Izraz "ozonski sloj", koji je postao poznat 70-ih godina. prošlog veka, dugo je bio na ivici. Istovremeno, malo ljudi zaista razumije šta ovaj koncept znači i zašto je uništavanje ozonskog omotača opasno. Još veća misterija za mnoge je struktura molekula ozona, a opet je direktno povezana s problemima ozonskog omotača. Naučimo više o ozonu, njegovoj strukturi i industrijskoj primjeni.
Šta je ozon
Ozon, ili, kako ga još nazivaju, aktivni kiseonik, je azurni gas oštrog metalnog mirisa.
Ova supstanca može postojati u sva tri agregatna stanja: gasovito, čvrsto i tečno.
U isto vrijeme, u prirodi se ozon javlja samo u obliku plina, formirajući takozvani ozonski omotač. Zbog svoje azurne boje nebo izgleda plavo.
Kako izgleda molekul ozona
Vaš nadimak je aktivankiseonik” ozon primljen zbog njegove sličnosti sa kiseonikom. Dakle, glavni aktivni hemijski element u ovim supstancama je kiseonik (O). Međutim, ako molekul kiseonika sadrži 2 svoja atoma, onda se molekul ozona (formula - O3) sastoji od 3 atoma ovog elementa.
Zbog ove strukture, svojstva ozona su slična onima kiseonika, ali su izraženija. Konkretno, kao O2, O3je najjači oksidant.
Najvažnija razlika između ovih "srodnih" supstanci, koju svi moraju zapamtiti, je sljedeća: ozon se ne može udisati, otrovan je i, ako se udiše, može oštetiti pluća ili čak ubiti osobu. U isto vrijeme, O3 je savršen za čišćenje zraka od toksičnih nečistoća. Inače, upravo zbog toga je tako lako disati nakon kiše: ozon oksidira štetne tvari sadržane u zraku i on se pročišćava.
Model molekula ozona (koji se sastoji od 3 atoma kiseonika) pomalo liči na sliku ugla, a njegova veličina je 117°. Ova molekula nema nesparene elektrone i stoga je dijamagnetna. Osim toga, ima polaritet, iako se sastoji od atoma istog elementa.
Dva atoma datog molekula su čvrsto vezana jedan za drugi. Ali veza s trećim je manje pouzdana. Iz tog razloga, molekul ozona (fotografija modela može se vidjeti ispod) je vrlo krhka i ubrzo nakon formiranja se raspada. Po pravilu, u bilo kojoj reakciji raspadanja O3 oslobađa se kiseonik.
Zbog nestabilnosti ozona, ne može se proizvestiberbu i skladištenje, kao i transport, kao i druge materije. Iz tog razloga je njegova proizvodnja skuplja od ostalih supstanci.
U isto vrijeme, visoka aktivnost molekula O3omogućava ovoj supstanci da bude najjači oksidant, moćniji od kiseonik, i sigurniji od hlora.
Ako se molekul ozona razgradi i oslobodi O2, ova reakcija je uvijek praćena oslobađanjem energije. Istovremeno, da bi se desio obrnuti proces (formiranje O3 od O2), potrebno je potrošiti ništa manje.
U gasovitom stanju, molekul ozona se raspada na temperaturi od 70°C. Ako se poveća na 100 stepeni ili više, reakcija će se značajno ubrzati. Prisustvo nečistoća također ubrzava period raspadanja molekula ozona.
O3 svojstva
Bez obzira u kojem se od tri stanja nalazi ozon, on zadržava svoju plavu boju. Što je supstanca tvrđa, ova nijansa je bogatija i tamnija.
Svaki molekul ozona teži 48 g/mol. Teži je od vazduha, što pomaže odvajanju ovih supstanci.
O3 sposoban da oksidira gotovo sve metale i nemetale (osim zlata, iridija i platine).
Takođe, ova supstanca može učestvovati u reakciji sagorevanja, ali za to je potrebna viša temperatura nego za O2.
Ozon je u stanju da se rastvori u H2O i freonima. U tečnom stanju može se mešati sa tečnim kiseonikom, azotom, metanom, argonom,ugljični tetrahlorid i ugljični dioksid.
Kako nastaje molekul ozona
O3 molekuli se formiraju vezivanjem slobodnih atoma kiseonika za molekule kiseonika. Oni se, pak, pojavljuju zbog cijepanja drugih molekula O2 zbog utjecaja na njih električnih pražnjenja, ultraljubičastih zraka, brzih elektrona i drugih čestica visoke energije. Iz tog razloga, specifičan miris ozona se može osjetiti u blizini iskričavih električnih uređaja ili lampi koje emituju ultraljubičasto svjetlo.
U industrijskim razmerama, O3 je izolovan korišćenjem električnih generatora ozona ili ozonizatora. U ovim uređajima, električna struja visokog napona prolazi kroz mlaz gasa koji sadrži O2, čiji atomi služe kao "građevinski materijal" za ozon.
