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.
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.
Если речь заходит об озоне, в первую очередь мы вспоминаем про озоновый слой атмосферы Земли, который защищает жизнь от губительного излучения Солнца. Не будь его - кто знает, как бы пошла эволюция дальше, вернее, осталось бы хоть что-то, что может эволюционировать.Увы, здесь разговор о пользе озона для человека можно было бы закончить. Этот голубоватый газ, близкий родственник кислорода, обладает такой высокой способностью к окислению и другим химическим реакциям , что по всем современным нормам считается ядовитым веществом. При превышении концентрации в воздухе, озон вызывает тяжёлые поражения организма вплоть до летального исхода. Помимо этого, озон относится к канцерогенам, веществам, провоцирующим раковые заболевания.
Озоном можно отравиться? Да. И только трудность получения в промышленных масштабах и характерный запах поставили крест на его применении в качестве оружия.
Озон имеет большую плотность, чем воздух и поэтому накапливается в жаркую погоду в приповерхностных слоях атмосферы, отчасти провоцируя появление смога. Установлено, что предельно допустимое количество этого газа, при котором человек ещё может сохранять работоспособность - одна десятитысячная часть грамма на кубический метр смеси газов. Такая же цифра принята для хлора, который к сожалению, уже применялся как боевое отравляющее вещество.
Впрочем, если соблюдать меры предосторожности, то озон является отличным средством для обеззараживания - он эффективно уничтожает плесень, грибки и бактерии, а при воздействии на воду отсутствует риск появления в ней токсинов.
Что касается применения газа в медицинских целях, то вопрос об этом остаётся открытым. Независимые исследования подтвердили лишь небольшую эффективность озона в отбеливании зубов, хотя там он использовался в составе смеси.
Помните об этом 🙂
МОСКВА, 16 сен — РИА Новости. Международный день охраны озонового слоя, тонкого "щита", защищающего все живое на Земле от губительного ультрафиолетового излучения Солнца, отмечается в понедельник, 16 сентября — в этот день в 1987 году был подписан знаменитый Монреальский протокол.
В нормальных условиях озон, или O3, — бледно-голубой газ, который по мере охлаждения превращается в темно-синюю жидкость, а затем и в иссиня-черные кристаллы. Всего на озон в атмосфере планеты приходится около 0,6 части на миллион по объему: это значит, например, что в каждом кубометре атмосферы всего 0,6 кубического сантиметра озона. Для сравнения, углекислого газа в атмосфере уже около 400 частей на миллион — то есть больше двух стаканов на тот же кубометр воздуха.
На самом деле, такую небольшую концентрацию озона можно назвать благом для Земли: этот газ, который на высоте 15-30 километров образует спасительный озоновый слой, в непосредственной близости от человека куда менее "благороден". Озон по российской классификации относится к веществам наивысшего, первого класса опасности — это очень сильный окислитель, который крайне токсичен для человека.
Разобраться в разных свойствах непростого озона РИА Новости помогал старший научный сотрудник лаборатории катализа и газовой электрохимии химического факультета МГУ имени Ломоносова Вадим Самойлович.
Озоновый щит
"Это достаточно хорошо изученный газ, практически все изучено — всего никогда не бывает, но основное все (известно)… У озона много всяких применений. Но и не забывайте, что, вообще говоря, жизнь возникла благодаря озоновому слою — это, наверное, главный момент", — говорит Самойлович.
В стратосфере озон образуется из кислорода в результате фотохимических реакций — такие реакции начинаются под воздействием солнечного излучения. Там концентрация озона уже выше — около 8 миллилитров на кубический метр. Разрушается газ при "встрече" с некоторыми соединениями, например, атомарным хлором и бромом — именно эти вещества входят в состав опасных хлорфторуглеродов, более известных как фреоны. До появления Монреальского протокола они использовались, в частности, в холодильной промышленности и как пропелленты в газовых баллончиках.
Озоновый смог
В 30 километрах от поверхности Земли озон "ведет себя" хорошо, но в тропосфере, приземном слое, он оказывается опасным загрязнителем. По данным UNEP, концентрация тропосферного озона в Северном полушарии за последние 100 лет выросла почти втрое, что к тому же делает его третьим по значимости "антропогенным" парниковым газом.
