Нахождение в природе, формула и свойства озона

При знакомстве с элементами таблицы Менделеева ученики изучают различные химические вещества, а также их производные и формулы. Озон имеет большое значение для природы и человека. Он образуется при разложении соединений, которые выделяют атомарный кислород. Определённая концентрация этого газа делает воздух пригодным для существования большинства живых организмов на суше.

История открытия

Об озоне учёные узнали в 1785 году. Физик Мартин Ван Марум обнаружил этот газ, когда проводил опыты. Специалист пропустил через воздух электрический ток и почувствовал неизвестный запах. Затем он увидел, что возникший газ имел голубой цвет. Позже физик начал изучать незнакомое соединение и узнал, что он сильнее кислорода. Это вещество также воздействовало на ртуть, которая теряла свойственный ей блеск и прилипала к стеклянной поверхности. Учёный думал, что газ служил своеобразной электрической материей.

Физик не знал, что сделал большое открытие. Через время он прекратил дальнейшие исследования нового газа. Об этом веществе вспомнили лишь через 50 лет.

В 1840 году немецкий химик Кристиан Фридрих Шенбейн провёл несколько опытов с озоном и дал ему современное наименование. Через 20 лет учёные Тэт и Эндрюс доказали, что объём газа, в котором кислород превращается в новое соединение, немного уменьшается. Для опыта они взяли стеклянную трубку с манометром и впаянными платиновыми проводниками, которые позволили получить электрический заряд.

В 1880 году с веществом работали французы. Учёные вывели его из кислорода путём понижения температуры до -24 o C. При сжатии газ приобрёл тёмно-синий цвет. Потом химики ещё снизили температуру и сбросили давление. На стекле появились фиолетовые капли жидкого вещества.

Пути получения

Вещество формируется при любых процессах, при которых выделяется атомарный кислород. К примеру, он может образоваться при разложении пероксидов, окислении фосфора и т. д.

В области промышленности голубой газ получают в озонаторе. Через воздух пропускают электрическую искру, в результате чего происходит реакция 3O2→cur2O3. Затем озон выделяют путём дистилляции.

В лаборатории газ получают из пероксида бария. Соединение смешивают с концентрированной серной кислотой. В результате реакции получают озон и сульфат бария.

В медицинских организациях газ часто используют для улучшения состояния больных. Его получают с помощью облучения кислорода ультрафиолетом. Тем же путём вещество образуется и в атмосфере Земли под влиянием солнечных лучей.

Нахождение в атмосфере

Объём газа в атмосфере составляет около 4 млрд тонн. Его уровень повышается с удалением от поверхности Земли. Большая часть озона обнаружена в стратосфере. Озоновый слой можно наблюдать на высоте 22−26 км от поверхности планеты. Он препятствует проникновению ультрафиолета, который опасен для жизни различных земных организмов.

Уже много лет учёные занимаются темой возникновения «озоновых дыр», где наблюдается низкий уровень светло-синего газа. Слой из озона в этих местах не защищает от ультрафиолета, который достигает Земли. Вещество может разрушаться под воздействием пыли, других газов или иных естественных причин.

На озоновый слой также воздействуют хладоны, содержащие атомы хлора. Люди создают эти вещества для холодильной техники и заполняют ими аэрозольные баллончики. Когда хладоны попадают в воздух, они медленно поднимаются к озоновому слою. Под воздействием ультрафиолета соединения распадаются и разрушают массу из озона.

Кроме того, надо учитывать то, что люди сегодня вдыхают больше голубого газа, чем в древности. Это объясняется загрязнением воздуха метаном и оксидом азота.

Физические свойства

Молекула газа состоит из трёх атомов кислорода и характеризуется уголковым строением. Химическая формула озона — O3. При нормальных условиях голубой газ имеет резкий запах металла. В жидкой форме озон отличается тёмно-фиолетовым оттенком. В твёрдом виде он представляет кристаллы тёмно-синего или чёрного цвета.

