La frase "strato di ozono", diventata famosa negli anni '70. il secolo scorso, è stato a lungo messo al limite. Allo stesso tempo, poche persone capiscono davvero cosa significhi questo concetto e perché la distruzione dello strato di ozono sia pericolosa. Un mistero ancora più grande per molti è la struttura della molecola di ozono, eppure è direttamente correlata ai problemi dello strato di ozono. Impariamo di più sull'ozono, la sua struttura e le applicazioni industriali.

Cos'è l'ozono

L'ozono, o, come viene anche chiamato, ossigeno attivo, è un gas azzurro con un pungente odore metallico.

Questa sostanza può esistere in tutti e tre gli stati di aggregazione: gassoso, solido e liquido.

Allo stesso tempo, l'ozono si presenta in natura solo sotto forma di gas, formando il cosiddetto strato di ozono. È a causa del suo colore azzurro che il cielo appare blu.

Che aspetto ha una molecola di ozono?

L'ozono ha preso il soprannome di "ossigeno attivo" a causa della sua somiglianza con l'ossigeno. Quindi la recitazione principale elemento chimico in queste sostanze c'è l'ossigeno (O). Tuttavia, se una molecola di ossigeno contiene 2 dei suoi atomi, allora la molecola - O 3) consiste di 3 atomi di questo elemento.

A causa di questa struttura, le proprietà dell'ozono sono simili a quelle dell'ossigeno, ma più pronunciate. In particolare, come l'O 2 , l'O 3 è l'agente ossidante più forte.

La differenza più importante tra queste sostanze "correlate", che è fondamentale ricordare a tutti, è la seguente: l'ozono non si respira, è tossico e, se inalato, può danneggiare i polmoni o addirittura uccidere una persona. Allo stesso tempo, O 3 è perfetto per pulire l'aria da impurità tossiche. A proposito, è per questo che è così facile respirare dopo la pioggia: l'ozono ossida le sostanze nocive contenute nell'aria e viene purificato.

Il modello della molecola di ozono (costituita da 3 atomi di ossigeno) assomiglia un po' all'immagine di un angolo, e la sua dimensione è di 117°. Questa molecola non ha elettroni spaiati ed è quindi diamagnetica. Inoltre, ha polarità, sebbene sia costituito da atomi di un elemento.

Due atomi di una data molecola sono saldamente legati l'uno all'altro. Ma la connessione con il terzo è meno affidabile. Per questo motivo la molecola di ozono (foto del modello sotto) è molto fragile e subito dopo la formazione si scompone. Di norma, in qualsiasi reazione di decomposizione di O 3, viene rilasciato ossigeno.

A causa dell'instabilità dell'ozono, non può essere raccolto, immagazzinato o trasportato come altre sostanze. Per questo motivo la sua produzione è più costosa rispetto ad altre sostanze.

Allo stesso tempo, l'elevata attività delle molecole di O 3 consente a questa sostanza di essere l'agente ossidante più forte, più potente dell'ossigeno e più sicuro del cloro.

Se la molecola di ozono viene distrutta e viene rilasciato O 2, questa reazione è sempre accompagnata dal rilascio di energia. Allo stesso tempo, affinché avvenga il processo inverso (la formazione di O 3 da O 2), è necessario spenderlo non meno.

Allo stato gassoso, la molecola di ozono si decompone a una temperatura di 70 ° C. Se viene portata a 100 gradi o più, la reazione accelererà in modo significativo. La presenza di impurità accelera anche il periodo di decadimento delle molecole di ozono.

Proprietà O3

In qualunque dei tre stati si trovi l'ozono, mantiene il suo colore blu. Più dura è la sostanza, più ricca e scura è questa sfumatura.

Ogni molecola di ozono pesa 48 g/mol. È più pesante dell'aria, il che aiuta a separare queste sostanze l'una dall'altra.

O 3 è in grado di ossidare quasi tutti i metalli e non metalli (eccetto oro, iridio e platino).

Inoltre, questa sostanza può partecipare alla reazione di combustione, ma ciò richiede di più Calore che per O 2 .

L'ozono è in grado di dissolversi in H 2 O e freon. Allo stato liquido può essere miscelato con ossigeno liquido, azoto, metano, argon, tetracloruro di carbonio e anidride carbonica.

Come si forma la molecola di ozono?

Le molecole di O 3 si formano attaccando atomi di ossigeno liberi a molecole di ossigeno. A loro volta, appaiono a causa della scissione di altre molecole di O 2 dovute all'effetto su di esse di scariche elettriche, raggi ultravioletti, elettroni veloci e altre particelle ad alta energia. Per questo motivo, l'odore specifico dell'ozono può essere sentito vicino ad apparecchi elettrici che fanno scintille o lampade che emettono luce ultravioletta.

Su scala industriale, l'O 3 viene isolato utilizzando dispositivi elettrici o ozonizzatori. In questi dispositivi, una corrente elettrica ad alta tensione viene fatta passare attraverso un flusso di gas in cui si trova O 2, i cui atomi fungono da " materiale da costruzione» per l'ozono.

