Строение молекулы озона вид связи. Выводы относительно бытового использования озона. Озон, являясь сильным окислителем, широко применяется в самых различных областях нашей жизни. Его используют в медицине, в промышленности, в быту
ОЗОН (О 3) — аллотропная модификация кислорода, его молекула состоит из трех атомов кислорода и может существовать во всех трех агрегатных состояниях. Молекула озона имеет угловую структуру в форме равнобедренного треугольника с вершиной 127 o . Однако замкнутого треугольника не образуется, а молекула имеет строение цепи из 3-х атомов кислорода с расстоянием между ними 0,224 нм. В соответствии с этой молекулярной структурой дипольный момент составляет 0,55 дебай. В электронной структуре молекулы озона имеются 18 электронов, которые образуют мезомерностабильную систему, существующую в различных пограничных состояниях. Пограничные ионные структуры отражают дипольный характер молекулы озона и объясняют его специфическое реакционное поведение в сравнении с кислородом, который образует радикал с двумя неспаренными электронами. Молекула озона состоит из трех атомов кислорода. Химическая формула этого газа– O 3 Реакция образования озона: 3O 2 + 68 ккал/моль (285 кДж/моль) ⇄ 2O 3 Молекулярная масса озона – 48 При комнатной температуре озон — это бесцветный газ с характерным запахом. Запах озона чувствуется при концентрации 10 -7 М. В жидком состоянии озон — это темно-синий цвет с температурой плавления -192,50 С. Твердый озон представляет собой кристаллы черного цвета с температурой кипения -111,9 гр.С. При температуре 0 гр. и 1 атм. = 101,3 кПа плотность озона составляет 2,143 г/л. В газообразном состоянии озон диамагнитен и выталкивается из магнитного поля, в жидком -слабопарамагнитен, т.е. обладает собственным магнитным полем и втягивается в магнитное поле.
Химические свойства озона
Молекула озона неустойчива и при достаточных концентрациях в воздухе при нормальных условиях самопроизвольно превращается в двухатомный кислород с выделением тепла. Повышение температуры и понижение давления увеличивают скорость разложения озона. Контакт озона даже с малыми количествами органических веществ, некоторых металлов или их окислов резко ускоряет превращение. Химическая активность озона очень велика, это мощный окислитель. Он окисляет почти все металлы (за исключением золота, платины и иридия) и многие неметаллы. Продуктом реакции в основном является кислород. Озон растворяется в воде лучше, чем кислород, образуя нестойкие растворы, причём скорость его разложения в растворе в 5 -8 раз выше, чем в газовой фазе, чем в газовой фазе (Разумовский С.Д., 1990). Это обусловлено, по-видимому, не спецификой конденсированной фазы, а его реакциями с примесями и ионом гидроксила, поскольку скорость распада очень чувствительна к содержанию примесей и рН. Растворимость озона в растворах хлорида натрия подчиняется закону Генри. С увеличением концентрации NaCl в водном растворе растворимость озона уменьшается (Тарунина В.Н. и соавт.,1983). Озон имеет очень высокое сродство к электрону (1,9 эВ), что и обуславливает его свойства сильного окислителя, превосходимого только фтором (Разумовский С.Д., 1990).Биологические свойства озона и его влияние на организм человека
Высокая окисляющая способность и то, что во многих химических реакциях, протекающих с участием озона, образуются свободные радикалы кислорода, делают этот газ крайне опасным для человека. Как газообразный озон влияет на человека:- Раздражает и повреждает ткани органов дыхания;
- Воздействует на холестерин в крови человека, образуя нерастворимые формы, что приводит к атеросклерозу;
- Долгое нахождение в среде с повышенной концентрацией озона может стать причиной мужского бесплодия.
- Максимальная разовая предельно допустимая концентрация (ПДК м.р.) в атмосферном воздухе населённых мест 0,16 мг/м 3
- Среднесуточная предельно допустимая концентрация (ПДК с.с.) – 0,03 мг/м 3
- Предельно допустимая концентрация (ПДК) в воздухе рабочей зоны – 0,1 мг/м 3 (при этом, порог человеческого обоняния приближённо равен 0,01 мг/м 3).
Вредные и полезные свойства озона
Озон присутствует в двух слоях атмосферы. Тропосферный или приземный озон, находящийся в ближайшем к поверхности Земли слое атмосферы-в тропосфере – опасен. Он вреден и для человека, и для других живых организмов. Он губительно воздействует на деревья, посевы сельскохозяйственных культур. Кроме того, тропосферный озон-один из главных „ингредиентов“ городского смога. В тоже время стратосферный озон очень полезен. Разрушение образованного им озонового слоя (озонового экрана) приводит к тому, что поток ультрафиолетового излучения на земную поверхность увеличивается. Из-за этого возрастает количество заболеваний раком кожи (в том числе наиболее опасного его вида-меланомы), случаев катаракты. Воздействие жесткого ультрафиолета ослабляет иммунитет. Избыточное УФ-излучение может также стать проблемой для сельского хозяйства, так как посевы некоторых культур чрезвычайно чувствительны к ультрафиолету. В то же время следует помнить, что озон – ядовитый газ, и на уровне земной поверхности он является вредоносным загрязнителем. Летом из-за интенсивного солнечного излучения и жары в воздухе образуется особенно много вредоносного озона.Взаимодействие озона и кислорода друг с другом. Сходства и различия.
