tulajdonságai

Az ózon az oxigén allotróp módosulata, amely háromatomos O 3 molekulákból áll. Molekulája diamágneses és szögletes alakú. A molekulában lévő kötés delokalizált, háromközpontú.

Rizs. 1 Az ózon szerkezete

Mindkét o-o kapcsolatok egy ózonmolekulában azonos hosszúságúak, 1,272 angström. A kötések közötti szög 116,78°. Központi oxigénatom sp²-hibridizált, egyetlen elektronpárja van. A molekula poláris, a dipólusmomentum 0,5337 D.

Az ózonban lévő kémiai kötések természete meghatározza annak instabilitását (az ózon egy bizonyos idő elteltével spontán oxigénné alakul: 2O3 -> 3O2) és nagy oxidációs képességét (az ózon számos olyan reakcióra képes, amelyekbe a molekuláris oxigén nem lép be). Az ózon szerves anyagokra gyakorolt ​​oxidáló hatása a gyökök képződésével jár: RH + O3 RO2 + OH

Ezek a gyökök radikális láncreakciókat indítanak el bioorganikus molekulákkal (lipidek, fehérjék, nukleinsavak), ami sejthalálhoz vezet. Az ózon használata az ivóvíz sterilizálására azon a képességen alapul, hogy képes elpusztítani a baktériumokat. Az ózon nem közömbös a magasabb rendű élőlények számára sem. Az ózontartalmú atmoszférának (például fizikoterápiás vagy kvarcbesugárzásos helyiségeknek) való hosszan tartó expozíció súlyos károsodást okozhat. idegrendszer. Ezért az ózon nagy dózisban mérgező gáz. Maximális megengedett koncentrációja a munkaterület levegőjében 0,0001 mg / liter. A levegő ózonszennyezése a víz ózonozása során lép fel, annak alacsony oldhatósága miatt.

A felfedezés története.

Az ózont először 1785-ben M. van Marum holland fizikus fedezte fel a levegő jellegzetes szagával és oxidáló tulajdonságaival, amelyeket elektromos szikrák átengedése után kap, valamint azon képessége révén, hogy normál hőmérsékleten a higanyra hat, aminek következtében az elveszti fényét, és elkezd megtapadni az üvegen. Azonban nem írták le új anyagként, van Marum úgy vélte, hogy egy speciális "elektromos anyag" képződik.

Term ózon X. F. Schönbein német kémikus javasolta 1840-ben szaga miatt, ben került be a szótárakba. késő XIX század. Sok forrás elsőbbséget ad neki az ózon 1839-es felfedezésének. 1840-ben Schonbein kimutatta, hogy az ózon képes kiszorítani a jódot a kálium-jodidból:

A gáz térfogatának csökkenését az oxigén ózonná alakítása során Andrews és Tet kísérletileg bizonyították egy tiszta oxigénnel töltött nyomásmérővel ellátott üvegcső segítségével, amelybe platinahuzalokat forrasztottak elektromos kisülés előidézésére.

fizikai tulajdonságok.

Az ózon egy kék gáz, amely egy jelentős, legfeljebb 1 méter vastag ózonizált oxigénrétegen keresztül látható. Szilárd állapotban az ózon fekete, lila árnyalattal. A folyékony ózon mélykék színű; 2 mm-t meg nem haladó rétegben átlátszó. vastagság; elég tartós.

Tulajdonságok:

§ Molekulatömeg - 48 am.u.

§ Gázsűrűség at normál körülmények között- 2,1445 g/dm³. A gáz relatív sűrűsége oxigénhez 1,5; légi úton - 1,62

§ Folyadéksűrűség -183 °C-on - 1,71 g/cm³

§ Forráspont - -111,9 °C. (A folyékony ózon hőmérséklete 106 °C.)

§ Olvadáspont - -197,2 ± 0,2 ° C (általában -251,4 ° C-on megadott olvadáspont hibás, mivel a meghatározása nem vette figyelembe az ózon nagy túlhűtési képességét).

§ Vízben való oldhatósága 0 °C-on - 0,394 kg / m³ (0,494 l / kg), 10-szer magasabb az oxigénhez képest.

