Похожие ответы
Озон (от греч. ózo — пахну, пахнущий) — состоящая из трехатомных молекул O аллотропная модификация кислорода. При нормальных условиях — взрывчатый газ сине-голубого цвета с резким характерным запахом, в сжиженном состоянии темно-фиолетового цвета (цвет индиго), в твердом виде представляет собой кристаллы черного цвета с фиолетовым отблеском.
Присутствует в атмосфере, главным образом в озоновом слое, где он образуется из кислорода под действием ультрафиолетового излучения. Действует как фильтр и предотвращает попадание на поверхность Земли большей части вредного ультрафиолетового излучения, тем самым защищая от него растения и животных. Поэтому проблема образования озоновых дыр имеет особое значение.
Термин озон предложен немецким химиком X.Ф. Шёнбейном в 1840 году, вошел в словари в конце XIX века.
Физические свойства
• молекулярная масса: 47,998 а.е.м.;
• плотность газа при нормальных условиях: 2,1445 кг/м. Относительная плотность газа по кислороду 1,5; по воздуху: 1,62 (1,658);
• плотность жидкости при −183°C: 1571 кг/м;
• температура кипения: −111,9°C. Жидкий озон — темно-фиолетового цвета (цвет индиго);
• температура плавления: −197,2 ± 0,2°C (приводимая обычно −251,4°C ошибочна, так как при ее определении не учитывалась большая способность озона к переохлаждению). В твердом состоянии — черного цвета с фиолетовым отблеском;
• растворимость в воде при 0°C: 0,394 кг/м (0,494 л/кг), она в 10 раз выше по сравнению с кислородом;
• в газообразном состоянии озон диамагнитен, в жидком — слабопарамагнитен;
• запах — резкий, специфический «металлический» (по Менделееву — «запах раков»). При больших концентрациях напоминает запах хлора. Запах ощутим даже при разбавлении 1:100000.
Химические свойства
Образование озона проходит по обратимой реакции:
3O.
Молекула О неустойчива и при достаточных концентрациях в воздухе при нормальных условиях самопроизвольно за несколько десятков минут превращается в O с выделением тепла. Повышение температуры и понижение давления увеличивают скорость перехода в двухатомное состояние. При больших концентрациях переход может носить взрывной характер. Контакт озона даже с малыми количествами органических веществ, некоторых металлов или их окислов резко ускоряет превращение.
В присутствии небольших количеств HNO озон стабилизируется, а в герметичных сосудах из стекла, некоторых пластмасс или чистых металлов озон при низких температурах (−78°C) практически не разлагается.
Озон — мощный окислитель, намного более реакционноспособный, чем двухатомный кислород. Окисляет почти все металлы (за исключением золота, платины и иридия) до их высших степеней окисления.
Окисляет многие неметаллы. Продуктом реакции в основном является кислород.
2Cu2+(aq) + 2HO+(aq) + O3(g)3+(aq) + 3HO(l) + O2(g)
Озон повышает степень окисления оксидов:
NO + O + O
Эта реакция сопровождается хемилюминесценцией. Двуокись азота может быть окислена до трехокиси азота:
NO + O + O
с образованием азотного ангидрида NO:
NO + NOO
Озон реагирует с углеродом при нормальной температуре с образованием двуокиси углерода:
C + 2O + 2O
Озон не реагирует с аммониевыми солями, но реагирует с аммиаком с образованием нитрата аммония:
2NH + 4ONO + 4O + HO
Озон реагирует с сульфидами с образованием сульфатов:
PbS + 4O + 4O
С помощью озона можно получить серную кислоту как из элементарной серы, так и из двуокиси серы:
S + HO + OSO
3SO + 3HO + OSO
Все три атома кислорода в озоне могут реагировать по отдельности в реакции хлорида олова с соляной кислотой и озоном:
3SnCl + 6HCl + O + 3HO
В газовой фазе озон взаимодействует с сероводородом с образованием двуокиси серы:
HS + O + HO
В водном растворе проходят две конкурирующие реакции с сероводородом, одна с образованием элементарной серы, другая с образованием серной кислоты:
HS + O + HO
3HS + 4OSO
Обработкой озоном раствора йода в холодной безводной хлорной кислоте может быть получен перхлорат йода (III):
I + 6HClO + O) + 3HO
Твердый нитрилперхлорат может быть получен реакцией газообразных NO, ClO и O:
2NO + 2ClO + 2OClO + O
Озон может участвовать в реакциях горения, при этом температуры горения выше, чем с двухатомным кислородом:
3CN + 4O
Озон может реагировать при низких температурах. При 77 K (−196°C), атомарный водород взаимодействует с озоном с образованием супероксидного радикала с димеризацией последнего:
H + O + O
2HOO + O
Озон может образовывать озониды, содержащие анион O−. Эти соединения взрывоопасны и могут храниться при низких температурах. Известны озониды всех щелочных металлов. KO, RbO, и CsO могут быть получены из соответствующих супероксидов:
KO + O + O
Озонид калия может быть получен и другим путем из гидроокиси калия:
2KOH + 5O + 5O + HO
NaO и LiO могут быть получены действием CsO в жидком аммиаке NH на ионообменные смолы, содержащие ионы Na+ или Li+:
CsO + Na++ + NaO
Обработка озоном раствора кальция в аммиаке приводит к образованию озонида аммония, а не кальция:
3Ca + 10NH + 6O + Ca(OH) + Ca(NO) + 2NHO + 2O + H
Озон может быть использован для удаления марганца из воды с образованием осадка, который может быть удален фильтрованием:
2Mn2+ + 2O + 4H2(s) + 2O + 4H+
Озон превращает цианиды во много раз менее токсичные цианаты:
CN− + O− + O
Озон может полностью разлагать мочевину:
(NH)CO + O+ CO + 2HO
Взаимодействие озона с органическими соединениями с активированным или третичным атомом углерода при низких температурах приводит к соответствующим гидротриоксидам.
