Ozono (elemento chimico): proprietà, formula, designazione. Metodi per la produzione di ozono. L'ozono (O3) è una modificazione triatomica dell'ossigeno (O2)

Nel 1785, il fisico olandese Van Marum, conducendo esperimenti con l'elettricità, attirò l'attenzione sull'odore durante la formazione di scintille in una macchina elettrica e sulle proprietà ossidanti dell'aria dopo che le scintille elettriche la attraversavano.

Nel 1840, lo scienziato tedesco Sheinbein, lavorando sull'idrolisi dell'acqua, tentò di dividerla in ossigeno e idrogeno utilizzando un arco elettrico. E poi scoprì che si era formato un nuovo gas, fino ad allora sconosciuto alla scienza, con un odore specifico. Il nome "ozono" è stato assegnato al gas da Sheinbein per il suo odore caratteristico e deriva dalla parola greca "ozien", che significa "annusare".

Nel 1857, con l’aiuto del “tubo perfetto a induzione magnetica” creato da Werner von Siemens, fu costruito il primo impianto tecnico di ozono. Nel 1901 Siemens costruì a Wiesband la prima centrale idroelettrica con generatore di ozono.

Storicamente, l’uso dell’ozono è iniziato con gli impianti di trattamento dell’acqua potabile, quando il primo impianto pilota fu testato nella città di San Maur (Francia) nel 1898. Già nel 1907 venne costruito il primo impianto di ozonizzazione dell’acqua nella città di Bon Voyage (Francia), per le esigenze della città di Nizza. Nel 1911 a San Pietroburgo fu messa in funzione una stazione di ozonizzazione dell'acqua potabile (attualmente non operativa). Nel 1916 esistevano già 49 impianti per l'ozonizzazione dell'acqua potabile.

Nel 1977 si contavano già più di 1000 installazioni in tutto il mondo. L'ozono si è diffuso solo negli ultimi 30 anni, grazie all'avvento di dispositivi affidabili e compatti per la sua sintesi: ozonizzatori (generatori di ozono).

Attualmente il 95% dell’acqua potabile in Europa è trattata con ozono. Negli USA è in corso il processo di conversione dalla clorazione all’ozonizzazione. Ci sono diverse grandi stazioni in Russia (a Mosca, Nizhny Novgorod e in altre città).

2. Ozono e sue proprietà

Il meccanismo di formazione e la formula molecolare dell'ozono

È noto che la molecola di ossigeno è composta da 2 atomi: O2. In determinate condizioni, una molecola di ossigeno può dissociarsi, ad es. disintegrarsi in 2 atomi separati. In natura, queste condizioni si creano durante un temporale durante le scariche di elettricità atmosferica e negli strati superiori dell'atmosfera, sotto l'influenza della radiazione ultravioletta del sole (strato di ozono della Terra). Il meccanismo di formazione e la formula molecolare dell'ozono. Tuttavia, l’atomo di ossigeno non può esistere separatamente e tende a raggrupparsi nuovamente. Durante questo riarrangiamento si formano molecole a 3 atomi.

Molecola di ozono Una molecola composta da 3 atomi di ossigeno, chiamata ozono o ossigeno attivato, è una modificazione allotropica dell'ossigeno e ha la formula molecolare O3 (d = 1,28 A, q = 116,5°).

Va notato che il legame del terzo atomo nella molecola di ozono è relativamente debole, il che provoca l'instabilità della molecola nel suo insieme e la sua tendenza ad autodisintegrarsi.

Proprietà dell'ozono

L'ozono O3 è un gas bluastro dal caratteristico odore pungente, peso molecolare 48 g/mol; densità relativa all'aria 1.657 (l'ozono è più pesante dell'aria); densità a 0°C e pressione 0,1 MPa 2,143 kg/m3. Produzione di ozono

In basse concentrazioni pari a 0,01-0,02 mg/m3 (cinque volte inferiori alla concentrazione massima consentita per l'uomo), l'ozono conferisce all'aria un caratteristico odore di freschezza e pulizia. Ad esempio, dopo un temporale, il sottile odore dell'ozono è invariabilmente associato all'aria pulita.

Come accennato in precedenza, la molecola di ozono è instabile e ha la proprietà di autodisintegrarsi. È grazie a questa proprietà che l'ozono è un forte agente ossidante e un disinfettante eccezionalmente efficace.

Potenziale dell'ozono

Una misura dell'efficacia di un ossidante è il suo potenziale elettrochimico (ossidazione), espresso in volt. Di seguito sono riportati i valori di potenziale elettrochimico di vari agenti ossidanti in confronto all’ozono:

La tabella mostra che l'ozono è il più potente tra tutti gli agenti ossidanti utilizzati nel trattamento dell'acqua.

Applicazione in loco

L'instabilità dell'ozono ne rende necessario l'uso direttamente nel punto di produzione. L’ozono non può essere confezionato, immagazzinato o trasportato.

Solubilità dell'ozono in acqua

Secondo la legge di Henry, la concentrazione di ozono nell'acqua aumenta all'aumentare della concentrazione di ozono nella fase gassosa mescolata all'acqua. Inoltre, maggiore è la temperatura dell'acqua, minore è la concentrazione di ozono nell'acqua.

La solubilità dell'ozono nell'acqua è 12 volte superiore a quella dell'ossigeno, ma inferiore a quella del cloro. Se consideriamo il 100% di ozono, la sua concentrazione massima nell'acqua è di 570 mg/l ad una temperatura dell'acqua di 20°C. La concentrazione di ozono nel gas in uscita dai moderni impianti di ozonizzazione raggiunge il 14% in peso. Di seguito è riportata la dipendenza della concentrazione di ozono disciolto nell'acqua distillata dalla concentrazione di ozono nel gas e dalla temperatura dell'acqua.

Autodecomposizione dell'ozono nell'acqua e nell'aria

La velocità di decomposizione dell'ozono nell'aria o nell'acqua viene stimata utilizzando il tempo di dimezzamento, ovvero tempo durante il quale la concentrazione di ozono viene dimezzata.

Autodecomposizione dell'ozono nell'acqua (pH 7)

Autodecomposizione dell'ozono nell'aria

Le tabelle mostrano che le soluzioni acquose di ozono sono molto meno stabili dell'ozono gassoso. I dati sulla decomposizione dell'ozono nell'acqua sono forniti per acqua pulita che non contiene impurità disciolte e sospese. Il tasso di decadimento dell'ozono nell'acqua aumenta molte volte nei seguenti casi:

1. se nell'acqua sono presenti impurità ossidate dall'ozono (il bisogno chimico dell'acqua per l'ozono)
2. con maggiore torbidità dell'acqua, perché all'interfaccia tra particelle e acqua, le reazioni di autodecomposizione dell'ozono procedono più velocemente (catalisi)
3. quando l'acqua è esposta ai raggi UV

3. Metodi per produrre ozono

Attualmente sono ampiamente utilizzati due metodi di produzione dell’ozono:

*Irradiazione UV

* sotto l'influenza di una scarica corona silenziosa (cioè diffusa, senza scintille).

1. Irradiazione UV

L'ozono può formarsi vicino alle lampade UV, ma solo in piccole concentrazioni (0,1% in peso).

2.Scarico della corona

Allo stesso modo in cui l'ozono viene prodotto dalle scariche elettriche durante i temporali, nei moderni generatori elettrici di ozono vengono prodotte grandi quantità di ozono. Questo metodo è chiamato scarica corona. L'alta tensione viene fatta passare attraverso un flusso di gas contenente ossigeno. L'energia ad alta tensione divide la molecola di ossigeno O2 in 2 atomi di O, che si combinano con la molecola di O2 per formare ozono O3.

L'ossigeno puro fornito al generatore di ozono può essere sostituito da aria ambiente contenente un'alta percentuale di ossigeno.

Questo metodo aumenta il contenuto di ozono al 10-15% in peso

Consumo energetico: 20 - 30 W/g O3 per aria 10 - 15 W/g O3 per ossigeno

4. Utilizzo dell'ozono per la purificazione e disinfezione dell'acqua

Disinfezione dell'acqua

L'ozono distrugge tutti i microrganismi conosciuti: batteri, virus, protozoi, le loro spore, cisti, ecc.; Inoltre, l’ozono è più forte del 51% rispetto al cloro e agisce 15-20 volte più velocemente. Con una concentrazione di ozono di 0,45 mg/l il virus della poliomielite muore in 2 minuti, mentre con il cloro muore in 3 ore con 1 mg/l.

L'ozono colpisce le forme di spore dei batteri 300-600 volte più forti del cloro.

L'ozono distrugge il sistema redox dei batteri e il loro protoplasma.