Озон – аллотропная форма кислорода. Аллотропия – существование одного и того же химического элемента в виде двух и более простых веществ. В данном случае и озон (O3) и кислород (O 2) образованы химическим элементом О. Получение озона из кислорода Как правило, исходным веществом для получения озона выступает молекулярный кислород (O 2), а сам процесс описывается уравнением 3O 2 → 2O 3 . Эта реакция эндотермична и легко обратима. Для смещения равновесия в сторону целевого продукта (озона) применяются определенные меры. Один из способов получения озона – использование дугового разряда. Термическая диссоциация молекул резко возрастает с ростом температуры. Так, при Т=3000К - содержание атомарного кислорода составляет ~10 %. Температуру в несколько тысяч градусов можно получить при помощи дугового разряда. Однако при высокой температуре озон разлагается быстрее молекулярного кислорода. Чтобы предотвратить это, можно сместить равновесие, сначала нагрев газ, а затем резко его охладив. Озон в данном случае-промежуточный продукт при переходе смеси O 2 +O к молекулярному кислороду. Максимальная концентрация O 3 , которую можно получить при таком способе производства, достигает 1 %. Этого достаточно для большинства промышленных целей. Окислительные свойства озона Озон - мощный окислитель, намного более реакционноспособный по сравнению с двухатомным кислородом. Окисляет почти все металлы и многие неметаллы с образованием кислорода: 2 Cu 2+ (aq) + 2 H 3 O + (aq) + O 3(g) → 2 Cu 3+ (aq) + 3 H 2 O (1) + O 2(g) Озон может участвовать в реакциях горения, температура горения при этом выше, чем при горении в атмосфере двухатомного кислорода: 3 C 4 N 2 + 4 O 3 → 12 CO + 3 N 2 Стандартный потенциал озона равен 2.07 В, поэтому молекула озона неустойчива и самопроизвольно превращается в кислород с выделением тепла. При небольших концентрациях озон разлагается медленно, при высоких — со взрывом, т.к. его молекула обладает избыточной энергией. Нагревание и контакт озона с ничтожными количествами органических веществ (гидроокиси, перекиси, металлы переменной валентности, их окислы) резко ускоряет превращение. Напротив, присутствие небольших количеств азотной кислоты стабилизирует озон, а в сосудах из стекла и некоторых пластмасс или чистых металлов озон при -78 0 C. практически разлагается. Сродство озона к электрону равняется 2 эв. Таким сильным сродством обладает только фтор и его окислы. Озон окисляет все металлы (за исключением золота и платиновых), а также большинство других элементов. Хлор участвует в реакциях с озоном с образованием гипохлора ОCL. Реакции озона с атомарным водородом являются источником образования гидроксильных радикалов. Озон имеет максимум поглощения в УФ-области при длине волны 253,7 нм с молярным коэффициентом экстинции: E = 2,900 На основании этого УФ-фотометрическое определение концентрации озона вместе с йодо-метрическим титрованием принято за международные стандарты. Кислород, в отличие от озона, в реакцию с KI не вступает.Растворимость озона и его стабильность в водных растворах
Скорость разложения озона в растворе в 5-8 раз выше, чем в газовой фазе. Растворимость озона в воде в 10 раз выше, чем кислорода. По данным разных авторов величина коэффициента растворимости озона в воде колеблется от 0,49 до 0,64 мл озона/ мл воды. В идеальных термодинамических условиях равновесие подчиняется закону Генри, т.е. концентрация насыщенного раствора газа пропорциональна его парциальному давлению. C S = B × d × Рi где: С S — концентрация насыщенного раствора в воде; d — масса озона; Pi — парциальное давление озона; B — коэффициент растворения; Выполнение закона Генри для озона как метастабильного газа условно. Распад озона в газовой фазе зависит от парциального давления. В водной среде имеют место процессы, выходящие за область действия закона Генри. Вместо него в идеальных условиях действует закон Gibs-Dukem-Margulesdu. В практике принято выражать растворимость озона в воде через соотношение концентрации озона в жидкой среде к концентрации озона в газовой фазе: Насыщение озоном зависит от температуры и качества воды, поскольку органические и неорганические примеси изменяют рН среды. При одинаковых условиях в водопроводной воде концентрация озона составляет 13 mg/l, в бидистиллированной воде — 20mg/l. Причиной этого является значительный распад озона из-за различных ионных примесей в питьевой воде.Распад озона и период полураспада (т 1/2)
В водной среде распад озона сильно зависит от качества воды, температуры и рН среды. Повышение рН среды ускоряет распад озона и снижает при этом концентрацию озона в воде. Аналогичные процессы происходят при повышении температуры. Период полураспада озона в бидистиллированной воде составляет 10 часов, в деминерализованной воде — 80 минут; в дистиллированной воде — 120 минут. Известно, что разложение озона в воде является сложным процессом реакций радикальных цепей:
Максимальное количество озона в водном образце наблюдается в течение 8-15 минут. Через 1 час в растворе отмечаются только свободные радикалы кислорода. Среди них важнейшим является гидроксильный радикал (ОН’) (Staehelin G., 1985), и это необходимо принимать во внимание при использовании озонированной воды в терапевтических целях.
Поскольку в клинической практике находят применение озонированная вода и озонированный физиологический раствор, нами проведена оценка этих озонированных жидкостей в зависимости от концентраций, используемых в отечественной медицине. Основными методами анализа явились йодометрическое титрование и интенсивность хемилюминесценции с использованием прибора биохемилюминометра БХЛ-06 (производство Нижний Новгород) (Конторщикова К. Н., Перетягин С. П., Иванова И. П. 1995).
Явление хемилюминесценции связано с реакциями рекомбинации свободных радикалов, образующихся при разложении озона в воде. При обработке 500 мл би- или дистиллированной воды барботированием озоно-кислородной газовой смесью с концентрацией озона в пределах 1000-1500 мкг/л и скоростью потока газа 1 л/мин в течение 20 минут хемилюминесценция выявляется в течение 160 минут. Причем в бидистиллированной воде интенсивность свечения существенно выше, чем в дистиллированной, что объясняется наличием примесей, гасящих свечение.
Растворимость озона в растворах NaCl подчиняется закону Генри, т.е. уменьшается с увеличением концентрации солей.
Физиологический раствор обрабатывали озоном с концентрацией 400, 800 и 1000 мкг/л в течение 15 минут. Общая интенсивность свечения (в mv) увеличивалась с ростом концентрации озона. Продолжительность свечения составляет 20 минут. Это объясняется более быстрой рекомбинацией свободных радикалов и отсюда гашением свечения за счет наличия в физиологическом растворе примесей.
Несмотря на высокий окислительный потенциал, озон обладает высокой селективностью, которая обусловлена полярным строением молекулы. Мгновенно реагируют с озоном соединения, содержащие свободные двойные связи (-С=С-). В результате чувствительными к действию озона являются ненасыщенные жирные кислоты, ароматические аминокислоты и пептиды, прежде всего содержащие SH- группы.
Согласно данным Криге (1953) (цит. По Vieban R. 1994), первичным продуктом взаимодействия молекулы озона с биоорганическими субстратами является 1-3 диполярная молекула. Эта реакция является основной при взаимодействии озона с органическими субстратами при рН < 7,4.
Озонолиз проходит в доли секунды. В растворах скорость этой реакции равна 105 г/моль·с. В первом акте реакции образуется пи-комплекс олефинов с озоном. Он относительно стабилен при температуре 140 0 С и затем превращается в первичный озонид (молозонид) 1,2,3-триоксалан. Другое возможное направление реакции — образование эпоксидных соединений.
Первичный озонид нестабилен и распадается с образованием карбоксильного соединения и карбонилоксида. В результате взаимодействия карбонилоксида с карбонильным соединением образуется биполярный ион, который затем превращается во вторичный озонид 1,2,3 — триоксалан. Последний при восстановлении распадается с образованием смеси 2-х карбонильных соединений, с дальнейшим образованием пероксида (I) и озонида (II).
Озонирование ароматических соединений протекает с образованием полимерных озонидов. Присоединение озона нарушает ароматическое сопряжение в ядре и требует затрат энергии, поэтому скорость озонирования гомологов коррелирует с энергией сопряжения.
Озонирование насушенных углеводородов связано с механизмом внедрения.
Озонирование серо- и азотосодержащих органических соединений протекает следующим образом:
Озониды обычно плохо растворимы в воде, но хорошо в органических растворителях. При нагревании, действии переходных металлов распадаются на радикалы.
Количество озонидов в органическом соединении определяется йодным числом. Йодное число — масса йода в граммах, присоединяющееся к 100 г органического вещества. В норме для жирных кислот йодное число составляет 100-400, для твердых жиров 35-85, для жидких жиров — 150-200.