Здесь озон тоже не выбрасывается в атмосферу, а образуется под действием солнечного излучения в воздухе, который уже загрязнен "предшественниками" озона — оксидами азота, летучими углеводородами и некоторыми другими соединениями. В городах, где озон является одним из основных компонентов смога, в его появлении косвенно "виноваты" главным образом выбросы автотранспорта.
Страдают от приземного озона не только люди и климат. По оценкам специалистов UNEP, снижение концентрации тропосферного озона может помочь сохранить около 25 миллионов тонн риса, пшеницы, сои и кукурузы, которые ежегодно теряются из-за этого токсичного для растений газа.
Озон полезный
"Одно из очень интересных свойств озона — бактерицидное. Он по бактерицидности практически первый среди всех таких веществ, хлора, перекиси марганца, окиси хлора", — отмечает Вадим Самойлович.
Та же экстремальная природа озона, делающая его очень сильным окислителем, объясняет сферы применения этого газа. Озон используется для стерилизации и дезинфекции помещений, одежды, инструментов и, конечно, очистки воды — как питьевой, так и промышленной и даже сточной.
Кроме того, подчеркивает эксперт, озон во многих странах используется как заменитель хлора в установках для отбеливания целлюлозы.
"Хлор (при реакции) с органикой дает соответственно хлорорганику, которая гораздо более ядовитая, чем просто хлор. По большому счету, избежать этого (появления ядовитых отходов — ред.) можно либо резко уменьшив концентрацию хлора, либо просто устранив его. Один из вариантов — замена хлора на озон", — объяснил Самойлович.
Озонировать можно и воздух, и это тоже дает интересные результаты — так, по словам Самойловича, в Иванове специалисты ВНИИ охраны труда и их коллеги провели целую серию исследований, в ходе которых "в прядильных цехах в обычные воздуховоды вентиляции добавляли некоторое количество озона". В результате, распространенность респираторных заболеваний уменьшалась, а производительность труда, напротив, росла. Озонирование воздуха на складах пищевой продукции может повышать ее сохранность, и такие опыты в других странах тоже есть.
Озон токсичный
Подвох с использованием озона все тот же — его токсичность. В России предельно допустимая концентрация (ПДК) по озону в атмосферном воздухе составляет 0,16 миллиграмма на кубический метр, а в воздухе рабочей зоны — 0,1 миллиграмма. Поэтому, отмечает Самойлович, то же озонирование требует постоянного мониторинга, что сильно усложняет дело.
"Это все-таки техника достаточно сложная. Вылить ведро какого-нибудь там бактерицида — это проще гораздо, вылил и все, а тут следить надо, какая-то подготовка должна быть", — говорит ученый.
Озон вредит организму человека медленно, но серьезно — при длительном нахождении в загрязненном озоном воздухе возрастает риск сердечно-сосудистых заболеваний и болезней дыхательных путей. Вступая в реакцию с холестерином, он образует нерастворимые соединения, что приводит к развитию атеросклероза.
"При концентрациях выше предельно допустимых могут возникать головная боль, раздражение слизистых, кашель, головокружение, общая усталость, упадок сердечной деятельности. Токсичный приземной озон приводит к появлению или обострению болезней органов дыхания, в группе риска находятся дети, пожилые люди, астматики", — отмечается на сайте Центральной аэрологической обсерватории (ЦАО) Росгидромета.
Озон взрывоопасный
Озон вредно не только вдыхать — спички тоже стоит спрятать подальше, потому что этот газ весьма взрывоопасен. Традиционно "порогом" опасной концентрации газообразного озона считается 300-350 миллилитров на литр воздуха, хотя некоторые ученые работают и с более высокими уровнями, говорит Самойлович. А вот жидкий озон — та самая синяя жидкость, темнеющая по мере охлаждения — взрывается самопроизвольно.
Именно это мешает использовать жидкий озон как окислитель в ракетном топливе — такие идеи появились вскоре после начала космической эры.
"Наша лаборатория в университете возникла как раз на такой идее. У каждого топлива ракетного есть своя теплотворная способность в реакции, то есть сколько тепла выделяется, когда оно сгорает, и отсюда насколько мощной будет ракета. Так вот, известно, что самый мощный вариант — жидкий водород смешивать с жидким озоном… Но есть один минус. Жидкий озон взрывается, причем взрывается спонтанно, то есть без каких-либо видимых причин", — говорит представитель МГУ.
