Озон (химический элемент): свойства, формула, обозначение. Озон
Озон считается полезным газом. В малых дозах он улучшает метаболизм белков, жиров и углеводов, транспорт кислорода в крови, периферическое кровообращение, стимулирует иммунитет, способствует выработке биологически активных веществ. Экологи тревожно настроены относительно озоновых дыр. Но мало кто обращает внимание на этот газ, присутствующий в повседневной жизни.
При случайном вдыхании его большого количества легко получить отравление. Где можно столкнуться с токсичным количеством озона? Что это за вещество? Какие симптомы возникают при отравлении? Как лечить и как предотвратить интоксикацию?
Где можно столкнуться с токсичными дозами озона
Основной причиной пагубного влияния O 3 на обычного человека являются выхлопные газы и промышленные выбросы, содержащие летучие углеводороды и другие вещества. В солнечные дни, когда уровень радиации в атмосфере повышается, оксиды азота, углеводородные газы начинают превращаться в озон. Жарким летом в не только в больших городах, но и в пригородных зонах концентрация озона в воздухе превышает допустимые нормы в 10 раз.
Воздействию озона подвержены также люди, работающие на производстве, где используются озонаторы. Особенно часто отравления получает обслуживающий персонал. В ракетостроительной промышленности применяется жидкий озон в качестве окислителя.
Озон - замечательный окислитель, поэтому он широко используется не только в промышленности, но и в медицине с целью дезинфекции помещений, одежды, материалов.
В XXI веке были выпущены бытовые озонаторы, который может приобрести каждый человек в свой дом. Производители позиционируют их как дезинфекторы для подвалов, жилых помещений (например, после вирусных заболеваний членов семьи), складов и т. д. Но о побочных эффектах, мерах предосторожности пишут не всегда, а пользователи зачастую игнорируют эту информацию, в результате чего отравления озоном случаются и в быту.
Существует такой раздел медицины, как озонотерапия, где это вещество применяется наружно, внутрь, внутривенно. Эффективность методов не была доказана клинически. Зато доказано канцерогенное и токсическое его действие при введении парентерально. В большинстве стран озонотерапия не признаётся традиционной медициной, и применять её можно только с письменного согласия пациента.
Что такое озон
Озон - что это за газ? Это природный газ, состоящий из трёх молекул кислорода (O 3). Он образуется в верхних слоях атмосферы под действием солнечных лучей из O 2 и атомарного кислорода. Газ имеет специфический запах - его можно почувствовать во время грозы.
Озон в зависимости от агрегатного состояния, температуры и давления имеет способность изменять цвет. В обычных условиях газ имеет фиолетовый оттенок. При повышении атмосферного давления он темнеет и превращается в синеватый. В жидком состоянии он тёмно-синий, а твёрдый - практически чёрный.
Озоновые молекулы неустойчивы и, образовавшись в атмосфере, он через десяток минут превращается в обычный кислород.
Озон - это газ, обладающий свойствами сильного окислителя. Он способен окислять практически все химические элементы, которые являются металлами либо не имеют таких свойств.
Вреден или полезен газ озон для человека? Сначала рассмотрим положительное действие этого вещества.
- Озоновый слой защищает Землю от пагубного воздействия солнечной радиации.
- Оказывает лечебное действие, убивая микробы (бактерии, вирусы, грибы).
- Совершенствует процесс дыхания в живых организмах, периферическое движение крови.
- Снижает свёртываемость крови.
- Оказывает антиоксидантное действие.
- Запускает синтез биологически активных веществ в организме.
- Стимулирует кроветворение и иммунную систему.
- Способен уменьшать болевые ощущения, выводить токсины из организма.
Такое воздействие на человека газа озона наблюдается при нормальной дозе. Теперь разберёмся, какую дозу следует считать нормальной.
ВОЗ установила предельно допустимые концентрации этого вещества в воздухе:
- для жилой зоны до 30 мкг/м 3 ;
- для промышленной - до 100 мкг/м 3 ;
- разовая максимальная доза - 0,16 мг/м³.
В действительности же уровень O 3 в воздухе превышает предельно допустимый уровень в несколько раз. А при солнечной жаркой погоде и в 10 раз. Чем больше задымленность городского воздуха, тем больше озона в нём содержится в жару. Иногда в летнее время в густонаселённых мегаполисах может наблюдаться концентрация 1 тыс. мкг/м 3 .
Воздействие на человека
Вреден ли озон для человека? Озон относится к высшему классу токсичности. Ему уступают даже хлор и синильная кислота. Симптомы отравления озоном возникают вследствие:
Признаки отравления озоном возникают практически сразу после контакта. Попадая в дыхательные пути, он вызывает першение в горле, чувство жжения и боли за грудиной, затруднение дыхания, головная боль. Затем человек чувствует, что ему сложно сделать глубокий вдох, поэтому дыхание становится прерывистым, частым, поверхностным. При более длительном воздействии в бронхах и альвеолах наступают структурные изменения. Возникает бронхит, пневмония, эмфизема, бронхоспазм у здоровых людей или обострение бронхиальной астмы у страдающих этим заболеванием. Объем дыхания уменьшается. Отсроченными эффектами действия озона являются неврологические нарушения (рассеянность, снижение внимания).