Ponekad se u ove mašine ubrizgava čisti kiseonik ili običan vazduh. Kvaliteta rezultirajućeg ozona ovisi o čistoći početnog proizvoda. Dakle, medicinski O3, namenjen za lečenje rana, dobija se samo iz hemijski čistog O2.
Historija otkrića ozona
Kada smo shvatili kako izgleda molekul ozona i kako nastaje, vrijedi se upoznati s istorijom ove supstance.
Prvi ga je sintetizirao holandski istraživač Martin Van Marum u drugoj polovini 18. stoljeća. Naučnik je primetio da nakon prolaska električnih varnica kroz posudu sa vazduhom, gas u njoj menja svojstva. Istovremeno, Van Marum nije shvatio da je izolovao molekule novogsupstance.
Ali je njegov njemački kolega po imenu Sheinbein, pokušavajući da razloži H2O na H i O2 uz pomoć struje, primijetio je do oslobađanja novog plina oštrog mirisa. Nakon mnogo istraživanja, naučnik je opisao supstancu koju je otkrio i dao joj ime "ozon" u čast grčke riječi za "miris".
Sposobnost ubijanja gljivica i bakterija, kao i smanjenje toksičnosti štetnih jedinjenja, koje je posedovala otvorena supstanca, zainteresovala je mnoge naučnike. 17 godina nakon zvaničnog otkrića O3, Werner von Siemens dizajnirao je prvi aparat za sintetizaciju ozona u bilo kojoj količini. A 39 godina kasnije, briljantni Nikola Tesla izumio je i patentirao prvi svjetski generator ozona.
Upravo je ovaj uređaj prvi put korišten u Francuskoj u postrojenjima za prečišćavanje vode za piće nakon 2 godine. Od početka XX veka. Evropa počinje da prelazi na ozoniranje vode za piće radi njenog prečišćavanja.
Rusko carstvo je prvi put koristilo ovu tehniku 1911. godine, a nakon 5 godina u zemlji je opremljeno skoro 4 tuceta instalacija za prečišćavanje pitke vode pomoću ozona.
Danas, ozoniranje vode postepeno zamjenjuje hlorisanje. Dakle, 95% sve vode za piće u Evropi se prečišćava korišćenjem O3. Ova tehnika je takođe veoma popularna u SAD. U CIS-u se još uvijek proučava, jer iako je ovaj postupak sigurniji i praktičniji, skuplji je od hloriranja.
Aplikacije za ozon
Pored tretmana vode, O3 ima niz drugih upotreba.
- Ozon se koristi kao izbjeljivač u proizvodnji papira i tekstila.
- Aktivni kiseonik se koristi za dezinfekciju vina, kao i za ubrzavanje procesa starenja konjaka.
- Različita biljna ulja se rafinišu pomoću O3.
- Ova supstanca se vrlo često koristi za preradu kvarljivih proizvoda, kao što su meso, jaja, voće i povrće. Ovaj postupak ne ostavlja hemijske tragove, kao kod hlora ili formaldehida, a proizvodi se mogu čuvati mnogo duže.
- Ozon sterilizira medicinsku opremu i odjeću.
- Također pročišćeni O3 se koristi za razne medicinske i kozmetičke procedure. Konkretno, uz njegovu pomoć u stomatologiji, dezinficiraju usnu šupljinu i desni, a također liječe razne bolesti (stomatitis, herpes, oralna kandidijaza). U evropskim zemljama O3 je veoma popularan za dezinfekciju rana.
- Posljednjih godina, prijenosni kućni aparati za filtriranje zraka i vode pomoću ozona postali su veoma popularni.
Ozonski omotač - šta je to?
Na udaljenosti od 15-35 km iznad površine Zemlje nalazi se ozonski omotač ili, kako ga još nazivaju, ozonosfera. Na ovom mestu koncentrisano O3 služi kao neka vrsta filtera za štetno sunčevo zračenje.
Odakle tolika količina supstance ako su njeni molekuli nestabilni? Na ovo pitanje nije teško odgovoriti ako se prisjetimo modela molekule ozona i načina njegovog formiranja. Dakle, kiseonik, koji se sastoji od 2molekule kiseonika, dospevši u stratosferu, tamo se zagrevaju sunčevim zracima. Ova energija je dovoljna da podijeli O2 na atome, od kojih se formira O3. Istovremeno, ozonski omotač ne samo da koristi dio sunčeve energije, već je i filtrira, upija opasno ultraljubičasto zračenje.
Gore je rečeno da se ozon rastvara freonima. Ove gasovite supstance (koje se koriste u proizvodnji dezodoransa, aparata za gašenje požara i frižidera), kada se ispuste u atmosferu, utiču na ozon i doprinose njegovoj razgradnji. Kao rezultat toga, u ozonosferi se pojavljuju rupe kroz koje nefiltrirani sunčevi zraci ulaze u planetu, koji destruktivno djeluju na žive organizme.
Nakon razmatranja karakteristika i strukture molekula ozona, možemo zaključiti da je ova supstanca, iako opasna, veoma korisna za čovječanstvo ako se pravilno koristi.