§ Gázhalmazállapotban az ózon diamágneses, folyékony halmazállapotban gyengén paramágneses.

§ A szag éles, specifikus "fémes" (Mengyelejev szerint - "rák szaga"). Magas koncentrációban klórszagú. A szag már 1:100 000 hígításnál is érezhető.

Kémiai tulajdonságok.

Kémiai tulajdonságok az ózont nagy oxidációs képessége határozza meg.

Az O 3 molekula instabil, és normál körülmények között megfelelő koncentrációban a levegőben, hő felszabadulásával néhány tíz perc alatt spontán O 2 -dá alakul. A hőmérséklet emelkedése és a nyomás csökkenése növeli a kétatomos állapotba való átmenet sebességét. Magas koncentrációban az átmenet robbanásveszélyes lehet.

Tulajdonságok:

§ Fémek oxidációja

§ Nem fémek oxidációja

§ Kölcsönhatás oxidokkal

§ Égés

§ Ózonidok képződése

Az ózon előállításának módszerei

Az ózon számos folyamatban képződik atomos oxigén felszabadulásával, például peroxidok bomlása, foszfor oxidációja során stb. Az iparban az ózonizátorokban lévő levegőből vagy oxigénből nyerik elektromos kisülés hatására. Az O3 könnyebben cseppfolyósodik, mint az O2, ezért könnyen szétválasztható. Az ózont az ózonterápiához az orvostudományban csak tiszta oxigénből nyerik. Ha a levegőt kemény ultraibolya sugárzással sugározzák be, ózon képződik. Ugyanez a folyamat megy végbe a légkör felső rétegeiben is, ahol a napsugárzás hatására az ózonréteg kialakul és fennmarad.

Az ózon görög eredetű szó, ami fordításban azt jelenti, hogy „szagos”. Mi az ózon? Magában az O3 ózon egy kék gáz, amelynek jellegzetes szagú, zivatar utáni levegő szagához társul. Főleg források közelében érezhető elektromos áram.

A tudósok ózonfelfedezésének története

Mi az ózon? Hogyan nyitották meg? 1785-ben Martin van Marum holland fizikus számos kísérletet végzett az elektromos áram oxigénre gyakorolt ​​hatásának tanulmányozására. Eredményeik szerint a tudós egy konkrét "elektromos anyag" megjelenését vizsgálta. Ebben az irányban folytatva a munkát, 1850-ben sikerült meghatároznia az ózon szerves vegyületekkel való kölcsönhatási képességét és oxidálószerként való tulajdonságait.

Az ózon fertőtlenítő tulajdonságait először 1898-ban használták Franciaországban. Bon Voyage városában egy üzemet építettek, amely a Vasyubi folyó vizét fertőtlenítette és fertőtlenítette. Oroszországban az első ózonozó üzemet 1911-ben indították el Szentpéterváron.

Az ózont széles körben használták az első világháború idején antiszeptikumként. Az ózon-oxigén keveréket bélbetegségek, tüdőgyulladás, hepatitis kezelésére használták, és a műtét utáni fertőző elváltozások kezelésére alkalmazták. Az ózonozás különösen aktív 1980-ban kezdődött, ennek lendületét a megbízható és energiatakarékos piac megjelenése adta, jelenleg az ózont használják a víz mintegy 95%-ának tisztítására az Egyesült Államokban és egész Európában.

Ózongeneráló technológia

Mi az ózon? Hogyan alakul ki? Természetes környezetben az ózon a Föld légkörében 25 km-es magasságban található. Valójában ez egy gáz, amely a Nap ultraibolya sugárzásának eredményeként képződik. A felszínen 19-35 km vastag réteget képez, amely megvédi a Földet a napsugárzás behatolásától. A vegyészek értelmezése szerint az ózon aktív oxigén (három oxigénatom vegyülete). Gáz halmazállapotban kék, folyékony halmazállapotban indigó árnyalatú, szilárd állapotban pedig sötétkék kristályok. Az O3 a molekulaképlete.

