Что такое озон какие свойства

Что такое озон какие свойства thumbnail

У этого термина существуют и другие значения, см. Озон (значения).

Озон
Систематическое
наименование
Трикислород
Хим. формула O3
Состояние голубой газ
Молярная масса 47,998 г/моль
Плотность 0,0021445 г/см3 (г., 0°C);
1,59(7) г/см3 (ж., 85,2 К);
1,73(2) г/см3 (тв., 77,4 К)[1]
Поверхностное натяжение 43,8 Н/м (77,4 К);
38,4 Н/м (90,2 К)[1] Н/м
Динамическая вязкость 4,17 мПа·с (77,6 К);
1,56(2) мПа·с (90,2 К)[1]
Энергия ионизации 12,52 ± 0,01 эВ[3]
Температура
 • плавления −197,2 °C
 • кипения −111,9 °C
Критическая точка  
 • температура −12,0 °С (261,1 К)[1] °C
 • давление 54,6 атм.[1]
Мол. теплоёмк. 85,354 − 0,2812·(T − 90) (ж., при T от 90 до 160 К)[1] Дж/(моль·К)
Энтальпия
 • образования 144,457 (при 0 К, отн. О2)[1] кДж/моль
Коэфф. тепл. расширения 2,0·10−3 К−1 (ж., 90,1 К)
2,5·10−3 К−1 (ж., 161 К)[1]
Давление пара 1 ± 1 атм[3]
Растворимость
 • в воде 1,06 г/л (при 0 °С)[2]
Диэлектрическая проницаемость 1,0019 (г), 4,79 (ж)[1]
Показатель преломления 1,0533 (г., 480 нм)
1,0520 (г., 546 нм)
1,0502 (г., 671 нм)
1,2236 (ж., 535 нм)
1,2226 (ж., 589 нм)
1,2213 (ж., 670,5 нм)[1]
Дипольный момент 0,5337 Д
Рег. номер CAS 10028-15-6
PubChem 24823
Рег. номер EINECS 233-069-2
SMILES

[O-][O+]=O

InChI

1S/O3/c1-3-2

CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N

RTECS RS8225000
ChEBI 25812
ChemSpider 23208
ЛД50 4,8 ppm
Токсичность сильнодействующий яд, обладающий раздражающим, канцерогенным и мутагенным действием
Пиктограммы СГС
NFPA 704

4

4

OX

Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.
 Медиафайлы на Викискладе

Озо́н (от др.-греч. ὄζω — пахну) — состоящая из трёхатомных молекул O3аллотропная модификация кислорода. При нормальных условиях — голубой ядовитый газ. Запах — резкий специфический. При сжижении превращается в жидкость цвета индиго. В твёрдом виде представляет собой тёмно-синие, серые, практически чёрные кристаллы.

Строение озона[править | править код]

Обе связи O—O в молекуле озона имеют одинаковую длину 1,278 Å. Угол между связями составляет 116,8°[4]. Центральный атом кислорода sp²-гибридизован, имеет одну неподелённую пару электронов. Порядок каждой связи — 1,5, резонансные структуры — с локализованной одинарной связью с одним атомом и двойной — с другим, и наоборот. Молекула полярна, электрический дипольный момент — 0,5337 Д[5].

История открытия[править | править код]

Впервые озон обнаружил в 1785 году голландский физик М. ван Марум по характерному запаху и окислительным свойствам, которые приобретает воздух после пропускания через него электрических искр, а также по способности действовать на ртуть при обыкновенной температуре, вследствие чего она теряет свой блеск и начинает прилипать к стеклу[6]. Однако как новое вещество он описан не был, ван Марум считал, что образуется особая «электрическая материя».

Термин озон был предложен немецким химиком X. Ф. Шёнбейном в 1840 году за его пахучесть, вошёл в словари в конце XIX века. Многие источники именно ему отдают приоритет открытия озона в 1839 году. В 1840 году Шёнбейн показал способность озона вытеснять иод из иодида калия[6]:

Эту реакцию используют для качественного определения озона с помощью фильтровальной бумаги, пропитанной смесью растворов крахмала и иодида калия (иодкрахмальной бумаги) — она в озоне синеет ввиду взаимодействия выделяющегося иода с крахмалом[7].

Факт уменьшения объёма газа при превращении кислорода в озон экспериментально доказали в 1860 году Эндрюс и Тэт при помощи стеклянной трубки с манометром, наполненной чистым кислородом, со впаянными в неё платиновыми проводниками для получения электрического разряда[6].

