Frāze "ozona slānis", kas kļuva slavena 70. gados. pagājušajā gadsimtā, jau sen ir iestatīts uz robežas. Tajā pašā laikā tikai daži cilvēki īsti saprot, ko šis jēdziens nozīmē un kāpēc ozona slāņa iznīcināšana ir bīstama. Vēl lielāks noslēpums daudziem ir ozona molekulas uzbūve, un tomēr tā ir tieši saistīta ar ozona slāņa problēmām. Uzzināsim vairāk par ozonu, tā struktūru un rūpnieciskiem pielietojumiem.

Kas ir ozons

Ozons vai, kā to sauc arī, aktīvais skābeklis, ir debeszila gāze ar asu metāla smaržu.

Šī viela var pastāvēt visos trīs agregācijas stāvokļos: gāzveida, cietā un šķidrā.

Tajā pašā laikā ozons dabā sastopams tikai gāzes veidā, veidojot tā saukto ozona slāni. Debesis šķiet zilas debeszilas krāsas dēļ.

Kā izskatās ozona molekula?

Ozons ieguva savu segvārdu "aktīvais skābeklis", jo tas ir līdzīgs skābekli. Tātad galvenā aktierspēle ķīmiskais elementsšajās vielās ir skābeklis (O). Taču, ja skābekļa molekulā ir 2 no tās atomiem, tad molekula - O 3) sastāv no 3 šī elementa atomiem.

Pateicoties šai struktūrai, ozona īpašības ir līdzīgas skābekļa īpašībām, bet izteiktākas. Jo īpaši, tāpat kā O 2, O 3 ir spēcīgākais oksidētājs.

Būtiskākā atšķirība starp šīm "radniecīgajām" vielām, kas ikvienam ir vitāli jāatceras, ir šāda: ozonu nevar ieelpot, tas ir toksisks un, ieelpojot, var sabojāt plaušas vai pat nogalināt cilvēku. Tajā pašā laikā O 3 ir lieliski piemērots gaisa attīrīšanai no toksiskiem piemaisījumiem. Starp citu, tieši tāpēc pēc lietus ir tik viegli elpot: ozons oksidē gaisā esošās kaitīgās vielas, un tas tiek attīrīts.

Ozona molekulas modelis (sastāv no 3 skābekļa atomiem) izskatās mazliet kā leņķa attēls, un tā izmērs ir 117°. Šai molekulai nav nepāra elektronu, un tāpēc tā ir diamagnētiska. Turklāt tai ir polaritāte, lai gan tā sastāv no viena elementa atomiem.

Divi dotās molekulas atomi ir cieši saistīti viens ar otru. Bet savienojums ar trešo ir mazāk uzticams. Šī iemesla dēļ ozona molekula (modeļa fotoattēlu var redzēt zemāk) ir ļoti trausla un drīz pēc veidošanās tā sadalās. Parasti jebkurā O 3 sadalīšanās reakcijā tiek atbrīvots skābeklis.

Ozona nestabilitātes dēļ to nevar novākt, uzglabāt vai transportēt tāpat kā citas vielas. Šī iemesla dēļ tā ražošana ir dārgāka nekā citas vielas.

Tajā pašā laikā O 3 molekulu augstā aktivitāte ļauj šai vielai kļūt par spēcīgāko oksidētāju, jaudīgāku par skābekli un drošāku par hloru.

Ja ozona molekula tiek iznīcināta un izdalās O 2, šo reakciju vienmēr pavada enerģijas izdalīšanās. Tajā pašā laikā, lai notiktu apgrieztais process (O 3 veidošanās no O 2), tas ir jātērē ne mazāk.

Gāzveida stāvoklī ozona molekula sadalās 70 ° C temperatūrā. Ja to paaugstina līdz 100 grādiem vai vairāk, reakcija ievērojami paātrināsies. Piemaisījumu klātbūtne arī paātrina ozona molekulu sabrukšanas periodu.

O3 īpašības

Neatkarīgi no tā, kurā no trim stāvokļiem atrodas ozons, tas saglabā savu zilo krāsu. Jo cietāka viela, jo bagātāks un tumšāks šis tonis.

Katra ozona molekula sver 48 g/mol. Tas ir smagāks par gaisu, kas palīdz šīs vielas atdalīt vienu no otras.

O 3 spēj oksidēt gandrīz visus metālus un nemetālus (izņemot zeltu, irīdiju un platīnu).

Arī šī viela var piedalīties degšanas reakcijā, bet tas prasa vairāk karstums nekā O 2 .

Ozons spēj izšķīst ūdenī un freonos. Šķidrā stāvoklī to var sajaukt ar šķidru skābekli, slāpekli, metānu, argonu, oglekļa tetrahlorīdu un oglekļa dioksīdu.

Kā veidojas ozona molekula?

O 3 molekulas veidojas, skābekļa molekulām pievienojot brīvus skābekļa atomus. Tie, savukārt, parādās citu O 2 molekulu šķelšanās dēļ, jo uz tām iedarbojas elektriskās izlādes, ultravioletie stari, ātri elektroni un citas lielas enerģijas daļiņas. Šī iemesla dēļ dzirksteļojošo elektroierīču vai ultravioleto gaismu izstarojošo lampu tuvumā ir jūtama specifiska ozona smaka.

Rūpnieciskā mērogā O 3 izolē, izmantojot elektriskos vai ozonatorus. Šajās ierīcēs augstsprieguma elektriskā strāva tiek novadīta caur gāzes plūsmu, kurā atrodas O 2 un kuras atomi kalpo kā " celtniecības materiāls» ozonam.

