La frase "strato di ozono", diventata famosa negli anni '70. il secolo scorso, è stato a lungo messo al limite. Allo stesso tempo, poche persone capiscono davvero cosa significhi questo concetto e perché la distruzione dello strato di ozono è pericolosa. Un mistero ancora più grande per molti è la struttura della molecola dell'ozono, eppure è direttamente correlata ai problemi dello strato di ozono. Impariamo di più sull'ozono, la sua struttura e le sue applicazioni industriali.
Cos'è l'ozono
L'ozono, o, come viene anche chiamato, ossigeno attivo, è un gas azzurro con un pungente odore metallico.
Questa sostanza può esistere in tutti e tre gli stati di aggregazione: gassoso, solido e liquido.
Allo stesso tempo, in natura, l'ozono si presenta solo sotto forma di gas, formando il cosiddetto strato di ozono. È a causa del suo colore azzurro che il cielo appare blu.
Che aspetto ha una molecola di ozono
Il tuo nickname è attivoossigeno” ozono ricevuto a causa della sua somiglianza con l'ossigeno. Quindi il principale elemento chimico attivo in queste sostanze è l'ossigeno (O). Tuttavia, se una molecola di ossigeno contiene 2 dei suoi atomi, la molecola di ozono (formula - O3) consiste di 3 atomi di questo elemento.
A causa di questa struttura, le proprietà dell'ozono sono simili a quelle dell'ossigeno, ma più pronunciate. In particolare, come O2, O3è l'ossidante più forte.
La differenza più importante tra queste sostanze "correlate", che tutti devono ricordare, è la seguente: l'ozono non può essere respirato, è tossico e, se inalato, può danneggiare i polmoni o addirittura uccidere una persona. Allo stesso tempo, O3 è perfetto per pulire l'aria dalle impurità tossiche. A proposito, è proprio per questo che è così facile respirare dopo la pioggia: l'ozono ossida le sostanze nocive contenute nell'aria e si purifica.
Il modello della molecola di ozono (costituita da 3 atomi di ossigeno) assomiglia un po' all'immagine di un angolo e la sua dimensione è di 117°. Questa molecola non ha elettroni spaiati ed è quindi diamagnetica. Inoltre, ha polarità, sebbene sia costituito da atomi dello stesso elemento.
Due atomi di una data molecola sono saldamente legati l'uno all' altro. Ma la connessione con il terzo è meno affidabile. Per questo motivo la molecola di ozono (foto del modello sotto) è molto fragile e subito dopo la formazione si rompe. Di norma, in ogni reazione di decomposizione O3 viene rilasciato ossigeno.
A causa dell'instabilità dell'ozono, non può essere prodottoraccogliere e immagazzinare, così come il trasporto, come altre sostanze. Per questo motivo la sua produzione è più costosa rispetto ad altre sostanze.
Allo stesso tempo, l'elevata attività delle molecole O3permette a questa sostanza di essere l'agente ossidante più forte, più potente di ossigeno e più sicuro del cloro.
Se una molecola di ozono si rompe e rilascia O2, questa reazione è sempre accompagnata dal rilascio di energia. Allo stesso tempo, affinché avvenga il processo inverso (la formazione di O3 da O2), è necessario spendere non meno.
Nello stato gassoso, la molecola di ozono si decompone ad una temperatura di 70°C. Se viene aumentato a 100 gradi o più, la reazione accelererà in modo significativo. La presenza di impurità accelera anche il periodo di decadimento delle molecole di ozono.
Proprietà O3
Non importa in quale dei tre stati si trovi l'ozono, mantiene il suo colore blu. Più dura è la sostanza, più ricca e scura è questa tonalità.
Ogni molecola di ozono pesa 48 g/mol. È più pesante dell'aria, il che aiuta a separare queste sostanze.
O3 in grado di ossidare quasi tutti i metalli e non metalli (tranne oro, iridio e platino).
Inoltre, questa sostanza può partecipare alla reazione di combustione, ma ciò richiede una temperatura maggiore rispetto a O2.
L'ozono è in grado di dissolversi in H2O e freon. Allo stato liquido, può mescolarsi con ossigeno liquido, azoto, metano, argon,tetracloruro di carbonio e anidride carbonica.
Come si forma la molecola di ozono
O3 Le molecole si formano attaccando atomi di ossigeno liberi alle molecole di ossigeno. A loro volta, appaiono a causa della scissione di altre molecole O2 a causa dell'impatto su di esse di scariche elettriche, raggi ultravioletti, elettroni veloci e altre particelle ad alta energia. Per questo motivo, l'odore specifico dell'ozono può essere sentito vicino a apparecchi elettrici o lampade che emettono luce ultravioletta.
Su scala industriale, O3 viene isolato utilizzando generatori di ozono elettrici o ozonizzatori. In questi dispositivi, una corrente elettrica ad alta tensione viene fatta passare attraverso un flusso di gas contenente O2, i cui atomi fungono da “materiale da costruzione” per l'ozono.