Воздействуя на глаза, озон вызывает слезотечение, рези, боль в глазах, иногда потерю зрения.
При систематическом контакте нарушаются не только дыхательные функции. Возникает анемия, нарушение свёртываемости, кровотечения и кровоизлияния, повышается артериальное давление, появляются заболевания сердца и почек, снижается секреторная способность желудка. Страдают и окислительные процессы. Вредные радикалы циркулируют по всему организму, повреждая клетки. O 3 повышает вероятность преждевременной смерти от заболеваний сердца.
Ядовитый газ озон является канцерогеном. Он оказывает повреждающее действие на дезоксирибонуклеиновую кислоту клеток, вызывая мутации.
В производственных условиях возможен контакт с жидким O 3 . В этом случае возникают глубокие обморожения, так как температура его кристаллизации близка к –200 °C.
Первая помощь при отравлении
Лечение отравления озоном в первую очередь должно заключаться в оказании неотложной помощи пострадавшему. Первая помощь при отравлении этим газом заключается:
При любой степени отравления нужно обратиться за медицинской помощью!
При обморожении жидким озоном одежду в месте контакта снимать нельзя. Можно лишь обильно промыть рану водой.
При поражении глаз их также следует промыть большим количеством воды.
Профилактика
Как исключить вредное воздействие на организм озона? Для этого нужно стараться не находиться на загазованной улице в жаркое дневное время. Не заниматься спортом в городах на открытом воздухе в солнечные часы. Лучше делать это утром или вечером в закрытых помещениях или в загородной зоне.
На производстве должна быть обеспечена адекватная приточно-вытяжная вентиляция (вытяжка) на рабочих местах. Должны использоваться защитные приспособления, датчики уровня озона, герметичность ёмкостей. Время пребывания в зоне контакта должно быть ограничено.
Бытовые озонаторы следует покупать только у надёжного проверенного производителя, который предоставляет чёткую инструкцию к товару, даёт гарантию на него, указывает меры предосторожности при работе с ним.
Такое безобидное и даже полезное на первый взгляд вещество, может оказаться очень ядовитым. Отравление озоном может носить тяжёлые последствия не только для органов дыхания, но и для репродуктивной, нервной, сердечно-сосудистой системы. Озон - известный канцероген. Его длительное воздействие приводит к возникновению раковых опухолей в организме. Всем, а особенно тем, кто контактирует с озоном в промышленности, следует знать основные симптомы отравления и уметь оказать первую помощь пострадавшему.
Из-за неблагополучного состояния окружающей среды в России ежегодно погибают более 300 тыс. человек. К традиционным, существовавшим в нашей стране много лет экологическим проблемам прибавилась еще одна - проблема тропосферного (приземного) озона.
Озон: полезен вверху, вреден внизу
Трудно найти человека, который не знал бы о существовании в стратосфере Земли озоновых дыр, лишающих нас защиты от избыточного ультрафиолета Солнца, губительного для всего живого. На фоне этой глобальной проблемы, казалось бы, совершенно невинно выглядит влияние на наше здоровье другого озона, находящегося в приземном воздухе, которым мы дышим. Люди обращают внимание на загрязнение атмосферы выбросами промышленных предприятий и выхлопами автомобилей, но мало кто знает, как опасен приземный озон для человеческого организма.
Токсичность озона (О3) проявляется в результате его действия на дыхательную систему человека и животных. Озон обладает высокой химической активностью, для проявления его токсического действия достаточно минимальных концентраций. Он является почти идеальным боевым отравляющим веществом, и только по причине трудности его
получения он не оказался в числе примененных боевых газов в период Первой мировой войны. К числу его недостатков военные относят резкий запах.
Опасность приземного озона, условия его возникновения и необходимость разработки способов защиты давно тревожат общественность и правительства промышленно развитых стран.
Существует международный термин «доиндустриальный озон». Его концентрация в воздухе составляла 10-20 мкг/м3. Развитие автотранспорта привело к значительному увеличению концентрации озона в тропосфере. Этот приземный озон американцы называют «плохим», в отличие от хорошего - стратосферного. Индустриально развитые страны столкнулись с этой бедой несколько десятилетий назад, а Россия - только в конце 1990-х годов.
Как образуется озон?
Повышенный уровень приземного озона возникает лишь при определенных метеорологических условиях - в жаркую погоду.
В приземном слое атмосферы основным источником озона являются фотохимические реакции, в которых участвуют оксиды азота, летучие углеводороды (выхлопы автотранспорта и промышленные выбросы) и ряд других веществ. Эти компоненты называются предшественниками озона. Под действием ветра они могут распространяться на сотни километров. Когда уровень солнечной радиации мал (пасмурная летняя погода, осень, зима), фотохимические реакции в приземной атмосфере отсутствуют или потекают очень вяло. Но стоит увеличиться солнечной радиации, особенно в безветренную погоду, как воздух в городе и за его пределами становится особенно ядовитым.
Жарким летом 2002 г. в традиционном курортном месте дальнего Подмосковья мы фиксировали уровни озона, превышавшие 300 мкг/м3! Что означают эти цифры?