Физические свойства[править | править код]

  • Молекулярная масса — 48 а.е.м.
  • Плотность газа при нормальных условиях 2,1445 г/дм³. Относительная плотность газа по кислороду 1,5; по воздуху 1,62 (1,658[8]).
  • Плотность жидкости при −188 °C (85,2 К) составляет 1,59(7) г/см³[1].
  • Плотность твёрдого озона при −195,7 °С (77,4 К) равна 1,73(2) г/см3[1].
  • Температура кипения −111,8(3) °C (161,3 К)[1]. Жидкий озон — тёмно-фиолетового цвета.
  • Температура плавления −197,2(2) °С (75,9 К) Приводимая иногда т.пл. −251,4 °C (21,7 К) ошибочна, так как при её определении не учитывалась большая способность озона к переохлаждению[9]. По другим сведениям[1]Tпл = −192,5(4) °С (80,6 К). В твёрдом состоянии — чёрного цвета с фиолетовым отблеском.
  • Критическая температура −12,0 °С (261,1 К)[1].
  • Критическое давление 51,6 атм[1].
  • Коэффициент диффузии (при 300 К, 1 атм) 0,157 см2/с[1].
  • Теплота плавления 2,1 кДж/моль[1].
  • Теплота испарения при температуре кипения в различных источниках указывается от 11,17 до 15,19 кДж/моль[1]; при 90 К от 15,27 до 16,6 кДж/моль[1].
  • Растворимость в воде при 0 °С — 0,394 кг/м³ (0,494 л/кг), она в 10 раз выше по сравнению с кислородом. Кажущаяся растворимость сильно зависит от чистоты воды, поскольку примеси катализируют распад озона.
  • Жидкий озон смешивается во всех отношениях с жидкими аргоном, азотом, фтором, метаном, углекислотой, тетрахлоруглеродом. Смешивается с жидким кислородом во всех отношениях при температуре выше 93 К, ниже этой температуры раствор расслаивается на две фазы[1].
  • Хорошо растворяется в фреонах, образуя стабильные растворы (используется для хранения и перевозки).
  • Потенциал ионизации молекулы 12,52 эВ[1].
  • 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[править | править код]

Образование озона проходит по обратимой реакции:

Читайте также:  Какие свойства известняка позволяют использовать для строительства

Молекула О3 неустойчива и при достаточных концентрациях в воздухе при нормальных условиях самопроизвольно за несколько десятков минут[10] превращается в O2 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 азотной кислоты озон стабилизируется, а в герметичных сосудах из стекла, некоторых пластмасс или чистых металлов озон при низких температурах (−78 °С) практически не разлагается.

Озон — мощный окислитель, намного более реакционноспособный, чем двухатомный кислород. Окисляет почти все металлы (за исключением золота, платины[11] и иридия) до их высших степеней окисления. Окисляет многие неметаллы. Продуктом реакции в основном является кислород.

Озон повышает степень окисления оксидов:

Эта реакция сопровождается хемилюминесценцией. Диоксид азота может быть окислен до азотного ангидрида:

Озон не реагирует с молекулярным азотом при комнатной температуре, но при 295°С вступает с ним в реакцию:

Озон реагирует с углеродом при нормальной температуре с образованием диоксида углерода:

Озон не реагирует с аммониевыми солями, но реагирует с аммиаком с образованием нитрата аммония:

Озон реагирует с водородом с образованием воды и кислорода:

Озон реагирует с сульфидами с образованием сульфатов:

С помощью озона можно получить серную кислоту как из элементарной серы, так и из диоксида серы и сероводорода:

В газовой фазе озон взаимодействует с сероводородом с образованием диоксида серы:

В водном растворе проходят две конкурирующие реакции с сероводородом, одна с образованием элементарной серы, другая с образованием серной кислоты:

Все три атома кислорода в озоне могут реагировать по отдельности в реакции хлорида олова с соляной кислотой и озоном:

Обработкой озоном раствора иода в холодной безводной хлорной кислоте может быть получен перхлорат иода(III):

Твёрдый перхлорат нитрония (англ.)русск. может быть получен реакцией газообразных NO2, ClO2 и O3:

Озон может участвовать в реакциях горения, при этом температуры горения выше, чем с двухатомным кислородом:

Озон может вступать в химические реакции и при низких температурах. При 77 K (−196 °C, температура кипения жидкого азота), атомарный водород взаимодействует с озоном с образованием гидропероксидного радикала с димеризацией последнего[12]:

Озон может образовывать неорганические озониды, содержащие анион O3−. Эти соединения взрывоопасны и могут храниться только при низких температурах. Известны озониды всех щелочных металлов (кроме франция). KO3, RbO3 и CsO3 могут быть получены из соответствующих супероксидов:

Озонид калия может быть получен и другим путём из гидроксида калия[13]:

NaO3 и LiO3 могут быть получены действием CsO3 в жидком аммиаке NH3 на ионообменные смолы, содержащие ионы Na+ или Li+[14]:

Обработка озоном раствора кальция в аммиаке приводит к образованию озонида аммония, а не кальция[12]:

Озон может быть использован для удаления железа и марганца из воды с образованием осадка (соответственно гидроксида железа(III) и диоксигидрата марганца), который может быть отделён фильтрованием:

В кислых средах окисление марганца может идти до перманганата.