Dažreiz šajos aparātos tiek iepludināts tīrs skābeklis vai parasts gaiss. Iegūtā ozona kvalitāte ir atkarīga no sākotnējā produkta tīrības. Tātad medicīniskais O 3, kas paredzēts brūču ārstēšanai, tiek iegūts tikai no ķīmiski tīra O 2.

Ozona atklāšanas vēsture

Noskaidrojot, kā izskatās ozona molekula un kā tā veidojas, ir vērts iepazīties ar šīs vielas vēsturi.

Pirmo reizi to sintezēja holandiešu pētnieks Martins van Marums 18. gadsimta otrajā pusē. Zinātnieks pamanīja, ka, izlaižot elektriskās dzirksteles caur konteineru ar gaisu, tajā esošā gāze mainīja savas īpašības. Tajā pašā laikā Van Marums nesaprata, ka ir izolējis jaunas vielas molekulas.

Bet viņa vācu kolēģis Šeinbeins, mēģinot ar elektrības palīdzību sadalīt H 2 O H un O 2, vērsa uzmanību uz jaunas gāzes izdalīšanos ar asu smaku. Pēc daudziem pētījumiem zinātnieks aprakstīja atklāto vielu un par godu tai deva nosaukumu "ozons". Grieķu vārds"smarža".

Spēja iznīcināt sēnītes un baktērijas, kā arī samazināt kaitīgo savienojumu toksicitāti, kas piemīt atklātajai vielai, interesēja daudzus zinātniekus. 17 gadus pēc O 3 oficiālās atklāšanas Verners fon Sīmens izstrādāja pirmo aparātu, kas ļāva sintezēt ozonu jebkurā daudzumā. Un 39 gadus vēlāk izcilā Nikola Tesla izgudroja un patentēja pasaulē pirmo ozona ģeneratoru.

Tieši šis aparāts pirmo reizi tika izmantots Francijā 2 gadu laikā ārstniecības iestādēs dzeramais ūdens. Kopš XX gadsimta sākuma. Eiropa sāk pāriet uz dzeramā ūdens ozonēšanu tā attīrīšanai.

Krievijas impērija pirmo reizi izmantoja šo paņēmienu 1911. gadā, un pēc 5 gadiem valstī tika aprīkoti gandrīz 4 desmiti iekārtu dzeramā ūdens attīrīšanai, izmantojot ozonu.

Mūsdienās hlorēšanu pakāpeniski aizstāj ūdens ozonēšana. Tādējādi 95% no visa dzeramā ūdens Eiropā tiek apstrādāts ar O 3 . Šis paņēmiens ir ļoti populārs arī ASV. NVS valstīs tas joprojām tiek pētīts, jo, lai gan procedūra ir drošāka un ērtāka, tā ir dārgāka nekā hlorēšana.

Ozona pielietojumi

Papildus ūdens attīrīšanai O 3 ir vairāki citi pielietojumi.

• Ozonu izmanto kā balinātāju papīra un tekstilizstrādājumu ražošanā.
• Aktīvo skābekli izmanto vīnu dezinfekcijai, kā arī konjaku novecošanas procesa paātrināšanai.
• Ar O 3 palīdzību tiek rafinētas dažādas augu eļļas.
• Ļoti bieži šo vielu izmanto, lai apstrādātu produktus, kas ātri bojājas, piemēram, gaļu, olas, augļus un dārzeņus. Šī procedūra neatstāj ķīmiskas pēdas, kā, izmantojot hloru vai formaldehīdu, un produktus var uzglabāt daudz ilgāk.
• Ozons sterilizē medicīnas iekārtas un apģērbu.
• Tāpat attīrīts O 3 tiek izmantots dažādām medicīnas un kosmētiskās procedūras. Jo īpaši ar tās palīdzību zobārstniecībā viņi dezinficē mutes dobumu un smaganas, kā arī ārstē dažādas slimības (stomatītu, herpes, mutes kandidozi). Eiropas valstīs O 3 ir ļoti populārs brūču dezinfekcijai.
• IN pēdējie gadi pārnēsājamas sadzīves tehnikas gaisa un ūdens filtrēšanai, izmantojot ozonu, iegūst milzīgu popularitāti.

Ozona slānis - kas tas ir?

15-35 km attālumā virs Zemes virsmas atrodas ozona slānis jeb, kā to sauc arī, ozonosfēra. Šajā vietā koncentrēts O 3 kalpo kā sava veida filtrs kaitīgajam saules starojumam.

No kurienes rodas šāds vielas daudzums, ja tās molekulas ir nestabilas? Uz šo jautājumu nav grūti atbildēt, ja atceramies ozona molekulas modeli un tā veidošanās metodi. Tātad skābekli, kas sastāv no 2 skābekļa molekulām, nokļūstot stratosfērā, tur silda saules stari. Ar šo enerģiju pietiek, lai sadalītu O 2 atomos, no kuriem veidojas O 3. Tajā pašā laikā ozona slānis ne tikai izmanto daļu saules enerģijas, bet arī filtrē to, absorbē bīstamo ultravioleto starojumu.

Iepriekš tika teikts, ka ozonu izšķīdina freoni. Šīs gāzveida vielas (izmanto dezodorantu, ugunsdzēšamo aparātu un ledusskapju ražošanā), nonākot atmosfērā, ietekmē ozonu un veicina tā sadalīšanos. Rezultātā ozonosfērā parādās caurumi, caur kuriem uz planētas iekļūst nefiltrēti saules stari, kas graujoši ietekmē dzīvos organismus.