A volte ossigeno puro o aria ordinaria entrano in questi apparecchi. La qualità dell'ozono risultante dipende dalla purezza del prodotto iniziale. Quindi, l'O 3 medico, destinato al trattamento delle ferite, viene estratto solo da O 2 chimicamente puro.

Storia della scoperta dell'ozono

Avendo capito che aspetto ha la molecola di ozono e come si forma, vale la pena conoscere la storia di questa sostanza.

Fu sintetizzato per la prima volta dal ricercatore olandese Martin van Marum nella seconda metà del XVIII secolo. Lo scienziato ha notato che dopo aver fatto passare scintille elettriche attraverso un contenitore con aria, il gas in esso contenuto ha cambiato le sue proprietà. Allo stesso tempo, Van Marum non ha capito di aver isolato le molecole di una nuova sostanza.

Ma il suo collega tedesco di nome Sheinbein, cercando di scomporre H 2 O in H e O 2 con l'aiuto dell'elettricità, ha attirato l'attenzione sul rilascio di un nuovo gas con un odore pungente. Dopo molte ricerche, lo scienziato descrisse la sostanza che scoprì e le diede il nome di "ozono" in onore di Parola greca"odore".

La capacità di uccidere funghi e batteri, nonché di ridurre la tossicità dei composti nocivi posseduti dalla sostanza aperta, interessava molti scienziati. 17 anni dopo la scoperta ufficiale dell'O 3, Werner von Siemens progettò il primo apparato che consentiva di sintetizzare l'ozono in qualsiasi quantità. E 39 anni dopo, il geniale Nikola Tesla ha inventato e brevettato il primo generatore di ozono al mondo.

È stato questo apparecchio che è stato utilizzato per la prima volta in Francia in 2 anni nelle strutture di trattamento per bevendo acqua. Dall'inizio del XX secolo. L'Europa sta iniziando a passare all'ozonizzazione dell'acqua potabile per la sua purificazione.

L'impero russo ha utilizzato per la prima volta questa tecnica nel 1911 e dopo 5 anni nel paese sono state attrezzate quasi 4 dozzine di installazioni per la purificazione dell'acqua potabile mediante l'ozono.

Oggi l'ozonizzazione dell'acqua sta gradualmente sostituendo la clorazione. Pertanto, il 95% di tutta l'acqua potabile in Europa viene trattata con O 3 . Questa tecnica è molto popolare anche negli Stati Uniti. Nella CSI è ancora allo studio perché, sebbene la procedura sia più sicura e conveniente, è più costosa della clorazione.

Applicazioni dell'ozono

Oltre alla purificazione dell'acqua, O 3 ha una serie di altre applicazioni.

• L'ozono è usato come candeggiante nella produzione di carta e tessuti.
• L'ossigeno attivo viene utilizzato per disinfettare i vini e per accelerare il processo di invecchiamento dei cognac.
• Con l'aiuto di O 3 vengono raffinati vari oli vegetali.
• Molto spesso questa sostanza viene utilizzata per la lavorazione di prodotti deperibili, come carne, uova, frutta e verdura. Questa procedura non lascia tracce chimiche, come con l'uso di cloro o formaldeide, e i prodotti possono essere conservati molto più a lungo.
• L'ozono sterilizza attrezzature mediche e indumenti.
• Inoltre, l'O 3 purificato viene utilizzato per vari scopi medici e procedure cosmetiche. In particolare, con il suo aiuto in odontoiatria, disinfettano il cavo orale e le gengive e curano anche varie malattie (stomatite, herpes, candidosi orale). Nei paesi europei, O 3 è molto popolare per la disinfezione delle ferite.
• IN l'anno scorso gli elettrodomestici portatili per filtrare l'aria e l'acqua utilizzando l'ozono stanno guadagnando un'immensa popolarità.

Strato di ozono: che cos'è?

A una distanza di 15-35 km sopra la superficie terrestre si trova lo strato di ozono o, come viene anche chiamato, l'ozonosfera. In questo luogo, l'O 3 concentrato funge da filtro per la radiazione solare dannosa.

Da dove viene una tale quantità di una sostanza se le sue molecole sono instabili? Non è difficile rispondere a questa domanda se ricordiamo il modello della molecola di ozono e il metodo della sua formazione. Quindi, l'ossigeno, costituito da 2 molecole di ossigeno, entrando nella stratosfera, viene riscaldato lì dai raggi del sole. Questa energia è sufficiente per dividere O 2 in atomi, da cui si forma O 3. Allo stesso tempo, lo strato di ozono non solo utilizza parte dell'energia solare, ma la filtra e assorbe le pericolose radiazioni ultraviolette.

È stato detto sopra che l'ozono viene dissolto dai freon. Queste sostanze gassose (utilizzate nella fabbricazione di deodoranti, estintori e frigoriferi), una volta rilasciate nell'atmosfera, intaccano l'ozono e contribuiscono alla sua decomposizione. Di conseguenza, nell'ozonosfera compaiono dei buchi attraverso i quali i raggi solari non filtrati entrano nel pianeta, che hanno un effetto distruttivo sugli organismi viventi.