Биологические свойства
Высокая окисляющая способность озона и образование во многих реакциях с его участием свободных радикалов кислорода определяют его высокую токсичность. Воздействие озона на организм может приводить к преждевременной смерти.
Наиболее опасное воздействие:
• на органы дыхания прямым раздражением и повреждением тканей;
• на холестерин в крови человека с образованием нерастворимых форм, приводящим к атеросклерозу.
Озон в Российской Федерации отнесен к первому, самому высокому классу опасности вредных веществ.
Нормативы по озону:
• максимальная разовая предельно допустимая концентрация (ПДК м.р.) в атмосферном воздухе населенных мест 0,16 мг/м;
• среднесуточная предельно допустимая концентрация (ПДК с.с.) в атмосферном воздухе населенных мест 0,03 мг/м;
• предельно допустимая концентрация (ПДК) в воздухе рабочей зоны 0,1 мг/м.
При этом порог человеческого обоняния приближенно равен 0,01 мг/м.
Озон эффективно убивает плесень и бактерии.
Образование озона
Озон образуется во многих процессах, сопровождающихся выделением атомарного кислорода, например при разложении перекисей, окислении фосфора и т.п.
В промышленности его получают из воздуха или кислорода в озонаторах действием электрического разряда. Сжижается O легче, чем O, и потому их несложно разделить.
Озон для озонотерапии в медицине получают только из чистого кислорода. При облучении воздуха жестким ультрафиолетовым излучением образуется озон. Тот же процесс протекает в верхних слоях атмосферы, где под действием солнечного излучения образуется и поддерживается озоновый слой.
В лаборатории озон можно получить реакциями пентафторида висмута и некоторых сильных окислителей с водой.
Применение озона обусловлено его свойствами:
сильного окисляющего агента:
• для стерилизации изделий медицинского назначения;
• при получении многих веществ в лабораторной и промышленной практике;
• для отбеливания бумаги;
• для очистки масел.
сильного дезинфицирующего средства:
• для очистки воды и воздуха от микроорганизмов (озонирование);
• для дезинфекции помещений и одежды;
• для озонирования инфузионных растворов применяемых в медицине, как для внутривенного, так и для контактного применения.
Одним из существенных достоинств озонирования, по сравнению с хлорированием, является отсутствие токсинов после обработки, тогда как при хлорировании возможно образование существенного количества токсинов и ядов, например, диоксина.
Применение жидкого озона
Давно рассматривается применение озона в качестве высокоэнергетического и вместе с тем экологически чистого окислителя в ракетной технике. Общая химическая энергия, освобождающаяся при реакции сгорания с участием озона, больше, чем для простого кислорода примерно на одну четверть (719 ккал/кг). Больше будет, соответственно, и удельный импульс.
У жидкого озона больший удельный вес, чем у жидкого кислорода (1,35 и 1,14 соответственно), а его температура кипения выше (−112° и −183°C соответственно), поэтому в этом отношении преимущество в качестве окислителя в ракетной технике больше у жидкого озона. Однако препятствием к этому является химическая неустойчивость и взрывоопасность жидкого озона. При взрыве возникает движущаяся с огромной скоростью — по некоторым данным более 200 км/сек — детонационная волна и развивается разрушающее детонационное давление более 4000 атм., что делает применение жидкого озона невозможным при нынешнем уровне техники.
