Η φράση «στοιβάδα του όζοντος», που έγινε διάσημη τη δεκαετία του '70. τον περασμένο αιώνα, έχει από καιρό τεθεί σε ακμή. Ταυτόχρονα, λίγοι άνθρωποι καταλαβαίνουν πραγματικά τι σημαίνει αυτή η έννοια και γιατί η καταστροφή του στρώματος του όζοντος είναι επικίνδυνη. Ένα ακόμη μεγαλύτερο μυστήριο για πολλούς είναι η δομή του μορίου του όζοντος και όμως σχετίζεται άμεσα με τα προβλήματα της στιβάδας του όζοντος. Ας μάθουμε περισσότερα για το όζον, τη δομή και τις βιομηχανικές του εφαρμογές.
Τι είναι το όζον
Το όζον, ή, όπως αποκαλείται επίσης, ενεργό οξυγόνο, είναι ένα γαλάζιο αέριο με έντονη μεταλλική οσμή.
Αυτή η ουσία μπορεί να υπάρχει και στις τρεις καταστάσεις συσσωμάτωσης: αέρια, στερεά και υγρή.
Ταυτόχρονα, στη φύση, το όζον εμφανίζεται μόνο με τη μορφή αερίου, σχηματίζοντας το λεγόμενο στρώμα του όζοντος. Λόγω του γαλάζιου χρώματος του ο ουρανός φαίνεται μπλε.
Πώς μοιάζει ένα μόριο όζοντος
Το ψευδώνυμό σας είναι ενεργόοξυγόνο» που έλαβε το όζον λόγω της ομοιότητάς του με το οξυγόνο. Άρα το κύριο ενεργό χημικό στοιχείο σε αυτές τις ουσίες είναι το οξυγόνο (Ο). Ωστόσο, εάν ένα μόριο οξυγόνου περιέχει 2 από τα άτομα του, τότε το μόριο του όζοντος (τύπος - O3) αποτελείται από 3 άτομα αυτού του στοιχείου.
Λόγω αυτής της δομής, οι ιδιότητες του όζοντος είναι παρόμοιες με αυτές του οξυγόνου, αλλά πιο έντονες. Συγκεκριμένα, όπως το O2, το O3είναι το ισχυρότερο οξειδωτικό.
Η πιο σημαντική διαφορά μεταξύ αυτών των «σχετικών» ουσιών, που είναι ζωτικής σημασίας να θυμούνται όλοι, είναι η ακόλουθη: το όζον δεν αναπνέεται, είναι τοξικό και, εάν εισπνευστεί, μπορεί να βλάψει τους πνεύμονες ή ακόμα και να σκοτώσει έναν άνθρωπο. Ταυτόχρονα, το O3 είναι τέλειο για τον καθαρισμό του αέρα από τοξικές ακαθαρσίες. Παρεμπιπτόντως, ακριβώς γι' αυτό είναι τόσο εύκολο να αναπνέεις μετά τη βροχή: το όζον οξειδώνει τις επιβλαβείς ουσίες που περιέχονται στον αέρα και καθαρίζεται.
Το μοντέλο του μορίου του όζοντος (που αποτελείται από 3 άτομα οξυγόνου) μοιάζει λίγο με εικόνα μιας γωνίας και το μέγεθός του είναι 117°. Αυτό το μόριο δεν έχει ασύζευκτα ηλεκτρόνια και επομένως είναι διαμαγνητικό. Επιπλέον, έχει πολικότητα, αν και αποτελείται από άτομα του ίδιου στοιχείου.
Δύο άτομα ενός δεδομένου μορίου είναι σταθερά συνδεδεμένα μεταξύ τους. Αλλά η σύνδεση με το τρίτο είναι λιγότερο αξιόπιστη. Για το λόγο αυτό, το μόριο του όζοντος (η φωτογραφία του μοντέλου φαίνεται παρακάτω) είναι πολύ εύθραυστο και αμέσως μετά το σχηματισμό του διασπάται. Κατά κανόνα, σε οποιαδήποτε αντίδραση αποσύνθεσης απελευθερώνεται O3 οξυγόνο.