Озон - вещество высшего класса опасности, по токсичности он превосходит синильную кислоту и хлор, которые являются боевыми отравляющими веществами. Всемирная организация здравоохранения отнесла озон к веществам безпорогового действия, т. е. любая концентрация в воздухе этого газа, сильнейшего канцерогена, опасна для человека. Предельно допустимые концентрации озона в России составляют:
- для жилых зон 30 мкг/м3 (среднее за сутки) и 160 мкг/м3 (среднее за 30 мин и не более 1% повторяемости в год);
- для промышленных зон - не более 100 мкг/м3.
В станах Европейского Союза принят стандарт 110 мкг/м3 за 8 ч светлого времени суток.
В чем опасность озона для здоровья?
Озон попадает в организм со вдыхаемым воздухом. Озон оказывает общетоксическое, раздражающее, канцерогенное, мутагенное, генотоксическое действие; вызывает усталость, головную боль, тошноту, рвоту, раздражение дыхательных путей, кашель, расстройство дыхания, хронический бронхит, эмфизему легких, приступы астмы, отек легких, гемолитическую анемию (из справочника Я.М. Глушко «Вредные неорганические соединения в промышленных выбросах в атмосферу»; Л.,: Химия, 1987).
А эта информация взята с американского правительственного экологического сайта (www.epa.gov/air now (environmental Protection Agency). Ученые США определили, что каждый третий американец обладает повышенной чувствительностью к озону. Люди этой группы могут серьезно навредить своему здоровью, если не будут следить за сообщениями о содержании озона в приземных слоях атмосферы в районах мест их проживания. Такие сведения предоставляет ЕРА (Агентство по защите окружающей среды) совместно с Правительством США. Получая ее, люди оптимизируют свои решения.
Воздействие озона на здоровье человека:
- вызывает раздражение органов дыхания, кашель, тяжесть в груди; эти симптомы могут длиться несколько часов и переходить в хроническую фазу;
- уменьшает легочную функцию;
- способствует развитию астмы и увеличивает количество ее приступов;
- провоцирует возникновение аллергических реакций;
- повреждает ткани бронхов и легких;
- способствует возникновению бесплодия у мужчин;
- значительно понижает иммунитет;
- провоцирует канцерогенные и мутогенные процессы.
Ученые выявили четыре группы людей, которые подвергаются повышенному риску негативного воздействия озона:
- дети;
- взрослые, по роду занятий много времени проводящие в активном движении на открытом воздухе;
- люди, имеющие высокую чувствительность к озону (причину ученые определить пока не могут);
- пожилые люди. К этой же группе относятся больные с хроническими заболеваниями органов дыхания и сердечно-сосудистой системы.
Как защитить себя от действия приземного озона?
Если вы узнали о его повышенной концентрации, выход один - избегать нахождения на открытом воздухе; если это невозможно, максимально ограничить пребывание вне помещения, не двигаться при этом активно; не разрешать детям выходить на улицу.
Ученые Йельского университета США опубликовали данные о негативном воздействии озона на здоровье человека. Они сопоставили данные о смертности с данными о выбросах озона в 95 городах за период 1987-2000 гг. Повышение в воздухе концентрации озона на 20 мкг/м3 приводит к увеличению смертности на следующей неделе более чем на 0,5 % общего количества смертей.
В 2005 г. несколько европейских государств подписали Протокол об ограничении выбросов загрязняющих веществ. Европейские эксперты подсчитали, что при сокращении выбросов предшественников озона (оксидов азота и летучих углеводородов) примерно на 40% уменьшится количество дней, в которые происходит интенсивное образование тропосферного озона.
При уменьшении вредных выбросов промышленности и автомобильного транспорта (соответственно и уменьшения образования приземного озона) количество лет жизни, потерянных людьми из-за хронических болезней, в 2010 году будет на 2,3 млн лет меньше, чем в 1990. Показатели смертности среди детей и подростков, спровоцированных присутствием в атмосфере этого опасного газа и микрочастиц, могут сократиться приблизительно на 47 500 случаев. Вредное воздействие повышенной концентрации озона на процесс роста растений по сравнению с 1990 г. уменьшится на 44% .
В России в 1993 г. ущерб от повышенного озонового фона только по ржи и пшенице составил 150 млн долл., а в Европе - более 2 млрд.
Анализ, проведенный в ходе переговоров о заключении Протокола, показал, что предполагаемая польза от его реализации (улучшение здоровья населения, повышение урожайности в сельском хозяйстве, ограничение ущерба для строений и памятников) значительно превышает по стоимости прогнозируемые расходы (самое малое - в 3 раза) по претворению этого документа в жизнь.
Мы проводили эксперимент по одновременному измерению озона двумя одинаковыми газоанализаторами в Москве и в курортном районе дальнего Подмосковья. Оказалось, что за период летних измерений концентрации озона в городском воздухе были меньше, чем аналогичные показатели в атмосфере курортной зоны. Парадоксальный факт удалось объяснить с помощью модели образования этого газа в пригородах мегаполисов, которую разработали зарубежные ученые. Суть метода в следующем.