Coefficienti letali biologici (BLC*) quando si utilizzano vari disinfettanti

*Più alto è il BLK, più potente è il disinfettante

Confronto di disinfettanti

Deodorizzazione dell'acqua

Durante l'ozonizzazione le impurità organiche e minerali, che sono la fonte di odori e sapori, vengono ossidate. L'acqua trattata con ozono contiene più ossigeno e ha il sapore dell'acqua fresca di sorgente.

Preparazione finale dell'acqua potabile su linee di imbottigliamento
Ozonizzazione sulla linea di imbottigliamento. Purificata e preparata per l'imbottigliamento, l'acqua viene saturata di ozono, completamente disinfettata e per un tempo relativamente breve acquisisce proprietà disinfettanti. Grazie a ciò, la sicurezza microbiologica del processo di riempimento aumenta; l'acqua ozonizzata sterilizza in modo affidabile le pareti del contenitore, il tappo e l'intercapedine d'aria sotto il tappo. La durata di conservazione dell'acqua dopo l'ozonizzazione aumenta molte volte. Particolarmente efficace è il trattamento combinato dell'acqua con ozono in combinazione con il risciacquo dei contenitori.

Ossidazione di ferro, manganese, idrogeno solforato

Ferro, manganese e idrogeno solforato vengono facilmente ossidati dall'ozono. In questo caso il ferro si trasforma in idrossido insolubile, che viene poi facilmente trattenuto nei filtri. Il manganese viene ossidato in ione permanganato, che può essere facilmente rimosso utilizzando filtri a carbone. L'idrogeno solforato, i solfuri e gli idrosolfuri si trasformano in solfati innocui. Il processo di ossidazione e formazione di sedimenti filtrabili durante l'ozonizzazione avviene in media 250 volte più velocemente che durante l'aerazione. L'uso dell'ozono è particolarmente efficace per la deferrizzazione di acque contenenti complessi organici di ferro e forme batteriche di ferro, manganese e idrogeno solforato.

Depurazione delle acque superficiali dalle impurità antropiche

L'ozonizzazione dell'acqua prechiarificata seguita dalla filtrazione tramite carbone attivo è un metodo affidabile per purificare le acque superficiali da fenoli, prodotti petroliferi, pesticidi e metalli pesanti (purificazione per ossidazione-assorbimento).

Purificazione e disinfezione dell'acqua negli allevamenti e negli allevamenti di pollame

Ozonizzazione in un allevamento di pollame. Fornire acqua disinfettata con ozono agli abbeveratoi per pollame e animali non solo aiuta a ridurre la morbilità e il rischio di epidemie di massa, ma provoca anche un aumento di peso accelerato negli uccelli e negli animali.

Pulizia e disinfezione delle acque reflue

Con l'aiuto dell'ozono le acque reflue vengono scolorite.

Con l'aiuto dell'ozonizzazione, le acque reflue possono essere conformi ai severi requisiti dei bacini di pesca in termini di contenuto di fenoli, prodotti petroliferi e tensioattivi, nonché di indicatori microbiologici.

Ozonizzazione dell'acqua per il trattamento sanitario di prodotti e attrezzature

Come accennato in precedenza, la durata di conservazione dell'acqua ozonizzata durante il processo di imbottigliamento aumenta notevolmente a causa del fatto che l'acqua prodotta acquisisce le proprietà di una soluzione disinfettante.

Durante la lavorazione dei prodotti alimentari, i batteri si moltiplicano sulle attrezzature contaminate, producendo forti odori di putrefazione e decomposizione. Il risciacquo delle attrezzature con acqua ozonizzata dopo aver rimosso la maggior parte dei contaminanti porta alla disinfezione delle superfici, ad un effetto rinfrescante sull'aria nella stanza e ad un miglioramento delle condizioni sanitarie e igieniche generali della produzione.

Ozonizzazione per il trattamento sanitario. Nell'acqua per la sanificazione delle attrezzature, a differenza dell'ozonizzazione dell'acqua prima dell'imbottigliamento, si creano concentrazioni più elevate di ozono.

Allo stesso modo, pesce e frutti di mare, carcasse di pollame e verdure possono essere trattati con acqua ozonizzata prima del confezionamento. La durata dei prodotti lavorati prima dello stoccaggio aumenta e il loro aspetto dopo lo stoccaggio differisce poco dai prodotti freschi.

5. Aspetti di sicurezza durante l'utilizzo di apparecchiature a ozono

Il gas ozono è tossico e può causare ustioni alle vie respiratorie superiori e avvelenamento (come qualsiasi altro forte agente ossidante).

La concentrazione massima consentita (MAC) di ozono nell'aria dell'area di lavoro è regolata da GOST 12.1.005 "Requisiti sanitari e igienici generali per l'aria dell'area di lavoro", secondo il quale è 0,1 mg/m3.

L'odore dell'ozono viene rilevato dagli esseri umani in concentrazioni di 0,01-0,02 mg/m3, che è 5-10 volte inferiore alla concentrazione massima consentita, quindi la comparsa di un leggero odore di ozono in una stanza non è un segnale allarmante. Per garantire un controllo affidabile del contenuto di ozono, è necessario installare analizzatori di gas nell'area di produzione per monitorare la concentrazione di ozono e, se il limite di concentrazione massimo viene superato, adottare misure tempestive per ridurlo a un livello di sicurezza.

Qualsiasi schema tecnologico contenente apparecchiature per l'ozono deve essere dotato di un separatore di gas, con l'aiuto del quale l'ozono in eccesso (non disciolto) entra nel distruttore catalitico, dove si decompone in ossigeno. Un tale sistema elimina l'ingresso di ozono nell'aria del locale di produzione.

Perché L'ozono è un forte agente ossidante; tutte le linee del gas devono essere realizzate con materiali resistenti all'ozono come acciaio inossidabile e fluoroplastica.

Le proprietà fisiche dell'ozono sono molto caratteristiche: è un gas facilmente esplosivo di colore blu. Un litro di ozono pesa circa 2 grammi e l'aria pesa 1,3 grammi. Pertanto, l’ozono è più pesante dell’aria. Il punto di fusione dell'ozono è meno 192,7ºС. Questo ozono “fuso” è un liquido blu scuro. Il “ghiaccio” dell'ozono ha un colore blu scuro con una sfumatura viola e diventa opaco quando il suo spessore supera 1 mm. Il punto di ebollizione dell'ozono è meno 112ºС. Allo stato gassoso l’ozono è diamagnetico, cioè non ha proprietà magnetiche e allo stato liquido è debolmente paramagnetico. La solubilità dell'ozono nell'acqua di fusione è 15 volte maggiore di quella dell'ossigeno ed è di circa 1,1 g/l. 2,5 grammi di ozono si sciolgono in un litro di acido acetico a temperatura ambiente. Si dissolve bene anche negli oli essenziali, nella trementina e nel tetracloruro di carbonio. L'odore dell'ozono si avverte a concentrazioni superiori a 15 µg/m3 di aria. A concentrazioni minime viene percepito come un “odore di freschezza”; a concentrazioni più elevate acquista una tonalità tagliente e irritante.

L'ozono si forma dall'ossigeno secondo la seguente formula: 3O2 + 68 kcal → 2O3. Esempi classici di formazione di ozono: sotto l'influenza di un fulmine durante un temporale; sotto l’influenza della luce solare nell’alta atmosfera. L'ozono può formarsi anche durante qualsiasi processo accompagnato dal rilascio di ossigeno atomico, ad esempio durante la decomposizione del perossido di idrogeno. La sintesi dell’ozono industriale prevede l’utilizzo di scariche elettriche a basse temperature. Le tecnologie per la produzione di ozono possono differire l'una dall'altra. Pertanto, per produrre l'ozono utilizzato per scopi medici, viene utilizzato solo ossigeno medico puro (senza impurità). La separazione dell'ozono risultante dalle impurità dell'ossigeno solitamente non è difficile a causa delle differenze nelle proprietà fisiche (l'ozono si liquefa più facilmente). Se non sono richiesti determinati parametri qualitativi e quantitativi di reazione, l'ottenimento dell'ozono non presenta particolari difficoltà.

La molecola O3 è instabile e si trasforma abbastanza rapidamente in O2 con il rilascio di calore. A piccole concentrazioni e senza impurità estranee, l'ozono si decompone lentamente, a grandi concentrazioni si decompone in modo esplosivo. L'alcol si accende immediatamente al contatto con esso. Il riscaldamento e il contatto dell'ozono anche con quantità insignificanti del substrato di ossidazione (sostanze organiche, alcuni metalli o loro ossidi) ne accelera notevolmente la decomposizione. L'ozono può essere conservato a lungo a −78ºС in presenza di uno stabilizzatore (una piccola quantità di HNO3), così come in recipienti di vetro, alcune plastiche o metalli nobili.