Dopo aver considerato le caratteristiche e la struttura delle molecole di ozono, possiamo concludere che questa sostanza, sebbene pericolosa, è molto utile per l'umanità se utilizzata correttamente.

introduzione

L'ozono è una sostanza semplice, una modificazione allotropica dell'ossigeno. A differenza dell'ossigeno, la molecola dell'ozono è composta da tre atomi. In condizioni normali, è un gas esplosivo dall'odore pungente di colore blu, e ha forti proprietà ossidanti.

L'ozono è un componente permanente dell'atmosfera terrestre e svolge un ruolo essenziale nel sostenere la vita su di essa. Negli strati superficiali dell'atmosfera terrestre, la concentrazione di ozono aumenta notevolmente. Lo stato complessivo dell'ozono nell'atmosfera è variabile e fluttua con le stagioni. L'ozono atmosferico svolge un ruolo chiave nel sostenere la vita sulla terra. Protegge la Terra dagli effetti dannosi di un certo ruolo della radiazione solare, contribuendo così alla conservazione della vita sul pianeta.

Pertanto, è necessario scoprire quali effetti può avere l'ozono sui tessuti biologici.

Proprietà generali dell'ozono

L'ozono è una modifica allotropica dell'ossigeno costituita da molecole di O 3 triatomiche. La sua molecola è diamagnetica e ha una forma angolare. Il legame nella molecola è delocalizzato, a tre centri.

Riso. 1 Struttura dell'ozono

Entrambi o-o collegamenti in una molecola di ozono hanno la stessa lunghezza di 1.272 angstrom. L'angolo tra i legami è di 116,78°. Atomo di ossigeno centrale sp²-ibridato, ha una coppia solitaria di elettroni. La molecola è polare, il momento di dipolo è 0,5337 D.

La natura dei legami chimici dell'ozono ne determina l'instabilità (dopo un certo tempo l'ozono si trasforma spontaneamente in ossigeno: 2O3 -> 3O2) e l'elevata capacità ossidante (l'ozono è capace di una serie di reazioni in cui l'ossigeno molecolare non entra). L'effetto ossidante dell'ozono sulle sostanze organiche è associato alla formazione di radicali: RH + O3 RO2 + OH

Questi radicali avviano reazioni radicaliche a catena con molecole bioorganiche (lipidi, proteine, acidi nucleici), che portano alla morte cellulare. L'uso dell'ozono per sterilizzare l'acqua potabile si basa sulla sua capacità di uccidere i germi. L'ozono non è indifferente nemmeno agli organismi superiori. L'esposizione prolungata a un'atmosfera contenente ozono (ad esempio, sale di fisioterapia e irradiazione di quarzo) può causare gravi danni. sistema nervoso. Pertanto, l'ozono in grandi dosi è un gas tossico. La sua concentrazione massima consentita nell'aria dell'area di lavoro è di 0,0001 mg / litro. L'inquinamento dell'aria da ozono si verifica durante l'ozonizzazione dell'acqua, a causa della sua bassa solubilità.

Storia della scoperta.

L'ozono fu scoperto per la prima volta nel 1785 dal fisico olandese M. van Marum per il caratteristico odore e le proprietà ossidanti che l'aria acquisisce dopo il passaggio di scintille elettriche, nonché per la capacità di agire sul mercurio a temperatura ordinaria, come risultato di che perde la sua lucentezza e comincia ad aderire al vetro. Tuttavia, non è stato descritto come una nuova sostanza; van Marum credeva che si fosse formata una speciale "materia elettrica".

Termine ozono fu proposto dal chimico tedesco X. F. Schönbein nel 1840 per il suo odore, entrò nei dizionari in fine XIX secolo. Molte fonti danno priorità alla scoperta dell'ozono nel 1839 a lui. Nel 1840 Schonbein mostrò la capacità dell'ozono di sostituire lo iodio dallo ioduro di potassio:

Il fatto di una diminuzione del volume del gas durante la conversione dell'ossigeno in ozono è stato dimostrato sperimentalmente da Andrews e Tet utilizzando un tubo di vetro con un manometro riempito di ossigeno puro, con fili di platino saldati al suo interno per produrre una scarica elettrica.

Proprietà fisiche.

L'ozono è un gas blu che può essere visto se osservato attraverso uno strato significativo, spesso fino a 1 metro, di ossigeno ozonizzato. Allo stato solido, l'ozono è nero con una sfumatura viola. L'ozono liquido ha un colore blu intenso; trasparente in uno strato non superiore a 2 mm. spessore; piuttosto resistente.

Proprietà:

§ Peso molecolare - 48 u.m.

§ Densità del gas a condizioni normali- 2,1445 g/dm³. Densità relativa del gas per l'ossigeno 1,5; per via aerea - 1.62

§ Densità del liquido a −183 °C - 1,71 g/cm³

§ Punto di ebollizione - -111,9 °C. (l'ozono liquido ha 106 °C.)