Apsverot ozona molekulu īpašības un struktūru, mēs varam secināt, ka šī viela, kaut arī ir bīstama, ir ļoti noderīga cilvēcei, ja to pareizi lieto.

Ievads

Ozons ir vienkārša viela, skābekļa alotropa modifikācija. Atšķirībā no skābekļa, ozona molekula sastāv no trim atomiem. Normālos apstākļos tā ir sprādzienbīstama gāze ar asu smaku zilā krāsā, un tam piemīt spēcīgas oksidējošas īpašības.

Ozons ir pastāvīga zemes atmosfēras sastāvdaļa, un tam ir būtiska loma dzīvības uzturēšanā uz tās. Zemes atmosfēras virsmas slāņos ozona koncentrācija strauji palielinās. Kopējais ozona stāvoklis atmosfērā ir mainīgs un svārstās atkarībā no gadalaikiem. Atmosfēras ozonam ir galvenā loma dzīvības uzturēšanā uz Zemes. Tas aizsargā Zemi no noteiktas saules starojuma lomas kaitīgās ietekmes, tādējādi veicinot dzīvības saglabāšanu uz planētas.

Tādējādi ir jānoskaidro, kādu ietekmi ozons var atstāt uz bioloģiskajiem audiem.

Ozona vispārīgās īpašības

Ozons ir alotropiska skābekļa modifikācija, kas sastāv no trīsatomiskām O 3 molekulām. Tās molekula ir diamagnētiska un tai ir leņķiska forma. Saite molekulā ir delokalizēta, trīscentru.

Rīsi. 1 Ozona struktūra

Abi o-o savienojumi ozona molekulā ir vienāds garums - 1,272 angstremi. Leņķis starp saitēm ir 116,78°. Centrālais skābekļa atoms sp²-hibridizēts, ir viens vientuļš elektronu pāris. Molekula ir polāra, dipola moments ir 0,5337 D.

Ozona ķīmisko saišu raksturs nosaka tā nestabilitāti (pēc noteikta laika ozons spontāni pārvēršas skābeklī: 2O3 -> 3O2) un augstu oksidēšanas spēju (ozons spēj veikt vairākas reakcijas, kurās neietilpst molekulārais skābeklis). Ozona oksidējošā iedarbība uz organiskajām vielām ir saistīta ar radikāļu veidošanos: RH + O3 RO2 + OH

Šie radikāļi ierosina radikālas ķēdes reakcijas ar bioorganiskām molekulām (lipīdiem, olbaltumvielām, nukleīnskābēm), kas izraisa šūnu nāvi. Ozona izmantošana dzeramā ūdens sterilizēšanai ir balstīta uz tā spēju iznīcināt baktērijas. Ozons nav vienaldzīgs arī pret augstākajiem organismiem. Ilgstoša atrašanās ozonu saturošā atmosfērā (piemēram, fizioterapijas un kvarca apstarošanas telpās) var izraisīt nopietnus traucējumus. nervu sistēma. Tāpēc ozons lielās devās ir toksiska gāze. Tā maksimālā pieļaujamā koncentrācija darba zonas gaisā ir 0,0001 mg / l. Ozona gaisa piesārņojums rodas ūdens ozonēšanas laikā tā zemās šķīdības dēļ.

Atklājumu vēsture.

Ozonu 1785. gadā pirmo reizi atklāja nīderlandiešu fiziķis M. van Marums pēc raksturīgās smaržas un oksidējošām īpašībām, ko gaiss iegūst pēc tam, kad caur to tiek izlaistas elektriskās dzirksteles, kā arī spēja iedarboties uz dzīvsudrabu parastā temperatūrā. kas zaudē savu spīdumu un sāk pielipt stiklam . Tomēr tā netika aprakstīta kā jauna viela, van Marums uzskatīja, ka ir izveidojusies īpaša "elektriskā viela".

Jēdziens ozons 1840. gadā tās smaržas dēļ ierosināja vācu ķīmiķis X. F. Šēnbeins, iekļuva vārdnīcās g. XIX beigas gadsimtā. Daudzi avoti viņam piešķir prioritāti ozona atklāšanai 1839. gadā. 1840. gadā Šonbeins parādīja ozona spēju izspiest jodu no kālija jodīda:

Faktu par gāzes tilpuma samazināšanos skābekļa pārvēršanas ozonā laikā eksperimentāli pierādīja Endrjūss un Tets, izmantojot stikla cauruli ar manometru, kas piepildīts ar tīru skābekli, un tajā bija pielodēti platīna vadi, lai radītu elektrisko izlādi.

fizikālās īpašības.

Ozons ir zila gāze, ko var redzēt, skatoties caur ievērojamu, līdz 1 metram biezu, ozonizēta skābekļa slāni. Cietā stāvoklī ozons ir melns ar violetu nokrāsu. Šķidrajam ozonam ir dziļi zila krāsa; caurspīdīgs slānī, kas nepārsniedz 2 mm. biezums; diezgan izturīgs.

Īpašības:

§ Molekulmasa - 48 a.m.u.

§ Gāzes blīvums plkst normāli apstākļi- 2,1445 g/dm³. Gāzes relatīvais blīvums skābeklim 1,5; pa gaisu - 1,62

§ Šķidruma blīvums pie -183 °C - 1,71 g/cm³

§ Vārīšanās temperatūra - -111,9 °C. (šķidrajam ozonam ir 106 °C.)