Главные физические характеристики вещества:

• молярная масса — 48 а. е. м.;
• температура кипения — 111,8 o C;
• температура плавления — 197,2 o C;
• растворимость в воде при 0 о — 0,394 кг/м 3 .

Плотность газа составляет 2,1445 г/дм 3 . В жидкой форме она равняется 1,59 г/дм 3 , а в твёрдой — 1,73 г/дм 3 . Озон растворяется в H2O быстрее, чем кислород. В газообразном состоянии вещество выступает диамагнетиком, а в жидкой форме — слабым парамагнетиком. Озон хорошо растворяется в хладонах, образуя стабильные растворы. В жидком виде вещество смешивают с азотом, аргоном, метаном и фтором.

Химические особенности

Молекулам голубого газа характерна неустойчивость. После появления они существуют примерно 20−30 минут, а потом разлагаются с образованием кислорода и тепла. Скорость реакции повышается при условиях с высокой температурой или низким атмосферным давлением.

Основное химическое свойство озона — высокая реакционная способность. Вещество способно окислять почти все существующие металлы и органические соединения. Кроме того, оно увеличивает степень окисления у оксидов. По силе окислительных свойств озон уступает только фтору. Газ также может «чернить» серебро.

Молекулы вещества приобретают стабильность, когда они преобразуются в отрицательные ионы О3-, которые включены в озониды. Эти соединения могут разлагаться при хранении и при большом объёме воды, а также растворяться в жидком аммиаке.

Когда озон разрушает органические вещества, он выделяет много энергии. При контакте с эфиром, метаном или спиртом происходит самовоспламенение этих веществ. Если смешать озон с этиленом, то произойдёт сильный взрыв.

Газ может уменьшить степень токсичности некоторых соединений. К примеру, озон способен окислять цианиды до цианатов. Эти вещества считаются безопаснее для живых организмов.

Сферы применения

Озон относится к группе веществ 1-го класса опасности. Поскольку он выступает сильным окислителем, он может причинить большой вред здоровью человека и животных.

Несмотря на опасность газа, его применяют в различных сферах жизни:

• стерилизация медицинских инструментов;
• очистка нефтепродуктов и масел;
• фильтрация воды;
• отбеливание бумаги;
• лабораторный и промышленный синтез.

С помощью озона дезинфицируют помещения. Это происходит при помощи бытовых озонаторов. Производители и продавцы советуют сначала прочитать инструкцию по использованию этих предметов, поскольку неправильная эксплуатация изделий может навредить здоровью людей.

В области медицины вещество используют для очистки разных растворов. Следует отметить, что фильтрация воды с помощью этого вещества имеет больше преимуществ, чем хлорирование. В фильтрованной жидкости после обработки озоном нет его остатков и болезнетворных микробов.

Озонотерапевты утверждают, что здоровье больных людей улучшается, если в лечебную программу добавить вещество для перорального или внутривенного приёма. Но не во всех странах озон считают эффективным средством. Учёные провели многочисленные опыты и обнаружили, что это вещество способно уничтожать не только больные, но и здоровые клетки кожи и лёгких. Поэтому озон применяется лишь в качестве альтернативной медицины. Лечение этим веществом возможно только с согласия самих пациентов или в тяжёлых случаях заболеваний, когда другие препараты не помогают.

Воздействие на людей

Многие люди любят гулять после дождя, когда повышен уровень озона. Поскольку этот газ избавляет кислород от вредных веществ, воздух становится свежим и приятным. В это время людям легче дышать, однако озон нельзя долго вдыхать, иначе его высокая концентрация в человеческом организме может привести к смерти.

При частом вдыхании газа могут появиться боли в голове, головокружение и понижение давления. Кроме того, снижается иммунитет, который перестаёт бороться с болезнетворными бактериями.

Специалисты утверждают, что допустимая концентрация вещества в воздухе должна быть не более 0,1 мкг/л. Если поместить человека в помещение, в котором уровень озона превышает 0,4 мкг/л, то у него будут наблюдаться сильные боли в груди, кашель, бессонница и ухудшение зрения. Концентрация газа больше 2 мкг/л приведёт к более тяжёлым последствиям.