Mi az ózon káros hatása? A legmagasabb veszélyességi osztályba tartozik - ez egy nagyon mérgező gáz, amelynek toxicitása a vegyi harci szerek kategóriájának felel meg. Megjelenésének oka a légkörben lévő elektromos kisülések (3O2 = 2O3). A természetben erős villámlás után érezhető. Az ózon jól kölcsönhatásba lép más vegyületekkel, és az egyik oka annak, hogy baktériumok, vírusok, mikroorganizmusok elpusztítására, víz és levegő tisztítására használják.

Az ózon negatív hatásai

Mit csinál az ózon? Ennek a gáznak az a jellemzője, hogy gyorsan kölcsönhatásba lép más anyagokkal. Ha a természetben túl sok a normatív mutató, akkor az emberi szövetekkel való kölcsönhatás eredményeként veszélyes anyagok és betegségek léphetnek fel. Az ózon erős oxidálószer, amellyel kölcsönhatásban a következők gyorsan elpusztulnak:

• természetes gumi;
• az arany, platina és irídium kivételével fémek;
• Berendezések;
• elektronika.

Magas ózonkoncentráció esetén a levegőben az emberi egészség és a jólét romlása következik be, különösen:

• a szem nyálkahártyája irritált;
• a légzőrendszer működése megszakad, ami a tüdő bénulásához vezet;
• a test általános fáradtsága van;
• fejfájás jelenik meg;
• lehetséges allergiás reakciók;
• égő érzés a torokban és hányinger;
• folyik Negatív hatás az idegrendszerre.

Az ózon hasznos tulajdonságai

Az ózon tisztítja a levegőt? Igen, annak ellenére, hogy a gáz nagyon előnyös az emberek számára. Kis koncentrációban kiváló fertőtlenítő és szagtalanító tulajdonságairól ismert. Különösen káros hatással van a káros mikroorganizmusokra, és pusztulást okoz:

• vírusok;
• különböző típusú mikrobák;
• baktériumok;
• gombák;
• mikroorganizmusok.

Az ózont leggyakrabban influenzajárvány és veszélyes fertőző betegségek kitörése idején használják. Segítségével a víz megtisztul a különféle szennyeződésektől és vasvegyületektől, miközben oxigénnel és ásványi anyagokkal gazdagítja.

Érdekes információk az ózonról, annak hatályáról

Kiváló fertőtlenítő tulajdonságok és nem mellékhatások az ózon iránti kereslet megjelenéséhez és széles körű használatához vezetett a gazdaság különböző ágazataiban. Ma az ózont sikeresen használják:

• kielégíti a gyógyszeripar igényeit;
• víztisztítás akváriumokban és halgazdaságokban;
• medence fertőtlenítése;
• gyógyászati ​​célokra;
• kozmetikai eljárások.

Az orvosi iparban az ózonozást fekélyek, égési sérülések, ekcéma, visszér, sebek és bőrgyógyászati ​​betegségek esetén alkalmazzák. A kozmetológiában az ózont a bőr öregedésének, a cellulitisz és a túlsúly leküzdésére használják.

Az ózon hatása az élőlények élettevékenységére

Mi az ózon? Hogyan befolyásolja a földi életet? A tudósok szerint az ózon 10%-a a troposzférában található. Ez az ózon a szmog szerves összetevője, és szennyező anyagként működik. Kedvezőtlenül hat az emberek, állatok légzőszerveire, lassítja a növények növekedését. Mennyisége azonban nagyon kicsi ahhoz, hogy jelentősen károsítsa az egészséget. A szmog összetételében a káros ózon jelentős része az autók és erőművek működésének termékei.

Sokkal több ózon (körülbelül 90%) van a sztratoszférában. Ez elnyeli a biológiailag káros ultraibolya sugárzást a Napból, ezáltal megvédi az embereket, a növény- és állatvilágot a negatív következményektől.

1785-ben Van Marum holland fizikus elektromossággal végzett kísérletek során felhívta a figyelmet a szagra az elektromos gépben kialakuló szikraképződés során, valamint a levegő oxidáló képességére, miután elektromos szikrák áthaladtak rajta.

1840-ben Sheinbein német tudós, aki a víz hidrolízisével foglalkozott, elektromos ív segítségével megpróbálta oxigénre és hidrogénre bontani. Aztán felfedezte, hogy egy új, a tudomány számára eddig ismeretlen, sajátos szagú gáz keletkezett. Az "ózon" elnevezést a Sheinbein adta a gáznak jellegzetes illata miatt, és a görög "osien" szóból származik, ami "szagot" jelent.