§ Kušanas temperatūra - -197,2 ± 0,2 ° C (parasti norādītā mp -251,4 ° C ir kļūdaina, jo tās noteikšanā netika ņemta vērā ozona lielā spēja pārmērīgi atdzist).

§ Šķīdība ūdenī pie 0 °C - 0,394 kg / m³ (0,494 l / kg), tā ir 10 reizes augstāka nekā skābeklī.

§ Gāzveida stāvoklī ozons ir diamagnētisks, šķidrā stāvoklī vāji paramagnētisks.

§ Smarža asa, specifiska "metāliska" (pēc Mendeļejeva - "vēžu smarža"). Augstās koncentrācijās tas smaržo pēc hlora. Smarža ir pamanāma pat atšķaidījumā 1:100 000.

Ķīmiskās īpašības.

Ķīmiskās īpašības ozonu nosaka tā lielā oksidēšanās spēja.

O 3 molekula ir nestabila un normālos apstākļos pietiekamā koncentrācijā gaisā dažu desmitu minūšu laikā, izdaloties siltumam, spontāni pārvēršas par O 2. Temperatūras paaugstināšanās un spiediena samazināšanās palielina pārejas ātrumu uz divatomisko stāvokli. Augstās koncentrācijās pāreja var būt sprādzienbīstama.

Īpašības:

§ Metālu oksidēšana

§ Nemetālu oksidēšana

§ Mijiedarbība ar oksīdiem

§ Dedzināšana

§ Ozonīdu veidošanās

Ozona iegūšanas metodes

Ozons veidojas daudzos procesos, ko pavada atomu skābekļa izdalīšanās, piemēram, sadaloties peroksīdiem, oksidējoties fosforam utt. Rūpniecībā to iegūst no gaisa vai skābekļa ozonizatoros, iedarbojoties ar elektrisko izlādi. O3 sašķidrinās vieglāk nekā O2, tāpēc to ir viegli atdalīt. Ozonu ozona terapijai medicīnā iegūst tikai no tīra skābekļa. Apstarojot gaisu ar cieto ultravioleto starojumu, veidojas ozons. Tas pats process notiek atmosfēras augšējos slāņos, kur saules starojuma ietekmē veidojas un uztur ozona slāni.

Ozons ir grieķu izcelsmes vārds, kas tulkojumā nozīmē "smaržojošs". Kas ir ozons? Savā pamatā O3 ozons ir zila gāze ar raksturīgu smaržu, kas ir saistīta ar gaisa smaržu pēc pērkona negaisa. Īpaši jūtama avotu tuvumā elektriskā strāva.

Zinātnieku ozona atklāšanas vēsture

Kas ir ozons? Kā tas tika atvērts? 1785. gadā holandiešu fiziķis Martins van Marums veica vairākus eksperimentus, kuru mērķis bija izpētīt elektriskās strāvas ietekmi uz skābekli. Saskaņā ar viņu rezultātiem zinātnieks pētīja konkrētas "elektriskās vielas" parādīšanos. Turpinot darbu šajā virzienā, 1850. gadā viņam izdevās noteikt ozona spēju mijiedarboties ar organiskajiem savienojumiem un tā kā oksidētāja īpašību.

Ozona dezinfekcijas īpašības pirmo reizi tika izmantotas 1898. gadā Francijā. Bon Voyage pilsētā tika uzcelta rūpnīca, kas dezinficēja un dezinficēja ūdeni no Vasjubi upes. Krievijā 1911. gadā Sanktpēterburgā tika palaista pirmā ozonēšanas iekārta.

Ozons tika plaši izmantots Pirmā pasaules kara laikā kā antiseptisks līdzeklis. Ozona-skābekļa maisījumu lietoja zarnu slimību, pneimonijas, hepatīta ārstēšanai un praktizēja infekcijas bojājumu gadījumos pēc operācijas. Īpaši aktīva ozonēšana sākās 1980. gadā, stimuls tam bija uzticamu un enerģiju taupošu produktu parādīšanās tirgū.Šobrīd ozons tiek izmantots, lai attīrītu aptuveni 95% ūdens ASV un visā Eiropā.

Ozona ģenerēšanas tehnoloģija

Kas ir ozons? Kā tas veidojas? Dabiskajā vidē ozons ir atrodams Zemes atmosfērā 25 km augstumā. Faktiski tā ir gāze, kas veidojas Saules ultravioletā starojuma rezultātā. Uz virsmas tas veido 19-35 km biezu slāni, kas pasargā Zemi no saules starojuma iespiešanās. Saskaņā ar ķīmiķu interpretāciju ozons ir aktīvais skābeklis (trīs skābekļa atomu savienojums). Gāzveida stāvoklī tas ir zils, šķidrā stāvoklī tam ir indigo nokrāsa, un cietā stāvoklī tie ir tumši zili kristāli. O3 ir tā molekulārā formula.

Kāds ir ozona kaitējums? Tā pieder pie augstākās bīstamības klases – tā ir ļoti indīga gāze, kuras toksicitāte tiek pielīdzināta ķīmisko kaujas vielu kategorijai. Tās parādīšanās iemesls ir elektriskās izlādes atmosfērā (3O2 = 2O3). Dabā to var sajust pēc spēcīgiem zibens uzliesmojumiem. Ozons labi mijiedarbojas ar citiem savienojumiem un tiek uzskatīts par vienu no iemesliem, kāpēc to izmanto baktēriju, vīrusu, mikroorganismu iznīcināšanai, ūdens un gaisa attīrīšanai.

