Wyrażenie „warstwa ozonowa”, które zasłynęło w latach 70. ubiegłego stulecia, od dawna znajduje się na krawędzi. Jednocześnie niewiele osób tak naprawdę rozumie, co oznacza ta koncepcja i dlaczego niszczenie warstwy ozonowej jest niebezpieczne. Jeszcze większą zagadką dla wielu jest budowa cząsteczki ozonu, a przecież jest ona bezpośrednio związana z problemami warstwy ozonowej. Dowiedzmy się więcej o ozonie, jego budowie i zastosowaniach przemysłowych.

Co to jest ozon

Ozon lub, jak to się nazywa, aktywny tlen, to lazurowy gaz o ostrym metalicznym zapachu.

Substancja ta może występować we wszystkich trzech stanach skupienia: gazowym, stałym i ciekłym.

Jednocześnie ozon występuje w przyrodzie wyłącznie w postaci gazu, tworząc tzw. warstwę ozonową. To właśnie ze względu na lazurowy kolor niebo wydaje się niebieskie.

Jak wygląda cząsteczka ozonu?

Ozon zyskał przydomek „aktywny tlen” ze względu na swoje podobieństwo do tlenu. A więc główne aktorstwo pierwiastek chemiczny w tych substancjach jest tlen (O). Jeśli jednak cząsteczka tlenu zawiera 2 swoje atomy, to cząsteczka - O 3) składa się z 3 atomów tego pierwiastka.

Ze względu na taką strukturę właściwości ozonu są podobne do właściwości tlenu, ale bardziej wyraźne. W szczególności, podobnie jak O 2 , O 3 jest najsilniejszym środkiem utleniającym.

Najważniejsza różnica między tymi „pokrewnymi” substancjami, o której wszyscy powinni pamiętać, jest następująca: ozonu nie można wdychać, jest toksyczny i w przypadku wdychania może uszkodzić płuca, a nawet zabić człowieka. Jednocześnie O 3 doskonale oczyszcza powietrze z toksycznych zanieczyszczeń. Nawiasem mówiąc, właśnie z tego powodu tak łatwo jest oddychać po deszczu: ozon utlenia szkodliwe substancje zawarte w powietrzu i jest oczyszczany.

Model cząsteczki ozonu (składający się z 3 atomów tlenu) wygląda trochę jak obraz kąta, a jego rozmiar to 117°. Ta cząsteczka nie ma niesparowanych elektronów i dlatego jest diamagnetyczna. Ponadto ma polaryzację, chociaż składa się z atomów jednego pierwiastka.

Dwa atomy danej cząsteczki są ze sobą mocno związane. Ale połączenie z trzecim jest mniej niezawodne. Z tego powodu cząsteczka ozonu (zdjęcie modelu można zobaczyć poniżej) jest bardzo delikatna i wkrótce po utworzeniu rozpada się. Z reguły w każdej reakcji rozkładu O 3 uwalniany jest tlen.

Ze względu na niestabilność ozonu nie można go zbierać, przechowywać ani transportować jak inne substancje. Z tego powodu jego produkcja jest droższa niż innych substancji.

Jednocześnie wysoka aktywność cząsteczek O 3 sprawia, że ​​substancja ta jest najsilniejszym utleniaczem, silniejszym niż tlen i bezpieczniejszym niż chlor.

Jeśli cząsteczka ozonu zostanie zniszczona i uwolni się O 2, reakcji tej zawsze towarzyszy uwolnienie energii. Jednocześnie, aby nastąpił proces odwrotny (tworzenie O 3 z O 2), konieczne jest wydanie go nie mniej.

W stanie gazowym cząsteczka ozonu rozkłada się w temperaturze 70 ° C. Jeśli zostanie podniesiona do 100 stopni lub więcej, reakcja znacznie przyspieszy. Obecność zanieczyszczeń przyspiesza również okres rozpadu cząsteczek ozonu.

Właściwości O3

Bez względu na to, w którym z trzech stanów znajduje się ozon, zachowuje on swój niebieski kolor. Im twardsza substancja, tym bogatszy i ciemniejszy jest ten odcień.

Każda cząsteczka ozonu waży 48 g/mol. Jest cięższy od powietrza, co pomaga oddzielić te substancje od siebie.

O 3 jest w stanie utleniać prawie wszystkie metale i niemetale (z wyjątkiem złota, irydu i platyny).

Ponadto ta substancja może uczestniczyć w reakcji spalania, ale wymaga to więcej ciepło niż dla O 2 .

Ozon może rozpuszczać się w H 2 O i freonach. W stanie ciekłym można go mieszać z ciekłym tlenem, azotem, metanem, argonem, czterochlorkiem węgla i dwutlenkiem węgla.

Jak powstaje cząsteczka ozonu?

Cząsteczki O 3 powstają poprzez przyłączenie wolnych atomów tlenu do cząsteczek tlenu. Te z kolei pojawiają się w wyniku rozszczepienia innych cząsteczek O 2 w wyniku wpływu na nie wyładowań elektrycznych, promieni ultrafioletowych, szybkich elektronów i innych cząstek o wysokiej energii. Z tego powodu specyficzny zapach ozonu można wyczuć w pobliżu iskrzących urządzeń elektrycznych lub lamp emitujących światło ultrafioletowe.