Λόγω της αστάθειας του όζοντος, δεν μπορεί να παραχθείσυγκομιδή και αποθήκευση, καθώς και μεταφορά, όπως και άλλες ουσίες. Για το λόγο αυτό, η παραγωγή του είναι πιο ακριβή από άλλες ουσίες.
Ταυτόχρονα, η υψηλή δραστηριότητα των μορίων O3επιτρέπει σε αυτή την ουσία να είναι ο ισχυρότερος οξειδωτικός παράγοντας, πιο ισχυρός από οξυγόνο και ασφαλέστερο από το χλώριο.
Εάν ένα μόριο όζοντος διασπαστεί και απελευθερώσει O2, αυτή η αντίδραση συνοδεύεται πάντα από την απελευθέρωση ενέργειας. Ταυτόχρονα, για να γίνει η αντίστροφη διαδικασία (ο σχηματισμός O3 από O2), είναι απαραίτητο να δαπανηθούν όχι λιγότερο.
Σε αέρια κατάσταση, το μόριο του όζοντος αποσυντίθεται σε θερμοκρασία 70°C. Εάν αυξηθεί στους 100 βαθμούς ή περισσότερο, η αντίδραση θα επιταχυνθεί σημαντικά. Η παρουσία ακαθαρσιών επιταχύνει επίσης την περίοδο αποσύνθεσης των μορίων του όζοντος.
Ο3 ιδιότητες
Σε ποια από τις τρεις καταστάσεις βρίσκεται το όζον, διατηρεί το μπλε του χρώμα. Όσο πιο σκληρή είναι η ουσία, τόσο πιο πλούσια και πιο σκούρα αυτή η απόχρωση.
Κάθε μόριο όζοντος ζυγίζει 48 g/mol. Είναι πιο βαρύ από τον αέρα, γεγονός που βοηθά στο διαχωρισμό αυτών των ουσιών.
O3 ικανό να οξειδώνει σχεδόν όλα τα μέταλλα και τα αμέταλλα (εκτός από τον χρυσό, το ιρίδιο και την πλατίνα).
Επίσης, αυτή η ουσία μπορεί να συμμετέχει στην αντίδραση καύσης, αλλά αυτό απαιτεί υψηλότερη θερμοκρασία από ό,τι για το O2.
Το όζον μπορεί να διαλυθεί σε H2O και φρέον. Σε υγρή κατάσταση, μπορεί να αναμιχθεί με υγρό οξυγόνο, άζωτο, μεθάνιο, αργό,τετραχλωράνθρακα και διοξείδιο του άνθρακα.
Πώς σχηματίζεται το μόριο του όζοντος
ΤαO3 μόρια σχηματίζονται με τη σύνδεση ελεύθερων ατόμων οξυγόνου σε μόρια οξυγόνου. Αυτά, με τη σειρά τους, εμφανίζονται λόγω της διάσπασης άλλων μορίων O2 λόγω της επίδρασης πάνω τους από ηλεκτρικές εκκενώσεις, υπεριώδεις ακτίνες, γρήγορα ηλεκτρόνια και άλλα σωματίδια υψηλής ενέργειας. Για αυτόν τον λόγο, η συγκεκριμένη μυρωδιά του όζοντος μπορεί να γίνει αισθητή κοντά σε ηλεκτρικές συσκευές που σπινθήρες ή λαμπτήρες που εκπέμπουν υπεριώδες φως.
Σε βιομηχανική κλίμακα, το O3 απομονώνεται χρησιμοποιώντας ηλεκτρικές γεννήτριες όζοντος ή οζονιστές. Σε αυτές τις συσκευές, ένα ηλεκτρικό ρεύμα υψηλής τάσης διέρχεται μέσω ενός ρεύματος αερίου που περιέχει O2, τα άτομα του οποίου χρησιμεύουν ως «δομικό υλικό» για το όζον.