Ozona negatīvā ietekme

Ko dara ozons? Šīs gāzes raksturīga iezīme ir spēja ātri mijiedarboties ar citām vielām. Ja dabā ir normatīvo rādītāju pārpalikums, tad tās mijiedarbības rezultātā ar cilvēka audiem var rasties bīstamas vielas un slimības. Ozons ir spēcīgs oksidētājs, ar kuru mijiedarbībā ātri iznīcina:

• dabīgā kaučuka;
• metāli, izņemot zeltu, platīnu un irīdiju;
• Ierīces;
• elektronika.

Pie augstām ozona koncentrācijām gaisā notiek cilvēku veselības un labklājības pasliktināšanās, jo īpaši:

• ir kairināta acu gļotāda;
• tiek traucēta elpošanas sistēmas darbība, kas izraisīs plaušu paralīzi;
• ir vispārējs ķermeņa nogurums;
• parādās galvassāpes;
• iespējamas alerģiskas reakcijas;
• dedzināšana kaklā un slikta dūša;
• notiek Negatīvā ietekme uz nervu sistēmu.

Ozona derīgās īpašības

Vai ozons attīra gaisu? Jā, neskatoties uz to, ka gāze ir ļoti labvēlīga cilvēkiem. Mazās koncentrācijās tas ir atzīmēts ar izcilām dezinfekcijas un dezodorējošām īpašībām. Jo īpaši tas negatīvi ietekmē kaitīgos mikroorganismus un izraisa to iznīcināšanu:

• vīrusi;
• dažāda veida mikrobi;
• baktērijas;
• sēnītes;
• mikroorganismiem.

Visbiežāk ozons tiek izmantots gripas epidēmijas un bīstamu infekcijas slimību uzliesmojumu laikā. Ar tās palīdzību ūdens tiek attīrīts no dažāda veida piemaisījumiem un dzelzs savienojumiem, vienlaikus bagātinot to ar skābekli un minerālvielām.

Interesanta informācija par ozonu, tā apjomu

Lieliskas dezinfekcijas īpašības un nē blakus efekti izraisīja ozona pieprasījuma rašanos un tā plašu izmantošanu dažādās tautsaimniecības nozarēs. Mūsdienās ozonu veiksmīgi izmanto:

• apmierināt farmācijas nozares vajadzības;
• ūdens attīrīšana akvārijos un zivju audzētavās;
• baseina dezinfekcija;
• medicīniskiem nolūkiem;
• kosmētiskās procedūras.

Medicīnas nozarē ozonēšana tiek praktizēta čūlu, apdegumu, ekzēmu, varikozu vēnu, brūču un dermatoloģisko slimību gadījumos. Kosmetoloģijā ozonu izmanto, lai cīnītos pret ādas novecošanos, celulītu un lieko svaru.

Ozona ietekme uz dzīvo būtņu vitālo darbību

Kas ir ozons? Kā tas ietekmē dzīvību uz Zemes? Pēc zinātnieku domām, troposfērā atrodas 10% ozona. Šis ozons ir neatņemama smoga sastāvdaļa un darbojas kā piesārņotājs. Tas negatīvi ietekmē cilvēku, dzīvnieku elpošanas orgānus un palēnina augu augšanu. Tomēr tā daudzums ir ļoti mazs, lai būtiski kaitētu veselībai. Būtiska daļa kaitīgā ozona smoga sastāvā ir automašīnu un spēkstaciju darbības produkti.

Daudz vairāk ozona (apmēram 90%) atrodas stratosfērā. Tas absorbē bioloģiski kaitīgo Saules ultravioleto starojumu, tādējādi pasargājot cilvēkus, floru un faunu no negatīvām sekām.

1785. gadā holandiešu fiziķis Van Marums, veicot eksperimentus ar elektrību, pievērsa uzmanību smaržai dzirksteļu veidošanās laikā elektriskajā mašīnā un gaisa oksidēšanās spējai pēc elektriskās dzirksteles izlaišanas caur to.

1840. gadā vācu zinātnieks Šeinbeins, kas nodarbojās ar ūdens hidrolīzi, mēģināja to sadalīt skābeklī un ūdeņradi, izmantojot elektrisko loku. Un tad viņš atklāja, ka veidojas jauna, līdz šim zinātnei nezināma gāze ar specifisku smaku. Nosaukumu "ozons" gāzei piešķīris Šeinbeins tās raksturīgās smaržas dēļ, un tas cēlies no grieķu vārda "osien", kas nozīmē "smarža".

1857. gadā ar Vernera fon Sīmensa radītās "ideālās magnētiskās indukcijas caurules" palīdzību tika uzbūvēta pirmā tehniskā ozona iekārta. 1901. gadā Siemens Vīsbendā uzcēla pirmo hidroelektrostaciju ar ozona ģeneratoru.

Vēsturiski ozona izmantošana aizsākās ar dzeramā ūdens sagatavošanas iekārtām, kad 1898. gadā Saint Maur pilsētā (Francija) tika pārbaudīta pirmā izmēģinājuma iekārta. Jau 1907. gadā Bon Voyage pilsētā (Francija) tika uzbūvēta pirmā ūdens ozonēšanas iekārta Nicas pilsētas vajadzībām. 1911. gadā Sanktpēterburgā tika nodota ekspluatācijā dzeramā ūdens ozonēšanas stacija (šobrīd tā nedarbojas). 1916. gadā jau bija 49 dzeramā ūdens ozonēšanas iekārtas.

Līdz 1977. gadam visā pasaulē darbojās vairāk nekā 1000 iekārtu. Ozons ir kļuvis plaši izplatīts tikai pēdējo 30 gadu laikā, pateicoties tā sintēzes uzticamu un kompaktu ierīču - ozonizatoru (ozona ģeneratoru) - parādīšanās.