§ Punto di fusione - -197,2 ± 0,2 ° C (di solito dato mp -251,4 ° C è errato, poiché la sua determinazione non ha tenuto conto della grande capacità dell'ozono di raffreddare eccessivamente).

§ Solubilità in acqua a 0 °C - 0,394 kg/m³ (0,494 l/kg), è 10 volte superiore rispetto all'ossigeno.

§ Allo stato gassoso l'ozono è diamagnetico, allo stato liquido è debolmente paramagnetico.

§ L'odore è acuto, specifico "metallico" (secondo Mendeleev - "l'odore del gambero"). Ad alte concentrazioni, odora di cloro. L'odore è evidente anche a una diluizione di 1: 100.000.

Proprietà chimiche.

Proprietà chimiche l'ozono è determinato dalla sua grande capacità di ossidare.

La molecola di O 3 è instabile e, a concentrazioni sufficienti nell'aria in condizioni normali, si trasforma spontaneamente in O 2 in poche decine di minuti con rilascio di calore. Un aumento della temperatura e una diminuzione della pressione aumentano la velocità di transizione allo stato biatomico. Ad alte concentrazioni, la transizione può essere esplosiva.

Proprietà:

§ Ossidazione dei metalli

§ Ossidazione dei non metalli

§ Interazione con ossidi

§ Bruciore

§ Formazione di ozonidi

Metodi per ottenere l'ozono

L'ozono si forma in molti processi accompagnati dal rilascio di ossigeno atomico, ad esempio durante la decomposizione dei perossidi, l'ossidazione del fosforo, ecc. Nell'industria si ottiene dall'aria o dall'ossigeno negli ozonizzatori mediante l'azione di una scarica elettrica. O3 si liquefa più facilmente di O2 ed è quindi facile da separare. L'ozono per l'ozonoterapia in medicina si ottiene solo da ossigeno puro. Quando l'aria viene irradiata con radiazioni ultraviolette dure, si forma l'ozono. Lo stesso processo avviene negli strati superiori dell'atmosfera, dove lo strato di ozono si forma e si mantiene sotto l'influenza della radiazione solare.

Ozono è una parola di origine greca, che in traduzione significa “odoroso”. Cos'è l'ozono? Al suo interno, l'ozono O3 è un gas blu con un odore caratteristico associato all'odore dell'aria dopo un temporale. Particolarmente sentito vicino a fonti corrente elettrica.

Storia della scoperta dell'ozono da parte degli scienziati

Cos'è l'ozono? Come è stato aperto? Nel 1785, il fisico olandese Martin van Marum condusse diversi esperimenti volti a studiare l'effetto della corrente elettrica sull'ossigeno. Secondo i loro risultati, lo scienziato ha studiato l'aspetto di una specifica "materia elettrica". Continuando a lavorare in questa direzione, nel 1850 riuscì a determinare la capacità dell'ozono di interagire con i composti organici e la sua proprietà come agente ossidante.

Le proprietà disinfettanti dell'ozono furono utilizzate per la prima volta nel 1898 in Francia. Nella città di Bon Voyage è stato costruito un impianto che disinfettava e disinfettava l'acqua del fiume Vasyubi. In Russia, il primo impianto di ozonizzazione fu lanciato a San Pietroburgo nel 1911.

L'ozono è stato ampiamente utilizzato durante la prima guerra mondiale come antisettico. La miscela di ozono-ossigeno era usata per curare malattie intestinali, polmoniti, epatiti, ed era praticata per lesioni infettive dopo interventi chirurgici. Particolarmente attiva nell'ozonizzazione è iniziata nel 1980, l'impulso per questo è stata la comparsa sul mercato di affidabili ea risparmio energetico.Attualmente, l'ozono viene utilizzato per purificare circa il 95% dell'acqua negli Stati Uniti e in tutta Europa.

Tecnologia di generazione dell'ozono

Cos'è l'ozono? Come si forma? Nell'ambiente naturale, l'ozono si trova nell'atmosfera terrestre ad un'altitudine di 25 km. In realtà, è un gas che si forma a seguito della radiazione ultravioletta del sole. In superficie forma uno strato spesso 19-35 km, che protegge la Terra dalla penetrazione della radiazione solare. Secondo l'interpretazione dei chimici, l'ozono è ossigeno attivo (un composto di tre atomi di ossigeno). Allo stato gassoso è blu, allo stato liquido ha una tonalità indaco e allo stato solido sono cristalli blu scuro. O3 è la sua formula molecolare.

Qual è il danno dell'ozono? Appartiene alla classe di pericolo più alta: è un gas molto velenoso, la cui tossicità è equiparata alla categoria degli agenti di guerra chimica. La ragione del suo aspetto sono le scariche elettriche nell'atmosfera (3O2 = 2O3). In natura, puoi sentirlo dopo forti lampi. L'ozono interagisce bene con altri composti ed è considerato uno dei motivi per cui viene utilizzato per uccidere batteri, virus, microrganismi, per purificare l'acqua e l'aria.