С подветренной стороны мегаполиса концентрации озона начинают расти с расстояния примерно 20 км от города и достигают максимальных значений при удалении от него на 50-60 км. В городской среде постоянно действуют мощные источники оксидов азота. Они вступают в реакцию с озоном и нейтрализуют его, а за городом таких источников нет и избыток озона остается в воздухе.
Эти реакции носят циклический характер и определяют равновесие в атмосфере. Таким образом, за городом фотохимическое равновесие устанавливается в сторону высоких значений озона, а в городской среде - более низких. Но это не значит, что воздух мегаполисе безопасней. За последние годы атмосфера Москвы превратилась в химический реактор, производящий очень ядовитые соединения. В присутствии двуокиси азота (а этого газа в городском воздухе всегда много) озон становится в 20 раз более токсичным. Москвичи, спасаясь на дачах от летней жары, не представляют, какой опасности подвергают свое здоровье. Единственное спасение - холодное, пасмурное и дождливое лето! Потепление климата в Московском регионе может привести к катастрофической ситуации с уровнем приземного озона, особенно если наши власти и дальше будут считать его полезным.
Следует сказать несколько слов еще об одном популярном мифе. В художественной литературе можно встретить фразу «после грозы чудесно пахнет озоном». Практически все люди, включая министра экологии, считают, что чем больше озона в воздухе, тем полезней для здоровья, дышать нужно как можно глубже. Между тем многолетние измерения озона в курортных зонах и городах всегда показывают одну картину: - после грозы и ливня в приземной атмосфере озон исчезает.
Как решают проблему тропосферного озона в США и странах Европейского союза? В Европе насчитывается более 10 тыс. станций контроля за предшественниками озона и за ним самим. Получаемая информация используется для оповещения населения. Самый посещаемый сайт в Германии - о содержании озона в воздухе. На основе полученных данных формируется политика в области охраны окружающей среды стран - членов ЕС. США и Европе уже удалось добиться ежегодного снижения концентраций озона в атмосферном воздухе.
В России нет ни одной станции контроля озона и его предшественников, хотя есть качественная аналитическая техника, для контроля уровня озона, специалисты, предлагающие способы решения этой проблемы. У властей нет ни воли, ни желания вникать в нее.
Как же реагируют на эту острейшую ситуацию чиновники, которые формируют политику природопользования, чиновники, которые строят дворцы на самой дорогой и самой опасной земле Подмосковья?
22 августа 2004 г. принят Федеральный закон № 12 «О внесении изменений в законодательные акты Российской Федерации и признании утратившими силу некоторых законодательных актов Российской Федерации в связи с принятием федеральных законов «О внесении изменений и дополнений в Федеральный закон «Об общих принципах организации законодательных (представительных) и исполнительных органов государственной власти субъектов Российской Федерации» и «Об общих принципах организации местного самоуправления в Российской Федерации».
Название закона, казалось бы, указывает на то, что изменения должны касаться органов государственной власти и местного самоуправления. Мы же убедились в том, что этот закон внес существенные изменения в жизнь всех граждан России, причем далеко не позитивного характера. Тенденция изменений в области природоохранного законодательства не внушает оптимизма, она демонстрирует факт самоустранения органов государственной власти от выполнения обязательств перед обществом по обеспечению экологической безопасности и ликвидации правовых гарантий и практических механизмов охраны окружающей среды. Важнейшим негативным аспектом принятых изменений является лишение природоохранной деятельности государственной финансовой поддержки, а также антиконституционные изменения в части разграничения полномочий между федеральными органами власти и органами власти субъектов РФ.
Ликвидированы правовые механизмы защиты атмосферного воздуха в городах.
Федеральные власти сняли с себя ответственность за жизнь и здоровье миллионов горожан.
Федеральный закон «Об охране атмосферного воздуха»
Качество воздушной среды является одним из определяющих факторов состояния окружающей среды. Общая тенденция развития законодательства в этой области демонстрирует отход от соблюдения конституционных гарантий права граждан на благоприятную окружающую среду.
Состояние атмосферного воздуха таких городов, как Москва, Новокузнецк, Череповец, Кемерово, Челябинск, Екатеринбург, является катастрофическим. Люди, проживающие в городах, вынуждены дышать токсичными выбросами промышленных предприятий, превышающими предельно допустимые нормы в сотни раз. Последние изменения, внесенные в Федеральный закон «Об охране атмосферного воздуха», лишают их даже теоретической возможности изменить ситуацию в будущем.
Возможно, судьба значительной части населения России, обеспечивающего благосостояние страны, не волнует ни исполнительную, ни законодательную власти. Однако собственная жизнь, казалось бы, не должна быть безразлична даже власть имущим. Существует мнение, что Москва находится в особом положении и трудности, переживаемые в регионах, москвичам не знакомы, а уж правительство, президент и депутаты Государственной думы вообще живут на другой планете. Во многом такое мнение обоснованно, но только не в ситуации с воздухом. И бомж, и президент, и председатель правительства, живя в Москве, дышат одним воздухом.
В Федеральный закон «Об охране атмосферного воздуха» внесены изменения, свидетельствующие о полной ликвидации системы защиты воздушной среды.