Впервые озон, как антисептическое средство был опробован A. Wolff еще в 1915 во время первой мировой войны. Последующие годы постепенно накапливалась информация об успешном применении озона при лечении различных заболеваний. Однако длительное время использовались лишь методы озонотерапии, связанные с прямыми контактами озона с наружными поверхностями и различными полостями тела. Интерес к озонотерапии усиливался по мере накопления данных о биологическом действии озона на организм и появления сообщений из различных клиник мира об успешном использовании озона при лечении целого ряда заболеваний.
История медицинского применения озона начинается с XIX века. Пионерами клинического применения озона были западные ученые Америки и Европы, в частности, C. J. Kenworthy, B. Lust, I. Aberhart, Е. Payer, E. A. Fisch, Н. Н. Wolff и другие. В России о лечебном применении озона было известно мало. Только в 60-70 годы в отечественной литературе появилось несколько работ по ингаляционной озонотерапии и по применению озона в лечении некоторых кожных заболеваний, а с 80-х годов в нашей стране этот метод стал интенсивно разрабатываться и получать более широкое распространение. Основы для фундаментальных разработок технологий озонотерапии были во многом определены работами Института химической физики АМН СССР. Книга «Озон и его реакции с органическими веществами» (С. Д. Разумовский, Г. Е. Зайков, Москва, 1974 г.) явилась отправной точкой для обоснования механизмов лечебного действия озона у многих разработчиков.
В мире широко действует Международная озоновая ассоциация (IOA), которая провела 20 международных конгрессов, а с 1991 года в работе этих конгрессов принимают участие и наши врачи и ученые.
Совершенно по-новому сегодня рассматриваются проблемы прикладного использования озона, а именно в медицине. В терапевтическом диапазоне концентраций и доз озон проявляет свойства мощного биорегулятора, средства, способного во многом усилить методы традиционной медицины, а зачастую выступать в качестве средства монотерапии.
Применение медицинского озона представляет качественно новое решение актуальных проблем лечения многих заболеваний. Технологии озонотерапии используются в хирургии, акушерстве и гинекологии, стоматологии, неврологии, при терапевтической патологии, инфекционных болезнях, дерматологии и венерических болезнях и целом ряде других заболеваний. Для озонотерапии характерна простота исполнения, высокая эффективность, хорошая переносимость, практическое отсутствие побочных действий, она экономически выгодна. Лечебные свойства озона при заболеваниях различной этиологии основаны на его уникальной способности воздействовать на организм. Озон в терапевтических дозах действует как иммуномодулирующее, противовоспалительное, бактерицидное, противовирусное, фунгицидное, цитостатическое, антистрессовое и аналгезирующее средство. Его способность активно коррегировать нарушенный кислородный гомеостаз организма открывает большие перспективы для восстановительной медицины. Широкий спектр методических возможностей позволяет с большой эффективностью использовать лечебные свойства озона для местной и системной терапии.
В последние десятилетия на передний план вышли методы, связанные с парентеральным (внутривенным, внутримышечным, внутрисуставным, подкожным) введением терапевтических доз озона, лечебный эффект которых связан, в основном, с активизацией различных систем жизнедеятельности организма. Кислородно-озоновая газовая смесь при высоких (4000 — 8000 мкг/л) концентрациях в ней озона в эффективна при обработке сильно инфицированных, плохо заживающих ран, гангрене, пролежней, ожогов, грибковых поражениях кожи и т.п. Озон в высоких концентрациях можно также использовать как кровоостанавливающее средство. Низкие концентрации озона стимулируют репарацию, способствуют эпителизации и заживлению.
В лечении колитов, проктитов, свищей и ряда других заболеваний кишечника используют ректальное введение кислородно-озоновой газовой смеси. Озон, растворенный в физиологическом растворе, успешно применяют при перитоните для санации брюшной полости, а озонированную дистиллированную воду в челюстной хирургии и др.
Для внутривенного введения используется озон, растворенный в физиологическом растворе или в крови больного.
Пионерами Европейской школы было высказано постулирующее положение о том, что главной целью озонотерапии
является:
«Стимуляция и реактивация кислородного метаболизма без нарушения окислительно-восстановительных систем»,- это значит, что при расчете дозировок на сеанс или курс, озонотерапевтическое воздействие должно находиться в пределах, в которых ферментативно выравниваются радикальные кислородные метаболиты или избыточно полученный пероксид» (З. Риллинг, Р. Фибан 1996 в кн. Практика озонотерапии).
В зарубежной медицинской практике для парентерального введения озона используются, в основном, большая и малая аутогемотерапии. При проведении большой аутогемотерапии, взятая у пациента кровь тщательно смешивается с определенным объемом кислородно-озоновой газовой смеси, и сразу же капельно вводится обратно в вену того же пациента. При малой аутогемотерапии озонированная кровь вводится внутримышечно. Терапевтическая доза озона в этом случае выдерживается за счет фиксированных объемов газа и концентрации озона в нем.
Научные достижения отечественных учёных стали регулярно докладываться на международных конгрессах и симпозиумах
- 1991 г. – Куба, Гавана,
- 1993 г. – США Сан-Франциско,
- 1995 г. – ФранцияЛилль,
- 1997 г. – Япония, Киото,
- 1998 г. – Австрия, Зальцбург,
- 1999г. – Германия,Баден-Баден,
- 2001 г. – Англия, Лондон,
- 2005 г. – Франция,Страсбург,
- 2009 г. – Япония, Киото,
- 2010 г. — Испания, Мадрид
- 2011 г.Турция(Стамбул),Франция (Париж),Мексика(Канкун)
- 2012г. – Испания, Мадрид
Всероссийские научно-практические конференции с Международным участием по озонотерапии
I – «ОЗОН В БИОЛОГИИ И МЕДИЦИНЕ» – 1992 г ., Н.Новгород II – «ОЗОН В БИОЛОГИИ И МЕДИЦИНЕ» – 1995 г ., Н.Новгород III – «ОЗОН И МЕТОДЫ ЭФФЕРЕНТНОЙ ТЕРАПИИ» – 1998 г ., Н.Новгород IV – «ОЗОН И МЕТОДЫ ЭФФЕРЕНТНОЙ ТЕРАПИИ» – 2000 г ., Н.Новгород V – «ОЗОН В БИОЛОГИИ И МЕДИЦИНЕ» – 2003 г ., Н.Новгород VI – «ОЗОН В БИОЛОГИИ И МЕДИЦИНЕ» – 2005 г ., Н.Новгород «I Конференция по озонотерапии Азиатско-Европейского союза озонотерапевтов и производителей медоборудования»– 2006 г ., Большое Болдино, Нижегородская область VII – «ОЗОН В БИОЛОГИИ И МЕДИЦИНЕ» – 2007 г ., Н.Новгород У111 – «Озон, активные формы кислорода и методы интенсивной терапии в медицине» — 2009, г.Н.Новгород К 2000 г. Российская школа озонотерапии окончательно сформировала свой, отличающийся от Европейского, подход к применению озона как лечебного средства. Главные отличия — широкое использование физиологического раствора в качестве носителя озона, применение значительно более низких концентраций и доз озона, разработанные технологии экстракорпоральной обработки больших объёмов крови (озонированное искусственное кровообращение), индивидуальный выбор доз и концентраций озона при системной озонотерапии. В стремлении большинства российских врачей использовать наименьшие из эффективных концентраций озона нашел отражение основной принцип медицины — «не навреди». Безопасность и эффективность Российских методик озонотерапии многократно обоснована и доказана применительно к различным областям медицины. В результате многолетних фундаментально-клинических исследований нижегородскими учёными была «Установлена неизвестная закономерность формирования адаптационных механизмов организма млекопитающих при системном воздействии низкими терапевтическими дозами озона, заключающаяся в том, что пусковым механизмом является влияние озона на про- и антиоксидантный баланс организма и обусловленная умеренной интенсификацией свободно-радикальных реакций, что, в свою очередь, увеличивает активность ферментативного и неферментативного звеньев антиоксидантной системы защиты» (Конторщикова К. Н., Перетягин С. П.), на которую авторы получили открытие (Диплом № 309 от 16 мая 2006 г.). В работах отечественных учёных нашли развитие новые технологии и аспекты использования озона с лечебными целями:- Широкое использование в качестве носителя растворенного озона физиологического раствора (0,9% раствор NaCl)
- Применение сравнительно малых концентраций и доз озона при системном воздействии (внутрисосудистое и внутрикишечное введение)
- Внутрикостные вливания озонированных растворов
- Внутрикоронарное введение озонированных кардиоплегических растворов
- Тотальная экстракорпоральная обработка озоном больших объемов крови при искусственном кровообращении
- Низкопоточная озонокислородная терапия
- Внутрипортальное введение озонированных растворов
- Применение озона на театре военных действий
- Сопровождение системной озонотерапии методами биохимического контроля
- Озонотерапия — немедикаментозный метод лечебного воздействия, позволяющий получать положительные результаты при патологии различного генеза.
