Озон - це газ. На відміну від багатьох інших він не прозорий, а має характерний колір і навіть запах. Він присутній в нашій атмосфері і є одним з найважливіших її складових. Яка щільність озону, його маса та інші властивості? Яка його роль у житті планети?
Блакитний газ
У хімії озон не має окремого місця в таблиці Менделєєва. Все тому, що він не є елементом. Озон - це аллотропна модифікація або ж варіація кисню. Як і в O2, його молекула складається тільки з атомів кисню, але має їх не два, а три. Тому його хімічна формула виглядає як O3.
Озон є газом блакитного кольору. Він володіє добре помітним різким запахом, що нагадує хлор, якщо концентрація буде занадто великою. Ви пам'ятаєте запах свіжості під час дощу? Це і є озон. Завдяки такій властивості він і отримав свою назву, адже з давньогрецької мови «озон» - це «пахну».
Молекула газу полярна, атоми в ній з'єднуються під кутом 116,78 °. Озон утворюється, коли до молекули O2 приєднується вільний атом кисню. Відбувається це під час різних реакцій, наприклад, окислення фосфору, електричного розряду або розкладання перекисів, в ході яких і звільняються атоми оксигена.
Властивості озону
За нормальних умов озон існує у вигляді газу з молекулярною масою майже 48 г/моль. Він є діамагнетиком, тобто не здатний притягуватися до магніту, точно так само, як срібло, золото або азот. Щільність озону становить 2,1445 г/дм .
У твердому стані озон набуває іссиня-чорний колір, в рідкому - колір індиго, близький до фіолетового. Температура кипіння при цьому становить 111,8 градусів Цельсія. При температурі нуль градусів він розчиняється у воді (тільки в чистій) у десять разів краще кисню. Він відмінно змішується з рідким метаном, азотом, фтором, аргоном, а за певних умов і з киснем.
Під дією ряду каталізаторів легко окислюється, виділяючи при цьому вільні атоми кисню. З'єднуючись з ним, тут же займається. Речовина здатна окислити практично всі метали. Не піддаються його дії тільки платина і золота. Він руйнує різні органічні та ароматичні сполуки. При контакті з аміаком утворює нітрит амонію, руйнує подвійні вуглецеві зв'язки.
Присутня в атмосфері у великих концентраціях, озон мимовільно розкладається. При цьому виділяється тепло і утворюється молекула O2. Чим вища його концентрація, тим сильніша реакція тепловиділення. При вмісті озону більше 10% вона супроводжується вибухом. При збільшенні температури і зниженні тиску або при контакті з органічними речовинами розкладання O3 відбувається швидше.
Історія відкриття
У хімії озон не був відомий до XVIII століття. Виявлений він був у 1785 році завдяки запаху, який фізик Ван Марум почув поруч з працюючою електростатичною машиною. Ще 50 років після цього газ ніяк не фігурував у наукових експериментах і дослідженнях.
Вчений Крістіан Шенбейн у 1840 році вивчав окислення білого фосфору. Під час експериментів йому вдалося виділити невідому речовину, яку він назвав «озон». Хімік впритул зайнявся вивченням його властивостей і описав способи отримання знову відкритого газу.
Незабаром до досліджень речовини підключилися й інші вчені. Знаменитий фізик Нікола Тесла навіть спорудив перший в історії генератор озону. Промислове використання O3 почалося наприкінці XIX століття з появою перших установок для подачі в будинки питної води. Речовину застосовували для дезінфікування.
Озон в атмосфері
Наша Земля оточена невидимою оболонкою з повітря - атмосферою. Без неї життя на планеті було б неможливим. Складові атмосферного повітря: кисень, озон, азот, водень, метан та інші гази.
Сам по собі озон не існує і виникає тільки в результаті хімічних реакцій. Близько до поверхні Землі він утворюється за рахунок електричних розрядів блискавки під час грози. Неприродним шляхом він з'являється завдяки викидам вихлопних газів автомобілів, заводів, випаровувань бензину, дії теплових електростанцій.
Озон нижніх шарів атмосфери називають приземним або тропосферним. Існує і стратосферний. Він виникає під дією ультрафіолетового випромінювання, що йде від Сонця. Він утворюється на відстані 19-20 кілометрів над поверхнею планети і тягнеться до висоти 25-30 кілометрів.
Стратосферний O3 формує озоновий шар планети, який захищає її від потужної сонячної радіації. Він поглинає приблизно 98% ультрафіолетового випромінювання з довжиною хвилі, достатньої для виникнення ракових захворювань і опіків.
Застосування речовини
Озон - це відмінний окислювач і руйнівник. Така властивість давно використовується для очищення питної води. Речовина згубно діє на небезпечні для людини бактерії і віруси, а сама при окисленні перетворюється на нешкідливий кисень.
Він здатний вбити навіть стійких до хлору організмів. Крім того, його застосовують для очищення стічних вод від згубних для навколишнього середовища нафтопродуктів, сульфідів, фенолів тощо. Такі практики поширені в основному на території США і деяких країн Європи.
Озон застосовують у медицині для знезараження інструментів, у промисловості з його допомогою відбілюють папір, очищають масла, отримують різні речовини. Застосування O3 для очищення повітря, води і приміщення називається озонуванням.
Озон і людина
Незважаючи на всі свої корисні властивості, озон може бути небезпечний для людини. Якщо в повітрі газу виявиться більше, ніж може перенести людина, отруєння не уникнути. У Росії його допустима норма становить 0,1 мкг/л.
При перевищенні цієї норми з'являються типові ознаки хімічного отруєння, такі як головний біль, подразнення слизових, запаморочення. Озон зменшує опір організму до інфекцій, що передаються через дихальні шляхи, а також знижує тиск крові. При концентрації газу вище 8-9 мкг/л можливий набряк легенів і навіть смерть.
При цьому розпізнати озон у повітрі досить легко. Запах «свіжості», хлору або «раків» (як стверджував Менделєєв) чітко чути і при незначному вмісті речовини.