Na skalę przemysłową O 3 izoluje się za pomocą urządzeń elektrycznych lub ozonatorów. W tych urządzeniach prąd elektryczny o wysokim napięciu przepływa przez strumień gazu, w którym znajduje się O 2, którego atomy służą jako „ materiał budowlany» dla ozonu.

Czasami do tych aparatów doprowadzany jest czysty tlen lub zwykłe powietrze. Jakość otrzymanego ozonu zależy od czystości produktu wyjściowego. Tak więc medyczny O 3, przeznaczony do leczenia ran, jest ekstrahowany tylko z chemicznie czystego O 2.

Historia odkrycia ozonu

Wiedząc, jak wygląda i jak powstaje cząsteczka ozonu, warto zapoznać się z historią powstania tej substancji.

Po raz pierwszy został zsyntetyzowany przez holenderskiego badacza Martina van Maruma w drugiej połowie XVIII wieku. Naukowiec zauważył, że po przepuszczeniu iskier elektrycznych przez pojemnik z powietrzem znajdujący się w nim gaz zmienił swoje właściwości. Jednocześnie Van Marum nie rozumiał, że wyizolował cząsteczki nowej substancji.

Ale jego niemiecki kolega, Sheinbein, próbując rozłożyć H 2 O na H i O 2 za pomocą elektryczności, zwrócił uwagę na uwolnienie nowego gazu o ostrym zapachu. Po wielu badaniach naukowiec opisał odkrytą substancję i nadał jej nazwę „ozon” na cześć greckie słowo"zapach".

Zdolność zabijania grzybów i bakterii, a także zmniejszania toksyczności szkodliwych związków, jakie posiadała substancja otwarta, zainteresowała wielu naukowców. 17 lat po oficjalnym odkryciu O 3 Werner von Siemens zaprojektował pierwszą aparaturę, która umożliwiła syntezę ozonu w dowolnej ilości. A 39 lat później genialny Nikola Tesla wynalazł i opatentował pierwszy na świecie generator ozonu.

To właśnie ten aparat został użyty po raz pierwszy we Francji od 2 lat w zakładach leczenia woda pitna. Od początku XXw. Europa zaczyna przechodzić na ozonowanie wody pitnej w celu jej oczyszczania.

Imperium Rosyjskie po raz pierwszy zastosowało tę technikę w 1911 r., A po 5 latach w kraju zainstalowano prawie 4 tuziny instalacji do oczyszczania wody pitnej za pomocą ozonu.

Dzisiaj ozonowanie wody stopniowo wypiera chlorowanie. W ten sposób 95% całej wody pitnej w Europie jest uzdatniane za pomocą O 3 . Ta technika jest również bardzo popularna w USA. W WNP jest to nadal przedmiotem badań, ponieważ chociaż procedura jest bezpieczniejsza i wygodniejsza, jest droższa niż chlorowanie.

Zastosowania ozonu

Oprócz oczyszczania wody O 3 ma szereg innych zastosowań.

• Ozon jest stosowany jako wybielacz w produkcji papieru i tekstyliów.
• Aktywny tlen służy do dezynfekcji win, a także do przyspieszenia procesu starzenia koniaków.
• Za pomocą O 3 rafinowane są różne oleje roślinne.
• Bardzo często substancja ta wykorzystywana jest do przetwarzania łatwo psujących się produktów, takich jak mięso, jaja, owoce i warzywa. Procedura ta nie pozostawia śladów chemicznych, jak przy użyciu chloru czy formaldehydu, a produkty mogą być przechowywane znacznie dłużej.
• Ozon sterylizuje sprzęt medyczny i odzież.
• Oczyszczony O 3 jest również używany do różnych celów medycznych i zabiegi kosmetyczne. W szczególności z jego pomocą w stomatologii dezynfekują jamę ustną i dziąsła, a także leczą różne choroby (zapalenie jamy ustnej, opryszczka, kandydoza jamy ustnej). W krajach europejskich O 3 jest bardzo popularny do dezynfekcji ran.
• W ostatnie lata Ogromną popularność zyskują przenośne urządzenia domowe do filtrowania powietrza i wody za pomocą ozonu.

Warstwa ozonowa – co to jest?

W odległości 15-35 km nad powierzchnią Ziemi znajduje się warstwa ozonowa lub, jak to się nazywa, ozonosfera. W tym miejscu skoncentrowany O 3 służy jako swoisty filtr dla szkodliwego promieniowania słonecznego.

Skąd bierze się taka ilość substancji, jeśli jej cząsteczki są nietrwałe? Odpowiedź na to pytanie nie jest trudna, jeśli przypomnimy sobie model cząsteczki ozonu i sposób jej powstawania. Tak więc tlen, składający się z 2 cząsteczek tlenu, dostający się do stratosfery, jest tam podgrzewany przez promienie słoneczne. Ta energia wystarcza do rozbicia O 2 na atomy, z których powstaje O 3. Jednocześnie warstwa ozonowa nie tylko wykorzystuje część energii słonecznej, ale także ją filtruje, pochłania niebezpieczne promieniowanie ultrafioletowe.

Powyżej powiedziano, że ozon jest rozpuszczany przez freony. Te gazowe substancje (wykorzystywane do produkcji dezodorantów, gaśnic i lodówek) po uwolnieniu do atmosfery oddziałują na ozon i przyczyniają się do jego rozkładu. W efekcie w ozonosferze powstają dziury, przez które do planety przedostają się nieprzefiltrowane promienie słoneczne, które mają destrukcyjny wpływ na żywe organizmy.