- Биологическое действие парентерально введенного озона проявляется на уровне низких концентраций и доз, что сопровождается клинически выраженными позитивными лечебными эффектами, имеющими четко выраженную дозозависимость.
- Опыт Российской и Европейской школ озонотерапии свидетельствует о том, что использование озона в качестве лечебного средства значительно повышает эффективность лекарственной терапии, позволяет в ряде случаев заменить или уменьшить фармакологическую нагрузку на пациента. На фоне озонотерапии восстанавливаются собственные кислородзависимые реакции и процессы больного организма.
- Технические возможности современных медицинских озонаторов, обладающих возможностями сверхточной дозировки, позволяют применять озон в диапазоне низких терапевтических концентраций аналогично общепринятым фармакологическим средствам.
«Озон - бесценный подарок Создателя.
Его уникальные свойства огромны и неограниченны.
Это не фармацевтический препарат - сама природа заботится о нас. Великий и непревзойденный художник и целитель -
Доктор Природа - благословил Человечество, принеся в дар исключительную помощь и выдающееся благословение - Озон»
Озон, свойства, токсикология и применение. Роль озонового щита планеты.
1
Озон. Общая характеристика
Озон
(от др.- греч.
?
?? - пахну) - состоящая
из трёхатомных молекул O3 аллотропная
модификация кислорода. При нормальных
условиях - голубой газ. При сжижении
превращается в жидкость цвета индиго.
В твёрдом виде представляет собой тёмно-синие,
практически чёрные кристаллы.
Основная
масса озона в атмосфере расположена
на высоте от 10 до 50 км с максимальной концентрацией
на высоте 20-25 км, образуя слой, называемый
озоносферой.
Озоносфера
отражает жесткое ультрафиолетовое
излучение, защищает живые организмы
от губительного действия радиации. Именно,
благодаря образованию озона из кислорода
воздуха стала возможна жизнь на суше.
Впервые
озон обнаружил в 1785
году
голландский физик Мартинус
ван Марум
по характерному запаху, создающему
эффект свежести, и окислительным свойствам,
которые приобретает воздух после пропускания
через него «электрических искр». Однако
как новое вещество он описан не был, так
как ван Марум считал, что данный эффект
достигается образованием особой «электрической
материи».
Сам
термин «озон» (от греческого слова
«пахнущий») был предложен немецким
химиком X. Ф. Шейнбейном
в 1840 году
. В словари его ввели в конце
19 века. Многие источники отдают приоритет
открытия озона именно Х. Ф. Шейнбену, датируя
это событие 1839 годом.
2 Нахождение в природе. Основные способы получения
В
природе озон образуется из молекулярного
кислорода (О2) во время грозы или под действием
ультрафиолетового излучения. Особенно
это ощутимо в местах, богатых кислородом:
в лесу, в приморской зоне или около водопада.
При попадании солнечных лучей, в капле
воды кислород преобразуется в озон. Озон
обеззараживает воздух, окисляя примеси
различных веществ, придавая приятную
свежесть - запах грозы. Озон вступает
в реакцию с большинством органических
и неорганических веществ, в результате
образуется кислород, вода, оксиды углерода
и высшие оксиды других элементов. Все
эти продукты абсолютно безвредны и постоянно
присутствуют в чистом природном воздухе.
Озон
образуется в газовой среде, содержащей
кислород, если возникнут условия, при
которых кислород диссоциирует на атомы.
Это возможно во всех формах электрического
разряда: тлеющем, дуговом, искровом, коронном,
поверхностном, барьерном, безэлектродном
и т.п. Основной причиной диссоциации является
столкновение молекулярного кислорода
с электронами, ускоренными в электрическом
поле.
Кроме
разряда диссоциацию кислорода вызывают
УФ-излучение. Озон получают также при
электролизе воды.
Получение
озона
Озон
образуется из кислорода. Существует несколько
способов получения озона, среди
которых наиболее распространенными
являются: электролитический, фотохимический
и электросинтез в плазме газового
разряда. Чтобы избежать нежелательных
окисей, предпочтительнее получать озон
из чистого медицинского кислорода, используя
электросинтез. Концентрацию получаемой
озоно-кислородной смеси в таких аппаратах
легко варьировать - либо задавая определенную
мощность электрического разряда, либо
регулируя поток входящего кислорода
(чем быстрее кислород проходит через
озонатор, тем меньше озона образуется).
Фотохимический
способ
Фотохимический
метод получения озона представляет из
себя наиболее распространенный в природе
способ. Образование озона происходит
при диссоциации молекулы кислорода под
действием коротковолнового УФ излучения.
Этот метод не позволяет получать озон
высокой концентрации. Приборы, основанные
на этом методе, получили распространение
для лабораторных целей, в медицине и пищевой
промышленности.
Электролитический
метод синтеза.
Первое
упоминание об образовании озона
в электролитических процессах
относится к 1907 г. Электролитический
метод синтеза озона осуществляется в
специальных электролитических ячейках.
В качестве электролитов используются
растворы различных кислот и их соли (H2SO4,
HClO4, NaClO4, KClO4). Образование озона происходит
за счет разложения воды и образования
атомарного кислорода, который присоединясь
к молекуле кислорода образует озон и
молекулу водорода. Этот метод позволяет
получить концентрированный озон, однако
он весьма энергоемкий, и поэтому он не
нашел широкого распространения.