Μερικές φορές εγχέεται καθαρό οξυγόνο ή συνηθισμένος αέρας σε αυτά τα μηχανήματα. Η ποιότητα του όζοντος που προκύπτει εξαρτάται από την καθαρότητα του αρχικού προϊόντος. Έτσι, το ιατρικό O3, που προορίζεται για τη θεραπεία τραυμάτων, εξάγεται μόνο από χημικά καθαρό O2.
Ιστορία της ανακάλυψης του όζοντος
Έχοντας καταλάβει πώς μοιάζει το μόριο του όζοντος και πώς σχηματίζεται, αξίζει να εξοικειωθείτε με την ιστορία αυτής της ουσίας.
Συντέθηκε για πρώτη φορά από τον Ολλανδό ερευνητή Martin Van Marum στο δεύτερο μισό του 18ου αιώνα. Ο επιστήμονας παρατήρησε ότι αφού πέρασε ηλεκτρικούς σπινθήρες μέσα από ένα δοχείο με αέρα, το αέριο σε αυτό άλλαξε τις ιδιότητές του. Την ίδια στιγμή, ο Van Marum δεν κατάλαβε ότι είχε απομονώσει τα μόρια ενός νέουουσίες.
Αλλά ο Γερμανός συνάδελφός του ονόματι Sheinbein, προσπαθώντας να αποσυνθέσει το H2O σε H και O2 με τη βοήθεια ηλεκτρισμού, παρατήρησε στην απελευθέρωση νέου αερίου με έντονη οσμή. Μετά από πολλή έρευνα, ο επιστήμονας περιέγραψε την ουσία που ανακάλυψε και της έδωσε το όνομα «όζον» προς τιμήν της ελληνικής λέξης «μυρίζω».
Η ικανότητα να σκοτώνει μύκητες και βακτήρια, καθώς και να μειώνει την τοξικότητα των επιβλαβών ενώσεων, που διέθετε η ανοιχτή ουσία, ενδιέφερε πολλούς επιστήμονες. 17 χρόνια μετά την επίσημη ανακάλυψη του O3, ο Werner von Siemens σχεδίασε την πρώτη συσκευή για τη σύνθεση όζοντος σε οποιαδήποτε ποσότητα. Και 39 χρόνια αργότερα, ο λαμπρός Νίκολα Τέσλα εφηύρε και κατοχύρωσε με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας την πρώτη γεννήτρια όζοντος στον κόσμο.
Ήταν αυτή η συσκευή που χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά στη Γαλλία σε εγκαταστάσεις επεξεργασίας πόσιμου νερού μετά από 2 χρόνια. Από τις αρχές του ΧΧ αιώνα. Η Ευρώπη αρχίζει να στρέφεται στον οζονισμό του πόσιμου νερού για τον καθαρισμό του.
Η Ρωσική Αυτοκρατορία χρησιμοποίησε για πρώτη φορά αυτήν την τεχνική το 1911 και μετά από 5 χρόνια, σχεδόν 4 δωδεκάδες εγκαταστάσεις για τον καθαρισμό του πόσιμου νερού με χρήση όζοντος εξοπλίστηκαν στη χώρα.
Σήμερα, ο οζονισμός του νερού αντικαθιστά σταδιακά τη χλωρίωση. Έτσι, το 95% του συνόλου του πόσιμου νερού στην Ευρώπη καθαρίζεται χρησιμοποιώντας O3. Αυτή η τεχνική είναι επίσης πολύ δημοφιλής στις ΗΠΑ. Στην ΚΑΚ, είναι ακόμα υπό μελέτη, γιατί αν και αυτή η διαδικασία είναι ασφαλέστερη και πιο βολική, είναι πιο ακριβή από τη χλωρίωση.
Εφαρμογές όζοντος
Εκτός από την επεξεργασία νερού, το O3 έχει πολλές άλλες χρήσεις.
- Το όζον χρησιμοποιείται ως λευκαντικό στην κατασκευή χαρτιού και υφασμάτων.