Pašlaik Eiropā 95% dzeramā ūdens tiek apstrādāts ar ozonu. ASV pašlaik notiek pāreja no hlorēšanas uz ozonēšanu. Krievijā ir vairākas lielas stacijas (Maskavā, Ņižņijnovgorodā un citās pilsētās).

2. Ozons un tā īpašības

Ozona veidošanās mehānisms un molekulārā formula

Ir zināms, ka skābekļa molekula sastāv no 2 atomiem: O2. Noteiktos apstākļos skābekļa molekula var atdalīties, t.i. sadalās 2 atsevišķos atomos. Dabā šie apstākļi rodas pērkona negaisa laikā atmosfēras elektrības izplūdes laikā un atmosfēras augšējos slāņos saules ultravioletā starojuma (Zemes ozona slāņa) ietekmē. Ozona veidošanās mehānisms un molekulārā formula. Tomēr skābekļa atoms nevar pastāvēt atsevišķi, un tam ir tendence pārgrupēties. Šādas pārkārtošanās gaitā veidojas 3-atomu molekulas.

Ozona molekula Molekula, kas sastāv no 3 skābekļa atomiem, ko sauc par ozonu vai aktivēto skābekli, ir skābekļa alotropa modifikācija, un tās molekulārā formula ir O3 (d = 1,28 A, q = 116,5°).

Jāņem vērā, ka trešā atoma saite ozona molekulā ir salīdzinoši vāja, kas izraisa molekulas kopumā nestabilitāti un tendenci pašsabrukt.

Ozona īpašības

Ozons O3 ir zilgana gāze ar raksturīgu asu smaku, molekulmasa 48 g/mol; blīvums attiecībā pret gaisu 1,657 (ozons ir smagāks par gaisu); blīvums pie 0°C un spiediena 0,1 MPa 2,143 kg/m3. Ozona iegūšana

Zemās koncentrācijās 0,01-0,02 mg/m3 līmenī (piecas reizes zemāka par maksimāli pieļaujamo koncentrāciju cilvēkam) ozons piešķir gaisam raksturīgu svaiguma un tīrības smaržu. Tā, piemēram, pēc pērkona negaisa smalkā ozona smarža vienmēr ir saistīta ar tīru gaisu.

Kā minēts iepriekš, ozona molekula ir nestabila un tai piemīt pašizdalīšanās īpašība. Tieši šīs īpašības dēļ ozons ir spēcīgs oksidētājs un īpaši efektīvs dezinfekcijas līdzeklis.

Ozona oksidācijas potenciāls

Oksidētāja efektivitātes mērs ir tā elektroķīmiskais (oksidācijas) potenciāls, kas izteikts voltos. Zemāk ir dažādu oksidētāju elektroķīmiskā potenciāla vērtības salīdzinājumā ar ozonu:

Tabulā redzams, ka ozons ir spēcīgākais no visiem ūdens attīrīšanā izmantotajiem oksidētājiem.

Pieteikšanās uz vietas

Ozona nestabilitātes dēļ tas ir jāizmanto tieši ražošanas vietā. Ozons nav pakļauts iepakošanai, uzglabāšanai un transportēšanai.

Ozona šķīdība ūdenī

Saskaņā ar Henrija likumu ozona koncentrācija ūdenī palielinās, palielinoties ozona koncentrācijai gāzes fāzē, kas sajaukta ar ūdeni. Turklāt, jo augstāka ir ūdens temperatūra, jo zemāka ir ozona koncentrācija ūdenī.

Ozona šķīdība ūdenī ir augstāka nekā skābekļa, bet 12 reizes zemāka nekā hlora šķīdība. Ja ņemam vērā 100% ozonu, tad tā robežkoncentrācija ūdenī ir 570 mg/l pie ūdens temperatūras 20C. Ozona koncentrācija gāzē mūsdienu ozonēšanas iekārtu izejā sasniedz 14% no svara. Zemāk ir norādīta destilētā ūdenī izšķīdinātā ozona koncentrācijas atkarība no ozona koncentrācijas gāzē un ūdens temperatūras.

Ozona pašizdalīšanās ūdenī un gaisā

Ozona sadalīšanās ātrumu gaisā vai ūdenī aprēķina, izmantojot pussabrukšanas periodu, t.i. laiks, kas nepieciešams, lai ozona koncentrācija samazinātos uz pusi.

Ozona pašizdalīšanās ūdenī (pH 7)

Ozona pašizdalīšanās gaisā

No tabulām var redzēt, ka ozona ūdens šķīdumi ir daudz mazāk stabili nekā gāzveida ozons. Dati par ozona sabrukšanu ūdenī ir doti par tīrs ūdens nesatur izšķīdušus vai suspendētus piemaisījumus. Ozona sabrukšanas ātrums ūdenī daudzkārt palielinās šādos gadījumos:

1) piemaisījumu klātbūtnē ūdenī, kas oksidēts ar ozonu (ķīmiskais pieprasījums pēc ūdens ozonā)
2. ar paaugstinātu ūdens duļķainību, jo daļiņu un ūdens saskarnē ozona pašizdalīšanās reakcijas norit ātrāk (katalīze)
3. pakļaujot ūdens UV starojumam

3. Ozona iegūšanas metodes

Pašlaik plaši tiek izmantotas 2 ozona ģenerēšanas metodes:

* UV starojums

* klusas (t.i. difūzas, bez dzirksteļu veidošanās) korona tipa izlādes ietekmē

1. UV apstarošana

Ozons var veidoties UV lampu tuvumā, bet tikai nelielā koncentrācijā (0,1% no svara).