Po rozważeniu cech i struktury cząsteczek ozonu możemy stwierdzić, że substancja ta, choć niebezpieczna, jest bardzo pożyteczna dla ludzkości, jeśli jest właściwie stosowana.

Wstęp

Ozon jest substancją prostą, alotropową modyfikacją tlenu. W przeciwieństwie do tlenu cząsteczka ozonu składa się z trzech atomów. W normalnych warunkach jest to gaz wybuchowy o ostrym zapachu koloru niebieskiego i ma silne właściwości utleniające.

Ozon jest stałym składnikiem atmosfery ziemskiej i odgrywa zasadniczą rolę w podtrzymywaniu na niej życia. W warstwach powierzchniowych atmosfery ziemskiej stężenie ozonu gwałtownie wzrasta. Ogólny stan ozonu w atmosferze jest zmienny i zmienia się wraz z porami roku. Ozon atmosferyczny odgrywa kluczową rolę w podtrzymywaniu życia na ziemi. Chroni Ziemię przed szkodliwym działaniem określonej roli promieniowania słonecznego, przyczyniając się w ten sposób do zachowania życia na planecie.

Konieczne jest zatem zbadanie, jaki wpływ na tkanki biologiczne może mieć ozon.

Ogólne właściwości ozonu

Ozon jest alotropową odmianą tlenu składającą się z trójatomowych cząsteczek O 3 . Jego cząsteczka jest diamagnetyczna i ma kanciasty kształt. Wiązanie w cząsteczce jest zdelokalizowane, trójśrodkowe.

Ryż. 1 Struktura ozonu

Obydwa oo połączenia w cząsteczce ozonu mają taką samą długość 1,272 angstremów. Kąt między wiązaniami wynosi 116,78°. Centralny atom tlenu sp²-hybrydyzowany, ma jedną samotną parę elektronów. Cząsteczka jest polarna, moment dipolowy wynosi 0,5337 D.

Charakter wiązań chemicznych w ozonie decyduje o jego niestabilności (po pewnym czasie ozon samoistnie zamienia się w tlen: 2O3 -> 3O2) oraz dużej zdolności utleniającej (ozon jest zdolny do szeregu reakcji, w których tlen cząsteczkowy nie wchodzi). Utleniające działanie ozonu na substancje organiczne związane jest z powstawaniem rodników: RH + O3 RO2 + OH

Rodniki te inicjują rodnikowe reakcje łańcuchowe z cząsteczkami bioorganicznymi (lipidy, białka, kwasy nukleinowe), co prowadzi do śmierci komórki. Zastosowanie ozonu do sterylizacji wody pitnej opiera się na jego zdolności do zabijania zarazków. Ozon nie jest obojętny także dla organizmów wyższych. Długotrwałe narażenie na atmosferę zawierającą ozon (na przykład gabinety fizjoterapii i naświetlania kwarcem) może spowodować poważne upośledzenie. system nerwowy. Dlatego ozon w dużych dawkach jest gazem toksycznym. Jego maksymalne dopuszczalne stężenie w powietrzu obszaru roboczego wynosi 0,0001 mg/l. Zanieczyszczenie powietrza ozonem występuje podczas ozonowania wody, ze względu na jego małą rozpuszczalność.

Historia odkrycia.

Ozon został po raz pierwszy odkryty w 1785 r. przez holenderskiego fizyka M. van Maruma dzięki charakterystycznemu zapachowi i właściwościom utleniającym, jakie nabywa powietrze po przejściu przez nie iskier elektrycznych, a także zdolności oddziaływania na rtęć w zwykłej temperaturze w wyniku przez co traci połysk i zaczyna przyklejać się do szkła. Jednak nie został opisany jako nowa substancja; van Marum uważał, że powstała specjalna „elektryczna materia”.

Termin ozon został zaproponowany przez niemieckiego chemika X. F. Schönbeina w 1840 r. ze względu na swój zapach, wszedł do słowników w koniec XIXw wiek. Wiele źródeł daje mu pierwszeństwo odkryciu ozonu w 1839 roku. W 1840 roku Schonbein wykazał zdolność ozonu do wypierania jodu z jodku potasu:

Fakt zmniejszania się objętości gazu podczas przemiany tlenu w ozon został udowodniony doświadczalnie przez Andrewsa i Teta przy użyciu szklanej rurki z manometrem wypełnionym czystym tlenem, do której wlutowano platynowe druty w celu wytworzenia wyładowania elektrycznego.

właściwości fizyczne.

Ozon to niebieski gaz, który można zobaczyć, patrząc przez znaczną warstwę ozonowanego tlenu o grubości do 1 metra. W stanie stałym ozon jest czarny z fioletowym odcieniem. Ciekły ozon ma ciemnoniebieski kolor; przezroczysty w warstwie nieprzekraczającej 2 mm. grubość; dość trwałe.

Nieruchomości:

§ Masa cząsteczkowa - 48 a.m.u.

§ Gęstość gazu przy normalne warunki- 2,1445 g/dm³. Gęstość względna gazu dla tlenu 1,5; samolotem - 1,62

§ Gęstość cieczy w temperaturze -183 °C - 1,71 g/cm³

§ Temperatura wrzenia - -111,9 °C. (ciekły ozon ma 106 ° C.)