По его словам, и советские, и американские лаборатории потратили "огромное количество сил и времени на то, чтобы сделать это каким-то безопасным (делом) — выяснилось, что сделать это невозможно". Самойлович вспоминает, что однажды коллегам из США удалось получить особо чистый озон, который "вроде бы" не взрывался, "уже все били в литавры", но затем взорвался весь завод, и работы были прекращены.
"У нас были случаи, когда, скажем, колба с жидким озоном стоит, стоит, жидкий азот подливают туда, а потом — то ли азот там выкипел, то ли что — приходишь, а там половины установки нет, все разнесло в пыль. Отчего он взорвался — кто его знает", — отмечает ученый.
Слово «озон» у среднестатистического человека ассоциируется одновременно с апокалипсисом, бассейном и офисным принтером. В Международный день охраны озонового слоя MedAboutMe разбирается, что же это за вещество такое и стоит ли его опасаться.
Что такое озон?
Молекула озона О3 состоит из трех атомов кислорода. При комфортных для нас температуре и давлении озон представляет собой газ, причем очень нестойкий. Он постоянно стремится стать обычным двухатомным кислородом — О2, то есть избавиться от одного атома. Как только ему это удается, вместо одного озона получается одна молекула привычного нам О2 и один свободный атом кислорода — крайне агрессивный и ищущий, «куда приткнуться», то есть, что бы такое окислить. Именно поэтому озон как окислитель по силе уступает только фтору. Ничто другое больше не может с ним сравниться по разрушительной способности окислять все подряд. Поэтому он входит в категорию веществ первого класса опасности, то есть исключительно опасен для обычного человека.
С потрясающей окислительной способностью озона связаны как его вред для нас, так и его польза.
Озоновый слой в стратосфере и здоровье человека
На планетарном уровне озон представляет собой жизненно важное соединение для всего человечества. Именно озон образует защитную оболочку вокруг Земли, которая предохраняет наши слабые тела от воздействия жесткого ультрафиолетового излучения.
Озоновый слой находится в стратосфере — это примерно 15-30 км от поверхности планеты. Если бы не озон, жизнь вообще не смогла бы зародиться на нашей планете.
Озон в стратосфере представляет собой результат реакций, происходящих под действием солнечных лучей. Он и так является нестойким веществом, но масштабы его разрушения усиливаются под воздействием атомарного хлора и брома. Эти элементы являются составной частью фреонов (хлофторуглеродов, ХФУ), содержащихся в охлаждающей системе холодильников или в аэрозольных баллончиках, например.
Беспокойство ученых по поводу озонового слоя объяснимо. Чем тоньше этот слой, тем больше опасных для человека УФ-лучей достигает Земли. А масштабы развития промышленности на планете таковы, что человечество со своими выбросами ХФУ уже является вполне себе действующим фактором.
Врачи подчеркивают, что разрушение озонового слоя в стратосфере повышает число случаев рака кожи у людей (меланомы), катаракты, а также негативно воздействует на иммунную систему.
Озон на уровне носа
В тропосфере — самом нижнем слое атмосферы нашей планеты — тоже есть озон. Он, также как и в стратосфере, образуется в воздухе под действием солнечных лучей из углеводородов, оксидов азота и т. п. Именно эти соединения входят в состав выхлопных газов автомобилей и разнообразных промышленных выбросов. Озон, таким образом, становится одним из основных компонентов смога — неизменного спутника крупных городов. Наиболее высокие концентрации озона в смоге наблюдаются в жаркие месяцы года.
Факт!
Врачи рекомендуют не выходить на улицу в обеденное время и сразу после него, когда концентрация озона в воздухе достигает максимума. Самое безопасное время для горожанина — утро или вечер, после того, как уровень озона снизится.
Американские ученые в июне 2017 года обнародовали данные о том, что озон значительно повышает риск развития аутизма у людей из группы повышенного генетического риска. Это значит, что озон сам по себе — довольно слабый фактор риска заболевания аутизмом. Но если речь идет о детях с некоторыми генетическими аномалиями, то именно озон может стать «последней соломинкой» и запустить процесс развития патологии.
Факт!
Уменьшить пагубное действие озона на организм можно при помощи антиоксидантов, которые содержатся, например, в таких продуктах, как черника, голубика, бобовые и др. И, конечно, следует отказаться от курения, которое усугубляет разрушительное действие озона на организм.
