Начнем с самого простого вопроса: Откуда вообще берется озон и что это такое?
Для того, чтобы нам с вами жить, нужен кислород, то есть молекулы О2. Об этом все мы знаем еще со школы. Однако, кислород имеет аллотропную модификацию: О3, которую называют озоном.
В природе озон может образоваться несколькими способами. Первый – благодаря солнечной радиации. Второй – благодаря электрическим разрядам в атмосфере, то есть молниям.
Третий – в электромагнитных полях силовых кабелей и других электрических устройств.
Какое применение имеет озон?
Во-первых, озон является хорошим средством для обеззараживания питьевой воды, очистки промышленных сточных вод и выбросов в атмосферу от вредных примесей, например от фенолов и цианидов.
Во-вторых, в химии озон применяется как сильный окислитель.
Благодаря этому свойству озон используется для стерилизации изделий медицинского назначения; для отбеливания бумаги; для очистки масел.
Так что озон можно считать санитаром окружающей среды.
Также, тот факт, что озон более сильный окислитель, чем кислород нашел применение озону в качестве окислителя ракетного топлива. Только не в чистом виде, а в виде смеси кислород-озон.
В чистом виде жидкий озон не применяют, так как он химически неустойчив и взрывоопасен. Да к тому же озон еще и токсичен. На этом моменте плавно перейдем к отрицательным моментам, связанным с озоном.
Конечно в XXI веке многие фирмы выпускают бытовые озонаторы для дезинфекции помещений, например для дома. Но почему-то они умалчивают о мерах безопасности.
Когда вы обеззараживаете помещение, используя такой прибор, не надо самому при этом присутствовать в помещении. Иначе вы рискуете медленно, но верно обеззаразить помещение и от себя, так как озон токсичен.
так выглядит озонатор воздуха
А потом кругом кричат, что экология у нас дрянь, сосед умер от рака, А ведь не пил, не курил, озонатором пользовался, за здоровьем следил.
Да, существуют озонотерапии в некоторых медицинских учреждениях. Но их эффективность клинически не доказана и в развитых странах озонотерапия не признаётся лекарственным методом.
Но если вы хотите дома убить плесень и бактерии, то озон к вашим услугам.
Что еще может сделать озон. Ну например…, хотя возле земли его мало, но его достаточно, чтобы разрушать резину, да хотя бы покрышек автомобилей или в рамах пластиковых окон. Резина трескается и постепенно разрушается.
Ультрафиолетовое излучение также действует на озон, разрушая его. При этом почти полностью поглощается жесткая часть ультрафиолета, которая вызывает загар и рак кожи, и до поверхности Земли доходит лишь несколько процентов.
Озоновый слой образовался в атмосфере Земли примерно 500—600 млн лет назад, когда в ней накопилось достаточно кислорода вследствие фотосинтеза. И только лишь после образования озонового слоя жизнь смогла выйти из океанов;
Без этого высокоразвитые формы жизни типа млекопитающих, включая человека, не возникли бы.
Теперь поговорим о химическом получении озона.
Для этого используем реакцию персульфата аммония с азотной кислотой:
3 (NH4)2S2O8 + 6 HNO3 + 3 H2O = 6 NH4NO3 + 6 H2SO4 + O3
Вот так выглядит устройство для проведения этой реакции. В колбе слева находится персульфат аммония с азотной кислотой
Осторожно подогреем смесь в колбочке и пропустим выходящий газ через раствор иодида калия. В результате образуется йод и раствор окрашивается в жёлтый цвет:
2 KI + O3 + H2O = 2 KOH + I2 + O2
В колбе справа жидкость потемнела и начал выделяться газ. Это и есть озон, а раствор потемнел из-за того, что выделился йод (о том, что такое йод можно прочитать в нашей статье)
Подводя итоги можно сказать о том, что озон является как помощником человека в некоторых делах и спасителем от солнечной радиации, так и сильным окислителем и ядовитым газом, который оказывает очень пагубное влияние.
На этом всё!
Немного истории
Первооткрывателем озона считается физик из Голландии Мартин ван Марум. В 1785 году при пропускании электрического разряда через колбу с воздухом он получил газ с запахом. Но описал его химик из Германии Х.Ф. Шенбейн только в 1840 году. Газ он назвал озоном, что в переводе с греческого обозначает «пахнущий». Таким образом, была проведена аналогия с выделяемым им запахом. А вот откуда взялся озон в атмосфере планеты, стало известно гораздо позже.
Два атома кислорода и еще один
Аллотропная модификация кислорода, что состоит их трех атомов, в химии носит название озон. Описать его можно как немного голубоватый газ с ярко выраженным запахом при нормальных условиях. При охлаждении он превращается сначала в жидкость синего цвета (индиго), а при переходе в твердое состояние образует кристаллы темно-синего или почти черного цвета. Молекулы газообразного озона в природе очень неустойчивы, но пока они существуют, вещество обладает сильными окислительными свойствами.