§ Temperatura topnienia - -197,2 ± 0,2°C (zwykle podawana temperatura topnienia -251,4°C jest błędna, gdyż jej wyznaczenie nie uwzględniało dużej zdolności ozonu do przechłodzenia).

§ Rozpuszczalność w wodzie w temperaturze 0°C – 0,394 kg/m³ (0,494 l/kg), jest 10-krotnie większa w porównaniu z tlenem.

§ W stanie gazowym ozon jest diamagnetyczny, w stanie ciekłym jest słabo paramagnetyczny.

§ Zapach jest ostry, specyficzny „metaliczny” (według Mendelejewa – „zapach raków”). W wysokich stężeniach pachnie chlorem. Zapach jest wyczuwalny już przy rozcieńczeniu 1:100 000.

Właściwości chemiczne.

Właściwości chemiczne ozon charakteryzuje się dużą zdolnością utleniania.

Cząsteczka O 3 jest niestabilna i przy wystarczającym stężeniu w powietrzu w normalnych warunkach samorzutnie zamienia się w O 2 w ciągu kilkudziesięciu minut wraz z wydzielaniem ciepła. Wzrost temperatury i spadek ciśnienia zwiększają szybkość przejścia do stanu dwuatomowego. Przy wysokich stężeniach przejście może być wybuchowe.

Nieruchomości:

§ Utlenianie metali

§ Utlenianie niemetali

§ Interakcja z tlenkami

§ Palenie

§ Powstawanie ozonków

Metody otrzymywania ozonu

Ozon powstaje w wielu procesach, którym towarzyszy uwalnianie tlenu atomowego, np. podczas rozkładu nadtlenków, utleniania fosforu itp. W przemyśle otrzymuje się go z powietrza lub tlenu w ozonizatorach w wyniku działania wyładowania elektrycznego. O3 skrapla się łatwiej niż O2 i dlatego jest łatwy do oddzielenia. Ozon do ozonoterapii w medycynie pozyskiwany jest wyłącznie z czystego tlenu. Gdy powietrze jest napromieniowane twardym promieniowaniem ultrafioletowym, powstaje ozon. Ten sam proces zachodzi w górnych warstwach atmosfery, gdzie pod wpływem promieniowania słonecznego tworzy się i utrzymuje warstwa ozonowa.

Ozon to słowo pochodzenia greckiego, które w tłumaczeniu oznacza „śmierdzący”. Co to jest ozon? W swej istocie ozon O3 jest niebieskim gazem o charakterystycznym zapachu, który kojarzy się z zapachem powietrza po burzy. Szczególnie odczuwalne w pobliżu źródeł prąd elektryczny.

Historia odkrycia ozonu przez naukowców

Co to jest ozon? Jak to było otwarte? W 1785 roku holenderski fizyk Martin van Marum przeprowadził kilka eksperymentów mających na celu zbadanie wpływu prądu elektrycznego na tlen. Zgodnie z ich wynikami naukowiec zbadał pojawienie się specyficznej "elektrycznej materii". Kontynuując prace w tym kierunku, w 1850 roku udało mu się określić zdolność ozonu do interakcji ze związkami organicznymi i jego właściwości jako czynnika utleniającego.

Dezynfekujące właściwości ozonu po raz pierwszy zastosowano w 1898 roku we Francji. W miejscowości Bon Voyage zbudowano zakład, który dezynfekował i dezynfekował wodę z rzeki Vasyubi. W Rosji pierwsza instalacja ozonowania została uruchomiona w Petersburgu w 1911 roku.

Ozon był szeroko stosowany w czasie I wojny światowej jako środek antyseptyczny. Mieszanka ozonu i tlenu była stosowana w leczeniu chorób jelit, zapalenia płuc, zapalenia wątroby i była praktykowana w przypadku zmian infekcyjnych po operacjach. Szczególnie aktywna działalność w zakresie ozonowania rozpoczęła się w 1980 roku, impulsem do tego było pojawienie się na rynku niezawodnych i energooszczędnych.Obecnie ozon służy do oczyszczania około 95% wody w Stanach Zjednoczonych i całej Europie.

Technologia wytwarzania ozonu

Co to jest ozon? Jak powstaje? W środowisku naturalnym ozon występuje w atmosferze ziemskiej na wysokości 25 km. W rzeczywistości jest to gaz, który powstaje w wyniku promieniowania ultrafioletowego ze Słońca. Na powierzchni tworzy warstwę o grubości 19-35 km, która chroni Ziemię przed przenikaniem promieniowania słonecznego. Według interpretacji chemików ozon to aktywny tlen (związek trzech atomów tlenu). W stanie gazowym ma kolor niebieski, w stanie ciekłym ma odcień indygo, aw stanie stałym ma ciemnoniebieskie kryształy. O3 to jego wzór cząsteczkowy.

Jaka jest szkodliwość ozonu? Zaliczany jest do najwyższej klasy zagrożenia – jest bardzo trującym gazem, którego toksyczność zrównana jest z kategorią chemicznych środków bojowych. Powodem jego pojawienia się są wyładowania elektryczne w atmosferze (3O2 = 2O3). W naturze można to odczuć po silnych wyładowaniach atmosferycznych. Ozon dobrze oddziałuje z innymi związkami i jest uważany za jeden z powodów, dla których jest używany do zabijania bakterii, wirusów, mikroorganizmów, do oczyszczania wody i powietrza.