1857-ben a Werner von Siemens által megalkotott "tökéletes mágneses indukciós cső" segítségével megépült az első műszaki ózonberendezés. 1901-ben a Siemens megépítette az első ózongenerátorral felszerelt vízierőművet Wiesbandban.

Történelmileg az ózon használata az ivóvíz-előkészítő berendezésekkel kezdődött, amikor 1898-ban az első kísérleti üzemet tesztelték Saint Maur városában (Franciaország). Bon Voyage városában (Franciaország) már 1907-ben megépült az első vízi ózonozó üzem, Nizza városának igényeire. 1911-ben ivóvíz ózonozó állomást helyeztek üzembe Szentpéterváron (jelenleg nem üzemel). 1916-ban már 49 berendezés volt az ivóvíz ózonozására.

1977-re több mint 1000 létesítmény működött világszerte. Az ózon csak az elmúlt 30 évben vált széles körben elterjedtté, köszönhetően a megbízható és kompakt szintetizáló eszközök - ózonizálók (ózongenerátorok) megjelenésének.

Jelenleg Európában az ivóvíz 95%-át ózonnal kezelik. Az Egyesült Államokban a klórozásról az ózonozásra való átállás folyamatban van. Számos nagy állomás van Oroszországban (Moszkvában, Nyizsnyij Novgorodban és más városokban).

2. Az ózon és tulajdonságai

Az ózon képződésének mechanizmusa és molekuláris képlete

Ismeretes, hogy az oxigénmolekula 2 atomból áll: O2. Bizonyos körülmények között egy oxigénmolekula disszociálhat, pl. 2 különálló atomra bomlik. A természetben ezek a feltételek zivatar idején jönnek létre a légköri elektromosság kisülése során, és a felső légkörben a nap ultraibolya sugárzása (a Föld ózonrétege) hatására. Az ózon képződésének mechanizmusa és molekulaképlete. Az oxigénatom azonban nem létezhet külön, és hajlamos átcsoportosulni. Egy ilyen átrendeződés során 3 atomos molekulák jönnek létre.

Ózonmolekula Egy 3 oxigénatomból álló molekula, amelyet ózonnak vagy aktivált oxigénnek neveznek, az oxigén allotróp módosulata, és az O3 molekulaképlete (d = 1,28 A, q = 116,5°).

Megjegyzendő, hogy az ózonmolekulában a harmadik atom kötése viszonylag gyenge, ami a molekula egészének instabilitását és önbomlási hajlamát okozza.

Ózon tulajdonságai

Az ózon O3 jellegzetes szúrós szagú, kékes színű gáz, molekulatömege 48 g/mol; levegőhöz viszonyított sűrűség 1,657 (az ózon nehezebb a levegőnél); sűrűsége 0°C-on és nyomáson 0,1 MPa 2,143 kg/m3. Ózonszerzés

Alacsony, 0,01-0,02 mg/m3 (az ember számára megengedett maximális koncentráció ötszöröse) koncentrációban az ózon a levegőnek jellegzetes frissességű és tisztaszagot ad. Így például egy zivatar után az ózon finom szagát mindig a tiszta levegőhöz társítják.

Mint fentebb említettük, az ózonmolekula instabil, és önbomló tulajdonsággal rendelkezik. Ennek a tulajdonságának köszönhető, hogy az ózon erős oxidálószer és rendkívül hatékony fertőtlenítőszer.

Az ózon oxidációs potenciálja

Az oxidálószer hatékonyságának mértéke az elektrokémiai (oxidációs) potenciál, voltban kifejezve. Az alábbiakban a különböző oxidálószerek elektrokémiai potenciáljának értékei az ózonhoz viszonyítva:

A táblázat azt mutatja, hogy az ózon a legerősebb a vízkezelésben használt oxidálószerek közül.

Helyszíni jelentkezés

Az ózon instabilitása szükségessé teszi, hogy közvetlenül a termelés helyén használják fel. Az ózont nem kell csomagolni, tárolni és szállítani.