Н2О
+ О2 -> О3 + 2Н+ + e-
с
возможным промежуточным образованием
ионов или радикалов.
Электросинтез
озона получил наибольшее распространение.
Этот метод сочетает в себе возможность
получения озона высоких концентраций
с большой производительностью и относительно
невысокими энергозатратами.
В
результате многочисленных исследований
по использованию различных видов газового
разряда для электросинтеза озона распространение
получили аппараты использующие три формы
разряда:
1 Барьерный разряд;
2 Поверхностный разряд;
3 Импульсный разряд.
Образование
озона под действием
ионизирующего излучения.
Озон
образуется в ряде процессов, сопровождающихся
возбуждением молекулы кислорода либо
светом, либо электрическим полем. При
облучении кислорода ионизирующей
радиацией также могут возникать
возбужденные молекулы, и наблюдается
образование озона
Образование
озона в СВЧ-поле.
При
пропускании струи кислорода
через СВЧ-поле наблюдалось образование
озона. Этот процесс мало изучен, хотя
генераторы, основанные на этом явлении,
часто используются в лабораторной
практике.
3 Физические и химические свойства озона.
Физические свойства:
- Молекулярная
масса - 47,998 г/моль.
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 - 1,71 кг/м?
Температура кипения - ?111,9 °C. Жидкий озон - тёмно-фиолетового цвета. В газообразном виде озон имеет голубоватый оттенок, заметный при содержании в воздухе 15-20% озона.
Температура плавления - -197,2 ± 0,2 °С (приводимая обычно?251,4 °C ошибочна, так как при её определении не учитывалась большая способность озона к переохлаждению). В твёрдом состоянии - чёрного цвета с фиолетовым отблеском.
Растворимость в воде при 0 °С - 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.
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.
2 Cu 2+ (aq) + 2 H 3 O + (aq) + O 3(g) > 2 Cu 3+ (aq) + 3 H 2 O (l) + O 2(g)
Озон повышает степень окисления оксидов:
NO + O 3 > NO 2 + O 2
Эта реакция сопровождается хемилюминесценцией . Двуокись азота может быть окислена до трёхокиси азота:
NO 2 + O 3 > NO 3 + O 2
с образованием азотного ангидрида N 2 O 5:
NO 2 + NO 3 > N 2 O 5
Озон реагирует с углеродом при нормальной температуре с образованием двуокиси углерода :
C + 2 O 3 > CO 2 + 2 O 2
Озон не реагирует с аммониевыми солями, но реагирует с аммиаком с образованием нитрата аммония :
2 NH 3 + 4 O 3 > NH 4 NO 3 + 4 O 2 + H 2 O
Озон реагирует с сульфидами с образованием сульфатов :
PbS + 4O 3 > PbSO 4 + 4O 2
С помощью озона можно получить Серную кислоту как из элементарной серы , так и из двуокиси серы :
S + H 2 O + O 3 > H 2 SO 4
3 SO 2 + 3 H 2 O + O 3 > 3 H 2 SO 4
Все три атома кислорода в озоне могут реагировать по отдельности в реакции хлорида олова с соляной кислотой и озоном:
3 SnCl 2 + 6 HCl + O 3 > 3 SnCl 4 + 3 H 2 O
В газовой фазе озон взаимодействует с сероводородо м с образованием двуокиси серы:
H 2 S + O 3 > SO 2 + H 2 O
В водном растворе проходят две конкурирующие реакции с сероводородом, одна с образованием элементарной серы, другая с образованием серной кислоты:
H 2 S + O 3 > S + O 2 + H 2 O
3 H 2 S + 4 O 3 > 3 H 2 SO 4
Обработкой озоном раствора йода в холодной безводной хлорной кислоте может быть получен перхлорат йода (III):
I 2 + 6 HClO 4 + O 3 > 2 I(ClO 4) 3 + 3 H 2 O
Твёрдый нитрилперхлорат может быть получен реакцией газообразных NO 2 , ClO 2 и O 3:
2 NO 2 + 2 ClO 2 + 2 O 3 > 2 NO 2 ClO 4 + O 2
Озон может участвовать в реакциях горения , при этом температуры горения выше, чем с двухатомным кислородом:
3 C 4 N 2 + 4 O 3 > 12 CO + 3 N 2
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 3 > HO 2 + O
2 HO 2 > H 2 O 2 +O 2
5 Основные области применения.
После
открытия озона было сразу отмечено его
главное свойство - огромная окислительная
способность, значительно превосходящая
таковую у кислорода. Поэтому неудивительно,
что озон стал использоваться для борьбы
с микроорганизмами.
В
1881 году в книге, посвященной дифтерии,
доктор Келлог (Kellogg) рекомендовал его
использование в качестве средства для
дезинфекции. Но подлинная революция в
использовании озона для стерилизации
произошла после патентования и начала
массового производства генераторов озона
- предшественников озоновых стерилизаторов.
До середины XIX века попытки создания таких
генераторов были безуспешными. Считается,
что первый образец создал Werner von Siemens в
1857 году. Однако понадобилось еще 29 лет
для того, чтобы запатентовать промышленный
генератор озона, который отвечал определенным
требованиям. Патент на его изобретение
принадлежит Николе Тесла. Он же в 1900 году
начал выпуск данного продукта для медицины.
С
этих пор начинает развиваться несколько
направлений по применению озона
- дезинфекция,
стерилизация и лечение.
При
стерилизации происходит уничтожение
микроорганизмов путем насыщения
озоном замкнутого объема, где находятся
медицинские инструменты, приспособления,
устройства. Во время лечения применяют
озонированную воду, водные растворы и
озонокислородную смесь. Для дезинфекции
помещений, емкостей, трубопроводов -
озоновоздушную или озонокислородную
смеси.
Все
три метода обладают одним неоспоримым
преимуществом: озон оказывает быстрое
и эффективное воздействие
Время
воздействия озона на некоторые
виды микроорганизмов измеряется секундами.
По качеству стерилизации и некоторым
техническим характеристикам современные
озоновые стерилизаторы превосходят
ультрафиолетовые, сухожаровые шкафы,
паровые автоклавы, жидкостную и газовую
стерилизацию. Лечение с применением озона
позволяет безболезненно и с высокой эффективностью
уничтожать микроорганизмы, проникшие
в органы и ткани человека. Это стало возможным
еще и потому, что наш организм, в отличие
от бактерий, обладает достаточно мощной
системой антиоксидантной защиты. При
воздействии определенных концентраций
озона в течение ограниченного времени
клетки нашего организма сохраняют достаточную
устойчивость к образованию нежелательных
агрессивных продуктов.
Озон
оказывает положительное действие
на метаболизм печени и почек, поддерживает
работу сердечной мышцы, уменьшает
частоту дыхания и увеличивает
дыхательный объем. Положительное
влияние озона на людей с заболеваниями
сердечно-сосудистой системы (снижается
уровень холестерина в крови, снижается
риск тромбообразования, активизируется
процесс "дыхания" клетки).