Статья 8 (утратила силу)
«Специально уполномоченный федеральный орган исполнительной власти в области охраны атмосферного воздуха в установленном порядке осуществляет деятельность в области охраны атмосферного воздуха совместно с другими федеральными органами исполнительной власти в пределах их компетенции и взаимодействует с органами исполнительной власти субъектов Российской Федерации».
Статья 9 (утратила силу)
«1. Юридические лица, имеющие источники выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух, а также вредного физического воздействия на атмосферный воздух, разрабатывают и осуществляют в области охраны атмосферного воздуха мероприятия по охране атмосферного воздуха.
2. С учетом мероприятий по уменьшению выбросов вредных (загрязняющих) веществ, данных мониторинга атмосферного воздуха, результатов контроля выбросов вредных (загрязняющих) веществ, результатов расчетов рассеивания выбросов вредных (загрязняющих) веществ специально уполномоченный федеральный орган исполнительной власти в области охраны атмосферного воздуха, его территориальные органы разрабатывают соответствующие федеральные целевые программы, программы субъектов Российской Федерации и местные программы охраны атмосферного воздуха.
Мероприятия по охране атмосферного воздуха не должны приводить к загрязнению других объектов окружающей природной среды.
3. Проекты программ охраны атмосферного воздуха могут выноситься на обсуждение граждан и общественных объединений в целях учета их предложений при планировании и осуществлении мероприятий по улучшению качества атмосферного воздуха.
Статья 10 (утратила силу)
«Финансирование программ охраны атмосферного воздуха и мероприятий по его охране осуществляется в соответствии законодательством Российской Федерации.»
Анализируя внесенные в законодательство изменения, можно сделать следующие выводы:
1. Ликвидирован специально уполномоченный орган по охране атмосферного воздуха, фактически снята ответственность с федеральной власти за ужасающее состояние воздушной среды огромного количества российских городов с развитой промышленностью. Состояние воздуха в них представляет угрозу не только для здоровья, но и для жизни людей (ст. 8)
2. Ликвидированы программы охраны атмосферного воздуха (ст. 9).
3. С юридических лиц, имеющих источники выбросов вредных веществ, снята обязанность по охране атмосферного воздуха.
4. С федеральных органов власти и властей субъектов Российской Федерации снята обязанность по разработке и реализации программ и проведению мероприятий по охране атмосферного воздуха.
5. Ликвидирован контроль общественности и ее участие в планировании и осуществлении программ по охране атмосферного воздуха.
6. Ликвидировано финансирование программ и мероприятий по охране атмосферного воздуха (ст. 10).
Признание указанных статей утратившими силу делает бессмысленным само существование в России Закона об охране атмосферного воздуха.
Без гарантий правовой защиты оставлено население всех промышленных городов России, проживающих в условиях катастрофического загрязнения атмосферы.
А.М.Чучалин, О.А. Яковлева, В.А. Миляев, С.Н. Котельников.
Озон - это газ. В отличие от многих других он не прозрачный, а имеет характерный цвет и даже запах. Он присутствует в нашей атмосфере и является одним из важнейших её составляющих. Какова плотность озона, его масса и другие свойства? Какова его роль в жизни планеты?
Голубой газ
В химии озон не имеет отдельного места в таблице Менделеева. Все потому, что он не является элементом. Озон - это аллотропная модификация или же вариация кислорода. Как и в О2, его молекула состоит только из атомов кислорода, но имеет их не два, а три. Поэтому его химическая формула выглядит как О3.
Озон является газом голубого цвета. Он обладает хорошо заметным резким запахом, напоминающим хлор, если концентрация будет слишком большой. Вы помните запах свежести во время дождя? Это и есть озон. Благодаря такому свойству он и получил своё название, ведь с древнегреческого языка «озон» - это «пахну».
Молекула газа полярна, атомы в ней соединяются под углом 116,78°. Озон образуется, когда к молекуле О2 присоединяется свободный атом кислорода. Происходит это во время различных реакций, например, окисления фосфора, электрического разряда или разложения перекисей, в ходе которых и освобождаются атомы оксигена.
Свойства озона
При нормальных условиях озон существует в с молекулярной массой почти 48 г/моль. Он является диамагнетиком, то есть не способен притягиваться к магниту, точно так же, как серебро, золото или азот. Плотность озона составляет 2,1445 г/дм³.
В твердом состоянии озон приобретает иссиня-черный цвет, в жидком - цвет индиго, близкий к фиолетовому. Температура кипения при этом составляет 111,8 градусов Цельсия. При температуре нуль градусов он растворяется в воде (только в чистой) в десять раз лучше кислорода. Он отлично смешивается с азотом, фтором, аргоном, а при определенных условиях и с кислородом.
Под действием ряда катализаторов легко окисляется, выделяя при этом свободные атомы кислорода. Соединяясь с ним, тут же воспламеняется. Вещество способно окислить практически все металлы. Не поддаются его действию только платина и золота. Он разрушает различные органические и ароматические соединения. При контакте с аммиаком образует нитрит аммония, разрушает двойные углеродные связи.
Присутствуя в атмосфере в больших концентрациях, озон самопроизвольно разлагается. При этом выделяется тепло и образуется молекула О2. Чем выше его концентрация, тем сильнее реакция тепловыделения. При содержании озона больше 10% она сопровождается взрывом. При увеличении температуры и снижении давления или при контакте с органическими веществами разложение О3 происходит быстрее.