L'impatto negativo dell'ozono

Cosa fa l'ozono? Una caratteristica di questo gas è la capacità di interagire rapidamente con altre sostanze. Se in natura c'è un eccesso di indicatori normativi, allora a causa della sua interazione con i tessuti umani possono verificarsi sostanze pericolose e malattie. L'ozono è un potente agente ossidante, in seguito all'interazione con il quale vengono rapidamente distrutti:

• gomma naturale;
• metalli diversi da oro, platino e iridio;
• Elettrodomestici;
• elettronica.

Ad alte concentrazioni di ozono nell'aria, si verifica un deterioramento della salute e del benessere umano, in particolare:

• la mucosa degli occhi è irritata;
• il funzionamento del sistema respiratorio viene interrotto, il che porterà alla paralisi dei polmoni;
• c'è una stanchezza generale del corpo;
• compaiono mal di testa;
• possibili reazioni allergiche;
• bruciore alla gola e nausea;
• in corso Influenza negativa al sistema nervoso.

Proprietà utili dell'ozono

L'ozono purifica l'aria? Sì, nonostante il suo gas sia molto benefico per l'uomo. A piccole concentrazioni si fa notare per le sue ottime proprietà disinfettanti e deodoranti. In particolare, ha un effetto dannoso sui microrganismi dannosi e provoca la distruzione:

• virus;
• vari tipi di microbi;
• batteri;
• fungo;
• microrganismi.

Molto spesso, l'ozono viene utilizzato durante un'epidemia di influenza e focolai di pericolose malattie infettive. Con il suo aiuto, l'acqua viene purificata da vari tipi di impurità e composti di ferro, arricchendola con ossigeno e minerali.

Informazioni interessanti sull'ozono, la sua portata

Eccellenti proprietà disinfettanti e no effetti collaterali ha portato all'emergere della domanda di ozono e al suo uso diffuso in vari settori dell'economia. Oggi l'ozono viene utilizzato con successo per:

• soddisfare le esigenze dell'industria farmaceutica;
• depurazione dell'acqua in acquari e allevamenti ittici;
• disinfezione della piscina;
• scopi medici;
• procedure cosmetiche.

Nell'industria medica, l'ozonizzazione viene praticata per ulcere, ustioni, eczemi, vene varicose, ferite e malattie dermatologiche. In cosmetologia, l'ozono viene utilizzato per combattere l'invecchiamento cutaneo, la cellulite e l'eccesso di peso.

L'effetto dell'ozono sull'attività vitale degli esseri viventi

Cos'è l'ozono? Come influisce sulla vita sulla Terra? Secondo gli scienziati, il 10% dell'ozono si trova nella troposfera. Questo ozono è parte integrante dello smog e agisce come inquinante. Influisce negativamente sugli organi respiratori di persone, animali e rallenta la crescita delle piante. Tuttavia, la sua quantità è molto piccola per danneggiare significativamente la salute. Una parte significativa dell'ozono dannoso nella composizione dello smog è il prodotto del funzionamento di automobili e centrali elettriche.

Molto più ozono (circa il 90%) è nella stratosfera. Questo assorbe le radiazioni ultraviolette biologicamente dannose dal Sole, proteggendo così le persone, la flora e la fauna dalle conseguenze negative.

Nel 1785, il fisico olandese Van Marum, mentre conduceva esperimenti con l'elettricità, richiamò l'attenzione sull'odore durante la formazione di scintille in una macchina elettrica e sulla capacità ossidante dell'aria dopo il passaggio di scintille elettriche attraverso di essa.

Nel 1840, lo scienziato tedesco Sheinbein, impegnato nell'idrolisi dell'acqua, cercò di scomporlo in ossigeno e idrogeno usando un arco elettrico. E poi scoprì che si era formato un nuovo gas, finora sconosciuto alla scienza, con un odore specifico. Il nome "ozono" è stato dato al gas da Sheinbein per via del suo odore caratteristico, e deriva dalla parola greca "osien", che significa "odore".

Nel 1857, con l'aiuto del "tubo perfetto di induzione magnetica" creato da Werner von Siemens, fu costruito il primo impianto tecnico di ozono. Nel 1901 Siemens costruì a Wiesband la prima centrale idroelettrica con generatore di ozono.

Storicamente l'utilizzo dell'ozono è iniziato con gli impianti per la preparazione dell'acqua potabile, quando nel 1898 fu sperimentato il primo impianto pilota nella città di Saint Maur (Francia). Già nel 1907 fu costruito il primo impianto di ozonizzazione dell'acqua nella città di Bon Voyage (Francia), per le esigenze della città di Nizza. Nel 1911 fu messa in funzione a San Pietroburgo una stazione di ozonizzazione dell'acqua potabile (attualmente non funzionante). Nel 1916 esistevano già 49 impianti per l'ozonizzazione dell'acqua potabile.

Nel 1977, più di 1.000 installazioni erano in funzione in tutto il mondo. L'ozono si è diffuso solo negli ultimi 30 anni, grazie all'emergere di dispositivi affidabili e compatti per la sua sintesi: ozonizzatori (generatori di ozono).

Attualmente, il 95% dell'acqua potabile in Europa è trattata con ozono. Gli Stati Uniti stanno passando dalla clorazione all'ozonizzazione. Ci sono diverse grandi stazioni in Russia (a Mosca, Nizhny Novgorod e altre città).