Negatywny wpływ ozonu

Co robi ozon? Charakterystyczną cechą tego gazu jest zdolność do szybkiej interakcji z innymi substancjami. Jeśli w naturze występuje nadmiar wskaźników normatywnych, to w wyniku ich interakcji z tkankami ludzkimi mogą wystąpić niebezpieczne substancje i choroby. Ozon jest silnym środkiem utleniającym, w wyniku interakcji z którym następuje szybkie zniszczenie:

• kauczuk naturalny;
• metale inne niż złoto, platyna i iryd;
• Urządzenia;
• elektronika.

Przy wysokich stężeniach ozonu w powietrzu dochodzi do pogorszenia stanu zdrowia i samopoczucia człowieka, w szczególności:

• błona śluzowa oczu jest podrażniona;
• funkcjonowanie układu oddechowego jest zakłócone, co doprowadzi do porażenia płuc;
• występuje ogólne zmęczenie organizmu;
• pojawiają się bóle głowy;
• możliwe reakcje alergiczne;
• pieczenie w gardle i nudności;
• dziać się Negatywny wpływ do układu nerwowego.

Przydatne właściwości ozonu

Czy ozon oczyszcza powietrze? Tak, pomimo swojego gazu jest bardzo korzystny dla ludzi. W małych stężeniach odznacza się doskonałymi właściwościami dezynfekującymi i dezodoryzującymi. W szczególności działa szkodliwie na szkodliwe mikroorganizmy i powoduje ich zniszczenie:

• wirusy;
• różne rodzaje drobnoustrojów;
• bakteria;
• grzyby;
• mikroorganizmy.

Najczęściej ozon stosuje się podczas epidemii grypy i ognisk groźnych chorób zakaźnych. Za jego pomocą woda zostaje oczyszczona z różnego rodzaju zanieczyszczeń i związków żelaza, jednocześnie wzbogacając ją w tlen i minerały.

Ciekawe informacje o ozonie, jego zakresie

Doskonałe właściwości dezynfekujące i nie skutki uboczne doprowadziły do ​​powstania zapotrzebowania na ozon i jego szerokiego zastosowania w różnych sektorach gospodarki. Obecnie ozon z powodzeniem stosuje się do:

• zaspokoić potrzeby przemysłu farmaceutycznego;
• oczyszczanie wody w akwariach i hodowlach ryb;
• dezynfekcja basenu;
• cele medyczne;
• zabiegi kosmetyczne.

W branży medycznej ozonowanie stosuje się przy owrzodzeniach, oparzeniach, egzemach, żylakach, ranach i chorobach dermatologicznych. W kosmetologii ozon stosuje się w walce ze starzeniem się skóry, cellulitem i nadwagą.

Wpływ ozonu na czynności życiowe istot żywych

Co to jest ozon? Jak to wpływa na życie na Ziemi? Według naukowców 10% ozonu znajduje się w troposferze. Ozon ten jest integralnym składnikiem smogu i działa jako zanieczyszczenie. Niekorzystnie wpływa na narządy oddechowe ludzi, zwierząt oraz spowalnia wzrost roślin. Jednak jego ilość jest bardzo mała, aby znacząco zaszkodzić zdrowiu. Znaczną część szkodliwego ozonu w składzie smogu stanowią produkty funkcjonowania samochodów i elektrowni.

Znacznie więcej ozonu (około 90%) znajduje się w stratosferze. Ten pochłania biologicznie szkodliwe promieniowanie ultrafioletowe ze Słońca, chroniąc w ten sposób ludzi, florę i faunę przed negatywnymi skutkami.

W 1785 roku holenderski fizyk Van Marum, przeprowadzając eksperymenty z elektrycznością, zwrócił uwagę na zapach podczas powstawania iskier w maszynie elektrycznej oraz na utleniające właściwości powietrza po przejściu przez nie iskier elektrycznych.

W 1840 roku niemiecki naukowiec Sheinbein, zajmujący się hydrolizą wody, próbował rozłożyć ją na tlen i wodór za pomocą łuku elektrycznego. A potem odkrył, że powstał nowy, nieznany dotąd nauce gaz o specyficznym zapachu. Nazwę „ozon” nadał gazowi Sheinbein ze względu na charakterystyczny zapach, który pochodzi od greckiego słowa „osien”, co oznacza „zapach”.

W 1857 roku za pomocą „doskonałej rury indukcji magnetycznej” stworzonej przez Wernera von Siemensa zbudowano pierwszą techniczną instalację ozonowania. W 1901 roku Siemens zbudował w Wiesband pierwszą elektrownię wodną z generatorem ozonu.

Historycznie zastosowanie ozonu rozpoczęło się od instalacji do przygotowania wody pitnej, kiedy to w 1898 roku przetestowano pierwszą pilotażową instalację w mieście Saint Maur (Francja). Już w 1907 roku w mieście Bon Voyage (Francja), na potrzeby miasta Nicei, zbudowano pierwszą instalację ozonowania wody. W 1911 r. uruchomiono w Petersburgu stację ozonowania wody pitnej (obecnie nieczynną). W 1916 r. istniało już 49 instalacji do ozonowania wody pitnej.