Природный озон
Всем известный озоновый слой планеты (озоносфера) – это стратосферный озон. Он находится на высоте 12-25 километров. На него приходится порядка 90% всего природного озона. Остальные 10% — это газ, который находится ниже. Он называется тропосферный озон. Кроме различного расположения в атмосфере эти два газа имеют и совершенно разное значение
Откуда взялся озон в древней атмосфере
Голубой газ возник в атмосфере планеты в результате очень сложной фотохимической реакции. Под воздействием ультрафиолетового излучения Солнца и космической радиации, при распаде молекул воды к двухатомному кислороду присоединяется третий атом и образуется аллотропный атом озона. Эта реакция протекает в верхних слоях атмосферы планеты и сегодня. Всего по объему этот газ занимает 0,6 части на миллион – это значит, что в кубометре атмосферы содержится 0,6 сантиметра кубического озона. Вот откуда взялся озон в атмосфере нашей планеты.
Озон и жизнь на планете
На высоте 25 километров этот газ сосредоточен очень тонким слоем. Но роль его для жизни очень значительна. Откуда взялся озон на Земле, мы уже знаем. Он служит щитом для ультрафиолетового излучения — губительного для всего живого. Именно благодаря поглощению этого ультрафиолета, сопровождающегося образованием озона, происходит защита человечества от гибели. Скорость образования озона в среднем равна скорости его распада. Важность озона для жизни оценена человечеством. И 16 сентября весь мир отмечает день охраны озонового слоя планеты.
Приземный газ
Откуда взялся озон в атмосфере Земли, а в особенности приземный газ – вопрос не простой. И вариантов ответа подразумевает несколько. Главное, что образуется он все так же в результате фотохимических реакций и воздействия радиации или высоких энергий. Как смог в городах он образуется из своих предшественников (оксидов азота, углеводородов) под воздействием температуры и солнечного излучения. А в период летней жаркой погоды концентрация газа повышается с четко выраженным суточным ритмом. Максимум достигается в полдень, а минимум в ранние утренние часы. Повышению концентрации озона способствуют нисходящие потоки воздуха и высокая температура.
Озон или кислород?
Если кислород – источник жизни всего живого, то приземный озон – ее погибель. Недавние исследования биологов подтвердили его губительное действие на легкие нашей планеты – на растения. Под действием озона поры в листьях растений сокращаются, а процессы фотосинтеза подавляются. Компьютерная модель показала снижение потребления растениями углекислого газа на 23%. А это уже серьезная угроза для жизни на всей планете.
Озон как ресурс
Человечество издавна ищет способы использовать в своей деятельности все ресурсы, которые может предоставить Земля. И вне зависимости от того, откуда взялся озон в атмосфере, он не стал исключением. Сильнейший окислитель нашел применение в стерилизации инструментов, в дезинфекции помещений и одежды, в очистке промышленной, сточной и питьевой воды. В перспективных производствах им заменяют хлор при отбеливании целлюлозы. Ведутся разработки в использовании жидкого озона как ракетного топлива. А о косметике, обогащенной этим газом, знают все женщины мира.
Озоновый щит и дыры в нем
Для современной цивилизации вопрос состоит не в том, откуда взялся озон, а как сохранить защитный слой этого газа и не погибнуть в потоке ультрафиолета и космической радиации. А чтобы понять, как его сберечь, необходимо знать причины его разрушения. Сосредоточим внимание на причинах разрушения озонового слоя связанных с антропогенной деятельностью:
• Развитие сверхвысокой авиации способствует повышению в атмосфере азотистых продуктов сгорания топлива, которые становятся разрушителями озона в атмосфере.
• Следующая причина также связана с повышением концентрации азотистых оснований в атмосфере и это применение в сельскохозяйственной деятельности азотных удобрений.
• Всем известные фреоны, которые широко применяются при производстве распылителей, холодильников и кондиционеров. В верхних слоях атмосферы они посредством фотохимических реакций выделяют атомы хлора. А они в свою очередь губят озоновый слой, соединяясь в хлористые основания.
Озон O образуется в воздухе во время грозы и при окислении смолы хвойных деревьев. В верхних слоях атмосферы образование озона происходит под действием ультрафиолетового излучения Солнца.
Рис. \(1\). Молния
В лаборатории озон получают в приборах озонаторах при действии на кислород электрическим разрядом:
3O=2O.
При обычных условиях озон представляет собой бесцветный (в толстых слоях — голубой) газ. Он в \(1,7\) раза тяжелее воздуха. Сжижается озон при температуре \(–11\)\(2\) °С. Температура плавления — \(–197\) °С. В отличие от кислорода имеет запах
Озон сильно ядовит. Он губительно действует на бактерии, поэтому находит применение для обеззараживания воздуха и питьевой воды.
В воздушной оболочке Земли на высоте \(25\)–\(30\) км существует озоновый слой. Содержащийся в нём озон образуется из кислорода под действием солнечного излучения. Озоновый экран защищает все живые организмы, обитающие на Земле, от разрушительного действия ультрафиолетовых лучей. Если бы не было озонового слоя, то жизнь на Земле была бы невозможна.
Молекулы озона неустойчивы и легко разлагаются с образованием молекулярного и атомарного кислорода:
O=O+O.