- Το ενεργό οξυγόνο χρησιμοποιείται για την απολύμανση των κρασιών, καθώς και για την επιτάχυνση της διαδικασίας παλαίωσης των κονιάκ.
- Διάφορα φυτικά έλαια εξευγενίζονται χρησιμοποιώντας O3.
- Πολύ συχνά αυτή η ουσία χρησιμοποιείται για την επεξεργασία ευπαθών προϊόντων, όπως κρέας, αυγά, φρούτα και λαχανικά. Αυτή η διαδικασία δεν αφήνει χημικά ίχνη, όπως το χλώριο ή η φορμαλδεΰδη, και τα προϊόντα μπορούν να αποθηκευτούν πολύ περισσότερο.
- Το όζον αποστειρώνει ιατρικό εξοπλισμό και ρούχα.
- Επίσης το καθαρισμένο O3 χρησιμοποιείται για διάφορες ιατρικές και καλλυντικές επεμβάσεις. Συγκεκριμένα, με τη βοήθειά του στην οδοντιατρική, απολυμαίνουν τη στοματική κοιλότητα και τα ούλα, καθώς και θεραπεύουν διάφορες ασθένειες (στοματίτιδα, έρπης, στοματική καντιντίαση). Στις ευρωπαϊκές χώρες το O3 είναι πολύ δημοφιλές για την απολύμανση τραυμάτων.
- Τα τελευταία χρόνια, οι φορητές οικιακές συσκευές για το φιλτράρισμα του αέρα και του νερού με χρήση όζοντος έχουν γίνει πολύ δημοφιλείς.
Σιβάδα όζοντος - τι είναι;
Σε απόσταση 15-35 χλμ. πάνω από την επιφάνεια της Γης βρίσκεται το στρώμα του όζοντος, ή, όπως ονομάζεται επίσης, η οζονόσφαιρα. Σε αυτό το μέρος, το συμπυκνωμένο O3 χρησιμεύει ως ένα είδος φίλτρου για την επιβλαβή ηλιακή ακτινοβολία.
Από πού προέρχεται μια τέτοια ποσότητα μιας ουσίας εάν τα μόριά της είναι ασταθή; Δεν είναι δύσκολο να απαντήσουμε σε αυτό το ερώτημα, αν θυμηθούμε το μοντέλο του μορίου του όζοντος και τη μέθοδο σχηματισμού του. Άρα, οξυγόνο, που αποτελείται από 2Τα μόρια οξυγόνου, που εισέρχονται στη στρατόσφαιρα, θερμαίνονται εκεί από τις ακτίνες του ήλιου. Αυτή η ενέργεια είναι αρκετή για να χωρίσει το O2 σε άτομα, από τα οποία σχηματίζεται το O3. Ταυτόχρονα, το στρώμα του όζοντος όχι μόνο χρησιμοποιεί μέρος της ηλιακής ενέργειας, αλλά και το φιλτράρει, απορροφά την επικίνδυνη υπεριώδη ακτινοβολία.
Ειπώθηκε παραπάνω ότι το όζον διαλύεται από τα φρέον. Αυτές οι αέριες ουσίες (που χρησιμοποιούνται στην κατασκευή αποσμητικά, πυροσβεστήρες και ψυγεία), μόλις απελευθερωθούν στην ατμόσφαιρα, επηρεάζουν το όζον και συμβάλλουν στην αποσύνθεσή του. Ως αποτέλεσμα, εμφανίζονται τρύπες στην οζονόσφαιρα μέσω των οποίων οι αφιλτράριστες ηλιακές ακτίνες εισέρχονται στον πλανήτη, οι οποίες έχουν καταστροφική επίδραση στους ζωντανούς οργανισμούς.
Αφού εξετάσουμε τα χαρακτηριστικά και τη δομή των μορίων του όζοντος, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι αυτή η ουσία, αν και επικίνδυνη, είναι πολύ χρήσιμη για την ανθρωπότητα εάν χρησιμοποιείται σωστά.