Озон превращает токсичные цианиды в менее опасные цианаты:

Озон может полностью разлагать мочевину[15] :

Взаимодействие озона с органическими соединениями с активированным или третичным атомом углерода при низких температурах приводит к соответствующим гидротриоксидам. Реакция озона с непредельными соединениями с образованием органических озонидов находит применение в анализе органических веществ.

Получение озона[править | править код]

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 O3 легче, чем O2, и потому их несложно разделить. Озон для озонотерапии в медицине получают только из чистого кислорода. При облучении воздуха жёстким 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 взаимодействием охлаждённой концентрированной серной кислоты с пероксидом бария[7]:

Токсичность[править | править код]

Высокая окисляющая способность озона и образование во многих реакциях с его участием свободных радикалов кислорода определяют его высокую токсичность. Воздействие озона на организм является общетоксическим, раздражающим, канцерогенным и мутагенным, а также может приводить к преждевременной смерти[16].

Наиболее опасное воздействие высоких концентраций озона в воздухе:

  • на органы дыхания прямым раздражением;

Озон в Российской Федерации отнесён к первому, самому высокому классу опасности вредных веществ. Нормативы по озону:

  • максимальная разовая предельно допустимая концентрация (ПДК м.р.) в атмосферном воздухе населённых мест 0,16 мг/м³[17];
  • среднесуточная предельно допустимая концентрация (ПДК с.с.) в атмосферном воздухе населённых мест 0,03 мг/м³[17];
  • предельно допустимая концентрация (ПДК) в воздухе рабочей зоны 0,1 мг/м³.
  • Минимальная смертельная концентрация (LC50) — 4,8 ppm

При этом, порог человеческого обоняния приближённо равен 0,01 мг/м³[18].

Озон эффективно убивает плесень и бактерии.

Применение озона[править | править код]

Применение озона обусловлено его свойствами:

  • сильного окисляющего реагента:
    • 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 растворов, применяемых в медицине (как для внутривенного, так и для контактного применения).
Читайте также:  Какого свойства нет у мышц

Существенными достоинствами озонирования, по сравнению с хлорированием, является отсутствие[18] токсинов (кроме формальдегида) в обработанной воде (тогда как при хлорировании возможно образование существенного количества хлорорганических соединений, многие из которых токсичны, например, диоксин) и лучшая, по сравнению с кислородом, растворимость в воде.

По заявлениям озонотерапевтов, здоровье человека значительно улучшается при лечении озоном (наружно, перорально, внутривенно и экстракорпорально), однако ни одно объективное клиническое исследование не подтвердило сколько-нибудь выраженный терапевтический эффект. Более того, при использовании озона в качестве лекарственного средства (особенно при непосредственном воздействии на кровь пациента) доказанный риск его мутагенного, канцерогенного и токсического воздействия перевешивает любые теоретически возможные положительные эффекты, поэтому практически во всех развитых странах озонотерапия не признаётся лекарственным методом, а её применение в частных клиниках возможно исключительно с информированного согласия пациента[19].

В XXI веке многие фирмы начали выпуск так называемых бытовых озонаторов, предназначенных также для дезинфекции помещений (подвалов, комнат после вирусных заболеваний, складов, заражённых бактериями и грибками вещей), зачастую умалчивая о мерах предосторожности, необходимых при применении данной техники[источник не указан 2978 дней].