Do 1977 roku na całym świecie działało ponad 1000 instalacji. Ozon rozpowszechnił się dopiero w ostatnich 30 latach, dzięki pojawieniu się niezawodnych i kompaktowych urządzeń do jego syntezy – ozonizatorów (generatorów ozonu).

Obecnie 95% wody pitnej w Europie jest uzdatniane ozonem. Stany Zjednoczone są w trakcie przechodzenia z chlorowania na ozonowanie. W Rosji jest kilka dużych stacji (w Moskwie, Niżnym Nowogrodzie i innych miastach).

2. Ozon i jego właściwości

Mechanizm powstawania i wzór cząsteczkowy ozonu

Wiadomo, że cząsteczka tlenu składa się z 2 atomów: O2. W pewnych warunkach cząsteczka tlenu może dysocjować, tj. rozbić na 2 oddzielne atomy. W przyrodzie warunki te powstają podczas burzy podczas wyładowań atmosferycznych, aw górnych warstwach atmosfery pod wpływem promieniowania ultrafioletowego ze Słońca (warstwa ozonowa Ziemi). Mechanizm powstawania i wzór cząsteczkowy ozonu. Jednak atom tlenu nie może istnieć oddzielnie i ma tendencję do przegrupowywania się. W trakcie takiego przegrupowania powstają cząsteczki 3-atomowe.

Cząsteczka ozonu Cząsteczka składająca się z 3 atomów tlenu, zwana ozonem lub aktywowanym tlenem, jest odmianą alotropową tlenu i ma wzór cząsteczkowy O3 (d = 1,28 A, q = 116,5°).

Należy zauważyć, że wiązanie trzeciego atomu w cząsteczce ozonu jest stosunkowo słabe, co powoduje niestabilność cząsteczki jako całości i jej skłonność do samorozpadu.

Właściwości ozonu

Ozon O3 jest niebieskawym gazem o charakterystycznym ostrym zapachu, masa cząsteczkowa 48 g/mol; gęstość względem powietrza 1,657 (ozon jest cięższy od powietrza); gęstość w temperaturze 0°C i ciśnieniu 0,1 MPa 2,143 kg/m3. Pobieranie ozonu

W niskich stężeniach na poziomie 0,01-0,02 mg/m3 (pięciokrotnie niższych od maksymalnego dopuszczalnego stężenia dla człowieka) ozon nadaje powietrzu charakterystyczny zapach świeżości i czystości. Na przykład po burzy subtelny zapach ozonu niezmiennie kojarzy się z czystym powietrzem.

Jak wspomniano powyżej, cząsteczka ozonu jest niestabilna i ma właściwość samorozpadu. To właśnie dzięki tej właściwości ozon jest silnym utleniaczem i wyjątkowo skutecznym środkiem dezynfekującym.

Potencjał utleniający ozonu

Miarą skuteczności utleniacza jest jego potencjał elektrochemiczny (utleniający), wyrażony w woltach. Poniżej wartości potencjału elektrochemicznego różnych utleniaczy w porównaniu z ozonem:

Z tabeli wynika, że ​​ozon jest najsilniejszym ze wszystkich utleniaczy stosowanych w uzdatnianiu wody.

Aplikacja na miejscu

Niestabilność ozonu powoduje konieczność jego stosowania bezpośrednio w miejscu produkcji. Ozon nie podlega pakowaniu, przechowywaniu i transportowi.

Rozpuszczalność ozonu w wodzie

Zgodnie z prawem Henry'ego stężenie ozonu w wodzie wzrasta wraz ze wzrostem stężenia ozonu w fazie gazowej zmieszanej z wodą. Ponadto im wyższa temperatura wody, tym niższe stężenie ozonu w wodzie.

Rozpuszczalność ozonu w wodzie jest wyższa niż tlenu, ale 12-krotnie niższa niż chloru. Jeśli weźmiemy pod uwagę 100% ozon, to jego graniczne stężenie w wodzie wynosi 570 mg/l przy temperaturze wody 20C. Stężenie ozonu w gazie na wylocie z nowoczesnych ozonatorów sięga 14% wag. Poniżej przedstawiono zależność stężenia ozonu rozpuszczonego w wodzie destylowanej od stężenia ozonu w gazie i temperatury wody.

Samorozkład ozonu w wodzie i powietrzu

Szybkość rozkładu ozonu w powietrzu lub wodzie szacuje się na podstawie okresu półtrwania, tj. czas potrzebny do zmniejszenia stężenia ozonu o połowę.

Samorozkład ozonu w wodzie (pH 7)

Samorozkład ozonu w powietrzu

Z tabel wynika, że ​​wodne roztwory ozonu są znacznie mniej stabilne niż ozon gazowy. Dane dotyczące rozpadu ozonu w wodzie podano dla czysta woda nie zawiera rozpuszczonych ani zawieszonych zanieczyszczeń. Szybkość rozpadu ozonu w wodzie wzrasta wielokrotnie w następujących przypadkach:

1. w obecności zanieczyszczeń w wodzie, utlenionych przez ozon (zapotrzebowanie chemiczne wody w ozonie)
2. ze zwiększonym zmętnieniem wody, ponieważ na styku cząstek z wodą reakcje samorozkładu ozonu przebiegają szybciej (kataliza)
3. po wystawieniu na działanie promieniowania UV wody

3. Metody wytwarzania ozonu

Obecnie szeroko stosowane są 2 metody wytwarzania ozonu:

* Promieniowanie UV

* pod wpływem cichego (tj. rozproszonego, bez powstawania iskier) wyładowania typu koronowego

1. Promieniowanie UV

Ozon może tworzyć się w pobliżu lamp UV, ale tylko w niewielkich stężeniach (0,1% wag.).