История открытия
В химии озон не был известен до XVIII века. Обнаружен он был в 1785 году благодаря запаху, который физик Ван Марум услышал рядом с работающей электростатической машиной. Ещё 50 лет после никак не фигурировал в научных экспериментах и исследованиях.
Ученый Кристиан Шёнбейн в 1840 году изучал окисление белого фосфора. Во время экспериментов ему удалось выделить неизвестное вещество, которое он назвал «озон». Химик вплотную занялся изучением его свойств и описал способы получения вновь открытого газа.
Вскоре к исследованиям вещества подключились и другие ученые. Знаменитый физик Никола Тесла даже соорудил первый в истории Промышленное использование О3 началось в конце XIX века с появлением первых установок для подачи в дома питьевой воды. Вещество применяли для дезинфицирования.
Озон в атмосфере
Наша Земля окружена невидимой оболочкой из воздуха - атмосферой. Без неё жизнь на планете была бы невозможна. Составляющие атмосферного воздуха: кислород, озон, азот, водород, метан и другие газы.
Сам по себе озон не существует и возникает только в результате химических реакций. Близко к поверхности Земли он образуется за счет электрических разрядов молнии во время грозы. Неестественным путем он появляется благодаря выбросам выхлопных газов автомобилей, заводов, испарениям бензина, действию тепловых электростанций.
Озон нижних слоев атмосферы называют приземным или тропосферным. Существует и стратосферный. Он возникает под действием ультрафиолетового излучения, идущего от Солнца. Он образуется на расстоянии 19-20 километров над поверхностью планеты и тянется до высоты 25-30 километров.
Стратосферный О3 формирует озоновый слой планеты, который защищает её от мощной солнечной радиации. Он поглощает примерно 98% ультрафиолетового излучения с длиной волны, достаточной для возникновения раковых заболеваний и ожогов.
Применение вещества
Озон - это отличный окислитель и разрушитель. Такое свойство давно используется для очищения питьевой воды. Вещество губительно действует на опасные для человека бактерии и вирусы, а само при окислении превращается в безвредный кислород.
Он способен убить даже стойких к хлору организмов. Кроме того, его применяют для очищения сточных вод от губительных для окружающей среды нефтепродуктов, сульфидов, фенолов и т.д. Такие практики распространены в основном на территории США и некоторых стран Европы.
Озон применяют в медицине для обеззараживания инструментов, в промышленности с его помощью отбеливают бумагу, очищают масла, получают различные вещества. Применение О3 для очистки воздуха, воды и помещения называется озонированием.
Озон и человек
Несмотря на все свои полезные свойства, озон может быть опасен для человека. Если в воздухе газа окажется больше, чем может перенести человек, отравления не избежать. В России его допустимая норма составляет 0,1 мкг/л.
При превышении этой нормы появляются типичные признаки химического отравления, такие как головная боль, раздражение слизистых, головокружение. Озон уменьшает сопротивление организма к инфекциям, передающимся через дыхательные пути, а также снижает давление крови. При концентрации газа выше 8-9 мкг/л возможен отек легких и даже смерть.
При этом распознать озон в воздухе достаточно легко. Запах «свежести», хлора или «раков» (как утверждал Менделеев) отчетливо слышен и при незначительном содержании вещества.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Озон является аллотропной модификацией кислорода. В обычном состоянии он представляет собой светло-синий газ, в жидком - темно-голубой, а в твердом - темно-фиолетовый (до черного).
Может оставаться в состоянии переохлажденной жидкости до температуры (-250 o C). плохо растворяется в воде, лучше в тетрахлориде углерода и различных фторхлоруглеродах. Очень сильный окислитель.
Химическая формула озона
Химическая формула озона - O 3 . Она показывает, что в составе молекулы этого вещества находится три атома кислорода (Ar = 16 а.е.м.). По химической формуле можно вычислить молекулярную массу озона:
Mr(O 3) = 3×Ar(O) = 3×16 = 48
Структурная (графическая) формула озона
Более наглядной является структурная (графическая) формула озона . Она показывает то, как связаны атомы между собой внутри молекулы (рис. 1).
Рис. 1. Строение молекулы озона.
Электронная формула , показывающая распределение электронов в атоме по энергетическим подуровням показана ниже:
16 O 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4
Она также показывает, что кислород, из которого состоит озон, относится к элементам р-семейства, а также число валентных электронов — на внешнем энергетическом уровне находится 6 электронов (3s 2 3p 4).