Az ózon oldhatósága vízben

Henry törvényének megfelelően az ózon koncentrációja a vízben nő az ózon koncentrációjának növekedésével a vízzel kevert gázfázisban. Ezenkívül minél magasabb a víz hőmérséklete, annál alacsonyabb az ózon koncentrációja a vízben.

Az ózon oldhatósága vízben nagyobb, mint az oxigéné, de 12-szer kisebb, mint a klóré. Ha 100%-os ózont tekintünk, akkor annak határkoncentrációja a vízben 570 mg/l 20C-os vízhőmérséklet mellett. Az ózon koncentrációja a gázban a modern ózonozó berendezések kimenetén eléri a 14 tömeg%-ot. Az alábbiakban bemutatjuk a desztillált vízben oldott ózon koncentrációjának függését a gáz ózonkoncentrációjától és a víz hőmérsékletétől.

Az ózon önlebomlása vízben és levegőben

Az ózon lebomlásának sebességét levegőben vagy vízben a felezési idő, azaz a felezési idő segítségével becsüljük meg. az az idő, amely alatt az ózonkoncentráció felére csökken.

Az ózon önlebomlása vízben (pH 7)

Az ózon önlebomlása a levegőben

A táblázatokból látható, hogy az ózon vizes oldatai sokkal kevésbé stabilak, mint a gáznemű ózon. Az ózon vízben történő bomlására vonatkozó adatok a következőkre vonatkoznak tiszta víz nem tartalmaz oldott vagy szuszpendált szennyeződéseket. Az ózon lebomlásának sebessége a vízben sokszorosára nő a következő esetekben:

1. szennyeződések jelenlétében a vízben, ózon által oxidálva (az ózonban lévő víz kémiai igénye)
2. a víz fokozott zavarosságával, mert a részecskék és a víz határfelületén az ózon önbomlási reakciói gyorsabban mennek végbe (katalízis)
3. ha víz UV-sugárzásnak van kitéve

3. Módszerek az ózon előállítására

Jelenleg az ózon előállításának két módszerét használják széles körben:

*UV besugárzás

* csendes (azaz diffúz, szikraképződés nélküli) korona típusú kisülés hatására

1. UV besugárzás

Ózon képződhet UV lámpák közelében, de csak kis koncentrációban (0,1 tömeg%).

2. Korona kisülés

Ugyanúgy, ahogy az ózont elektromos kisülések termelik zivatarok idején, nagyszámú Az ózont modern elektromos ózongenerátorokban állítják elő. Ezt a módszert koronakisülésnek nevezik. Az oxigént tartalmazó gázáramon nagy feszültséget vezetnek át. A nagyfeszültségű energia az O2 oxigénmolekulát 2 O atomra hasítja, amelyek az O2 molekulával egyesülve O3 ózont képeznek.

Az ózongenerátorba belépő tiszta oxigén helyettesíthető azt tartalmazó környezeti levegővel nagy százalék oxigén.

Ez a módszer 10-15 tömeg%-ra növeli az ózontartalmat.

Energiafogyasztás: 20-30 W/g O3 levegőnél 10-15 W/g O3 oxigénnél

4. Az ózon használata víztisztításra és fertőtlenítésre

Vízfertőtlenítés

Az ózon elpusztítja az összes ismert mikroorganizmust: baktériumokat, vírusokat, protozoonokat, azok spóráit, cisztáit stb.; míg az ózon 51%-kal erősebb a klórnál és 15-20-szor gyorsabban hat. A poliovírus 0,45 mg/l ózonkoncentrációnál 2 perc múlva, a klórtól pedig 1 mg/l koncentrációnál csak 3 óra múlva hal meg.

Az ózon a klórnál 300-600-szor erősebben hat a baktériumok spóraformáira.

Az ózon elpusztítja a baktériumok redox rendszerét és protoplazmájukat.

Biológiai halálozási együtthatók (BL*) különböző fertőtlenítőszerek használatakor

* Minél magasabb a BLC, annál erősebb a fertőtlenítőszer

A fertőtlenítőszerek összehasonlítása

Víz szagtalanítás

Az ózonozás oxidálja a szerves és ásványi szennyeződéseket, amelyek a szagok és ízek forrásai. Az ózonnal kezelt víz több oxigént tartalmaz, és olyan ízű, mint a friss forrásvíz.