Интересная информация

Современные учёные продолжают изучать свойства озона. Но об этом веществе уже известно немало интересных фактов:

• В малых концентрациях запах озона напоминает хлор или сернистый газ.
• Голубой газ формируется во время грозы, при ударе молнии и в рентгеновском оборудовании.
• В стоматологии вещество используют вместо антибиотиков.
• Озон стали применять для фильтрации воды ещё в 1898 году.
• Газ соединяется с другими соединениями быстрее, чем кислород.
• Наибольшую озоновую дыру диаметром свыше 1000 км учёные обнаружили над Антарктидой в 1985 году.
• В период Первой мировой войны люди использовали вещество в качестве антисептика.
• Международный день охраны озонового слоя отмечают с 16 сентября 1987 года.
• При смешении с кислородом озон образует пероксиацетилнитрат. Это вещество затрудняет дыхание, вызывает слезотечение и может привести к параличу сердца.

Дальнейшее изучение озона необходимо по многим причинам. Озоновые дыры, которые то появляются, то исчезают, влияют на живые организмы и планету в целом. Однако с открытием полезных свойств вещества люди всё ещё пытаются найти ему применение и в других сферах жизни.

Репетитор, закончил Куровскую гимназию, которая входит в топ-100 школ Московской области, с золотой медалью. Являюсь победителем олимпиад по математике и информатике. Успешно сдал ЕГЭ на высокие баллы.

Озон (хімічний елемент): властивості, формули, позначення

Вкрай цінними для всього людства властивостями володіє такою газ, як озон. Хімічний елемент, яким він утворений, – це кисень О. насправді, озон Про₃ – одна з аллотропних модифікацій оксигена, що складається з трьох формульних одиниць (Про?Про?Про). Перше і більш відоме з’єднання – це сам кисень, точніше газ, який утворений двома атомами (О=О) – О₂.

Алотропія – це здатність одного хімічного елемента утворювати ряд різних за властивостями простих сполук. Завдяки їй людство вивчив і використовує такі речовини, як алмаз і графіт, моноклинная і ромбічна сірка, кисень і озон. Хімічний елемент, що має таку здатність, не обов’язково обмежений лише двома модифікаціями, у деяких їх більше.

Історія відкриття з’єднання

Складова одиниця багатьох органічних і мінеральних речовин, в тому числі і такого як озон – хімічний елемент, позначення якого Про – оксиген, в перекладі з грецького «oxys» – кислий, і «gignomai» – народжувати.

Вперше нову алотропні модифікації кисню під час дослідів з електричними розрядами виявив у 1785 році голландець Мартін ван Маруна, його увагу привернув специфічний запах. А століттям пізніше француз Шенбейн відзначив присутність такого ж після грози, в результаті чого газ був названий «пахне». Але вчені дещо помилилися, вважаючи, що їх нюх відчуло сам озон. Запах, який вони відчували, належав органічних сполук, окисленим при взаємодії з₃, так як газ дуже реакційноздатний.

Електронна будова

Один і той же структурний фрагмент мають О2 і О3 – хімічний елемент. Озон має більш складну будову. У кисні ж все просто – два атома оксигена з’єднані подвійним зв’язком, що складається з ? – і ?-складової, відповідно валентності елемента. Про₃ має кілька резонансних структур. Кратна зв’язок з’єднує два кисню, а третій має одинарну. Таким чином, внаслідок міграції ?-складової, в загальній картині три атоми мають полуторна з’єднання. Ця зв’язок коротше, ніж одинарна, але довше, ніж подвійна. Ймовірність циклічності молекули проведені вченими експерименти виключають.

Методи синтезу

Для утворення такого газу, як озон, хімічний елемент оксиген повинен знаходитися в газоподібному середовищі у вигляді окремих атомів. Такі умови створюються при зіткненні молекул кисню Про₂ з електронами під час електричних розрядів або іншими частками з великою енергією, а також при його опроміненні ультрафіолетом.