2. L'ozono e le sue proprietà

Meccanismo di formazione e formula molecolare dell'ozono

È noto che la molecola di ossigeno è composta da 2 atomi: O2. In determinate condizioni, una molecola di ossigeno può dissociarsi, ad es. scomporre in 2 atomi separati. In natura, queste condizioni si creano durante un temporale durante gli scarichi di elettricità atmosferica e nell'alta atmosfera, sotto l'influenza della radiazione ultravioletta del sole (lo strato di ozono terrestre). Meccanismo di formazione e formula molecolare dell'ozono. Tuttavia, l'atomo di ossigeno non può esistere separatamente e tende a riorganizzarsi. Nel corso di tale riarrangiamento si formano molecole a 3 atomi.

Molecola di ozono Una molecola costituita da 3 atomi di ossigeno, chiamata ozono o ossigeno attivato, è una modificazione allotropica dell'ossigeno e ha la formula molecolare O3 (d = 1,28 A, q = 116,5°).

Va notato che il legame del terzo atomo nella molecola di ozono è relativamente debole, il che provoca l'instabilità della molecola nel suo insieme e la sua tendenza all'autodecadimento.

Proprietà dell'ozono

L'ozono O3 è un gas bluastro dal caratteristico odore pungente, peso molecolare 48 g/mol; densità relativa all'aria 1,657 (l'ozono è più pesante dell'aria); densità a 0°C e pressione 0,1 MPa 2,143 kg/m3. Ottenere ozono

In basse concentrazioni al livello di 0,01-0,02 mg/m3 (cinque volte inferiore alla concentrazione massima consentita per l'uomo), l'ozono conferisce all'aria un caratteristico odore di freschezza e purezza. Quindi, ad esempio, dopo un temporale, il sottile odore dell'ozono è invariabilmente associato all'aria pulita.

Come accennato in precedenza, la molecola di ozono è instabile e ha la proprietà di autodecadimento. È a causa di questa proprietà che l'ozono è un forte agente ossidante e un disinfettante eccezionalmente efficace.

Potenziale di ossidazione dell'ozono

Una misura dell'efficacia di un ossidante è il suo potenziale elettrochimico (ossidazione), espresso in volt. Di seguito sono riportati i valori del potenziale elettrochimico di vari agenti ossidanti rispetto all'ozono:

La tabella mostra che l'ozono è il più forte di tutti gli ossidanti utilizzati nel trattamento delle acque.

Applicazione in loco

L'instabilità dell'ozono richiede il suo utilizzo direttamente nel luogo di produzione. L'ozono non è soggetto a imballaggio, stoccaggio e trasporto.

Solubilità dell'ozono in acqua

Secondo la legge di Henry, la concentrazione di ozono nell'acqua aumenta con l'aumentare della concentrazione di ozono nella fase gassosa miscelata con l'acqua. Inoltre, maggiore è la temperatura dell'acqua, minore è la concentrazione di ozono nell'acqua.

La solubilità dell'ozono in acqua è superiore a quella dell'ossigeno, ma inferiore di 12 volte a quella del cloro. Se consideriamo il 100% di ozono, allora la sua concentrazione limite in acqua è di 570 mg/l a una temperatura dell'acqua di 20°C. La concentrazione di ozono nel gas all'uscita dei moderni impianti di ozonizzazione raggiunge il 14% in peso. Di seguito è riportata la dipendenza della concentrazione di ozono disciolto nell'acqua distillata dalla concentrazione di ozono nel gas e dalla temperatura dell'acqua.

Autodecomposizione dell'ozono in acqua e aria

Il tasso di decomposizione dell'ozono nell'aria o nell'acqua è stimato utilizzando l'emivita, cioè il tempo necessario per dimezzare la concentrazione di ozono.

Autodecomposizione dell'ozono in acqua (pH 7)

Autodecomposizione dell'ozono nell'aria

Si può vedere dalle tabelle che le soluzioni acquose di ozono sono molto meno stabili dell'ozono gassoso. I dati sul decadimento dell'ozono nell'acqua sono dati per acqua pulita non contiene impurità disciolte o in sospensione. Il tasso di decadimento dell'ozono nell'acqua aumenta molte volte nei seguenti casi:

1. in presenza di impurità nell'acqua, ossidate dall'ozono (la richiesta chimica dell'acqua nell'ozono)
2. con maggiore torbidità dell'acqua, perché all'interfaccia tra particelle e acqua, le reazioni di autodecomposizione dell'ozono procedono più velocemente (catalisi)
3. se esposto all'irradiazione UV dell'acqua

3. Metodi per la produzione di ozono

Attualmente, sono ampiamente utilizzati 2 metodi per generare ozono:

*Irradiazione UV

* sotto l'influenza di una scarica di tipo corona silenziosa (cioè diffusa, senza formazione di scintille).

1. Irradiazione UV

L'ozono può formarsi in prossimità di lampade UV, ma solo in piccole concentrazioni (0,1% in peso).