Az ivóvíz végső előkészítése palackozósorokon
Ózonozás a palackozó vonalon. Tisztított és palackozásra előkészített, ózonnal telített, teljesen fertőtlenített és viszonylag rövid ideig maga is fertőtlenítő tulajdonságokat szerez. Ez növeli a palackozási folyamat mikrobiológiai biztonságát, az ózonos víz megbízhatóan sterilizálja a tartály falát, a dugót és a parafa alatti légrést. A víz ózonozás utáni eltarthatósága többszörösére nő. Különösen hatékony a víz ózonos kombinált kezelése a tartály öblítésével kombinálva.

Vas, mangán, hidrogén-szulfid oxidációja

A vas, a mangán és a kénhidrogén könnyen oxidálódik az ózon hatására. Ebben az esetben a vas oldhatatlan hidroxiddá alakul, amely azután könnyen visszatartja a szűrőket. A mangán permanganát ionná oxidálódik, amely szénszűrőkön könnyen eltávolítható. A hidrogén-szulfid, a szulfidok és a hidroszulfidok ártalmatlan szulfátokká alakulnak. Az oxidáció és a szűrhető üledékképződés az ózonozás során átlagosan 250-szer gyorsabban megy végbe, mint a levegőztetés során. Különösen hatékony az ózon alkalmazása vas-szerves komplexeket és vas, mangán és hidrogén-szulfid bakteriális formáit tartalmazó vizek deferrizálására.

Felszíni vizek tisztítása az antropogén szennyeződésektől

Az előtisztított víz ózonozása, majd az aktív szénnel történő szűrés megbízható módja a felszíni vizek fenoloktól, olajtermékektől, peszticidektől és nehézfémektől való tisztításának (oxidációs-szorpciós tisztítás).

Víz tisztítása és fertőtlenítése baromfitelepeken és telepeken

Ózonozás egy baromfitelepen. A baromfi- és állatitatók ózonnal fertőtlenített vízzel való ellátása nemcsak a tömeges járványok előfordulásának és kockázatának csökkentését segíti elő, hanem a madarak és állatok felgyorsult súlygyarapodását is okozza.

Szennyvízkezelés és fertőtlenítés

Az ózon fehéríti a szennyvizet.

Az ózonozás segítségével a szennyvizet összhangba lehet hozni a halászati ​​tározók fenol-, olajtermék- és felületaktív anyag-tartalmára, valamint mikrobiológiai mutatóira vonatkozó szigorú követelményeivel.

Víz ózonozása élelmiszerek és berendezések fertőtlenítéséhez

Mint fentebb említettük, a palackozási folyamat során ozonizált víz eltarthatósága jelentősen megnő annak következtében, hogy a termékvíz fertőtlenítő oldat tulajdonságait kapja.

Az élelmiszer-feldolgozás során a szennyezett berendezések baktériumokat szaporítanak, amelyek a bomlás és a bomlás erős szagainak forrásai. A berendezés ózonos vízzel történő öblítése a szennyeződések nagy részének eltávolítása után a felületek fertőtlenítéséhez, a helyiség levegőjének frissítő hatásához és a gyártás általános higiéniai és higiéniai állapotának javulásához vezet.

Ózonozás higiéniai célra. A berendezés-fertőtlenítő víz, ellentétben a palackozás előtti ózonozással, magasabb ózonkoncentrációt hoz létre.

Hasonlóképpen, a halak és a tenger gyümölcsei, a baromfi tetemek és a zöldségek csomagolás előtt ózonos vízzel kezelhetők. A feldolgozott termékek tárolás előtti élettartama megnövekszik, tárolás utáni megjelenése alig tér el a friss termékekétől.

5. Biztonsági szempontok az ózonberendezések üzemeltetése során

A gáznemű ózon mérgező, felső légúti égési sérüléseket és mérgezést okozhat (mint bármely más erős oxidálószer).