2. Wyładowanie koronowe

W ten sam sposób, w jaki ozon jest wytwarzany przez wyładowania elektryczne podczas burzy, duża liczba Ozon jest wytwarzany w nowoczesnych elektrycznych generatorach ozonu. Ta metoda nazywa się wyładowaniem koronowym. Przez strumień gazu zawierającego tlen przepuszcza się wysokie napięcie. Energia wysokiego napięcia rozszczepia cząsteczkę tlenu O2 na 2 atomy O, które łączą się z cząsteczką O2 i tworzą ozon O3.

Czysty tlen wchodzący do generatora ozonu może zostać zastąpiony powietrzem otoczenia duży odsetek tlen.

Ta metoda zwiększa zawartość ozonu do 10-15% wag.

Zużycie energii: 20 - 30 W/g O3 dla powietrza 10 - 15 W/g O3 dla tlenu

4. Zastosowanie ozonu do oczyszczania i dezynfekcji wody

Dezynfekcja wody

Ozon niszczy wszystkie znane mikroorganizmy: bakterie, wirusy, pierwotniaki, ich zarodniki, cysty itp.; podczas gdy ozon jest o 51% silniejszy niż chlor i działa 15-20 razy szybciej. Wirus polio ginie przy stężeniu ozonu 0,45 mg/l po 2 minutach, a od chloru – tylko 3 godziny przy 1 mg/l.

Ozon działa na przetrwalniki bakterii 300-600 razy silniej niż chlor.

Ozon niszczy system redoks bakterii i ich protoplazmę.

Biologiczne współczynniki śmiertelności (BL*) przy stosowaniu różnych środków dezynfekujących

*Im wyższy BLC, tym silniejszy środek dezynfekujący

Porównanie środków dezynfekujących

Dezodoryzacja wody

Ozonowanie utlenia zanieczyszczenia organiczne i mineralne, które są źródłem przykrych zapachów i smaków. Woda uzdatniona ozonem zawiera więcej tlenu i smakuje jak świeża woda źródlana.

Końcowe przygotowanie wody pitnej na liniach rozlewniczych
Ozonowanie na linii rozlewniczej. Oczyszczona i przygotowana do butelkowania woda, nasycona ozonem, całkowicie zdezynfekowana i przez stosunkowo krótki czas sama w sobie nabiera właściwości dezynfekujących. Zwiększa to bezpieczeństwo mikrobiologiczne procesu butelkowania, ozonowana woda niezawodnie sterylizuje ścianki pojemnika, korek oraz szczelinę powietrzną pod korkiem. Trwałość wody po ozonowaniu zwiększa się wielokrotnie. Szczególnie skuteczne jest połączone uzdatnianie wody ozonem w połączeniu z płukaniem pojemnika.

Utlenianie żelaza, manganu, siarkowodoru

Żelazo, mangan i siarkowodór są łatwo utleniane przez ozon. W tym przypadku żelazo przechodzi w nierozpuszczalny wodorotlenek, który następnie łatwo zatrzymuje się w filtrach. Mangan utlenia się do jonu nadmanganianowego, który jest łatwo usuwany na filtrach węglowych. Siarkowodór, siarczki i wodorosiarczki są przekształcane w nieszkodliwe siarczany. Proces utleniania i powstawania osadów filtrowalnych podczas ozonowania przebiega średnio 250 razy szybciej niż podczas napowietrzania. Szczególnie skuteczne jest zastosowanie ozonu do odżelaziania wód zawierających kompleksy żelazo-organiczne oraz bakteryjne formy żelaza, manganu i siarkowodoru.

Oczyszczanie wód powierzchniowych z zanieczyszczeń antropogenicznych

Ozonowanie wstępnie sklarowanej wody, a następnie filtracja przez węgiel aktywny to niezawodny sposób oczyszczania wód powierzchniowych z fenoli, produktów ropopochodnych, pestycydów i metali ciężkich (oczyszczanie oksydacyjno-sorpcyjne).

Oczyszczanie i dezynfekcja wody w fermach i fermach drobiu

Ozonowanie na fermie drobiu. Dostarczanie wody zdezynfekowanej ozonem do poideł dla drobiu i zwierząt nie tylko przyczynia się do zmniejszenia częstości występowania i ryzyka wystąpienia masowych epidemii, ale także powoduje przyspieszony przyrost masy ciała u ptaków i zwierząt.

Oczyszczanie i dezynfekcja ścieków

Ozon wybiela ścieki.

Za pomocą ozonowania można doprowadzić ścieki do rygorystycznych wymagań zbiorników rybackich w zakresie zawartości fenoli, produktów ropopochodnych i środków powierzchniowo czynnych oraz wskaźników mikrobiologicznych.

Ozonowanie wody do dezynfekcji żywności i sprzętu

Jak wspomniano powyżej, okres przydatności do spożycia wody ozonowanej podczas procesu butelkowania znacznie wzrasta, ponieważ woda produktowa nabiera właściwości roztworu dezynfekującego.