2. Scarica corona

Allo stesso modo in cui l'ozono viene prodotto dalle scariche elettriche durante i temporali, un gran numero di L'ozono viene prodotto in moderni generatori elettrici di ozono. Questo metodo è chiamato scarica corona. Un'alta tensione viene fatta passare attraverso un flusso di gas contenente ossigeno. L'energia ad alta tensione divide la molecola di ossigeno O2 in 2 atomi di O, che si combinano con la molecola di O2 e formano l'ozono O3.

L'ossigeno puro che entra nel generatore di ozono può essere sostituito da aria ambiente contenente una grande percentuale ossigeno.

Questo metodo aumenta il contenuto di ozono al 10-15% in peso.

Consumo energetico: 20 - 30 W/g O3 per aria 10 - 15 W/g O3 per ossigeno

4. L'uso dell'ozono per la purificazione e la disinfezione dell'acqua

Disinfezione dell'acqua

L'ozono distrugge tutti i microrganismi conosciuti: batteri, virus, protozoi, loro spore, cisti, ecc.; mentre l'ozono è il 51% più forte del cloro e agisce 15-20 volte più velocemente. Il virus della poliomielite muore a una concentrazione di ozono di 0,45 mg / l dopo 2 minuti e dal cloro - solo 3 ore a 1 mg / l.

L'ozono agisce sulle forme di spore di batteri 300-600 volte più forti del cloro.

L'ozono distrugge il sistema redox dei batteri e il loro protoplasma.

Coefficienti letali biologici (BL*) quando si utilizzano vari disinfettanti

*Più alto è il BLC, più potente è il disinfettante

Confronto di disinfettanti

Deodorizzazione dell'acqua

L'ozonizzazione ossida le impurità organiche e minerali, che sono la fonte di odori e sapori. L'acqua trattata con l'ozono contiene più ossigeno e ha il sapore di fresca acqua di sorgente.

Preparazione finale dell'acqua potabile sulle linee di imbottigliamento
Ozonizzazione sulla linea di imbottigliamento. Acqua purificata e preparata per l'imbottigliamento, satura di ozono, completamente disinfettata e per un tempo relativamente breve essa stessa acquisisce proprietà disinfettanti. Ciò aumenta la sicurezza microbiologica del processo di imbottigliamento, l'acqua ozonizzata sterilizza in modo affidabile le pareti del contenitore, il tappo e l'intercapedine d'aria sotto il tappo. La durata di conservazione dell'acqua dopo l'ozonizzazione aumenta molte volte. Particolarmente efficace è il trattamento combinato dell'acqua con ozono in combinazione con il risciacquo del contenitore.

Ossidazione di ferro, manganese, idrogeno solforato

Ferro, manganese e idrogeno solforato sono facilmente ossidati dall'ozono. In questo caso il ferro passa in idrossido insolubile, che viene poi facilmente trattenuto nei filtri. Il manganese viene ossidato allo ione permanganato, che viene facilmente rimosso sui filtri a carbone. Solfuro di idrogeno, solfuri e idrosolfuri vengono convertiti in solfati innocui. Il processo di ossidazione e formazione di sedimenti filtrabili durante l'ozonizzazione procede in media 250 volte più velocemente che durante l'aerazione. Particolarmente efficace è l'uso dell'ozono per la deferrizzazione di acque contenenti complessi ferro-organici e forme batteriche di ferro, manganese e idrogeno solforato.

Depurazione delle acque superficiali dalle impurità antropiche

L'ozonizzazione dell'acqua pre-chiarificata seguita dalla filtrazione attraverso carbone attivo è un modo affidabile per purificare l'acqua superficiale da fenoli, prodotti petroliferi, pesticidi e metalli pesanti (trattamento di assorbimento-ossidazione).

Depurazione e disinfezione dell'acqua negli allevamenti avicoli e negli allevamenti

Ozonizzazione in un allevamento di pollame. La fornitura di acqua disinfettata con ozono agli abbeveratoi per pollame e animali non solo aiuta a ridurre l'incidenza e il rischio di epidemie di massa, ma provoca anche un aumento di peso accelerato negli uccelli e negli animali.

Trattamento e disinfezione delle acque reflue

L'ozono sbianca le acque reflue.

Con l'aiuto dell'ozonizzazione, le acque reflue possono essere allineate ai severi requisiti dei serbatoi di pesca per il contenuto di fenoli, prodotti petroliferi e tensioattivi, nonché indicatori microbiologici.

Ozonizzazione dell'acqua per la sanificazione di alimenti e attrezzature

Come accennato in precedenza, la durata di conservazione dell'acqua ozonizzata durante il processo di imbottigliamento aumenta notevolmente a causa del fatto che l'acqua prodotta acquisisce le proprietà di una soluzione disinfettante.

Durante la lavorazione degli alimenti, le apparecchiature contaminate generano batteri, che sono la fonte di forti odori di decomposizione e decomposizione. Il risciacquo delle apparecchiature con acqua ozonizzata dopo aver rimosso la maggior parte dei contaminanti porta alla disinfezione delle superfici, ad un effetto rinfrescante dell'aria nel locale e ad un miglioramento dello stato igienico-sanitario generale della produzione.