Левова частка від загальної кількості озону в природних умовах атмосфери утворюється фотохімічним способом. Людина віддає перевагу в хімічній діяльності використовувати інші методи, такі як, наприклад, електролітичний синтез. Він полягає в тому, що у водне середовище електроліту поміщають платинові електроди і пускають струм. Схема реакції:

Фізичні властивості

Кисень (О) – складова одиниця такої речовини як озон – хімічний елемент, формула якого, а також відносна молярна маса вказані в таблиці Менделєєва. Утворюючи Про₃, оксиген набуває властивостей, що кардинально відрізняються від властивостей О₂.

Газ блакитного кольору – це звичайний стан такого з’єднання, як озон. Хімічний елемент, формула, кількісні характеристики – все це визначили при ідентифікації і вивченні даної речовини. Температура кипіння для нього -111,9 °C, зріджене стан має темно-фіолетовий колір, при подальшому зниженні градуси до -197,2 °C починається плавлення. У твердому агрегатному стані озон набуває чорний колір з фіолетовим відливом. Розчинність його в десять разів перевищує це властивість кисню О₂. При незначних концентраціях у повітрі відчувається запах озону, він різкий, специфічний і нагадує запах металу.

Хімічні властивості

Дуже активним, з реакційної точки зору, є газ озон. Хімічний елемент, який його утворює – це кисень. Характеристики, що визначають поведінку озону у взаємодії з іншими речовинами, – це висока oxidizing здатність і нестійкість самого газу. При підвищених температурах він розкладається з небувалою швидкістю, прискорюють процес і каталізатори, такі як оксиди металів, хлор, діоксид азоту та інші. Властивості окислювача притаманні озону завдяки особливостям будови молекули й рухливості одного з атомів оксигена, який отщепляясь, перетворює газ в кисень: Про₃ ? Про₂ + О·

Оксиген (цеглинка, з якого побудовані молекули таких речовин, як кисень і озон) – хімічний елемент. Як пишеться в рівняннях реакції – Про·. Озон окисляє всі метали, за винятком золота, платини та її підгрупи. Він реагує з газами, що знаходяться в атмосфері – оксидами сірки, азоту та іншими. Не залишаються інертними і органічні речовини, особливо швидко йдуть процеси розриву кратних зв’язків через утворення проміжних сполук. Вкрай важливо, що продукти реакцій є нешкідливими для навколишнього середовища і людини. Це вода, кисень, вищі оксиди різних елементів, окисли вуглецю. У взаємодію з озоном не вступають бінарні сполуки кальцію, титану і кремнію з киснем.

Застосування

Основна сфера, де застосовується «пахне» газ – це озонування. Подібний метод стерилізації набагато ефективніше і безпечніше для живих організмів, ніж дезінфекція хлором. При очищенні води озоном не відбувається утворення токсичних похідних метану, заміщених небезпечним галогеном.

Все частіше такий екологічний метод стерилізації знаходить застосування в харчовій галузі промисловості. Озоном обробляють холодильне обладнання, складські приміщення для продуктів, з допомогу нього проводять усунення запахів.

Для медицини дезінфікуючі властивості озону також незамінні. Їм знезаражують рани, фізіологічні розчини. Озонують венозну кров, а також «пахне» газом лікують ряд хронічних захворювань.

Знаходження в природі та значення

Просте речовина озон – елемент газового складу стратосфери, області навколоземного простору, розташованої на відстані близько 20-30 км від поверхні планети. Виділення цього з’єднання відбувається під час процесів, пов’язаних з електричними розрядами, при зварюванні, роботі апаратів ксерокса. Але саме у стратосфері утворюється і містить 99% від загальної кількості озону, що знаходиться в атмосфері Землі.

Життєво важливим виявилося присутність газу в навколоземному просторі. Він утворює у ньому так званий озоновий шар, який захищає все живе від смертельного ультрафіолетового випромінювання Сонця. Як не дивно, але нарівні з величезною користю, сам газ небезпечний для людей. Підвищення концентрації озону в повітрі, яким дихає людина, шкідливо для організму, внаслідок його крайньої хімічної активності.