L’ozono è l’agente ossidante più forte. La ragione di questo fenomeno risiede nel fatto che durante il processo di decadimento si forma ossigeno atomico. Tale ossigeno è molto più aggressivo dell'ossigeno molecolare, perché nella molecola di ossigeno la carenza di elettroni a livello esterno dovuta al loro uso collettivo dell'orbitale molecolare non è così evidente.

Già nel XVIII secolo si notò che il mercurio in presenza di ozono perde la sua lucentezza e si attacca al vetro, ad es. si ossida. E quando l'ozono viene fatto passare attraverso una soluzione acquosa di ioduro di potassio, il gas di iodio inizia a essere rilasciato. Gli stessi “trucchi” non funzionavano con l’ossigeno puro. Successivamente furono scoperte le proprietà dell'ozono, che furono subito adottate dall'umanità: l'ozono si rivelò un ottimo antisettico, l'ozono rimosse rapidamente dall'acqua sostanze organiche di qualsiasi origine (profumi e cosmetici, fluidi biologici), cominciò ad essere ampiamente utilizzato in nell'industria e nella vita di tutti i giorni e si è affermato come alternativa al trapano dentale.

Nel 21° secolo, l'uso dell'ozono in tutti gli ambiti della vita e dell'attività umana è in crescita e sviluppo, e quindi stiamo assistendo alla sua trasformazione da esotico a uno strumento familiare per il lavoro quotidiano. OZONO O3, forma allotropica dell'ossigeno.

Preparazione e proprietà fisiche dell'ozono.

Gli scienziati hanno scoperto per la prima volta l'esistenza di un gas sconosciuto quando hanno iniziato a sperimentare con macchine elettrostatiche. Ciò accadde nel XVII secolo. Ma iniziarono a studiare il nuovo gas solo alla fine del secolo successivo. Nel 1785, il fisico olandese Martin van Marum ottenne l'ozono facendo passare scintille elettriche attraverso l'ossigeno. Il nome ozono apparve solo nel 1840; fu inventato dal chimico svizzero Christian Schönbein, facendolo derivare dal greco ozono - odorare. La composizione chimica di questo gas non differiva dall'ossigeno, ma era molto più aggressiva. Pertanto, ha ossidato istantaneamente lo ioduro di potassio incolore, rilasciando iodio marrone; Schönbein utilizzò questa reazione per determinare l'ozono in base al grado di blu della carta imbevuta in una soluzione di ioduro di potassio e amido. Anche il mercurio e l'argento, che sono inattivi a temperatura ambiente, vengono ossidati in presenza di ozono.

Si è scoperto che le molecole di ozono, come l'ossigeno, sono costituite solo da atomi di ossigeno, ma non due, ma tre. L'ossigeno O2 e l'ozono O3 sono l'unico esempio della formazione di due sostanze semplici gassose (in condizioni normali) da parte di un elemento chimico. Nella molecola O3, gli atomi si trovano ad angolo, quindi queste molecole sono polari. L'ozono si ottiene come risultato dell'adesione di atomi di ossigeno liberi alle molecole di O2, che si formano da molecole di ossigeno sotto l'influenza di scariche elettriche, raggi ultravioletti, raggi gamma, elettroni veloci e altre particelle ad alta energia. C'è sempre un odore di ozono vicino alle macchine elettriche in funzione, in cui le spazzole "scintillano", e vicino alle lampade battericide al quarzo con mercurio che emettono luce ultravioletta. Gli atomi di ossigeno vengono rilasciati anche durante alcune reazioni chimiche. L'ozono si forma in piccole quantità durante l'elettrolisi dell'acqua acidificata, durante la lenta ossidazione del fosforo bianco umido nell'aria, durante la decomposizione di composti ad alto contenuto di ossigeno (KMnO4, K2Cr2O7, ecc.), durante l'azione del fluoro sull'acqua o acido solforico concentrato su perossido di bario. Gli atomi di ossigeno sono sempre presenti nella fiamma, quindi se si dirige un flusso di aria compressa attraverso la fiamma di un bruciatore ad ossigeno, nell'aria si sentirà il caratteristico odore di ozono.

La reazione 3O2 → 2O3 è altamente endotermica: per ottenere 1 mole di ozono devono essere consumati 142 kJ. La reazione inversa avviene con rilascio di energia e si realizza molto facilmente. Di conseguenza, l'ozono è instabile. In assenza di impurità, il gas ozono si decompone lentamente ad una temperatura di 70° C e rapidamente al di sopra di 100° C. La velocità di decomposizione dell'ozono aumenta notevolmente in presenza di catalizzatori. Possono essere gas (ad esempio ossido nitrico, cloro) e molti solidi (anche le pareti di un recipiente). Pertanto, l'ozono puro è difficile da ottenere e lavorare con esso è pericoloso a causa della possibilità di esplosione.

Non sorprende che per molti decenni dopo la scoperta dell’ozono anche le sue costanti fisiche di base siano rimaste sconosciute: per molto tempo nessuno è stato in grado di ottenere ozono puro. Come ha scritto D.I. Mendeleev nel suo libro di testo Fondamenti di chimica, "con tutti i metodi di preparazione del gas ozono, il suo contenuto di ossigeno è sempre insignificante, di solito solo pochi decimi di punto percentuale, raramente il 2%, e solo a temperature molto basse raggiunge 20%”. Solo nel 1880 gli scienziati francesi J. Gotfeil e P. Chappuis ottennero l'ozono dall'ossigeno puro a una temperatura di meno 23 ° C. Si è scoperto che in uno spesso strato di ozono ha un bel colore blu. Quando l'ossigeno ozonizzato raffreddato veniva lentamente compresso, il gas diventava blu scuro e, dopo aver rilasciato rapidamente la pressione, la temperatura scendeva ulteriormente e si formavano goccioline viola scuro di ozono liquido. Se il gas non veniva raffreddato o compresso rapidamente, l'ozono si trasformava istantaneamente in ossigeno con un lampo giallo.

Successivamente è stato sviluppato un metodo conveniente per la sintesi dell’ozono. Se una soluzione concentrata di acido perclorico, fosforico o solforico viene sottoposta ad elettrolisi con un anodo raffreddato di ossido di platino o di piombo (IV), il gas rilasciato all'anodo conterrà fino al 50% di ozono. Anche le costanti fisiche dell'ozono sono state perfezionate. Si liquefa molto più facilmente dell'ossigeno - a una temperatura di -112° C (ossigeno - a -183° C). A -192,7° C l'ozono solidifica. L'ozono solido è di colore blu-nero.

Gli esperimenti con l'ozono sono pericolosi. Il gas ozono può esplodere se la sua concentrazione nell'aria supera il 9%. L'ozono liquido e quello solido esplodono ancora più facilmente, soprattutto se a contatto con sostanze ossidanti. L'ozono può essere immagazzinato a basse temperature sotto forma di soluzioni in idrocarburi fluorurati (freon). Tali soluzioni sono di colore blu.

Proprietà chimiche dell'ozono.

L'ozono è caratterizzato da una reattività estremamente elevata. L'ozono è uno degli agenti ossidanti più forti ed è secondo in questo senso solo al fluoro e al fluoruro di ossigeno OF2. Il principio attivo dell'ozono come agente ossidante è l'ossigeno atomico, che si forma durante il decadimento della molecola di ozono. Pertanto, agendo come agente ossidante, la molecola di ozono, di regola, “utilizza” solo un atomo di ossigeno e gli altri due vengono rilasciati sotto forma di ossigeno libero, ad esempio 2KI + O3 + H2O → I2 + 2KOH + O2. Si verifica anche l'ossidazione di molti altri composti. Tuttavia, ci sono delle eccezioni quando la molecola di ozono utilizza tutti e tre gli atomi di ossigeno di cui dispone per l'ossidazione, ad esempio 3SO2 + O3 → 3SO3; Na2S + O3 → Na2SO3.

Una differenza molto importante tra ozono e ossigeno è che l'ozono presenta proprietà ossidanti già a temperatura ambiente. Ad esempio, PbS e Pb(OH)2 non reagiscono con l'ossigeno in condizioni normali, mentre in presenza di ozono il solfuro viene convertito in PbSO4 e l'idrossido in PbO2. Se una soluzione concentrata di ammoniaca viene versata in un recipiente con ozono, apparirà del fumo bianco: si tratta dell'ozono che ossida l'ammoniaca per formare nitrito di ammonio NH4NO2. Particolarmente caratteristica dell'ozono è la capacità di “annerire” oggetti d'argento con formazione di AgO e Ag2O3.

