Frazė „ozono sluoksnis“, išgarsėjusi aštuntajame dešimtmetyje. praėjusį šimtmetį, jau seniai buvo ant ribos. Tuo pačiu metu mažai žmonių iš tikrųjų supranta, ką reiškia ši sąvoka ir kodėl ozono sluoksnio sunaikinimas yra pavojingas. Dar didesnė mįslė daugeliui yra ozono molekulės sandara, tačiau ji yra tiesiogiai susijusi su ozono sluoksnio problemomis. Sužinokime daugiau apie ozoną, jo struktūrą ir pramoninį pritaikymą.
Kas yra ozonas
Ozonas arba, kaip dar vadinamas, aktyvusis deguonis, yra žydros dujos, turinčios aštrų metalo kvapą.
Ši medžiaga gali egzistuoti visose trijose agregacijos būsenose: dujinėje, kietoje ir skystoje.
Tuo pačiu metu gamtoje ozonas susidaro tik dujų pavidalu, sudarydamas vadinamąjį ozono sluoksnį. Būtent dėl žydros spalvos dangus atrodo mėlynas.
Kaip atrodo ozono molekulė
Jūsų slapyvardis yra „aktyvusdeguonies“ozonas gavo dėl savo panašumo į deguonį. Taigi pagrindinis aktyvus cheminis elementas šiose medžiagose yra deguonis (O). Tačiau jei deguonies molekulėje yra 2 atomai, tai ozono molekulė (formulė - O3) susideda iš 3 šio elemento atomų.
Dėl šios struktūros ozono savybės yra panašios į deguonies, bet ryškesnės. Visų pirma, kaip O2, O3yra stipriausias oksidatorius.
Svarbiausias skirtumas tarp šių „giminingų“medžiagų, kurį gyvybiškai svarbu atsiminti kiekvienam, yra toks: ozono negalima įkvėpti, jis yra toksiškas ir įkvėptas gali pakenkti plaučiams ar net nužudyti žmogų.. Tuo pačiu metu O3 puikiai tinka valyti orą nuo toksiškų priemaišų. Beje, būtent dėl to po lietaus taip lengva kvėpuoti: ozonas oksiduoja kenksmingas medžiagas, esančias ore, ir jis išvalomas.
Ozono molekulės modelis (sudarytas iš 3 deguonies atomų) atrodo kaip kampo vaizdas, o jo dydis yra 117°. Ši molekulė neturi nesuporuotų elektronų, todėl yra diamagnetinė. Be to, jis turi poliškumą, nors susideda iš to paties elemento atomų.
Du tam tikros molekulės atomai yra tvirtai sujungti vienas su kitu. Tačiau ryšys su trečiuoju yra mažiau patikimas. Dėl šios priežasties ozono molekulė (modelio nuotrauką galite pamatyti žemiau) yra labai trapi ir netrukus po susidarymo suyra. Paprastai bet kurioje skilimo reakcijoje O3 išsiskiria deguonis.
Dėl ozono nestabilumo jo negalima pagamintiderliaus nuėmimas ir sandėliavimas, taip pat transportavimas, kaip ir kitos medžiagos. Dėl šios priežasties jo gamyba yra brangesnė nei kitų medžiagų.
Tuo pačiu metu didelis molekulių aktyvumas O3leidžia šiai medžiagai būti stipriausiu oksidatoriumi, stipresniu nei deguonies ir saugesnis nei chloras.
Jei ozono molekulė suyra ir išskiria O2, šią reakciją visada lydi energijos išsiskyrimas. Tuo pačiu, kad vyktų atvirkštinis procesas (O3 susidarymas iš O2), būtina išleisti tai ne mažiau.
Dujinėje būsenoje ozono molekulė suyra esant 70°C temperatūrai. Jei jis padidinamas iki 100 laipsnių ar daugiau, reakcija žymiai paspartės. Priemaišų buvimas taip pat pagreitina ozono molekulių skilimo laikotarpį.
O3 savybės
Nesvarbu, kurioje iš trijų ozono būsenų yra, jis išlaiko mėlyną spalvą. Kuo kietesnė medžiaga, tuo sodresnis ir tamsesnis šis atspalvis.
Kiekviena ozono molekulė sveria 48 g/mol. Jis yra sunkesnis už orą, todėl padeda atskirti šias medžiagas.
O3 gali oksiduoti beveik visus metalus ir nemetalus (išskyrus auksą, iridį ir platiną).
Be to, ši medžiaga gali dalyvauti degimo reakcijoje, tačiau tam reikia aukštesnės temperatūros nei O2.
Ozonas gali ištirpti H2O ir freonuose. Skystoje būsenoje jis gali maišytis su skystu deguonimi, azotu, metanu, argonu,anglies tetrachloridas ir anglies dioksidas.
Kaip susidaro ozono molekulė
O3 molekulės susidaro prie deguonies molekulių prijungus laisvuosius deguonies atomus. Jie savo ruožtu atsiranda dėl kitų molekulių skilimo O2 dėl elektros išlydžių, ultravioletinių spindulių, greitų elektronų ir kitų didelės energijos dalelių poveikio. Dėl šios priežasties specifinis ozono kvapas gali būti jaučiamas šalia kibirkščiuojančių elektros prietaisų ar lempų, skleidžiančių ultravioletinę šviesą.
Pramoniniu mastu O3 izoliuojamas naudojant elektrinius ozono generatorius arba ozonizatorius. Šiuose įrenginiuose aukštos įtampos elektros srovė praeina per dujų srautą, kuriame yra O2, kurių atomai yra ozono „statybinė medžiaga“.