Образованием атомарного кислорода объясняются более сильные окислительные свойства озона по сравнению с кислородом. В атмосфере озона самовоспламеняются фосфор, этиловый спирт, скипидар, для сжигания которых в кислороде необходимо первоначальное нагревание.
Перейти на… Форзац 1 Форзац 2 Вступительное слово Глава I. Введение § 1. Химия. Вещество, химический элемент, атом § 2. Простые и сложные вещества. Вещества молекулярного и немолекулярного строения § 3. Основные классы неорганических соединений § 3.1. Оксиды § 3.2. Кислоты § 3.3. Основания § 3.4. Соли § 3.5. Взаимосвязь между классами неорганических соединений § 4. Количественные характеристики вещества § 5. Основные законы химии. Закон постоянства состава вещества. Закон сохранения массы веществ § 6. Закон Авогадро как один из основных законов химии § 6.1. Молярная концентрация газа Глава II. Введение § 7. Строение атома § 8. Явление радиоактивности § 9. Состояние электрона в атоме § 10. Периодический закон в свете теории строения атома § 11. Периодичность изменения свойств атомов химических элементов и образуемых ими веществ § 12. Значение периодического закона и периодической системы Д. И. Менделеева для развития науки Глава III. Введение § 13. Природа и типы химической связи § 14. Свойства химических связей § 14.1. Гибридизация атомных орбиталей Лабораторный опыт 1 § 15. Валентность и степень окисления § 16. Типы кристаллических структур § 17. Межмолекулярное взаимодействие и водородная связь Глава IV. Введение § 18. Классификация и общие характеристики химических реакций § 18.1. Окислительно-восстановительные реакции. Важнейшие окислители и восстановители. Окислительно-восстановительные процессы в природе, технике, быту § 19. Тепловые эффекты химических реакций § 20. Скорость химических реакций § 21. Факторы, влияющие на скорость химических реакций Лабораторный опыт 2 § 21.1. Закон действующих масс § 22. Химическое равновесие Практическая работа 1 Глава V. Введение § 23. Растворение как физико-химический процесс § 24. Приготовление растворов § 25. Электролитическая диссоциация веществ в растворах § 26. Понятие о водородном показателе (рН) раствора Лабораторный опыт 3 § 27. Химические свойства кислот, оснований, солей в свете теории электролитической диссоциации Лабораторный опыт 3.1* § 27.1. Гидролиз солей Лабораторный опыт 3.2* Практическая работа 2 Практическая работа 2.1* Глава VI. Введение § 28. Общая характеристика неметаллов § 29. Водород Лабораторный опыт 4 § 29.1. Водородные соединения неметаллов и металлов § 29.2. Пероксид водорода § 30. Галогены § 31. Соединения галогенов § 32. Элементы VIА-группы. Кислород и сера § 33. Водородные соединения кислорода и серы § 34. Кислородные соединения серы § 35. Серная кислота Лабораторный опыт 5 § 36. Элементы VА-группы. Азот и фосфор § 37. Аммиак Лабораторный опыт 6 § 37.1. Оксиды азота(II) и (IV) § 38. Азотная кислота § 39. Кислородсодержащие соединения фосфора Лабораторный опыт 6.1* § 40. Важнейшие минеральные удобрения § 41. Элементы IVA-группы. Углерод и кремний § 42. Угольная и кремниевая кислоты, их соли Практическая работа 3 Практическая работа 3.1* Глава VII. Введение § 43. Металлы. Общая характеристика § 44. Общие химические свойства металлов Лабораторный опыт 7 § 45. Общие способы получения металлов § 45.1. Получение металлов электролизом водных растворов солей § 46. Щелочные металлы § 47. Металлы IIA-группы периодической системы Лабораторный опыт 8 § 48. Алюминий и его соединения Лабораторный опыт 9 § 48.1. Общая характеристика металлов B-групп § 48.2. Общая характеристика кислотно-основных свойств оксидов и гидроксидов металлов В-групп § 49. Железо и его соединения § 50. Важнейшие соединения железа § 50.1. Соединения хрома в различных степенях окисления § 50.2. Соединения марганца в различных степенях окисления § 50.3. Применение и биологическая роль металлов В-групп и их соединений Лабораторный опыт 9.1* Практическая работа 4 Практическая работа 4.1* Глава VIII. Введение § 51. Роль химии в развитии цивилизации § 51.1. Химия и сельское хозяйство § 52. Химическая промышленность Республики Беларусь в интересах устойчивого развития страны § 53. Охрана окружающей среды от вредного воздействия химических веществ. «Зелёная химия» Практическая работа 7* Приложения Предметный указатель Ответы на расчётные задачи Ответы на расчётные задачи* Ответы на тестовые задания (самоконтроль)* Видео «Растворение в разбавленной соляной кислоте меди, железа и магния» (§20, с.113) Видео «Электролиз раствора сульфата меди (II)» (§ 45-1, рис. 27) Видео «Электролиз раствора иодида калия и добавления раствора фенолфталеина и крахмального клейстер» (§45-1, рис. 28)
Информация получена с сайтов:
, 
, 
, 
, 