Aggiungendo un elettrone e diventando uno ione negativo O3-, la molecola di ozono diventa più stabile. I "sali dell'acido dell'ozono" o gli ozonidi contenenti tali anioni sono noti da molto tempo: sono formati da tutti i metalli alcalini tranne il litio e la stabilità degli ozonidi aumenta dal sodio al cesio. Sono noti anche alcuni ozonidi di metalli alcalino terrosi, ad esempio Ca(O3)2. Se un flusso di gas ozono viene diretto sulla superficie di un alcali solido secco, si forma una crosta rosso-arancio contenente ozonidi, ad esempio 4KOH + 4O3 → 4KO3 + O2 + 2H2O. Allo stesso tempo, gli alcali solidi legano efficacemente l'acqua, proteggendo l'ozonuro dall'idrolisi immediata. Tuttavia, con un eccesso di acqua, gli ozonidi si decompongono rapidamente: 4KO3+ 2H2O → 4KOH + 5O2. La decomposizione avviene anche durante lo stoccaggio: 2KO3 → 2KO2 + O2. Gli ozonidi sono altamente solubili nell'ammoniaca liquida, il che ha permesso di isolarli nella loro forma pura e studiarne le proprietà.

Le sostanze organiche con cui entra in contatto l'ozono vengono solitamente distrutte. Pertanto, l'ozono, a differenza del cloro, è in grado di dividere l'anello benzenico. Quando si lavora con l'ozono, non è possibile utilizzare tubi e tubi di gomma: perderanno immediatamente. Le reazioni dell'ozono con i composti organici rilasciano grandi quantità di energia. Ad esempio, l'etere, l'alcool, il cotone idrofilo imbevuto di trementina, il metano e molte altre sostanze si accendono spontaneamente a contatto con l'aria ozonizzata e la miscelazione dell'ozono con l'etilene provoca una forte esplosione.

Applicazione dell'ozono.

Non sempre l’ozono “brucia” la materia organica; in alcuni casi è possibile effettuare reazioni specifiche con ozono altamente diluito. Ad esempio, quando l'acido oleico viene ozonizzato (si trova in grandi quantità negli oli vegetali), si forma l'acido azelaico HOOC(CH2)7COOH, che viene utilizzato per produrre oli lubrificanti di alta qualità, fibre sintetiche e plastificanti per materie plastiche. Allo stesso modo si ottiene l'acido adipico, che viene utilizzato nella sintesi del nylon. Nel 1855 Schönbein scoprì la reazione dei composti insaturi contenenti doppi legami C=C con l'ozono, ma solo nel 1925 il chimico tedesco H. Staudinger stabilì il meccanismo di questa reazione. Una molecola di ozono si attacca a un doppio legame per formare un ozonide, questa volta organico, e un atomo di ossigeno sostituisce uno dei legami C=C e un gruppo -O-O- prende il posto dell'altro. Sebbene alcuni ozonidi organici siano isolati in forma pura (ad esempio l'ozonuro di etilene), questa reazione viene solitamente effettuata in una soluzione diluita, poiché gli ozonidi liberi sono esplosivi molto instabili. La reazione di ozonizzazione dei composti insaturi è tenuta in grande considerazione dai chimici organici; Problemi con questa reazione vengono spesso offerti anche nelle competizioni scolastiche. Il fatto è che quando l'ozonuro si decompone con l'acqua, si formano due molecole di aldeide o chetone, che sono facili da identificare e stabiliscono ulteriormente la struttura del composto insaturo originale. Pertanto, all'inizio del XX secolo, i chimici stabilirono la struttura di molti importanti composti organici, compresi quelli naturali, contenenti legami C=C.

Un importante campo di applicazione dell'ozono è la disinfezione dell'acqua potabile. Di solito l'acqua è clorata. Tuttavia, alcune impurità presenti nell'acqua sotto l'influenza del cloro si trasformano in composti dall'odore molto sgradevole. Pertanto, è stato a lungo proposto di sostituire il cloro con l'ozono. L'acqua ozonizzata non acquisisce alcun odore o sapore estraneo; Quando molti composti organici vengono completamente ossidati dall'ozono, si formano solo anidride carbonica e acqua. L’ozono purifica anche le acque reflue. I prodotti dell'ossidazione dell'ozono anche di sostanze inquinanti come fenoli, cianuri, tensioattivi, solfiti, clorammine sono composti innocui, incolori e inodore. L'ozono in eccesso si disintegra abbastanza rapidamente per formare ossigeno. Tuttavia, l’ozonizzazione dell’acqua è più costosa della clorazione; Inoltre, l’ozono non può essere trasportato e deve essere prodotto nel punto di utilizzo.

Ozono nell'atmosfera.

C'è poco ozono nell'atmosfera terrestre: 4 miliardi di tonnellate, vale a dire in media solo 1 mg/m3. La concentrazione di ozono aumenta con la distanza dalla superficie terrestre e raggiunge il massimo nella stratosfera, ad un'altitudine di 20-25 km: questo è lo “strato di ozono”. Se tutto l'ozono dell'atmosfera fosse raccolto sulla superficie terrestre a pressione normale, lo strato risultante avrebbe uno spessore di soli 2-3 mm circa. E quantità così piccole di ozono nell’aria sostengono effettivamente la vita sulla Terra. L’ozono crea uno “schermo protettivo” che impedisce ai raggi ultravioletti del sole, che sono distruttivi per tutti gli esseri viventi, di raggiungere la superficie terrestre.

Negli ultimi decenni è stata prestata molta attenzione alla comparsa dei cosiddetti “buchi dell’ozono”, aree con livelli di ozono stratosferico significativamente ridotti. Attraverso uno scudo così “perdente”, la radiazione ultravioletta più intensa proveniente dal Sole raggiunge la superficie terrestre. Ecco perché gli scienziati monitorano da molto tempo l'ozono nell'atmosfera. Nel 1930, il geofisico inglese S. Chapman, per spiegare la concentrazione costante di ozono nella stratosfera, propose uno schema di quattro reazioni (queste reazioni furono chiamate ciclo di Chapman, in cui M indica qualsiasi atomo o molecola che porta via energia in eccesso) :

O + O + M → O2 + M

O + O3 → 2O2

O3 → O2 + O.

La prima e la quarta reazione di questo ciclo sono fotochimiche, si verificano sotto l'influenza della radiazione solare. Per decomporre una molecola di ossigeno in atomi, è necessaria una radiazione con una lunghezza d'onda inferiore a 242 nm, mentre l'ozono si disintegra quando la luce viene assorbita nella regione di 240-320 nm (quest'ultima reazione ci protegge proprio dalle forti radiazioni ultraviolette, poiché l'ossigeno non non assorbire in questa regione spettrale). Le restanti due reazioni sono termiche, cioè andare senza l'influenza della luce. È molto importante che la terza reazione, che porta alla scomparsa dell'ozono, abbia un'energia di attivazione; ciò significa che la velocità di tale reazione può essere aumentata dall'azione dei catalizzatori. Come si è scoperto, il principale catalizzatore della decomposizione dell'ozono è l'ossido nitrico NO. Si forma negli strati superiori dell'atmosfera da azoto e ossigeno sotto l'influenza della radiazione solare più intensa. Una volta nell'ozonosfera, entra in un ciclo di due reazioni O3 + NO → NO2 + O2, NO2 + O → NO + O2, a seguito delle quali il suo contenuto nell'atmosfera non cambia e la concentrazione stazionaria di ozono diminuisce. Esistono altri cicli che portano ad una diminuzione del contenuto di ozono nella stratosfera, ad esempio con la partecipazione del cloro:

Cl+O3 → ClO+O2

ClO + O → Cl + O2.

L'ozono viene distrutto anche dalle polveri e dai gas che entrano in grandi quantità nell'atmosfera durante le eruzioni vulcaniche. Recentemente è stato suggerito che l'ozono sia efficace anche nel distruggere l'idrogeno rilasciato dalla crosta terrestre. La combinazione di tutte le reazioni di formazione e decadimento dell'ozono porta al fatto che la durata media di una molecola di ozono nella stratosfera è di circa tre ore.

Si ritiene che oltre a quelli naturali, esistano anche fattori artificiali che influenzano lo strato di ozono. Un esempio ben noto sono i freon, che sono fonti di atomi di cloro. I freon sono idrocarburi in cui gli atomi di idrogeno sono sostituiti da atomi di fluoro e cloro. Vengono utilizzati nella tecnologia della refrigerazione e per il riempimento di bombolette aerosol. Alla fine, i freon entrano nell'aria e salgono lentamente sempre più in alto con le correnti d'aria, raggiungendo infine lo strato di ozono. Decomponendosi sotto l'influenza della radiazione solare, i freon stessi iniziano a decomporre cataliticamente l'ozono. Non si sa ancora esattamente in che misura i freon siano responsabili del “buco dell’ozono”, ma da tempo sono state adottate misure per limitarne l’uso.