2. Korona izlāde

Tāpat kā ozonu rada elektriskās izlādes pērkona negaisa laikā, liels skaits Ozons tiek ražots mūsdienu elektriskajos ozona ģeneratoros. Šo metodi sauc par korona izlādi. Augstspriegums tiek izvadīts caur gāzes plūsmu, kas satur skābekli. Augstsprieguma enerģija sadala O2 skābekļa molekulu 2 O atomos, kas savienojas ar O2 molekulu un veido O3 ozonu.

Tīro skābekli, kas nonāk ozona ģeneratorā, var aizstāt ar apkārtējo gaisu, kas satur liels procents skābeklis.

Šī metode palielina ozona saturu līdz 10-15 %.

Enerģijas patēriņš: 20 - 30 W/g O3 gaisam 10 - 15 W/g O3 skābeklim

4. Ozona izmantošana ūdens attīrīšanai un dezinfekcijai

Ūdens dezinfekcija

Ozons iznīcina visus zināmos mikroorganismus: baktērijas, vīrusus, vienšūņus, to sporas, cistas utt.; savukārt ozons ir par 51% stiprāks par hloru un darbojas 15-20 reizes ātrāk. Poliomielīta vīruss mirst pie ozona koncentrācijas 0,45 mg / l pēc 2 minūtēm, bet no hlora - tikai 3 stundas pie 1 mg / l.

Ozons iedarbojas uz baktēriju sporu formām 300-600 reizes spēcīgāk nekā hlors.

Ozons iznīcina baktēriju redokssistēmu un to protoplazmu.

Bioloģiski nāves koeficienti (BL*), lietojot dažādus dezinfekcijas līdzekļus

*Jo augstāks BLC, jo spēcīgāks ir dezinfekcijas līdzeklis

Dezinfekcijas līdzekļu salīdzinājums

Ūdens dezodorēšana

Ozonēšana oksidē organiskos un minerālos piemaisījumus, kas ir smaržu un garšu avots. Ar ozonu apstrādāts ūdens satur vairāk skābekļa un garšo kā svaigs avota ūdens.

Galīgā dzeramā ūdens sagatavošana uz pildīšanas līnijām
Ozonēšana uz pildīšanas līnijas. Attīrīts un sagatavots iepildīšanai pudelēs, ar ozonu piesātināts, pilnībā dezinficēts un salīdzinoši īsu laiku pats iegūst dezinficējošas īpašības. Tas palielina iepildīšanas procesa mikrobioloģisko drošību, ozonēts ūdens droši sterilizē tvertnes sienas, korķi un gaisa spraugu zem korķa. Ūdens glabāšanas laiks pēc ozonēšanas palielinās vairākas reizes. Īpaši efektīva ir kombinētā ūdens apstrāde ar ozonu kombinācijā ar tvertnes skalošanu.

Dzelzs, mangāna, sērūdeņraža oksidēšana

Ozons viegli oksidē dzelzi, mangānu un sērūdeņradi. Šajā gadījumā dzelzs pārvēršas nešķīstošā hidroksīdā, kas pēc tam tiek viegli noturēts filtros. Mangāns tiek oksidēts līdz permanganāta jonam, kas viegli tiek noņemts uz oglekļa filtriem. Sērūdeņradis, sulfīdi un hidrosulfīdi tiek pārvērsti nekaitīgos sulfātos. Ozonēšanas laikā oksidēšanās un filtrējamo nogulumu veidošanās process norit vidēji 250 reizes ātrāk nekā aerācijas laikā. Īpaši efektīva ir ozona izmantošana ūdeņu, kas satur dzelzs-organiskos kompleksus un dzelzs, mangāna un sērūdeņraža baktēriju formas, atlikšanai.

Virszemes ūdeņu attīrīšana no antropogēniem piemaisījumiem

Iepriekš attīrīta ūdens ozonēšana, kam seko filtrēšana caur aktivēto ogli, ir uzticams veids, kā attīrīt virszemes ūdeni no fenoliem, naftas produktiem, pesticīdiem un smagajiem metāliem (oksidācijas-sorbcijas apstrāde).

Ūdens attīrīšana un dezinfekcija putnu fermās un fermās

Ozonēšana putnu fermā. Ar ozonu dezinficēta ūdens piegāde mājputnu un dzīvnieku dzirdinātājiem palīdz ne tikai samazināt masveida epidēmiju sastopamību un risku, bet arī izraisa paātrinātu putnu un dzīvnieku svara pieaugumu.

Notekūdeņu attīrīšana un dezinfekcija

Ozons balina notekūdeņus.

Ar ozonēšanas palīdzību notekūdeņus var pieskaņot stingrajām zvejniecības rezervuāru prasībām attiecībā uz fenolu, naftas produktu un virsmaktīvo vielu saturu, kā arī mikrobioloģiskajiem rādītājiem.

Ūdens ozonēšana pārtikas un iekārtu dezinfekcijai

Kā minēts iepriekš, iepildīšanas procesā ozonētā ūdens glabāšanas laiks ievērojami palielinās, jo produkta ūdens iegūst dezinfekcijas šķīduma īpašības.