A volte in queste macchine viene iniettato ossigeno puro o aria normale. La qualità dell'ozono risultante dipende dalla purezza del prodotto iniziale. Quindi, O3 medico, destinato al trattamento delle ferite, viene estratto solo da O2 chimicamente puro..
Storia della scoperta dell'ozono
Dopo aver capito che aspetto ha la molecola di ozono e come si forma, vale la pena conoscere la storia di questa sostanza.
Fu sintetizzato per la prima volta dal ricercatore olandese Martin Van Marum nella seconda metà del XVIII secolo. Lo scienziato ha notato che dopo aver fatto passare le scintille elettriche attraverso un contenitore con aria, il gas in esso contenuto ha cambiato le sue proprietà. Allo stesso tempo, Van Marum non capiva di aver isolato le molecole di un nuovosostanze.
Ma il suo collega tedesco di nome Sheinbein, cercando di scomporre H2O in H e O2 con l'aiuto dell'elettricità, ha notato al rilascio di nuovo gas dall'odore pungente. Dopo molte ricerche, lo scienziato descrisse la sostanza da lui scoperta e le diede il nome di "ozono" in onore della parola greca per "odore".
La capacità di uccidere funghi e batteri, oltre a ridurre la tossicità dei composti nocivi, che la sostanza aperta possedeva, ha interessato molti scienziati. 17 anni dopo la scoperta ufficiale di O3, Werner von Siemens progettò il primo apparato per sintetizzare l'ozono in qualsiasi quantità. E 39 anni dopo, il geniale Nikola Tesla inventò e brevettò il primo generatore di ozono al mondo.
È stato questo dispositivo ad essere utilizzato per la prima volta in Francia negli impianti di trattamento dell'acqua potabile dopo 2 anni. Dall'inizio del XX secolo. L'Europa sta iniziando a passare all'ozonizzazione dell'acqua potabile per la sua purificazione.
L'impero russo utilizzò per la prima volta questa tecnica nel 1911 e, dopo 5 anni, quasi 4 dozzine di impianti per la purificazione dell'acqua potabile mediante ozono furono equipaggiati nel paese.
Oggi, l'ozonizzazione dell'acqua sta gradualmente sostituendo la clorazione. Pertanto, il 95% di tutta l'acqua potabile in Europa viene purificata utilizzando O3. Questa tecnica è anche molto popolare negli Stati Uniti. Nella CSI è ancora allo studio, perché sebbene questa procedura sia più sicura e conveniente, è più costosa della clorazione.
Applicazioni di ozono
Oltre al trattamento dell'acqua, O3 ha una serie di altri usi.
- L'ozono viene utilizzato come candeggina nella produzione di carta e tessuti.
- L'ossigeno attivo viene utilizzato per disinfettare i vini e per accelerare il processo di invecchiamento dei cognac.
- Vari oli vegetali vengono raffinati usando O3.
- Molto spesso questa sostanza viene utilizzata per lavorare prodotti deperibili, come carne, uova, frutta e verdura. Questa procedura non lascia tracce chimiche, come con cloro o formaldeide, e i prodotti possono essere conservati molto più a lungo.
- L'ozono sterilizza attrezzature e vestiti medici.
- Anche purificato O3 viene utilizzato per varie procedure mediche e cosmetiche. In particolare, con il suo aiuto in odontoiatria, disinfettano il cavo orale e le gengive e trattano anche varie malattie (stomatite, herpes, candidosi orale). Nei paesi europei O3 è molto popolare per la disinfezione delle ferite.
- Negli ultimi anni, gli elettrodomestici portatili per la filtrazione dell'aria e dell'acqua utilizzando l'ozono sono diventati molto popolari.
Strato di ozono - che cos'è?
A una distanza di 15-35 km sopra la superficie terrestre si trova lo strato di ozono, o, come viene anche chiamato, l'ozonosfera. In questo luogo, l'O3 concentrato funge da filtro per le radiazioni solari dannose.
Da dove viene una tale quantità di una sostanza se le sue molecole sono instabili? Non è difficile rispondere a questa domanda, se ricordiamo il modello della molecola di ozono e il metodo della sua formazione. Quindi, ossigeno, composto da 2le molecole di ossigeno, entrando nella stratosfera, vengono riscaldate dai raggi del sole. Questa energia è sufficiente per dividere O2 in atomi, da cui si forma O3. Allo stesso tempo, lo strato di ozono non solo utilizza parte dell'energia solare, ma la filtra, assorbe le pericolose radiazioni ultraviolette.
È stato detto sopra che l'ozono viene sciolto dai freon. Queste sostanze gassose (utilizzate nella fabbricazione di deodoranti, estintori e frigoriferi), una volta rilasciate nell'atmosfera, agiscono sull'ozono e contribuiscono alla sua decomposizione. Di conseguenza, appaiono dei buchi nell'ozonosfera attraverso i quali i raggi solari non filtrati entrano nel pianeta, che hanno un effetto distruttivo sugli organismi viventi.
Dopo aver considerato le caratteristiche e la struttura delle molecole di ozono, possiamo concludere che questa sostanza, sebbene pericolosa, è molto utile per l'umanità se usata correttamente.