I calcoli mostrano che in 60-70 anni la concentrazione di ozono nella stratosfera potrebbe diminuire del 25%. E allo stesso tempo aumenterà la concentrazione di ozono nello strato terrestre - la troposfera, il che è anche un male, poiché l'ozono e i prodotti delle sue trasformazioni nell'aria sono velenosi. La principale fonte di ozono nella troposfera è il trasferimento dell'ozono stratosferico con masse d'aria agli strati inferiori. Ogni anno circa 1,6 miliardi di tonnellate di ozono penetrano nello strato terrestre. La durata di vita di una molecola di ozono nella parte inferiore dell'atmosfera è molto più lunga - più di 100 giorni, poiché l'intensità della radiazione solare ultravioletta che distrugge l'ozono è inferiore nello strato terrestre. Di solito nella troposfera c'è pochissimo ozono: nell'aria fresca e pulita la sua concentrazione è in media di soli 0,016 μg/l. La concentrazione di ozono nell'aria dipende non solo dall'altitudine, ma anche dal terreno. Pertanto, c’è sempre più ozono sugli oceani che sulla terraferma, poiché lì l’ozono decade più lentamente. Le misurazioni effettuate a Sochi hanno dimostrato che l'aria vicino alla costa del mare contiene il 20% in più di ozono rispetto a una foresta a 2 km dalla costa.

Le persone moderne inalano molto più ozono rispetto ai loro antenati. La ragione principale di ciò è l’aumento della quantità di metano e ossidi di azoto nell’aria. Pertanto, il contenuto di metano nell'atmosfera è in costante aumento a partire dalla metà del XIX secolo, quando iniziò l'uso del gas naturale. In un'atmosfera inquinata da ossidi di azoto, il metano entra in una complessa catena di trasformazioni con la partecipazione di ossigeno e vapore acqueo, il cui risultato può essere espresso dall'equazione CH4 + 4O2 → HCHO + H2O + 2O3. Anche altri idrocarburi possono fungere da metano, ad esempio quelli contenuti nei gas di scarico delle automobili durante la combustione incompleta della benzina. Di conseguenza, negli ultimi decenni la concentrazione di ozono nell’aria delle grandi città è aumentata di dieci volte.

Si è sempre creduto che durante un temporale la concentrazione di ozono nell'aria aumenti bruscamente, poiché i fulmini contribuiscono alla conversione dell'ossigeno in ozono. In effetti, l'aumento è insignificante e non si verifica durante un temporale, ma diverse ore prima. Durante un temporale e per diverse ore dopo, la concentrazione di ozono diminuisce. Ciò si spiega con il fatto che prima di un temporale si verifica un forte mescolamento verticale delle masse d'aria, per cui una quantità aggiuntiva di ozono proviene dagli strati superiori. Inoltre, prima di un temporale, l'intensità del campo elettrico aumenta e si creano le condizioni per la formazione di una scarica corona sulle punte di vari oggetti, ad esempio sulle punte dei rami. Ciò contribuisce anche alla formazione di ozono. E poi, quando si sviluppa una nube temporalesca, sotto di essa si formano potenti correnti d'aria ascendenti, che riducono il contenuto di ozono direttamente sotto la nube.

Una domanda interessante riguarda il contenuto di ozono nell'aria delle foreste di conifere. Ad esempio, nel Corso di Chimica Inorganica di G. Remy, si legge che “l'aria ozonizzata delle foreste di conifere” è una finzione. È così? Naturalmente nessuna pianta produce ozono. Ma le piante, in particolare le conifere, emettono nell'aria molti composti organici volatili, compresi gli idrocarburi insaturi della classe dei terpeni (ce ne sono molti nella trementina). Quindi, in una giornata calda, il pino rilascia 16 microgrammi di terpeni all'ora per ogni grammo di peso secco degli aghi. I terpeni vengono rilasciati non solo dalle conifere, ma anche da alcuni alberi decidui, tra cui il pioppo e l'eucalipto. E alcuni alberi tropicali sono in grado di rilasciare 45 mcg di terpeni per 1 g di massa secca di foglie all'ora. Di conseguenza, un ettaro di bosco di conifere può rilasciare fino a 4 kg di materia organica al giorno e circa 2 kg di bosco di latifoglie. L'area boschiva della Terra è di milioni di ettari e tutte emettono centinaia di migliaia di tonnellate di vari idrocarburi, compresi i terpeni, all'anno. E gli idrocarburi, come mostrato con l'esempio del metano, sotto l'influenza della radiazione solare e in presenza di altre impurità contribuiscono alla formazione dell'ozono. Come hanno dimostrato gli esperimenti, i terpeni, in condizioni adeguate, partecipano infatti molto attivamente al ciclo delle reazioni fotochimiche atmosferiche con la formazione di ozono. Quindi l'ozono in una foresta di conifere non è affatto una finzione, ma un fatto sperimentale.

Ozono e salute.

Che bello fare una passeggiata dopo un temporale! L'aria è pulita e fresca, i suoi getti tonificanti sembrano fluire nei polmoni senza alcuno sforzo. "Puzza di ozono", dicono spesso in questi casi. “Molto buono per la salute.” È così?

Un tempo l’ozono era sicuramente considerato benefico per la salute. Ma se la sua concentrazione supera una certa soglia, può causare molte conseguenze spiacevoli. A seconda della concentrazione e del tempo di inalazione, l'ozono provoca alterazioni nei polmoni, irritazione delle mucose degli occhi e del naso, mal di testa, vertigini e diminuzione della pressione sanguigna; L'ozono riduce la resistenza del corpo alle infezioni batteriche del tratto respiratorio. La concentrazione massima consentita nell'aria è di soli 0,1 μg/l, il che significa che l'ozono è molto più pericoloso del cloro! Se si trascorre diverse ore in una stanza con una concentrazione di ozono di soli 0,4 μg/l, possono comparire dolore toracico, tosse, insonnia e l'acuità visiva può diminuire. Se si respira ozono per lungo tempo ad una concentrazione superiore a 2 μg/l, le conseguenze possono essere più gravi, fino al torpore e al calo dell'attività cardiaca. Quando il contenuto di ozono è pari a 8-9 µg/l, nel giro di poche ore si verifica un edema polmonare che può essere fatale. Ma quantità così piccole di una sostanza sono solitamente difficili da analizzare utilizzando i metodi chimici convenzionali. Fortunatamente, una persona avverte la presenza di ozono anche a concentrazioni molto basse - circa 1 μg/l, alle quali la carta di iodio e amido non diventerà blu. Ad alcune persone, l'odore dell'ozono a basse concentrazioni ricorda l'odore del cloro, ad altri - all'anidride solforosa, ad altri - all'aglio.

Non è solo l’ozono in sé ad essere tossico. Con la sua partecipazione nell'aria, ad esempio, si forma il perossiacetil nitrato (PAN) CH3-CO-OONO2, una sostanza che ha un forte effetto irritante, incluso lacrimazione, che rende difficile la respirazione e in concentrazioni più elevate causa paralisi cardiaca. Il PAN è uno dei componenti del cosiddetto smog fotochimico che si forma in estate nell'aria inquinata (questa parola deriva dall'inglese smoke - fumo e nebbia - nebbia). La concentrazione di ozono nello smog può raggiungere i 2 µg/l, ovvero 20 volte superiore al limite massimo consentito. Va inoltre tenuto presente che l'effetto combinato dell'ozono e degli ossidi di azoto nell'aria è decine di volte più forte di quello di ciascuna sostanza separatamente. Non sorprende che le conseguenze di tale smog nelle grandi città possano essere catastrofiche, soprattutto se l'aria sopra la città non viene soffiata da “correnti” e si forma una zona stagnante. Così, a Londra nel 1952, in pochi giorni morirono a causa dello smog più di 4.000 persone. E lo smog a New York nel 1963 uccise 350 persone. Ci sono state storie simili a Tokyo e in altre grandi città. Non sono solo le persone a soffrire di ozono atmosferico. Ricercatori americani hanno dimostrato, ad esempio, che nelle aree con elevati livelli di ozono nell’aria, la durata dei pneumatici delle automobili e di altri prodotti in gomma è notevolmente ridotta.