Озонотерапия
в последние годы довольно широко
применяется и в гинекологии,
и в терапии, и в хирургии, и
в проктологии, и в урологии, и в офтальмологии,
и в стоматологии, и в других направлениях
медицины.
Озон
широко используют в химической
отрасли промышленности.
Особая
роль отводится озону в пищевой
промышленности
. Являясь сильно дезинфицирующим
и химически безопасным средством, он
используется для предотвращения биологического
роста нежелательных организмов в продуктах
питания и на технологическом пищевом
оборудовании. Озон обладает свойством
убивать микроорганизмы, не создавая новых
вредных химических веществ.
Самое
распространенное применение - для очистки
воды
. В 1907 году был построен первый
завод по озонированию воды в городе Бон
Вуаяж (Франция), который обрабатывал 22500
кубических метров воды из реки Вазюби
в сутки для нужд города Ниццы. В 1911 году
была пущена в эксплуатацию станция озонирования
питьевой воды в Санкт-Петербурге. В 1916
году действует уже 49 установок по озонированию
питьевой воды.
К
1977 году во всем мире действует более
1000 установок. В настоящее время
95% питьевой воды в Европе проходит
озонную подготовку. В США идет процесс
перевода с хлорирования на озонирование.
В России действуют несколько крупных
станций (в Москве, Нижнем Новгороде и
ряде других городах). Приняты программы
перевода на озонирование еще нескольких
крупных станций водоподготовки.
Широкие
спектр областей применения озона
в сельском хозяйстве
: растениеводство,
животноводство, рыбоводство, кормопроизводство
и хранение продуктов, обуславливает множество
озонных технологий, которые условно можно
разделить на два больших направления.
Первое имеет целью стимулировать жизнедеятельность
живых организмов. С этой целью применяются
концентрации озона на уровне ПДК, например
санация помещений с животными и растениями
для улучшения комфортности их пребывания.
Второе направление связано с подавлением
жизнедеятельности вредных организмов
или с устранением вредных загрязнений
из окружающей атмосферы и гидросферы.
Концентрации озона в этом случае намного
превышают значения ПДК. К таким технологиям
относятся дезинфекция тары и помещений,
очистка газовых выбросов птицеферм, свинарников,
обезвреживание сточных вод сельскохозяйственных
предприятий и т.д.
5 Озон в атмосфере. Озоновый слой - ультрафиолетовый щит Земли
Озоновый слой начинается на высотах около 8 км над полюсами (или 17 км над Экватором) и простирается вверх до высот приблизительно равных 50-ти км. Однако плотность озона очень низкая, и если сжать его до плотности, которую имеет воздух у поверхности земли, то толщина озонового слоя не превысит 3,5 мм. Озон образуется, когда солнечное ультрафиолетовое излучение бомбардирует молекулы кислорода (О22 -> О3).
5.1 Изучение озонового слоя. Причины его разрушения.
С
начала 20 века ученые наблюдают за состоянием
озонового слоя атмосферы. Сейчас уже
все понимают, что стратосферный озон
является своего рода естественным фильтром,
препятствующим проникновению в нижние
слои атмосферы жесткого космического
излучения - ультрафиолета-В.
С
конца 70-х годов ученые стали отмечать
неуклонное истощение озонового
слоя. Различные причины приводят к истощению
озонового слоя. Среди них есть естественные,
как, например, извержения вулканов. Известно,
например, что при этом происходят выбросы
газов, содержащих соединения серы, которая
реагирует с находящимися в воздухе другими
газами, образуя сульфаты, разрушающие
озоновый слой. Но гораздо большее влияние
на стратосферный озон оказывают антропогенные
воздействия, т.е. деятельность человека.
И она многообразна.
Использование в хозяйственной
деятельности таких соединений, как ХФУ,
бромистый метил, галоны, растворители,
разрушающие озон, также приводят к истощению
озонового слоя. Хлорфторуглероды (ХФУ)
или другие ОРВ, выпущенные человеком
в атмосферу, достигают стратосферы, где
под действием коротковолнового ультрафиолетового
излучения Солнца их молекулы теряют атом
хлора. Агрессивный хлор начинает разбивать
одну за другой молекулы озона, сам при
этом не претерпевая никаких изменений.
Срок существования различных ХФУ в атмосфере
от 74 до 111 лет. Расчетным путем доказано,
что за это время один атом хлора способен
превратить в кислород 100 000 молекул озона.
Однако озоновый слой разрушает также
реактивная авиация и некоторые пуски
космических ракет
В
изучении проблемы озонового слоя наука
оказалась удивительно недальновидной.
Еще с 1975 г. содержание стратосферного
озона над Антарктидой в весенние месяцы
стало заметно падать. В середине 1980-х
годов его концентрация снизилась уже
на 40%. Вполне можно было говорить об образовании
озоновой дыры. Ее размеры достигли примерно
площади США. Тогда же появились еще слабовыраженные
- со снижением концентрации озона на 1,5-2,5%
- дыры вблизи Северного полюса и южнее.
Край одной из них зависал даже над Санкт-
Петербургом.
Однако
еще в первой половине 1980-х некоторые
ученые продолжали рисовать радужную
перспективу, предвещая убыль стратосферного
озона лишь на 1-2% и то чуть ли не через
70-100 лет.
В
1985 г. английские ученые опубликовали
статью, в которой утверждалось,
что каждой весной, начиная с 1980 г.,
над Антарктидой образуются значительные
области уменьшения общего содержания
озона. Выяснилось, что диаметр её свыше
1000 километров, площадь – около 9 миллионов
квадратных километров. Этот результат
журналисты превратили в сенсацию, объявив
о существовании "озоновой дыры"
над Антарктидой. Сегодня принято аномалии
озона относить к "озоновым дырам",
если дефицит озона превышает 30%.
5.2
Последствия разрушения
озонового слоя.
Озоновый
слой защищает жизнь на Земле от
вредного ультрафиолетового излучения
Солнца.
Утончение
этого слоя может привести к серьезным
последствиям для человечества. Содержание
озона в атмосфере менее 0.0001%, однако, именно
озон полностью поглощает жесткое ультрафиолетовое
излучение солнца с длиной волны l<280
нм и значительно ослабляет полосу УФ-Б
с 280
Падение
концентрации озона на 1% приводит в
среднем к увеличению интенсивности
жесткого ультрафиолета у поверхности
земли на 2%. Эта оценка подтверждается
измерениями, проведенными в Антарктиде
(правда, из-за низкого положения солнца,
интенсивность ультрафиолета в Антарктиде
все еще ниже, чем в средних широтах).
По своему воздействию на живые организмы
жесткий ультрафиолет близок к ионизирующим
излучениям, однако, из-за большей, чем
у g-излучения длины волны он не способен
проникать глубоко в ткани, и поэтому поражает
только поверхностные органы. Жесткий
ультрафиолет обладает достаточной энергией
для разрушения ДНК и других органических
молекул.
По
мнению врачей, каждый потерянный процент
озона в масштабах планеты вызывает
до 150 тысяч дополнительных случаев слепоты
из-за катаракты, вызывает 4%-ный скачок
в распространении рака кожи, значительно
возрастает число болезней, вызванных
ослаблением иммунной системы человека.