Примеры решения задач
ПРИМЕР 1
| Задание | Массовая доля водорода в его соединении с кремнием равна 12,5%. Выведите эмпирическую формулу соединения и рассчитайте его молярную массу. |
| Решение |
Вычислим массовую долю кремния в соединении: ω (Si) = 100% — ω(H) = 100% — 12,5% = 87,5% Обозначим количество моль элементов, входящих в состав соединения за «х» (кремний) и «у» (водород). Тогда, мольное отношение будет выглядеть следующим образом (значения относительных атомных масс, взятых из Периодической таблицы Д.И. Менделеева, округлим до целых чисел): x:y = ω(Si)/Ar(Si) : ω(H)/Ar(H); x:y= 87,5/28: 12,5/1; x:y= 3,125: 12,5 = 1: 4 Значит формула соединения кремния с водородом будет иметь вид SiH 4 . Это гидрид кремния. |
| Ответ | SiH 4 |
ПРИМЕР 2
| Задание | В соединении калия, хлора и кислорода массовые доли элементов соответственно равны 31,8%, 29%, 39,2%. Установите простейшую формулу соединения. |
| Решение | Массовая доля элемента Х в молекуле состава НХ рассчитывается по следующей формуле:
ω (Х) = n × Ar (X) / M (HX) × 100% Обозначим количество моль элементов, входящих в состав соединения за «х» (калий), «у» (хлор) и «z» (кислород). Тогда, мольное отношение будет выглядеть следующим образом (значения относительных атомных масс, взятых из Периодической таблицы Д.И. Менделеева, округлим до целых чисел): x:y:z = ω(K)/Ar(K) : ω(Cl)/Ar(Cl) : ω(O)/Ar(O); x:y:z= 31,8/39: 29/35,5: 39,2/16; x:y:z= 0,82: 0,82: 2,45 = 1: 1: 3 Значит формула соединения калия, хлора и кислорода будет иметь вид KClO 3 . Это бертолетова соль. |
| Ответ | KClO 3 |
МОСКВА, 16 сен — РИА Новости. Международный день охраны озонового слоя, тонкого "щита", защищающего все живое на Земле от губительного ультрафиолетового излучения Солнца, отмечается в понедельник, 16 сентября — в этот день в 1987 году был подписан знаменитый Монреальский протокол.
В нормальных условиях озон, или O3, — бледно-голубой газ, который по мере охлаждения превращается в темно-синюю жидкость, а затем и в иссиня-черные кристаллы. Всего на озон в атмосфере планеты приходится около 0,6 части на миллион по объему: это значит, например, что в каждом кубометре атмосферы всего 0,6 кубического сантиметра озона. Для сравнения, углекислого газа в атмосфере уже около 400 частей на миллион — то есть больше двух стаканов на тот же кубометр воздуха.
На самом деле, такую небольшую концентрацию озона можно назвать благом для Земли: этот газ, который на высоте 15-30 километров образует спасительный озоновый слой, в непосредственной близости от человека куда менее "благороден". Озон по российской классификации относится к веществам наивысшего, первого класса опасности — это очень сильный окислитель, который крайне токсичен для человека.
Международный день охраны озонового слоя В 1994 году Генеральная Ассамблея ООН провозгласила 16 сентября Международным днем охраны озонового слоя. В этот день в 1987 году был подписан Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой.Разобраться в разных свойствах непростого озона РИА Новости помогал старший научный сотрудник лаборатории катализа и газовой электрохимии химического факультета МГУ имени Ломоносова Вадим Самойлович.
Озоновый щит
"Это достаточно хорошо изученный газ, практически все изучено — всего никогда не бывает, но основное все (известно)… У озона много всяких применений. Но и не забывайте, что, вообще говоря, жизнь возникла благодаря озоновому слою — это, наверное, главный момент", — говорит Самойлович.
В стратосфере озон образуется из кислорода в результате фотохимических реакций — такие реакции начинаются под воздействием солнечного излучения. Там концентрация озона уже выше — около 8 миллилитров на кубический метр. Разрушается газ при "встрече" с некоторыми соединениями, например, атомарным хлором и бромом — именно эти вещества входят в состав опасных хлорфторуглеродов, более известных как фреоны. До появления Монреальского протокола они использовались, в частности, в холодильной промышленности и как пропелленты в газовых баллончиках.
Протокол по защите озонового слоя выполнил задачу, считают ученые Монреальский протокол выполнил свою задачу - наблюдения показывают, что содержание озоноразрушающих веществ в атмосфере снижается, а научное сообщество с помощью соглашения сильно продвинулось в понимании процессов в атмосфере, связанных с озоновым слоем, сказал РИА Новости представитель России в Международной комиссии по озону, ведущий научный сотрудник Института физики атмосферы РАН имени Обухова Александр Груздев.В 2012 году, когда Монреальский протокол отмечал 25-летие, эксперты Программы ООН по окружающей среде (UNEP) назвали защиту озонового слоя одной из всего четырех ключевых экологических проблем, в решении которой человечеству удалось добиться значительных успехов. Тогда же в UNEP отмечали, что содержание озона в стратосфере перестало снижаться с 1998 года, и, по прогнозам ученых, к 2050-2075 годам может вернуться к уровням, фиксировавшимся до 1980 года.
Озоновый смог
В 30 километрах от поверхности Земли озон "ведет себя" хорошо, но в тропосфере, приземном слое, он оказывается опасным загрязнителем. По данным UNEP, концентрация тропосферного озона в Северном полушарии за последние 100 лет выросла почти втрое, что к тому же делает его третьим по значимости "антропогенным" парниковым газом.