Come ridurre il contenuto di ozono nello strato terrestre? Ridurre il rilascio di metano nell’atmosfera non è affatto realistico. Rimane un altro modo: ridurre le emissioni di ossidi di azoto, senza i quali il ciclo di reazioni che portano all'ozono non può procedere. Anche questo percorso non è facile, poiché gli ossidi di azoto non vengono emessi solo dalle automobili, ma anche (soprattutto) dalle centrali termoelettriche.

Le fonti di ozono non si trovano solo nelle strade. Si forma nelle sale radiologiche, nelle sale di fisioterapia (la sua fonte sono lampade al quarzo al mercurio), durante il funzionamento di apparecchiature di copiatura (fotocopiatrici), stampanti laser (qui il motivo della sua formazione è una scarica ad alta tensione). L'ozono è un compagno inevitabile nella produzione di saldature ad arco di peridrolo e argon. Per ridurre gli effetti dannosi dell'ozono, è necessario disporre di apparecchiature di ventilazione vicino alle lampade ultraviolette e una buona ventilazione della stanza.

Eppure non è corretto considerare l’ozono come indubbiamente dannoso per la salute. Tutto dipende dalla sua concentrazione. Gli studi hanno dimostrato che l'aria fresca brilla debolmente al buio; La ragione del bagliore sono le reazioni di ossidazione che coinvolgono l'ozono. Il bagliore è stato osservato anche agitando l'acqua in un pallone in cui era stato precedentemente introdotto ossigeno ozonizzato. Questo bagliore è sempre associato alla presenza di piccole quantità di impurità organiche nell'aria o nell'acqua. Quando l’aria fresca veniva mescolata al respiro espirato di una persona, l’intensità del bagliore aumentava di dieci volte! E questo non sorprende: nell'aria espirata sono state trovate microimpurità di etilene, benzene, acetaldeide, formaldeide, acetone e acido formico. Sono “evidenziati” dall’ozono. Allo stesso tempo, “stantio”, cioè completamente priva di ozono, anche se molto pulita, l’aria non produce bagliore e la persona la percepisce come “ammuffita”. Tale aria può essere paragonata all'acqua distillata: è molto pulita, praticamente priva di impurità e berla è dannoso. Quindi la completa assenza di ozono nell'aria, a quanto pare, è sfavorevole anche per l'uomo, poiché aumenta il contenuto di microrganismi in esso contenuti e porta all'accumulo di sostanze nocive e odori sgradevoli, che l'ozono distrugge. Pertanto, la necessità di una ventilazione regolare e a lungo termine delle stanze diventa chiara, anche se non ci sono persone al suo interno: dopo tutto, l'ozono che entra nella stanza non rimane al suo interno per molto tempo - si disintegra parzialmente e in gran parte si deposita (assorbe) sulle pareti e su altre superfici. È difficile dire quanto ozono dovrebbe esserci nella stanza. Tuttavia, in concentrazioni minime, l’ozono è probabilmente necessario e benefico.

Quindi l’ozono è una bomba a orologeria. Se usato correttamente, servirà all’umanità, ma non appena verrà utilizzato per altri scopi, porterà immediatamente a una catastrofe globale e la Terra si trasformerà in un pianeta come Marte.

introduzione

L'ozono (O 3) è una modificazione triatomica dell'ossigeno (O 2), che in condizioni normali è un gas. L'ozono è un agente ossidante molto forte, quindi le sue reazioni sono generalmente molto veloci e complete. I principali vantaggi dell'utilizzo dell'ozono per il trattamento dell'acqua potabile sono racchiusi nella sua stessa natura: il risultato della sua reazione sono solo ossigeno e prodotti di ossidazione. Non vengono prodotti sottoprodotti nocivi come gli organoclorurati.

Il gas bluastro dell'ozono (O3) ha un odore caratteristico. La molecola di ozono è instabile. A causa della proprietà di auto-disintegrazione, l'ozono è un forte agente ossidante e il mezzo più efficace per pulire e disinfettare l'acqua e l'aria. Le forti proprietà ossidanti consentono di utilizzare l'ozono per scopi industriali per produrre molte sostanze organiche, per sbiancare carta, oli, ecc. L'ozono è ampiamente utilizzato per rimuovere manganese e ferro, migliorare il gusto, eliminare colori e odori e rimuovere composti organici pericolosi per l'ambiente. Uccide i microrganismi, motivo per cui l'ozono viene utilizzato per purificare l'acqua e l'aria. Gli impianti per la depurazione dell'acqua e l'ozonizzazione dell'aria si sono diffusi non solo nell'industria, ma anche nella vita di tutti i giorni.

L'ozono è una componente permanente dell'atmosfera terrestre e svolge un ruolo vitale nel mantenimento della vita su di essa. Negli strati superficiali dell'atmosfera terrestre, la concentrazione di ozono aumenta notevolmente. Lo stato complessivo dell'ozono nell'atmosfera è variabile e fluttua a seconda delle stagioni. L’ozono atmosferico svolge un ruolo chiave nel sostenere la vita sulla terra. Protegge la Terra dagli effetti dannosi di un certo ruolo della radiazione solare, contribuendo così a preservare la vita sul pianeta.

È quindi necessario scoprire quali effetti può avere l'ozono sui tessuti biologici.

Proprietà generali dell'ozono

L'ozono è una modifica allotropica dell'ossigeno costituita da molecole triatomiche di O 3. La sua molecola è diamagnetica e ha una forma angolare. Il legame nella molecola è delocalizzato, tricentrico

La struttura della molecola di ozono può essere rappresentata in diversi modi. Ad esempio, una combinazione di due strutture estreme (o risonanti). Ognuna di queste strutture non esiste nella realtà (è come un “progetto” di una molecola), e una vera molecola è qualcosa tra due strutture risonanti.

Riso. 1 La struttura dell'ozono

Entrambi i legami O-O nella molecola di ozono hanno la stessa lunghezza di 1,272 Angstrom. L'angolo tra i legami è 116,78°. Atomo di ossigeno centrale sp²-ibridato, ha una coppia solitaria di elettroni. La molecola è polare, momento di dipolo 0,5337 D.

La natura dei legami chimici dell'ozono ne determina l'instabilità (dopo un certo tempo l'ozono si trasforma spontaneamente in ossigeno: 2O3 -> 3O2) e l'elevata capacità ossidante (l'ozono è capace di una serie di reazioni in cui l'ossigeno molecolare non entra). L'effetto ossidativo dell'ozono sulle sostanze organiche è associato alla formazione di radicali: RH+ O3 RО2 +OH

Questi radicali avviano reazioni a catena radicalica con molecole bioorganiche (lipidi, proteine, acidi nucleici), che portano alla morte cellulare. L'uso dell'ozono per sterilizzare l'acqua potabile si basa sulla sua capacità di uccidere i microbi. L'ozono è importante anche per gli organismi superiori. L'esposizione prolungata ad un'atmosfera contenente ozono (ad esempio, nelle sale di fisioterapia e nell'irradiazione al quarzo) può causare gravi danni al sistema nervoso. Pertanto, l’ozono in grandi dosi è un gas tossico. La concentrazione massima consentita nell'aria dell'area di lavoro è 0,0001 mg/litro. L'inquinamento da ozono dell'aria si verifica durante l'ozonizzazione dell'acqua, a causa della sua bassa solubilità.

Storia della scoperta

L'ozono fu scoperto per la prima volta nel 1785 dal fisico olandese M. van Marum a causa dell'odore caratteristico e delle proprietà ossidanti che l'aria acquisisce dopo essere stata attraversata da scintille elettriche, nonché per la sua capacità di agire sul mercurio a temperature normali, come risultato di che perde la sua lucentezza e comincia ad attaccarsi al vetro. Tuttavia non venne descritta come una nuova sostanza; van Marum riteneva che si stesse formando una speciale “materia elettrica”.

Termine ozono fu proposto dal chimico tedesco H. F. Schönbein nel 1840 per il suo odorante ed entrò nei dizionari alla fine del XIX secolo. Molte fonti danno priorità alla scoperta dell’ozono nel 1839. Nel 1840, Schönbein dimostrò la capacità dell'ozono di sostituire lo iodio dallo ioduro di potassio:

Il fatto che il volume del gas diminuisce quando l'ossigeno viene convertito in ozono è stato dimostrato sperimentalmente da Andrews e Tat utilizzando un tubo di vetro con un manometro riempito di ossigeno puro, con fili di platino saldati al suo interno per produrre una scarica elettrica.

Proprietà fisiche.

L'ozono è un gas blu che può essere visto se osservato attraverso uno strato significativo, spesso fino a 1 metro, di ossigeno ozonizzato. Allo stato solido, l'ozono è di colore nero con una sfumatura viola. L'ozono liquido ha un colore blu intenso; trasparente in uno strato non superiore a 2 mm. spessore; abbastanza durevole.