Применение жидкого озона[править | править код]

Давно рассматривается применение озона в качестве высокоэнергетического и вместе с тем экологически чистого окислителя в ракетной технике[20]. 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 большая плотность, чем у жидкого кислорода (1,35 и 1,14 г/см3 соответственно), а его температура кипения выше (−112 °C и −183 °C соответственно), поэтому в этом отношении преимущество в качестве окислителя в ракетной технике больше у жидкого озона. Однако препятствием является химическая неустойчивость и взрывоопасность жидкого озона с разложением его на O и O2, при котором возникает движущаяся со скоростью около 2 км/с детонационная волна и развивается разрушающее детонационное давление более 3·107 дин/см2 (3 МПа), что делает применение жидкого озона невозможным при нынешнем уровне техники, за исключением использования устойчивых кислород-озоновых смесей (до 24 % озона). Преимуществом подобной смеси также является больший удельный импульс для водородных двигателей, по сравнению с озон-водородными[21]. На сегодняшний день такие высокоэффективные двигатели, как РД-170, РД-180, РД-191, а также разгонные вакуумные двигатели вышли по УИ на близкие к предельным параметры и для повышения УИ осталось возможным перейти на новые виды топлива.

Озон в атмосфере[править | править код]

Распределение озона по высоте

Атмосферный (стратосферный) озон является продуктом воздействия солнечного излучения на атмосферный (О2) кислород. Однако тропосферный озон является загрязнителем, который может угрожать здоровью людей и животных, а также повреждает растения.

Считается, что молнии Кататумбо являются крупнейшим одиночным генератором тропосферного озона на Земле.

Примечания[править | править код]

  1. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 Лунин, 1998.
  2. ↑ Holleman, Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie. ss. 91–100. Auflage. de Gruyter, 1985, S. 460.
  3. 1 2 https://www.cdc.gov/niosh/npg/npgd0476.html
  4. ↑ Takehiko Tanaka; Yonezo Morino. Coriolis interaction and anharmonic potential function of ozone from the microwave spectra in the excited vibrational states // Journal of Molecular Spectroscopy. — 1970. — Vol. 33. — P. 538—551.
  5. ↑ Kenneth M. Mack; J. S. Muenter. Stark and Zeeman properties of ozone from molecular beam spectroscopy // Journal of Chemical Physics. — 1977. — Vol. 66. — P. 5278—5283.
  6. 1 2 3 С. С. Колотов, Д. И. Менделеев. Озон // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
  7. 1 2 Получение озона и его определение — видеоопыт в Единой коллекции цифровых образовательных ресурсов

  8. Справочник химика, т. II. Л., «Химия», 1971.
  9. Карякин Ю. В., Ангелов И. И. Чистые химические вещества. — М.: Химия, 1974.
  10. ↑ Earth Science FAQ: Where can I find information about the ozone hole and ozone depletion? Архивировано 1 июня 2006 года.
  11. ↑ Платина не окисляется озоном, но катализирует его разложение.
  12. 1 2 Horvath M., Bilitzky L., & Huttner J., 1985. «Ozone.» pg 44-49
  13. ↑ Housecroft & Sharpe, «Inorganic Chemistry». — 2005. — P. 439.
  14. ↑ Housecroft & Sharpe, «Inorganic Chemistry». — 2005. — P. 265
  15. ↑ Horvath M., Bilitzky L., & Huttner J., 1985. «Ozone.» pg 259, 269—270
  16. ↑ National Academy of Sciences: Link Between Ozone Air Pollution and Premature Death Confirmed
  17. 1 2 Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населённых мест. Гигиенические нормативы 2.1.6.1338-03 (недоступная ссылка). Дата обращения 21 ноября 2012. Архивировано 3 декабря 2013 года.
  18. 1 2 Озон — мирное оружие XXI века — Костромской научно-исследовательский институт сельского хозяйства
  19. ↑ Questionable methods of cancer management: hydrogen peroxide and other ‘hyperoxygenation’ therapies Архивная копия от 7 июля 2010 на Wayback Machine, American Cancer Society
  20. ↑ Перспективные окислители. (недоступная ссылка). Дата обращения 24 декабря 2009. Архивировано 3 ноября 2009 года.
  21. ↑ The Dynamics of Unsteady Detonation in Ozone
Читайте также:  Какие основные свойства магнитного поля вам известны

Литература[править | править код]

  • Разумовский С. Д., Заиков Г. Е. Озон и его реакции с органическими соединениями (кинетика и механизм). — М.: Наука, 1974. — 322 с.
  • Лунин В. В., Попович М. П., Ткаченко С. Н. Физическая химия озона. — М.: МГУ, 1998. — 480 с. — ISBN 5-211-03719-7.

Ссылки[править | править код]

  • [www.xumuk.ru/encyklopedia/2/3007.html Озон] — Химическая энциклопедия.
  • Озон — не всегда хорошо // Наука и жизнь : журнал. — 1992. — № 8. — С. 155.

Некоторые внешние ссылки в этой статье ведут на сайты, занесённые в спам-лист.