1. Стратосферный озон и преимущества озонового слоя
Озон играет фундаментальную роль в балансе окружающей среды Земли. 90% атмосферного озона находится на высоте от 20 до 50 км. Этот "озоновый слой" объясняет существование на этих же высотах области большой стабильности в отношении вертикальных обменов - стратосферы. Хотя он является незначительным компонентом атмосферы (его максимальная относительная концентрация, наблюдаемая на высоте 25 км, не превышает 5-6 миллионных долей по объему), озон является единственным поглотителем ультрафиолетового солнечного излучения с длиной волны от 240 до 300 нанометров. Это поглощение позволяет поддерживать жизнь животных и растений на Земле, устраняя коротковолновое излучение, которое может разрушать клетки живой материи и подавлять фотосинтез. По этой причине с 1980-х годов существует большая озабоченность по поводу ущерба, нанесенного стратосферному озоновому слою в результате деятельности человека.
2. Тропосферный озон и его влияние на живые организмы
Количество озона в атмосфере выражается как "уменьшенная толщина", т.е. вертикальная толщина столба, в котором был бы собран весь газ, при нормальной температуре и давлении. В среднем эта толщина составляет 2,5 мм.
1. Открытие озоновой дыры
В 1985 году британские исследователи впервые сообщили о существовании озоновой дыры, а точнее, о значительном уменьшении толщины озонового слоя над Южным полюсом. Верхние слои атмосферы этого региона являются ареной бешеного цикла разрушения озона. Во время полярной зимы образование стратосферного воздушного вихря изолирует атмосферу Антарктики от остальной части Южного полушария. Затем температура стратосферы может опуститься до -85°C, что приведет к образованию ледяных облаков. Эти полярные облака фиксируют хлор в стратосфере в виде соляной кислоты (HCl) и нитрата хлора (ClONO2). В южную весну, когда Солнце вновь появляется в сентябре и октябре, его излучение вызывает диссоциацию хлора в результате фотохимической реакции. После этого запускается настоящая цепная реакция: каждый атом высвобожденного хлора может разрушить до 100 000 молекул озона. Этот процесс продолжается до ноября и уменьшает толщину слоя почти наполовину. К этому времени Солнце достаточно прогрело атмосферу, чтобы рассеять стратосферные облака. Полярный вихрь, ограничивавший озоновую дыру, исчезает, и богатый озоном воздух из средних широт просачивается обратно в стратосферу Антарктики. На Северном полюсе такая "дыра" в слое не образуется, а локальные дефициты озона наблюдаются с 1991 года. Это связано с циркуляцией воздуха, который сильно отличается от антарктического, и более мягкими зимними температурами.
2 Происхождение и последствия
Если некоторые природные факторы, такие как выброс сернистых газов при извержениях вулканов, всегда способствовали частичному и временному разрушению озонового слоя, то опасность, которую представляют промышленные выбросы хлора, ученые осуждают с 1980 года. Хлорфторуглероды (ХФУ), используемые в качестве аэрозольных пропеллентов, хладагентов или пенообразователей в некоторых жестких пенопластах, являются основной причиной разрушения озонового слоя. Многие другие химические вещества, такие как галоны (галогенизированные производные углеводородов), используемые в огнетушителях, а также некоторые растворители, такие как четыреххлористый углерод или бромистый метил, также способствуют образованию озоновой дыры. Все эти соединения чрезвычайно стабильны и могут оставаться в атмосфере в течение 50-100 лет. Они попадают на полюса и высвобождают свои атомы хлора (или брома), которые разрушают озон.
Истощая озоновый слой, человеческая деятельность поставила под угрозу нашу естественную защиту от солнца. Истощение стратосферного озона приводит к увеличению количества ультрафиолетового излучения, достигающего земли. Эти лучи могут повреждать ДНК человека, вызывать рак кожи и катаракту, а также другие заболевания. Они также оказывают вредное воздействие на растения и фитопланктон.
3. Международная осведомленность
С 1985 года (Венская конвенция) несколько международных конференций ознаменовали собой глобальное осознание необходимости защиты стратосферного озонового слоя и обеспечения ограничения воздействия человеческой деятельности на климат. Основные страны-производители ХФУ отказались от производства и использования этих озоноразрушающих газов. Сегодня гидрофторуглероды (ГФУ) и перфторуглероды (ПФУ), второе поколение заменителей ХФУ, безопасны для озонового слоя (хотя для его восстановления потребуются годы), но они являются мощными парниковыми газами, способствующими глобальному потеплению.