Pārtikas pārstrādes laikā piesārņotās iekārtas vairo baktērijas, kas ir spēcīgas pūšanas un sabrukšanas smakas avots. Iekārtas skalošana ar ozonētu ūdeni pēc lielākās piesārņotāju daļas noņemšanas noved pie virsmu dezinfekcijas, telpas gaisa atsvaidzinošas iedarbības un ražošanas vispārējā sanitārā un higiēniskā stāvokļa uzlabošanās.

Ozonēšana sanitārijai. Iekārtu dezinfekcijas ūdens, atšķirībā no ūdens ozonēšanas pirms pildīšanas pudelēs, rada augstākas ozona koncentrācijas.

Līdzīgi zivis un jūras veltes, mājputnu liemeņus un dārzeņus pirms iepakošanas var apstrādāt ar ozonētu ūdeni. Apstrādāto produktu kalpošanas laiks pirms uzglabāšanas palielinās, un to izskats pēc uzglabāšanas maz atšķiras no svaigiem produktiem.

5. Drošības aspekti ozona iekārtu darbībā

Gāzveida ozons ir toksisks un var izraisīt augšējo elpceļu apdegumus un saindēšanos (tāpat kā jebkurš cits spēcīgs oksidētājs).

Maksimāli pieļaujamo ozona koncentrāciju (MAC) darba zonas gaisā regulē GOST 12.1.005 "Vispārīgās sanitārās un higiēniskās prasības darba zonas gaisam", saskaņā ar kuru tā ir 0,1 mg/m3.

Ozona smaku cilvēks fiksē koncentrācijās 0,01-0,02 mg/m3, kas ir 5-10 reizes mazāk nekā MPC, tāpēc nelielas ozona smakas parādīšanās telpā nav trauksmes signāls. Lai nodrošinātu drošu ozona satura kontroli ražošanas telpā, jāuzstāda gāzu analizatori, kas ļauj kontrolēt ozona koncentrāciju un, ja MPC tiek pārsniegta, savlaicīgi veikt pasākumus, lai to samazinātu līdz drošam līmenim.

Jebkurai tehnoloģiskai shēmai, kas satur ozona iekārtas, jābūt aprīkotai ar gāzu separatoru, caur kuru liekais (neizšķīdušais) ozons nonāk katalītiskajā destruktorā, kur sadalās līdz skābeklim. Šāda sistēma novērš ozona plūsmu ražošanas telpas gaisā.

Jo Ozons ir spēcīgākais oksidētājs, visiem gāzes vadiem jābūt izgatavotiem no ozonu izturīgiem materiāliem, piemēram, nerūsējošā tērauda un fluoroplastmasas.

Ozonu pirmo reizi ieguva un pētīja Šenbeins 1840. gadā. Ozons ir zilgana gāze ar asu raksturīgu smaržu;

Sašķidrinātais ozons ir tumši zils šķidrums, cietais ozons ir tumši violeta kristāliska masa. Ozons šķīst tetrahlorogleklī, ledus etiķskābē, šķidrā slāpeklī un ūdenī. Tas veidojas, kad caur gaisu vai skābekli tiek izvadīta klusa elektriskā izlāde (svaiga smaka pēc pērkona negaisa ir saistīta ar nelielu ozona daudzumu atmosfērā), mitrā fosfora oksidēšanās, rādija staru, ultravioleto vai katoda stari uz skābekli gaisā, ūdeņraža peroksīda sadalīšanās, sērskābes elektrolīze (u.c.
skābekli saturošas skābes), fluora ietekme uz ūdeni uc Saturs zemes atmosfērā ir niecīgs; gaisa slāņi pie zemes virsmas satur mazāk ozona nekā atmosfēras augšējie slāņi; 1.050 augstumā m(Monblāna reģionā) Levy atrada 0-3,7 mg, 3000 augstumā m—9,4 mg. ozons uz 100 m kubs gaiss. Ozona ģeneratorus izmanto inženierzinātnēs un laboratorijās, lai ražotu ozonu. Ozonēšanai skābeklis vai gaiss tiek nodots starp diviem elektrodiem, kas savienoti ar augstsprieguma strāvas avotu.
Ozons tīrā veidā tiek atbrīvots no ozona maisījuma ar skābekli, atdzesējot ar šķidru gaisu. Ozons viegli sadalās, un tīra ozona sadalīšanās tiek paātrināta mangāna dioksīda, svina, slāpekļa oksīdu klātbūtnē. Ūdens klātbūtnē ozona sadalīšanās palēninās; sausais ozons 0° temperatūrā sadalās 30 reizes ātrāk nekā mitrais ozons 20,4° temperatūrā. Ozonam ir ārkārtīgi spēcīga oksidējoša iedarbība. Tas atbrīvo jodu no kālija jodīda, oksidē dzīvsudrabu, pārvērš sēra metālus sulfātu sāļos, atkrāso organiskās krāsvielas utt. Ozons iznīcina gumijas caurules. Ēteris, alkohols, aizdedzes gāze, vate aizdegas, saskaroties ar ļoti ozonētu skābekli. Ozonam iedarbojoties uz nepiesātinātajiem organiskajiem savienojumiem, veidojas ozonīdu pievienošanās produkti. Ozonu izmanto ūdens sterilizācijai, dezodorēšanai - sliktas smakas iznīcināšanai, preparatīvajā organiskajā praksē.

Fizikālās īpašības

Ķīmiskās īpašības un sagatavošanas metodes

Izmantotās literatūras saraksts

1. Volkovs, A.I., Žarskis, I.M. Lielā ķīmijas uzziņu grāmata / A.I. Volkovs, I.M. Žarskis. - Minska: Mūsdienu skola, 2005. - 608 ar ISBN 985-6751-04-7.