Эти сайты могут нарушать авторские права, быть признаны неавторитетными источниками или по другим причинам быть запрещены в Википедии. Редакторам следует заменить такие ссылки ссылками на соответствующие правилам сайты или библиографическими ссылками на печатные источники либо удалить их (возможно, вместе с подтверждаемым ими содержимым).

Список проблемных доменов

Источник

Начнем с самого простого вопроса: Откуда вообще берется озон и что это такое?

Для того, чтобы нам с вами жить, нужен кислород, то есть молекулы О2. Об этом все мы знаем еще со школы. Однако, кислород имеет аллотропную модификацию: О3, которую называют озоном.

В природе озон может образоваться несколькими способами. Первый – благодаря солнечной радиации. Второй – благодаря электрическим разрядам в атмосфере, то есть молниям.

Третий – в электромагнитных полях силовых кабелей и других электрических устройств.

Какое применение имеет озон?

Во-первых, озон является хорошим средством для обеззараживания питьевой воды, очистки промышленных сточных вод и выбросов в атмосферу от вредных примесей, например от фенолов и цианидов.

Во-вторых, в химии озон применяется как сильный окислитель.

Благодаря этому свойству озон используется для стерилизации изделий медицинского назначения; для отбеливания бумаги; для очистки масел.

Так что озон можно считать санитаром окружающей среды.

Также, тот факт, что озон более сильный окислитель, чем кислород нашел применение озону в качестве окислителя ракетного топлива. Только не в чистом виде, а в виде смеси кислород-озон.

В чистом виде жидкий озон не применяют, так как он химически неустойчив и взрывоопасен. Да к тому же озон еще и токсичен. На этом моменте плавно перейдем к отрицательным моментам, связанным с озоном.

Как выясняется, озон не во всех случаях полезен.

Конечно в XXI веке многие фирмы выпускают бытовые озонаторы для дезинфекции помещений, например для дома. Но почему-то они умалчивают о мерах безопасности.

Когда вы обеззараживаете помещение, используя такой прибор, не надо самому при этом присутствовать в помещении. Иначе вы рискуете медленно, но верно обеззаразить помещение и от себя, так как озон токсичен.

так выглядит озонатор воздуха

А потом кругом кричат, что экология у нас дрянь, сосед умер от рака, А ведь не пил, не курил, озонатором пользовался, за здоровьем следил.

Да, существуют озонотерапии в некоторых медицинских учреждениях. Но их эффективность клинически не доказана и в развитых странах озонотерапия не признаётся лекарственным методом.

Но если вы хотите дома убить плесень и бактерии, то озон к вашим услугам.

Что еще может сделать озон. Ну например…, хотя возле земли его мало, но его достаточно, чтобы разрушать резину, да хотя бы покрышек автомобилей или в рамах пластиковых окон. Резина трескается и постепенно разрушается.

На высоте 20-25 км над землей находится так называемый озоновый слой. В нем наибольшее содержание озона, где он образуется в результате воздействия ультрафиолетового излучения Солнца на молекулу кислорода.

Ультрафиолетовое излучение также действует на озон, разрушая его. При этом почти полностью поглощается жесткая часть ультрафиолета, которая вызывает загар и рак кожи, и до поверхности Земли доходит лишь несколько процентов.

Озоновый слой образовался в атмосфере Земли примерно 500—600 млн лет назад, когда в ней накопилось достаточно кислорода вследствие фотосинтеза. И только лишь после образования озонового слоя жизнь смогла выйти из океанов;

Без этого высокоразвитые формы жизни типа млекопитающих, включая человека, не возникли бы.

Теперь поговорим о химическом получении озона.

Для этого используем реакцию персульфата аммония с азотной кислотой:

3 (NH4)2S2O8 + 6 HNO3 + 3 H2O = 6 NH4NO3 + 6 H2SO4 + O3

Вот так выглядит устройство для проведения этой реакции. В колбе слева находится персульфат аммония с азотной кислотой

Осторожно подогреем смесь в колбочке и пропустим выходящий газ через раствор иодида калия. В результате образуется йод и раствор окрашивается в жёлтый цвет:

2 KI + O3 + H2O = 2 KOH + I2 + O2

В колбе справа жидкость потемнела и начал выделяться газ. Это и есть озон, а раствор потемнел из-за того, что выделился йод (о том, что такое йод можно прочитать в нашей статье)

Подводя итоги можно сказать о том, что озон является как помощником человека в некоторых делах и спасителем от солнечной радиации, так и сильным окислителем и ядовитым газом, который оказывает очень пагубное влияние.

На этом всё!

Не забывайте поставить лайк и подписаться на наш канал!

Источник