Наибольшему риску подвержены жители
северного полушария со светлой кожей.
Уже
сейчас во всем мире заметно увеличение
числа заболевания раком кожи, однако,
значительно количество других факторов
(например, возросшая популярность загара,
приводящая к тому, что люди больше времени
проводят на солнце, таким образом, получая
большую дозу УФ облучения) не позволяет
однозначно утверждать, что в этом повинно
уменьшение содержания озона. Жесткий
ультрафиолет плохо поглощается водой
и поэтому представляет большую опасность
для морских экосистем. Эксперименты показали,
что планктон, обитающий в приповерхностном
слое, при увеличении интенсивности жесткого
УФ может серьезно пострадать и даже погибнуть
полностью. Планктон находится в основании
пищевых цепочек практически всех морских
экосистем, поэтому без преувеличения
можно сказать, что практически вся жизнь
в приповерхностных слоях морей и океанов
может исчезнуть. Растения менее чувствительны
к жесткому УФ, но при увеличении дозы
могут пострадать и они. Если содержание
озона в атмосфере значительно уменьшится,
человечество легко найдет способ защититься
от жесткого УФ излучения но при этом рискует
умереть от голода.
5.3 Меры по сохранению и восстановлению озонового слоя
Многие
страны мира разрабатывают и осуществляют
мероприятия по выполнению Венских
конвенций об охране озонового слоя
и Монреальского протокола по веществам,
разрушающим озоновый слой.
Монреальский
протокол:
первое глобальное экологическое
соглашение, достигшее всеобщей ратификации
и всемирного участия 196 стран. Монреальский
протокол был подписан 16 сентября 1987 года.
Впоследствии по инициативе ООН этот день
стал отмечаться как День
защиты озонового слоя.
К концу 2009 года деятельность, осуществленная
в рамках Монреальского протокола привела
к выводу из обращения 98% веществ, разрушающих
озоновый слой. Другое важное достижение
Монреальского протокола – в ближайшем
будущем страны должны были прекратить
производство и потребление хлорфторуглеродов,
галонов, четырёххлористого углерода
и других гидрогенизованных соединений,
разрушающих озоновый слой. Все эти вещества
объединяются под единым названием –
озоноразрушающие вещества (далее по тексту
ОРВ).
Без Монреальского протокола
и Венской конвенции, содержание
ОРВ в атмосфере повысилось
бы в 10 раз к 2050, что привело
бы к 20 миллионам случаев рака
кожи и 130 миллионам случаев катаракты
глаза, не говоря об ущербе, нанесенном
иммунной системе человека, фауне и сельскому
хозяйству. Теперь мы также знаем, что
некоторые из этих газов воздействуют
на изменение климата. По некоторым оценкам,
выведение ОРВ с 1990 года способствовало
замедлению глобального потепления на
7-12 лет и каждый доллар, потраченный на
озон обернулся выгодой в других областях
экологии. Даже при быстрых и решительных
действиях правительств согласно Монреальскому
протоколу, полное восстановление защитного
слоя Земли займет еще 40-50 лет.
Согласно
международным соглашениям промышленно
развитые страны полностью прекращают
производство фреонов и тетрахлорида
углерода, которые также разрушают
озон, а развивающиеся страны – к 2010г.
Россия из-за тяжелого финансово-экономического
положения попросила отсрочки на 3 – 4
года. Страны-члены Монреальского протокола
по веществам, разрушающим озоновый слой,
на встрече в Катаре договорились выделить
в общей сложности 490
миллионов долларов
в течение трех ле
Вторым этапом
должен стать запрет
на производство метилбромидов
и гидрофреонов.
Уровень производства
первых в промышленно развитых странах
с 1996 г. заморожен, гидрофреоны полностью
снимаются с производства к 2030 г. Однако
развивающиеся страны до сих пор не взяли
на себя обязательств по контролю над
этими химическими субстанциями.
Восстановить озоновый слой над
Антарктидой при помощи запуска специальных
воздушных шаров с установками для производства
озона надеется английская группа защитников
окружающей среды, которая называется
«Помогите озону». Один из авторов этого
проекта заявил, что озонаторы, работающие
от солнечных батарей, будут установлены
на сотнях шаров, наполненных водородом
или гелием.
Несколько лет назад была разработана
технология замены фреона специально
подготовленным пропаном. Сейчас промышленность
уже на треть сократила выпуск аэрозолей
с использованием фреонов, В странах ЕЭС
намечено полное прекращение использования
фреонов на заводах бытовой химии и т.д.
и т.д.................
Озон – химическое газообразное вещество, которое является сильным окислителем. Какими свойствами обладает газ, и для каких целей его получают?
Общая информация
Озон впервые был обнаружен в 1785 году голландским физиком М. ван Марумом. Он заметил, что при пропускании через воздух электрических разрядов, воздух приобретает специфический запах. Однако термин «озон» был введен позже немецким химиком Х. Ф. Шенбейном в 1840 году.
Рис. 1. Х. Ф. Шенбейн.
Формула озона – О 3 , то есть озон состоит из трех молекул кислорода. Озон – это аллотропное видоизменение кислорода. О 3 – газ светло-синего цвета, с характерным запахом, нестойкий, токсичный. При температуре -111,9 градусов этот газ сжижается. Растворимость озона в воде больше, чем у кислорода: 100 объемов воды растворяют 49 объемов озона.
Рис. 2. Формула озона.
Это вещество образуется в атмосфере при электрических разрядах. Озоновый слой в стратосфере (25 км. от поверхности) поглощает ультрафиолетовое излучение, опасное для всех живых организмов.
Озон – сильный окислитель, даже более сильный, чем кислород. Он способен окислять такие металлы, как золото и платина.
Особая химическая активность озона объясняется тем, что его молекула легко распадается на молекулу кислорода и атомарный кислород. Образовавшийся атомарный кислород более активно реагирует с веществами, чем молекулярный.
Озон способен из раствора йодистого калия выделять йод:
2Kl+2H 2 O+O 3 =I 2 +2KOH+O 2
Бумага, смоченная йодистым калием и крахмалом в воздухе, содержащем озон, синеет. Эта реакция используется для обнаружения озона.
В 1860 году ученые Эндрюс и Тэт экспериментально доказали при помощи стеклянной трубки с манометром, наполненной чистым кислородом, что при превращении кислорода в озон происходит уменьшение объема газа
Получение и применение озона
Получают озон при действии электрических разрядов на кислород в озонаторах.
Озон применяют для обеззараживания питьевой воды, для обезвреживания промышленных сточных вод, в медицине – в качестве дезинфицирующего средства. Также как и хлорирование, озонирование обладает обеззараживающим эффектом, но его плюсом является то, что при использовании озона в обработанной воде не образуется токсинов. Озон также эффективно борется с плесенью и бактериями.
Рис. 3. Озонирование.
При остром отравлении озон поражает органы дыхания, раздражает слизистые глаз, вызывает головную боль. Токсичность озона резко возрастает при одновременном воздействии оксидов азота.