Az ózon maximális megengedett koncentrációját (MAC) a munkaterület levegőjében a GOST 12.1.005 "A munkaterület levegőjének általános egészségügyi és higiéniai követelményei" szabályozza, amely szerint 0,1 mg/m3.

Az ózonszagot az ember 0,01-0,02 mg/m3 koncentrációban rögzíti, ami 5-10-szer kisebb, mint az MPC, így az enyhe ózonszag megjelenése a helyiségben nem riasztó jelzés. A gyártóhelyiség ózontartalmának megbízható ellenőrzése érdekében gázanalizátorokat kell felszerelni, amelyek lehetővé teszik az ózonkoncentráció nyomon követését, és az MPC túllépése esetén időben intézkedéseket kell tenni annak biztonságos szintre csökkentésére.

Minden ózonos berendezést tartalmazó technológiai sémát gázleválasztóval kell felszerelni, amelyen keresztül a felesleges (feloldatlan) ózon a katalitikus destruktorba kerül, ahol oxigénre bomlik. Egy ilyen rendszer kiküszöböli az ózon áramlását a gyártóhelyiség levegőjébe.

Mert Az ózon a legerősebb oxidálószer, minden gázvezetéknek ózonálló anyagokból kell készülnie, például rozsdamentes acélból és fluoroplasztból.

Az ózont először Shenbein szerezte meg és tanulmányozta 1840-ben. Az ózon kékes gáz, éles jellegzetes szaggal;

A cseppfolyósított ózon sötétkék folyadék, a szilárd ózon sötétlila kristályos massza. Az ózon oldódik szén-tetrakloridban, jégecetben, folyékony nitrogénben és vízben. Akkor keletkezik, amikor csendes elektromos kisülést vezetnek át levegőn vagy oxigénen (a zivatar utáni friss szag a légkörben lévő kis mennyiségű ózonnak köszönhető), a nedves foszfor oxidációja, a rádiumsugarak, ultraibolya vagy katódsugarak hatása a levegő oxigénjére, a hidrogén-peroxid bomlása, a kénsav elektrolízise.
oxigéntartalmú savak), a fluor hatása a vízre stb. A földi légkör tartalma elhanyagolható; a földfelszín közelében lévő levegőrétegek kevesebb ózont tartalmaznak, mint a légkör felső rétegei; 1.050 magasságban m(a Mont Blanc régióban) Levy 0-3,7-et talált mg, 3000 magasságban m—9,4 mg.ózon 100-ra m kocka levegő. Az ózongenerátorokat a mérnöki munkákban és a laboratóriumokban használják ózon előállítására. Az ózonozáshoz oxigént vagy levegőt vezetnek át két nagyfeszültségű áramforráshoz csatlakoztatott elektróda között.
Az ózon tiszta formájában szabadul fel az ózon és az oxigén keverékéből, ha folyékony levegővel hűtik le. Az ózon könnyen lebomlik, a tiszta ózon bomlása pedig felgyorsul mangán-dioxid, ólom, nitrogén-oxidok jelenlétében. Víz jelenlétében az ózon lebomlása lelassul, a száraz ózon 0°-on 30-szor gyorsabban bomlik le, mint a nedves ózon 20,4°-on. Az ózon rendkívül erős oxidáló hatással rendelkezik. Jódot szabadít fel a kálium-jodidból, oxidálja a higanyt, a kénes fémeket szulfátsóvá alakítja, elszínteleníti a szerves festékeket stb. Az ózon tönkreteszi a gumicsöveket. Éter, alkohol, gyújtógáz, vatta meggyullad, ha erősen ózonizált oxigénnel érintkezik. Az ózonnak a telítetlen szerves vegyületekre gyakorolt ​​hatására ózonidok addíciós termékei képződnek. Az ózont víz sterilizálására, szagtalanításra – a rossz szag elpusztítására – használják a preparatív biogyakorlatban.

Fizikai tulajdonságok

Kémiai tulajdonságok és előállítási módszerek

Felhasznált irodalom jegyzéke

1. Volkov, A. I., Zharsky, I. M. Nagy kémiai kézikönyv / A.I. Volkov, I. M. Zharsky. - Minszk: Modern iskola, 2005. - 608 ISBN 985-6751-04-7.