Proprietà:

§ Peso molecolare - 48 u.m.

§ La densità del gas in condizioni normali è 2,1445 g/dm³. Densità relativa del gas per l'ossigeno 1,5; in aereo - 1.62

§ Densità del liquido a −183 °C - 1,71 g/cm³

§ Punto di ebollizione - −111,9 ° C. (per ozono liquido - 106 °C.)

§ Punto di fusione - −197,2 ± 0,2 °C (il punto di fusione solitamente indicato come −251,4 °C è errato, poiché la sua determinazione non tiene conto della maggiore capacità dell'ozono di sottoraffreddarsi).

§ La solubilità in acqua a 0 °C è 0,394 kg/m³ (0,494 l/kg), è 10 volte superiore a quella dell'ossigeno.

§ Allo stato gassoso l'ozono è diamagnetico, allo stato liquido è debolmente paramagnetico.

§ L'odore è acuto, specifico "metallico" (secondo Mendeleev - "l'odore dei gamberi"). Ad alte concentrazioni odora di cloro. L'odore è avvertibile anche se diluito 1:100.000.

Proprietà chimiche.

Le proprietà chimiche dell'ozono sono determinate dalla sua elevata capacità di ossidarsi.

La molecola O 3 è instabile e, a concentrazioni sufficienti nell'aria in condizioni normali, si trasforma spontaneamente in O 2 in poche decine di minuti con rilascio di calore. L’aumento della temperatura e la diminuzione della pressione aumentano la velocità di transizione allo stato biatomico. Ad alte concentrazioni la transizione può essere esplosiva.

L'ozono è un potente agente ossidante, molto più reattivo dell'ossigeno biatomico. Ossida quasi tutti i metalli (eccetto oro, platino e iridio) portandoli al massimo stato di ossidazione.

Proprietà:

1) Ossida molti non metalli:

2) L'ozono aumenta il grado di ossidazione degli ossidi:

3) L'ozono reagisce con il carbonio a temperatura normale per formare anidride carbonica:

4) L'ozono non reagisce con i sali di ammonio, ma reagisce con l'ammoniaca per formare nitrato di ammonio:

5) L'ozono reagisce con i solfuri per formare solfati:

6) Utilizzando l'ozono è possibile ottenere acido solforico sia dallo zolfo elementare che dall'anidride solforosa:

7) Tutti e tre gli atomi di ossigeno nell'ozono possono reagire separatamente nella reazione del cloruro di stagno con acido cloridrico e ozono:

8) Nella fase gassosa, l'ozono reagisce con l'idrogeno solforato per formare anidride solforosa:

15) L'ozono può essere utilizzato per rimuovere il manganese dall'acqua per formare un precipitato che può essere separato mediante filtrazione:

16) L’ozono converte i cianuri tossici in cianati meno pericolosi:

17) L'ozono può decomporre completamente l'urea

Metodi per la produzione di ozono

L'ozono si forma in molti processi accompagnati dal rilascio di ossigeno atomico, ad esempio durante la decomposizione dei perossidi, l'ossidazione del fosforo, ecc. Nell'industria si ottiene dall'aria o dall'ossigeno negli ozonizzatori mediante l'azione di una scarica elettrica. L'O3 si liquefa più facilmente dell'O2 e quindi è facile separarli. L'ozono per l'ozonoterapia in medicina si ottiene solo dall'ossigeno puro. Quando l'aria viene irradiata con forti radiazioni ultraviolette, si forma ozono. Lo stesso processo avviene negli strati superiori dell'atmosfera, dove lo strato di ozono si forma e viene mantenuto dalla radiazione solare.

L'ozono è un gas di origine naturale che, trovandosi nella stratosfera, protegge la popolazione del pianeta dagli effetti negativi dei raggi ultravioletti. In medicina, questa sostanza viene spesso utilizzata per stimolare l'ematopoiesi e aumentare l'immunità. Allo stesso tempo, con la formazione naturale di ozono nella troposfera a seguito dell'interazione della luce solare diretta e dei gas di scarico, il suo effetto sul corpo umano è opposto. L'inalazione di aria con una maggiore concentrazione di gas può portare non solo ad un'esacerbazione delle reazioni allergiche, ma anche allo sviluppo di disturbi neurologici.

Caratteristiche dell'ozono

L’ozono è un gas formato da tre atomi di ossigeno. In natura, si forma a causa dell'influenza dei raggi diretti del sole sull'ossigeno atomico.

A seconda della forma e della temperatura, il colore dell'ozono può variare dall'azzurro al blu scuro. La combinazione di molecole in questo gas è molto instabile: pochi minuti dopo la formazione, la sostanza si disintegra in atomi di ossigeno.

L'ozono è un forte agente ossidante, motivo per cui viene spesso utilizzato nell'industria, nella missilistica e in medicina. In condizioni di produzione, questo gas è presente durante le operazioni di saldatura, le procedure di elettrolisi dell'acqua e la produzione di perossido di idrogeno.

Rispondendo alla domanda se l'ozono sia velenoso o meno, gli esperti danno una risposta affermativa. Questo gas appartiene alla classe di tossicità più alta, che corrisponde a molti agenti di guerra chimica, compreso l'acido cianidrico.

Effetto del gas sull'uomo

Nel corso di numerosi studi, gli scienziati sono giunti alla conclusione che l'effetto dell'ozono sul corpo umano dipende dalla quantità di gas che penetra nei polmoni insieme all'aria. L’Organizzazione Mondiale della Sanità ha stabilito le seguenti concentrazioni massime consentite di ozono:

• in una zona residenziale - fino a 30 μg/m3;
• in una zona industriale - non più di 100 μg/m3.

Il dosaggio massimo singolo della sostanza non deve superare 0,16 mg/m3.

Influenza negativa

Gli effetti negativi dell'ozono sul corpo sono spesso osservati nelle persone che hanno a che fare con questo gas in condizioni industriali: specialisti nell'industria missilistica, lavoratori che utilizzano ozonizzatori e lampade ultraviolette.

L'esposizione regolare e a lungo termine all'ozono sugli esseri umani porta alle seguenti conseguenze:

• irritazione del sistema respiratorio;
• sviluppo di asma;
• depressione respiratoria;
• aumento del rischio di reazioni allergiche;
• aumentare la possibilità di sviluppare infertilità maschile;
• diminuzione dell'immunità;
• crescita di cellule cancerogene.

L’ozono colpisce più attivamente quattro gruppi di persone: bambini, persone con ipersensibilità, atleti che si allenano all’aperto e anziani. Inoltre, i pazienti con patologie croniche dell'apparato respiratorio e cardiovascolare sono a rischio.

A seguito del contatto in condizioni industriali con ozono liquido, la cui cristallizzazione avviene a una temperatura di –200 gradi Celsius, può verificarsi un congelamento profondo.

Impatto positivo

La quantità massima di ozono si trova nello strato stratosferico dell'involucro d'aria del pianeta. Lo strato di ozono che vi si trova aiuta ad assorbire la parte più dannosa dei raggi ultravioletti dello spettro solare.

L'ozono medico o una miscela di ossigeno e ozono, in dosaggi attentamente adattati, hanno un effetto benefico sul corpo umano, per cui vengono spesso utilizzati per scopi medicinali.

Sotto la supervisione di un medico, l'uso di questa sostanza può ottenere i seguenti risultati:

Storie dei nostri lettori

Vladimir
61 anni

• eliminare la carenza di ossigeno;
• rafforzare i processi redox che si verificano nel corpo;
• ridurre le conseguenze dell'intossicazione eliminando le tossine;
• eliminare la sindrome del dolore;
• migliorare il flusso sanguigno e garantire l'afflusso di sangue a tutti gli organi;
• ripristinare il corretto funzionamento del fegato in caso di varie malattie, inclusa l'epatite.

Inoltre, l’uso dell’ozonoterapia nella pratica medica può migliorare le condizioni generali del paziente: stabilizzare il sonno, ridurre il nervosismo, aumentare l’immunità ed eliminare l’affaticamento cronico.

Grazie alla sua capacità di ossidare altri elementi chimici, l’ozono viene spesso utilizzato come disinfettante. Questa sostanza consente di combattere efficacemente funghi, virus e batteri.

Applicazione degli ozonizzatori

Le proprietà positive descritte dell'ozono hanno portato alla produzione e all'uso in condizioni industriali e domestiche di ozonizzatori, dispositivi che producono ossigeno trivalente.

L'utilizzo di tali dispositivi nell'industria consente di svolgere le seguenti attività:

• disinfettare l'aria interna;
• distruggere muffe e funghi;
• disinfettare l'acqua e le acque reflue;

Nelle istituzioni mediche, gli ozonizzatori vengono utilizzati per disinfettare i locali e sterilizzare strumenti e materiali di consumo.