Kartais į šiuos aparatus įpurškiamas grynas deguonis arba paprastas oras. Susidariusio ozono kokybė priklauso nuo pradinio produkto grynumo. Taigi medicininis O3, skirtas žaizdoms gydyti, išgaunamas tik iš chemiškai gryno O2.
Ozono atradimo istorija
Sužinojus, kaip atrodo ozono molekulė ir kaip ji susidaro, verta susipažinti su šios medžiagos istorija.
Pirmą kartą jį susintetino olandų tyrinėtojas Martinas Van Marumas XVIII amžiaus antroje pusėje. Mokslininkas pastebėjo, kad praleidus elektros kibirkštis per indą su oru, jame esančios dujos pakeitė savo savybes. Tuo pačiu metu Van Marumas nesuprato, kad jis išskyrė naujos molekulėsmedžiagos.
Tačiau jo kolega vokietis Šeinbeinas, elektros pagalba mėginęs H2O išskaidyti į H ir O2 iki naujų, aštraus kvapo dujų. Po daugybės tyrimų mokslininkas aprašė atrastą medžiagą ir suteikė jai pavadinimą „ozonas“, pagerbdamas graikų žodį „kvapas“.
Gebėjimas naikinti grybus ir bakterijas, taip pat sumažinti kenksmingų junginių toksiškumą, kurį turėjo atvira medžiaga, sudomino daugelį mokslininkų. Praėjus 17 metų po oficialaus O3 atradimo, Werneris von Siemensas sukūrė pirmąjį aparatą, galintį sintetinti bet kokį ozoną. O po 39 metų nuostabioji Nikola Tesla išrado ir užpatentavo pirmąjį pasaulyje ozono generatorių.
Šis prietaisas pirmą kartą buvo panaudotas Prancūzijoje geriamojo vandens valymo įrenginiuose po 2 metų. Nuo XX amžiaus pradžios. Europa pradeda pereiti prie geriamojo vandens ozonavimo jo valymui.
Rusijos imperija pirmą kartą panaudojo šią techniką 1911 m., o po 5 metų šalyje buvo įrengta beveik 4 dešimtys geriamojo vandens valymo ozonu įrenginių.
Šiandien vandens ozonavimas palaipsniui keičia chloravimą. Taigi 95 % viso geriamojo vandens Europoje yra išvaloma naudojant O3. Ši technika labai populiari ir JAV. NVS šalyse ji vis dar tiriama, nes nors ši procedūra saugesnė ir patogesnė, ji brangesnė nei chlorinimas.
Ozono programos
Be vandens valymo, O3 gali būti naudojamas dar daugybe kitų.
- Ozonas naudojamas kaip baliklis popieriaus ir tekstilės gamyboje.
- Aktyvusis deguonis naudojamas vynams dezinfekuoti, taip pat konjako senėjimo procesui paspartinti.
- Įvairūs augaliniai aliejai rafinuojami naudojant O3.
- Labai dažnai ši medžiaga naudojama greitai gendančių produktų, tokių kaip mėsa, kiaušiniai, vaisiai ir daržovės, perdirbimui. Ši procedūra nepalieka cheminių pėdsakų, kaip naudojant chlorą ar formaldehidą, o produktus galima laikyti daug ilgiau.
- Ozonas sterilizuoja medicinos įrangą ir drabužius.
- Taip pat išgrynintas O3 naudojamas įvairioms medicininėms ir kosmetinėms procedūroms. Visų pirma, padedant odontologijoje, jie dezinfekuoja burnos ertmę ir dantenas, taip pat gydo įvairias ligas (stomatitą, herpesą, burnos kandidozę). Europos šalyse O3 yra labai populiarus žaizdų dezinfekcijai.
- Pastaraisiais metais nešiojamieji buitiniai prietaisai, skirti oro ir vandens filtravimui naudojant ozoną, tapo labai populiarūs.
Ozono sluoksnis – kas tai?
15–35 km atstumu virš Žemės paviršiaus yra ozono sluoksnis arba, kaip dar vadinama, ozonosfera. Šioje vietoje koncentruotas O3 tarnauja kaip tam tikras kenksmingos saulės spinduliuotės filtras.
Iš kur toks medžiagos kiekis, jei jos molekulės yra nestabilios? Į šį klausimą atsakyti nesunku, jei prisiminsime ozono molekulės modelį ir jos susidarymo būdą. Taigi, deguonis, susidedantis iš 2deguonies molekulės, patekusios į stratosferą, ten šildomos saulės spindulių. Šios energijos pakanka O2 suskaidyti į atomus, iš kurių susidaro O3. Tuo pačiu metu ozono sluoksnis ne tik naudoja dalį saulės energijos, bet ir ją filtruoja, sugeria pavojingą ultravioletinę spinduliuotę.
Aukščiau buvo pasakyta, kad ozoną tirpdo freonai. Šios dujinės medžiagos (naudojamos dezodorantų, gesintuvų ir šaldytuvų gamyboje), patekusios į atmosferą, veikia ozoną ir prisideda prie jo irimo. Dėl to ozonosferoje atsiranda skylių, pro kurias į planetą patenka nefiltruoti saulės spinduliai, kurie daro destruktyvų poveikį gyviems organizmams.
Atsižvelgę į ozono molekulių ypatybes ir struktūrą, galime daryti išvadą, kad ši medžiaga, nors ir pavojinga, yra labai naudinga žmonijai, jei naudojama teisingai.