Что мы узнали?
Озон – газ, который был обнаружен в конце XVIII века, а свое современное название получил только в середине XIX века. В отличие от кислорода этот газ имеет характерный запах и отличается светло-синим цветом.
Кислород (О) стоит в 1 периоде, VI группе, в главной подгруппе. р-элемент. Электронная конфигурация 1s2 2s22p4 . Число электронов на внешнем уровне – 6. Кислород может принять 2 электрона и в редких случаях отдать. Валентность кислорода 2, степень окисления -2.
Физические свойства: кислород ( О2) – бесцветный газ, без запаха и вкуса; в воде малорастворим, немного тяжелее воздуха. При -183 °C и 101,325 Па кислород сжижается, приобретая голубоватый цвет. Строение молекулы: молекула кислорода двухатомна, в обычных условиях прочная, обладает магнитными свойствами. Связь в молекуле ковалентная неполярная. Кислород имеет аллотропную модификацию – озон (О3) – более сильный окислитель, чем кислород.
Химические свойства: до завершения энергетического уровня кислороду нужно 2 электрона, которые он принимает проявляя степень окисления -2, но в соединении со фтором кислород ОF2 -2 и О2F2 -1. Благодаря химической активности кислород взаимодействует почти со всеми простыми веществами. С металлами образует оксиды и пероксиды:
Кислород не реагирует только с платиной. При повышенных и высоких температурах реагирует со многими неметаллами:
Непосредственно кислород не взаимодействует с галогенами. Кислород реагирует со многими сложными веществами:
Кислороду характерны реакции горения:
В кислороде горят многие органические вещества:
При окислении кислородом уксусного альдегида получают уксусную кислоту:
Получение: в лаборатории: 1) электролизом водного раствора щелочи: при этом на катоде выделяется водород, а на аноде – кислород; 2) разложением бертолетовой соли при нагревании: 2КСlО3?2КСl + 3О2?; 3) очень чистый кислород получают: 2КМnO4?К2МnO4 + МnО2 + О2?.
Нахождение в природе: кислород составляет 47,2 % массы земной коры. В свободном состоянии он содержится в атмосферном воздухе – 21 %. Входит в состав многих природных минералов, огромное его количество содержится в организмах растений и животных. Природный кислород состоит из 3 изотопов: О(16), О(17), О(18).
Применение: используется в химической, металлургической промышленности, в медицине.
24. Озон и его свойства
В твердом состоянии у кислорода зафиксировано три модификации: ?-, ?– и?– модификации. Озон ( О3) – одна из аллотропных модификаций кислорода. Строение молекулы: озон имеет нелинейное строение молекулы с углом между атомами 117°. Молекула озона обладает некоторой полярностью (несмотря на атомы одного рода, образующих молекулу озона), диамагнитна, так как не имеет неспаренных электронов.
Физические свойства: озон – синий газ, имеющий характерный запах; молекулярная масса = 48, температура плавления (твердого) = 192,7 °C, температура кипения = 111,9 °C. Жидкий и твердый озон взрывчат, токсичен, хорошо растворим в воде: при 0 °C в 100 объемах воды растворяется до 49 объемов озона.
Химические свойства: озон – сильный окислитель, он окисляет все металлы, в том числе золото – Au и платину – Pt (и металлы платиновой группы). Озон воздействует на блестящую серебряную пластинку, которая мгновенно покрывается черным пероксидом серебра – Аg2О2; бумага, смоченная скипидаром, воспламеняется, сернистые соединения металлов окисляются до солей серной кислоты; многие красящие вещества обесцвечиваются; разрушает органические вещества – при этом молекула озона отщепляет один атом кислорода, и озон превращается в обыкновенный кислород. Атакже большинство неметаллов, переводит низшие оксиды в высшие, а сульфиды их металлов – в их сульфаты:
Йодид калия озон окисляет до молекулярного йода:
Но с пероксидом водорода Н2О2 озон выступает в качестве восстановителя:
В химическом отношении молекулы озона неустойчивы – озон способен самопроизвольно распадаться на молекулярный кислород:
Получение: получают озон в озонаторах путем пропускания через кислород или воздух электрические искры. Образование озона из кислорода:
Озон может образовываться при окислении влажного фосфора, смолистых веществ. Определитель озона: чтобы опознать в воздухе наличие озона, необходимо в воздух погрузить бумажку, пропитанную раствором йодида калия и крахмальным клейстером – если бумажка приобрела синюю окраску, значит, в воздухе присутствует озон. Нахождение в природе: в атмосфере озон образуется во время электрических разрядов. Применение: будучи сильным окислителем озон уничтожает различного рода бактерии, поэтому широко применяется в целях очищения воды и дезинфекции воздуха, используется как белящее средство.
Впервые озон получен и исследован Шенбейном в 1840. Озон—газ голубоватого цвета, резкого характерного запаха;
Сжиженный озон — жидкость тёмно-синего цвета, твердый озон — тёмно-фиолетовая кристаллическая масса. Озон растворим в четыреххлористом углероде, в ледяной уксусной кислоте, в жидком азоте, в воде. Образуется при пропускании тихого электрического разряда через воздух или кислород (свежий запах после грозы обусловлен наличием небольших количеств озона в атмосфере), окислении влажного фосфора, действии лучей радия, ультрафиолетовых или катодных лучей на кислород воздуха, разложении перекиси водорода, электролизе серной кислоты (и др.
кислородсодержащих кислот), действии фтора на воду и т. д. Содержание в земной атмосфере ничтожно; слои воздуха вблизи земной поверхности содержат озона меньше, чем высшие слои атмосферы; на высоте 1.050 м
(в области Монблана) Леви нашел 0—3,7 мг,
на высоте 3.000 м
—9,4 мг.
озона на 100 м куб
воздуха. В технике и лабораториях для получения озона применяются аппараты—озонаторы. Для озонирования кислород или воздух пропускается между двумя электродами, соединенными с источником тока высокого напряжения.
Озон в чистом виде выделяется из смеси озона с кислородом при охлаждении жидким воздухом. Озон легко разлагается, причем разложение чистого озона ускоряется в присутствии двуокиси марганца, свинца, окислов азота. В присутствии воды разложение озона замедляется, сухой озон при 0° разлагается в 30 раз быстрее, чем влажный озон при 20,4°. Озон обладает чрезвычайно сильным окислительным действием. Он выделяет йод из йодистого калия, окисляет ртуть, переводит сернистые металлы в сернокислые соли, обесцвечивает органические красители и т. д. Озон разрушает каучуковые трубки. Эфир, спирт, светильный газ, вата при соприкосновении с сильно озонированным кислородом воспламеняются. При действии озона на ненасыщенные органические соединения образуются продукты присоединения озониды. Озон применяется для стерилизации воды, для дезодорирования - уничтожения дурного запаха, в препаративной органической практике.
Физические свойства
Химические свойства и методы получения
Список использованной литературы
- Волков, А.И., Жарский, И.М. Большой химический справочник / А.И. Волков, И.М. Жарский. - Мн.: Современная школа, 2005. - 608 с ISBN 985-6751-04-7.