L'uso degli ozonizzatori è comune anche in casa. Tali dispositivi vengono spesso utilizzati per arricchire l’aria con ossigeno, disinfettare l’acqua ed eliminare virus e batteri dalle stoviglie o dagli oggetti domestici utilizzati da una persona affetta da una malattia infettiva.

Quando si utilizza un ozonizzatore a casa, è necessario rispettare tutte le condizioni specificate dal produttore del dispositivo. È severamente vietato rimanere nella stanza quando il dispositivo è acceso, nonché bere immediatamente acqua purificata con il suo aiuto.

Sintomi di avvelenamento

La penetrazione di elevate concentrazioni di ozono nel corpo umano attraverso il sistema respiratorio o l'interazione prolungata con questa sostanza possono causare gravi intossicazioni. I sintomi di avvelenamento da ozono possono manifestarsi all'improvviso - con una singola inalazione di una grande quantità di questa sostanza, oppure essere rilevati gradualmente - con intossicazione cronica dovuta al mancato rispetto delle condizioni di lavoro o delle regole per l'uso degli ozonizzatori domestici.

I primi segni di avvelenamento che compaiono provengono dal sistema respiratorio:

• dolore e bruciore alla gola;
• difficoltà di respirazione, mancanza di respiro;
• incapacità di fare un respiro profondo;
• la comparsa di respirazione frequente e intermittente;
• dolore nella zona del torace.

Se esposti al gas, gli occhi possono manifestare lacrimazione, dolore, arrossamento della mucosa e dilatazione dei vasi sanguigni. In alcuni casi si verifica un deterioramento o una perdita completa della vista.

Con il contatto sistematico, l’ozono può influenzare il corpo umano nei seguenti modi:

• si verificano trasformazioni strutturali dei bronchi;
• si sviluppano e peggiorano varie malattie respiratorie: polmonite, bronchite, asma, enfisema;
• una diminuzione del volume respiratorio porta ad attacchi di soffocamento e completa cessazione della funzione respiratoria.

Oltre agli effetti sul sistema respiratorio, l'avvelenamento cronico da ozono comporta processi patologici nel funzionamento di altri sistemi corporei:

• sviluppo di disturbi neurologici - diminuzione della concentrazione e dell'attenzione, mal di testa, compromissione della coordinazione dei movimenti;
• esacerbazione di malattie croniche;
• alterazione della coagulazione del sangue, sviluppo di anemia, sanguinamento;
• esacerbazione delle reazioni allergiche;
• interruzione dei processi ossidativi nel corpo, che provoca la diffusione dei radicali liberi e la distruzione delle cellule sane;
• sviluppo dell'aterosclerosi;
• deterioramento della funzionalità secretoria dello stomaco.

Pronto soccorso per l'avvelenamento da ozono

L'avvelenamento acuto da ozono può portare a gravi conseguenze, persino alla morte, pertanto, se si sospetta un'intossicazione, alla vittima deve essere immediatamente fornito il primo soccorso. Prima dell'arrivo degli specialisti, è necessario svolgere le seguenti attività:

1. Allontanare la vittima dall'area interessata dalla sostanza tossica o fornire un afflusso di aria fresca nella stanza.
2. Sbottonare gli indumenti stretti e dare alla persona una posizione semiseduta, evitando di buttare indietro la testa.
3. In caso di cessazione della respirazione spontanea e arresto cardiaco, eseguire misure di rianimazione: respirazione artificiale bocca a bocca e compressioni toraciche.

Se l'ozono entra in contatto con gli occhi, sciacquare con abbondante acqua corrente.

Se una persona è esposta all'ozono liquido, in nessun caso si dovrebbe tentare di togliere gli indumenti dalla vittima nel punto di contatto con il corpo. Prima che arrivino gli specialisti, dovresti lavare la zona interessata con abbondante acqua.

Oltre a fornire il primo soccorso alla vittima, è necessario portarlo immediatamente in una struttura medica o chiamare un'ambulanza, poiché ulteriori misure di intossicazione possono essere eseguite solo da personale medico qualificato.

Trattamento dell'avvelenamento

Per eliminare l'avvelenamento da ozono in un ospedale medico, vengono adottate le seguenti misure:

• eseguire inalazioni alcaline per eliminare l'irritazione del tratto respiratorio superiore;
• prescrivere farmaci per fermare la tosse e ripristinare la funzione respiratoria;
• in caso di insufficienza respiratoria acuta il paziente viene collegato ad un ventilatore;
• in caso di danni agli occhi vengono prescritti farmaci vasocostrittori e disinfettanti;
• in caso di avvelenamento grave, viene effettuata la terapia per normalizzare le funzioni del sistema cardiovascolare;
• viene effettuata una terapia antiossidante.

Conseguenze

L'esposizione a lungo termine all'ozono sul corpo umano in condizioni di lavoro improprie o la violazione delle regole per l'uso dell'ozonizzatore porta ad avvelenamento cronico. Questa condizione comporta spesso lo sviluppo delle seguenti conseguenze:

• Formazione di tumori. La ragione di questo fenomeno è l'effetto cancerogeno dell'ozono, che provoca danni al genoma delle cellule e lo sviluppo della loro mutazione.
• Sviluppo dell'infertilità maschile. Con l'inalazione sistematica di ozono, la spermatogenesi viene interrotta, a causa della quale si perde la possibilità di procreazione.
• Patologie neurologiche. Una persona sperimenta ridotta attenzione, peggioramento del sonno, debolezza generale e mal di testa regolari.

Prevenzione

Per evitare l'avvelenamento da ozono, gli esperti raccomandano di attenersi alle seguenti raccomandazioni:

• Evitare di praticare sport all'aperto nelle ore calde della giornata, soprattutto in estate. Si consiglia di eseguire esercizi fisici al chiuso o in aree lontane da grandi imprese industriali e ampie autostrade, al mattino e alla sera.
• Durante le ore calde della giornata è necessario stare fuori il meno possibile, soprattutto nelle zone ad alto inquinamento da gas.
• Quando si entra in contatto con l'ozono in un ambiente industriale, il locale deve essere dotato di ventilazione di scarico. Inoltre, durante il processo di produzione è necessario utilizzare dispositivi di protezione, nonché sensori speciali che visualizzano il livello del gas nella stanza. Il tempo di contatto diretto con l'ozono dovrebbe essere ridotto il più possibile.

Quando si sceglie un ozonizzatore domestico è importante prestare attenzione alle sue caratteristiche tecniche e alla disponibilità dell'apposito certificato. L'acquisto di un dispositivo non certificato può provocare tossicità da ossigeno trivalente. Prima di utilizzare il dispositivo, è necessario familiarizzare con le istruzioni per l'uso e le precauzioni di sicurezza.

L’intossicazione da ozono è una condizione abbastanza grave che richiede l’intervento immediato da parte dei professionisti medici. Pertanto, vale la pena ricordare che quando si lavora con questo gas o si utilizzano ozonizzatori domestici, è necessario rispettare le precauzioni di sicurezza e, se si ha il minimo sospetto di avvelenamento, contattare una struttura medica.

DEFINIZIONE

Ozonoè una modificazione allotropica dell'ossigeno. Nel suo stato normale è un gas azzurro, nello stato liquido è blu scuro e nello stato solido è viola scuro (fino al nero).

Può rimanere in uno stato di liquido sottoraffreddato fino ad una temperatura di (-250 o C). scarsamente solubile in acqua, meglio in tetracloruro di carbonio e vari clorofluorocarburi. Un agente ossidante molto forte.

Formula chimica dell'ozono

Formula chimica dell'ozono-O3. Mostra che la molecola di questa sostanza contiene tre atomi di ossigeno (Ar = 16 amu). Utilizzando la formula chimica, puoi calcolare la massa molecolare dell'ozono:

Mr(O 3) = 3×Ar(O) = 3×16 = 48

Formula strutturale (grafica) dell'ozono

Più ovvio è formula strutturale (grafica) dell'ozono. Mostra come gli atomi sono collegati tra loro all'interno di una molecola (Fig. 1).

Riso. 1. La struttura della molecola di ozono.

Formula elettronica , che mostra la distribuzione degli elettroni in un atomo per sottolivello energetico è mostrato di seguito:

16 O 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4

Mostra anche che l'ossigeno di cui è composto l'ozono appartiene agli elementi della famiglia p, così come il numero di elettroni di valenza: ci sono 6 elettroni nel livello energetico esterno (3s 2 3p 4).

Esempi di risoluzione dei problemi

ESEMPIO 1

ESEMPIO 2