Наконец, исследование врачей из штата Пенсильвания, данные которого были опубликованы в 2015 году, показало, что озон в воздухе в такой же концентрации, как в крупных городах, влияет на количество готовых к оплодотворению яйцеклеток и снижает уровень прогестерона в период овуляции у мышей. Возможно, что высокая концентрация озона в воздухе является одним из факторов риска развития бесплодия.
Осторожно: озонаторы воздуха и ксероксы
Когда от озона в воздухе в составе смога невозможно избавиться — это особенность городской жизни. Но сегодня популярностью пользуются устройства-озонаторы, для очистки воздуха. Производство озона в таких устройствах является побочным эффектом работы аппарата.
С одной стороны, озон действительно уничтожает любые виды микроорганизмов. Но с другой, озон столь же опасен и для человека. В 2006 году ученые из Калифорнийского университета рассчитали, что установка озонатора в небольшой непроветриваемой комнате приводит к опасному для здоровья людей росту концентрации озона в воздухе. Наиболее несовершенные устройства выделяют столько же озона, как ксерокс в процессе непрерывной работы, вплоть до показателей концентрации озона при сильном смоге.
Факт!
Концентрация озона в воздухе крупных копировальных центров почти в 20 раз выше, чем в обычной комнате.
Озонотерапия: недоказанная польза
Врачи уже более 100 лет используют так называемый медицинский озон — смесь озона и кислорода. Концентрация озона при этом составляет 0,2-80 мг в 1 л обычного кислорода.
Насчет эффективности процедуры озонотерапии медики так пока и не пришли к единому мнению. Многие врачи считают, что она оказывает эффект на уровне плацебо, но в то же время процедура входит в список услуг многих крупных клиник и пользуется популярностью у населения. По крайней мере, все доказательства эффективности озонотерапии относятся к наблюдательным исследованиям, но практически нет данных, которые подтверждали бы положительное действие на организм в ходе экспериментов.
Как действует озон при озонотерапии? За счет своей окислительной способности озон оказывает местный повреждающий эффект, активизируя процессы липолиза и т. п. Кроме того, организм реагирует на окислительный стресс, развивающийся под действием озона и запускает антиоксидантные и обменные процессы, приводит к усилению микроциркуляции в тканях и «подхлестывает» иммунную систему.
Внимание!
Применение озона в лечебных и косметологических целях понижает свертываемость крови, а это значит, что нельзя проводить озонотерапию на фоне приема антикоагулянтов, например, аспирина. Также не рекомендуется лечиться озоном в период месячных.
В 2009 году американские врачи продемонстрировали, что озонотерапия может оказывать обезболивающее действие при грыжах межпозвонковых дисков за счет уменьшения объема выступающего хряща. Более подробно описать механизм действия озона исследователи затрудняются, но считают, что озонотерапию можно использовать для пациентов с грыжами дисков. А в 2015 году американские ортопеды заявили, что инъекции озона в коленный сустав уменьшают воспаление и боли при артрите. Почему это происходит — ученые тоже пока точно объяснить не могут.
Озонирование: идеальная очистка
Благодаря тому, что озон один из самых сильных окислителей, он является отличным средством избавиться от любых вредных микроорганизмов — например, в воде бассейна. Обработка озоном губительна для всего живого — бактерий, вирусов, грибков, простейших и т. п. При этом природа еще не научилась вырабатывать резистентность к нему.
Что характерно, при обработке озоном удаляются различные запахи и вкусы, при этом сам озон не придает воде никаких специфических ароматов или привкусов. Кислотность воды также при обработке не меняется. Озон, в отличие от многих других дезинфицирующих веществ, не остается после очистки — он полностью превращается в кислород О2.
Главным минусом озонирования является дороговизна аппаратуры. Но выгоды столь велики, что озонирование становится нормой для современных бассейнов, уверенно вытесняя хлорирование воды с его повышенным риском аллергий, дерматитов и неприятным запахом.
Выводы Не стоит лишний раз контактировать с озоном без особой на то необходимости, благо его медицинская польза до сих пор в полной мере не доказана. Озоновый слой еще пока достаточно велик, чтобы защищать нас от УФ-облучения. Так что принципиального повода для паники нет. Но живя в мегаполисе, следует помнить об озоне в воздухе. В дни, когда на город опускается смог, не стоит торопиться подвергаться его воздействию.