Ozonizzazione per sanificazione. L'acqua di sanificazione delle apparecchiature, contrariamente all'ozonizzazione dell'acqua prima dell'imbottigliamento, crea concentrazioni più elevate di ozono.

Allo stesso modo, pesce e frutti di mare, carcasse di pollame e verdure possono essere trattati con acqua ozonizzata prima dell'imballaggio. La vita utile dei prodotti trasformati prima dello stoccaggio aumenta e il loro aspetto dopo lo stoccaggio differisce poco dai prodotti freschi.

5. Aspetti di sicurezza nel funzionamento delle apparecchiature per l'ozono

L'ozono gassoso è tossico e può causare ustioni e avvelenamento del tratto respiratorio superiore (come qualsiasi altro forte agente ossidante).

La concentrazione massima consentita (MAC) di ozono nell'aria dell'area di lavoro è regolata da GOST 12.1.005 "Requisiti sanitari e igienici generali per l'aria dell'area di lavoro", secondo la quale è di 0,1 mg/m3.

L'odore di ozono viene fissato da una persona in concentrazioni di 0,01-0,02 mg/m3, che è 5-10 volte inferiore all'MPC, quindi la comparsa di un leggero odore di ozono nella stanza non è un segnale di allarme. Per garantire un controllo affidabile del contenuto di ozono nella sala di produzione, è necessario installare analizzatori di gas che consentano di monitorare la concentrazione di ozono e, se l'MPC viene superato, adottare misure tempestive per ridurla a un livello di sicurezza.

Qualsiasi schema tecnologico contenente apparecchiature per l'ozono deve essere dotato di un separatore di gas, attraverso il quale l'ozono in eccesso (non disciolto) entra nel distruttore catalitico, dove si decompone in ossigeno. Tale sistema elimina il flusso di ozono nell'aria della sala di produzione.

Perché L'ozono è l'agente ossidante più forte, tutti i gasdotti devono essere realizzati con materiali resistenti all'ozono come acciaio inossidabile e fluoroplastica.

L'ozono fu ottenuto e studiato per la prima volta da Shenbein nel 1840. L'ozono è un gas bluastro con un forte odore caratteristico;

L'ozono liquefatto è un liquido blu scuro, l'ozono solido è una massa cristallina viola scuro. L'ozono è solubile in tetracloruro di carbonio, acido acetico glaciale, azoto liquido e acqua. Si forma quando una scarica elettrica silenziosa viene fatta passare attraverso l'aria o l'ossigeno (l'odore fresco dopo un temporale è dovuto alla presenza di piccole quantità di ozono nell'atmosfera), l'ossidazione del fosforo umido, l'azione dei raggi del radio, ultravioletti o raggi catodici sull'ossigeno nell'aria, la decomposizione del perossido di idrogeno, l'elettrolisi dell'acido solforico (ecc. .
acidi contenenti ossigeno), l'effetto del fluoro sull'acqua, ecc. Il contenuto nell'atmosfera terrestre è trascurabile; gli strati d'aria vicino alla superficie terrestre contengono meno ozono rispetto agli strati superiori dell'atmosfera; a quota 1.050 M(nella regione del Monte Bianco) Levy ha trovato 0-3.7 mg, a quota 3.000 M—9,4 mg. ozono per 100 m cubo aria. I generatori di ozono sono utilizzati in ingegneria e nei laboratori per produrre ozono. Per l'ozonizzazione, l'ossigeno o l'aria vengono fatti passare tra due elettrodi collegati a una sorgente di corrente ad alta tensione.
L'ozono nella sua forma pura viene rilasciato da una miscela di ozono con ossigeno quando viene raffreddato con aria liquida. L'ozono si decompone facilmente e la decomposizione dell'ozono puro viene accelerata in presenza di biossido di manganese, piombo, ossidi di azoto. In presenza di acqua, la decomposizione dell'ozono rallenta; l'ozono secco a 0° si decompone 30 volte più velocemente dell'ozono umido a 20,4°. L'ozono ha un effetto ossidante estremamente forte. Rilascia iodio dallo ioduro di potassio, ossida il mercurio, converte i metalli solforosi in sali solfati, decolora i coloranti organici, ecc. L'ozono distrugge i tubi di gomma. Etere, alcol, gas di illuminazione, cotone idrofilo si infiammano a contatto con ossigeno altamente ozonizzato. Sotto l'azione dell'ozono su composti organici insaturi si formano prodotti di addizione di ozonidi. L'ozono viene utilizzato per la sterilizzazione dell'acqua, per la deodorizzazione - la distruzione del cattivo odore, nella pratica organica preparatoria.

Proprietà fisiche

Proprietà chimiche e metodi di preparazione

Elenco della letteratura usata

1. Volkov, A.I., Zharsky, I.M. Grande libro di consultazione chimica / A.I. Volkov, I.M. Zarsky. - Minsk: Modern school, 2005. - 608 con ISBN 985-6751-04-7.