Podczas przetwarzania żywności zanieczyszczony sprzęt rodzi bakterie, które są źródłem silnych zapachów rozkładu i rozkładu. Płukanie urządzeń wodą ozonowaną po usunięciu większości zanieczyszczeń prowadzi do dezynfekcji powierzchni, odświeżenia powietrza w pomieszczeniu oraz poprawy ogólnego stanu sanitarno-higienicznego produkcji.

Ozonowanie do celów sanitarnych. Woda do sanityzacji sprzętu, w przeciwieństwie do ozonowania wody przed butelkowaniem, powoduje większe stężenie ozonu.

Podobnie ryby i owoce morza, tusze drobiowe i warzywa można przed pakowaniem poddać obróbce wodą ozonowaną. Żywotność przetworzonych produktów przed przechowywaniem wydłuża się, a ich wygląd po przechowywaniu niewiele różni się od produktów świeżych.

5. Aspekty bezpieczeństwa w eksploatacji urządzeń ozonujących

Ozon w postaci gazowej jest toksyczny i może powodować oparzenia górnych dróg oddechowych oraz zatrucia (jak każdy silny utleniacz).

Maksymalne dopuszczalne stężenie (MAC) ozonu w powietrzu w miejscu pracy reguluje GOST 12.1.005 „Ogólne wymagania sanitarno-higieniczne dla powietrza w miejscu pracy”, zgodnie z którym wynosi 0,1 mg/m3.

Zapach ozonu utrwala człowiek w stężeniu 0,01-0,02 mg/m3, czyli 5-10 razy mniej niż MPC, więc pojawienie się lekkiego zapachu ozonu w pomieszczeniu nie jest sygnałem alarmowym. Aby zapewnić niezawodną kontrolę zawartości ozonu w pomieszczeniu produkcyjnym, należy zainstalować analizatory gazów, które pozwolą na monitorowanie stężenia ozonu, aw przypadku przekroczenia MPC podjęcie w odpowiednim czasie działań w celu jego obniżenia do bezpiecznego poziomu.

Każdy schemat technologiczny zawierający urządzenia ozonujące musi być wyposażony w separator gazu, przez który nadmiar (nierozpuszczonego) ozonu dostaje się do destruktora katalitycznego, gdzie ulega rozkładowi do tlenu. Taki system eliminuje przedostawanie się ozonu do powietrza w pomieszczeniu produkcyjnym.

Ponieważ Ozon jest najsilniejszym utleniaczem, wszystkie gazociągi muszą być wykonane z materiałów odpornych na ozon, takich jak stal nierdzewna i fluoroplasty.

Ozon został po raz pierwszy uzyskany i zbadany przez Shenbeina w 1840 r. Ozon jest niebieskawym gazem o ostrym charakterystycznym zapachu;

Skroplony ozon to ciemnoniebieska ciecz, ozon stały to ciemnofioletowa krystaliczna masa. Ozon jest rozpuszczalny w tetrachlorku węgla, lodowatym kwasie octowym, ciekłym azocie i wodzie. Powstaje, gdy przez powietrze lub tlen przechodzi ciche wyładowanie elektryczne (świeży zapach po burzy wynika z obecności niewielkich ilości ozonu w atmosferze), utlenianie mokrego fosforu, działanie promieni radu, ultrafioletu lub promienie katodowe na tlen w powietrzu, rozkład nadtlenku wodoru, elektroliza kwasu siarkowego (itp.
kwasy zawierające tlen), wpływ fluoru na wodę itp. Zawartość w atmosferze ziemskiej jest znikoma; warstwy powietrza w pobliżu powierzchni ziemi zawierają mniej ozonu niż górne warstwy atmosfery; na wysokości 1050 M(w regionie Mont Blanc) Levy znalazł 0-3,7 mg, na wysokości 3 tys M—9,4 mg. ozon na 100 sześcian m powietrze. Generatory ozonu są używane w inżynierii i laboratoriach do produkcji ozonu. W przypadku ozonowania tlen lub powietrze przepływa między dwiema elektrodami podłączonymi do źródła prądu o wysokim napięciu.
Ozon w czystej postaci jest uwalniany z mieszaniny ozonu z tlenem po schłodzeniu ciekłym powietrzem. Ozon łatwo się rozkłada, a rozkład czystego ozonu przyspiesza w obecności dwutlenku manganu, ołowiu, tlenków azotu. W obecności wody rozkład ozonu spowalnia; suchy ozon w temperaturze 0° rozkłada się 30 razy szybciej niż mokry ozon w temperaturze 20,4°. Ozon ma niezwykle silne działanie utleniające. Uwalnia jod z jodku potasu, utlenia rtęć, przekształca metale siarkowe w sole siarczanowe, odbarwia barwniki organiczne itp. Ozon niszczy rurki gumowe. Eter, alkohol, gaz oświetleniowy, wata palą się w kontakcie z silnie ozonowanym tlenem. Pod działaniem ozonu na nienasycone związki organiczne powstają produkty addycji ozonków. Ozon służy do sterylizacji wody, dezodoryzacji - niszczenia brzydkiego zapachu, w preparatywnej praktyce organicznej.

Właściwości fizyczne

Właściwości chemiczne i metody otrzymywania

Spis wykorzystanej literatury

1. Volkov, AI, Zharsky, IM Duży podręcznik chemiczny / A.I. Wołkow, I.M. Żarski. - Mińsk: Nowoczesna szkoła, 2005. - 608 z ISBN 985-6751-04-7.