Здесь озон тоже не выбрасывается в атмосферу, а образуется под действием солнечного излучения в воздухе, который уже загрязнен "предшественниками" озона — оксидами азота, летучими углеводородами и некоторыми другими соединениями. В городах, где озон является одним из основных компонентов смога, в его появлении косвенно "виноваты" главным образом выбросы автотранспорта.
Страдают от приземного озона не только люди и климат. По оценкам специалистов UNEP, снижение концентрации тропосферного озона может помочь сохранить около 25 миллионов тонн риса, пшеницы, сои и кукурузы, которые ежегодно теряются из-за этого токсичного для растений газа.
Именно из-за того, что приземный озон уже совсем не так полезен, специалисты метеослужб и экологического мониторинга постоянно ведут наблюдение за его концентрациями в воздухе крупных городов, в том числе и Москвы.
Озон полезный
"Одно из очень интересных свойств озона — бактерицидное. Он по бактерицидности практически первый среди всех таких веществ, хлора, перекиси марганца, окиси хлора", — отмечает Вадим Самойлович.
Та же экстремальная природа озона, делающая его очень сильным окислителем, объясняет сферы применения этого газа. Озон используется для стерилизации и дезинфекции помещений, одежды, инструментов и, конечно, очистки воды — как питьевой, так и промышленной и даже сточной.
Кроме того, подчеркивает эксперт, озон во многих странах используется как заменитель хлора в установках для отбеливания целлюлозы.
"Хлор (при реакции) с органикой дает соответственно хлорорганику, которая гораздо более ядовитая, чем просто хлор. По большому счету, избежать этого (появления ядовитых отходов — ред.) можно либо резко уменьшив концентрацию хлора, либо просто устранив его. Один из вариантов — замена хлора на озон", — объяснил Самойлович.
Озонировать можно и воздух, и это тоже дает интересные результаты — так, по словам Самойловича, в Иванове специалисты ВНИИ охраны труда и их коллеги провели целую серию исследований, в ходе которых "в прядильных цехах в обычные воздуховоды вентиляции добавляли некоторое количество озона". В результате, распространенность респираторных заболеваний уменьшалась, а производительность труда, напротив, росла. Озонирование воздуха на складах пищевой продукции может повышать ее сохранность, и такие опыты в других странах тоже есть.
Озон токсичный
Подвох с использованием озона все тот же — его токсичность. В России предельно допустимая концентрация (ПДК) по озону в атмосферном воздухе составляет 0,16 миллиграмма на кубический метр, а в воздухе рабочей зоны — 0,1 миллиграмма. Поэтому, отмечает Самойлович, то же озонирование требует постоянного мониторинга, что сильно усложняет дело.
"Это все-таки техника достаточно сложная. Вылить ведро какого-нибудь там бактерицида — это проще гораздо, вылил и все, а тут следить надо, какая-то подготовка должна быть", — говорит ученый.
Озон вредит организму человека медленно, но серьезно — при длительном нахождении в загрязненном озоном воздухе возрастает риск сердечно-сосудистых заболеваний и болезней дыхательных путей. Вступая в реакцию с холестерином, он образует нерастворимые соединения, что приводит к развитию атеросклероза.
"При концентрациях выше предельно допустимых могут возникать головная боль, раздражение слизистых, кашель, головокружение, общая усталость, упадок сердечной деятельности. Токсичный приземной озон приводит к появлению или обострению болезней органов дыхания, в группе риска находятся дети, пожилые люди, астматики", — отмечается на сайте Центральной аэрологической обсерватории (ЦАО) Росгидромета.
Озон взрывоопасный
Озон вредно не только вдыхать — спички тоже стоит спрятать подальше, потому что этот газ весьма взрывоопасен. Традиционно "порогом" опасной концентрации газообразного озона считается 300-350 миллилитров на литр воздуха, хотя некоторые ученые работают и с более высокими уровнями, говорит Самойлович. А вот жидкий озон — та самая синяя жидкость, темнеющая по мере охлаждения — взрывается самопроизвольно.
Именно это мешает использовать жидкий озон как окислитель в ракетном топливе — такие идеи появились вскоре после начала космической эры.
"Наша лаборатория в университете возникла как раз на такой идее. У каждого топлива ракетного есть своя теплотворная способность в реакции, то есть сколько тепла выделяется, когда оно сгорает, и отсюда насколько мощной будет ракета. Так вот, известно, что самый мощный вариант — жидкий водород смешивать с жидким озоном… Но есть один минус. Жидкий озон взрывается, причем взрывается спонтанно, то есть без каких-либо видимых причин", — говорит представитель МГУ.
По его словам, и советские, и американские лаборатории потратили "огромное количество сил и времени на то, чтобы сделать это каким-то безопасным (делом) — выяснилось, что сделать это невозможно". Самойлович вспоминает, что однажды коллегам из США удалось получить особо чистый озон, который "вроде бы" не взрывался, "уже все били в литавры", но затем взорвался весь завод, и работы были прекращены.
"У нас были случаи, когда, скажем, колба с жидким озоном стоит, стоит, жидкий азот подливают туда, а потом — то ли азот там выкипел, то ли что — приходишь, а там половины установки нет, все разнесло в пыль. Отчего он взорвался — кто его знает", — отмечает ученый.