Озон газ свойства: Озон. Боевые свойства смертоносного оружия.

Разное

Содержание

Озон. Боевые свойства смертоносного оружия.

Автор: Никитин Дмитрий Иванович

Физические свойства озона весьма характерны: это легко взрывающийся газ голубого цвета. Литр озона весит примерно 2 грамма, а воздух – 1,3 грамма. Следовательно, озон тяжелее воздуха. Температура плавления озона – минус 192,7ºС. Такой «растаявший» озон представляет собой тёмно-синюю жидкость. Озоновый «лед» имеет темно-синюю окраску с фиолетовым оттенком и при толщине свыше 1 мм становится непрозрачным. Температура кипения озона - минус 112ºС. В газообразном состоянии озон диамагнитен, т.е. не обладает магнитными свойствами, а в жидком состоянии - слабопарамагнитен. Растворимость озона в талой воде в 15 раз больше, чем у кислорода и составляет примерно 1,1 г/л. В литре уксусной кислоты при комнатной температуре растворяется 2,5 грамма озона. Он также хорошо растворяется в эфирных маслах, скипидаре, четыреххлористом углероде. Запах озона ощущается при концентрациях свыше 15 мкг/м3 воздуха. В минимальных концентрациях воспринимается как «запах свежести», в более значительных концентрациях приобретает резкий раздражающий оттенок.

Озон образуется из кислорода по следующей формуле: 3O2 + 68 ккал → 2O3. Классические примеры образования озона: под действием молнии во время грозы; под действием солнечного света в верхних слоях атмосферы. Озон также способен образовываться при любых процессах, сопровождающихся выделением атомарного кислорода, например, при разложении перекиси водорода. Промышленный синтез озона связан с использованием электрических разрядов при низких температурах. Технологии получения озона могут отличаться друг от друга. Так, для получения озона применяемого для медицинских целей используется только чистый (без примесей) медицинский кислород. Отделение образовавшегося озона от примеси кислорода обычно не составляет труда в силу различий физических свойств (озон легче сжижается). Если не требуется соблюдения определенных качественных и количественных параметров реакции, то получение озона не представляет особых трудностей.

Молекула О3 неустойчива и довольно быстро превращается в O2 с выделением тепла. При небольших концентрациях и без посторонних примесей озон разлагается медленно, при больших — со взрывом. Спирт при соприкосновении с ним моментально воспламеняется. Нагревание и контакт озона даже с ничтожными количествами субстрата окисления (органических веществ, некоторых металлов или их окислов) резко ускоряет его разложение. Озон может сохраняться длительное время при − 78ºС в присутствии стабилизатора (небольшого количества HNO3), а также в сосудах из стекла, некоторых пластмасс или благородных металлов.

Озон – сильнейший окислитель. Причина такого явления кроется в том, что в процессе распада образуется атомарный кислород. Такой кислород гораздо агрессивнее молекулярного, потому что в молекуле кислорода дефицит электронов на внешнем уровне вследствие их коллективного использования молекулярной орбитали не так заметен.

Еще в XVIII веке было замечено, что ртуть в присутствии озона теряет блеск и прилипает к стеклу, т. е. окисляется. А при пропускании озона через водный раствор йодистого калия начинает выделяться газообразный йод. Такие же «фокусы» с чистым кислородом не получались. В дальнейшем открывались свойства озона, которые сразу же были приняты на вооружение человечества: озон оказался прекрасным антисептиком, озон быстро удалял из воды органические вещества любого происхождения (парфюмерия и косметика, биологические жидкости), стал широко использоваться в промышленности и быту, прекрасно зарекомендовал себя в качестве альтернативы стоматологической бормашине.

В XXI веке применение озона во всех областях жизни и деятельности человека растет и развивается, а потому мы становимся свидетелями его превращения из экзотики в привычный инструмент для повседневной работы. ОЗОН O3, аллотропная форма кислорода.

 

Получение и физические свойства озона.

Впервые ученые узнали о существовании неизвестного им газа, когда начали экспериментировать с электростатическими машинами. Случилось это в 17 веке. Но начали изучать новый газ лишь в конце следующего столетия. В 1785 голландский физик Мартин ван Марум получил озон, пропуская через кислород электрические искры. Название же озон появилось лишь в 1840; его придумал швейцарский химик Кристиан Шенбейн, произведя его от греческого ozon – пахнущий. По химическому составу этот газ не отличался от кислорода, но был значительно агрессивнее. Так, он мгновенно окислял бесцветный иодид калия с выделением бурого иода; эту реакцию Шенбейн использовал для определения озона по степени посинения бумаги, пропитанной раствором иодида калия и крахмала. Даже малоактивные при комнатной температуре ртуть и серебро в присутствии озона окисляются.

Оказалось, что молекулы озона, как и кислорода, состоят только из атомов кислорода, только не из двух, а из трех. Кислород О2 и озон О3 – единственный пример образования одним химическим элементом двух газообразных (при обычных условиях) простых веществ. В молекуле О3 атомы расположены под углом, поэтому эти молекулы полярны. Получается озон в результате «прилипания» к молекулам О2 свободных атомов кислорода, которые образуются из молекул кислорода под действием электрических разрядов, ультрафиолетовых лучей, гамма-квантов, быстрых электронов и других частиц высокой энергии. Озоном всегда пахнет около работающих электрических машин, в которых «искрят» щетки, около бактерицидных ртутно-кварцевых ламп, которые излучают ультрафиолет. Атомы кислорода выделяются и в ходе некоторых химических реакций. Озон образуется в малых количествах при электролизе подкисленной воды, при медленном окислении на воздухе влажного белого фосфора, при разложении соединений с высоким содержанием кислорода (KMnO4, K2Cr2O7 и др.), при действии на воду фтора или на пероксид бария концентрированной серной кислоты. Атомы кислорода всегда присутствуют в пламени, поэтому если направить струю сжатого воздуха поперек пламени кислородной горелки, в воздухе обнаружится характерный запах озона.

Реакция 3O2 → 2O3 сильно эндотермичная: для получения 1 моль озона надо затратить 142 кДж. Обратная реакция идет с выделением энергии и осуществляется очень легко. Соответственно озон неустойчив. В отсутствие примесей газообразный озон медленно разлагается при температуре 70° С и быстро – выше 100° С. Скорость разложения озона значительно увеличивается в присутствии катализаторов. Ими могут быть и газы (например, оксид азота, хлор), и многие твердые вещества (даже стенки сосуда). Поэтому чистый озон получить трудно, а работать с ним опасно из-за возможности взрыва.

Не удивительно, что в течение многих десятилетий после открытия озона неизвестны были даже основные его физические константы: долго никому не удавалось получить чистый озон. Как писал в своем учебнике Основы химии Д.И.Менделеев, «при всех способах приготовления газообразного озона содержание его в кислороде всегда незначительно, обыкновенно лишь несколько десятых долей процента, редко 2%, и только при очень пониженной температуре оно достигает 20%». Лишь в 1880 французские ученые Ж.Готфейль и П.Шаппюи получали озон из чистого кислорода при температуре минус 23° С. Оказалось, что в толстом слое озон имеет красивую синюю окраску. Когда охлажденный озонированный кислород медленно сжали, газ стал темно-синим, а после быстрого сброса давления температура еще более понизилась и образовались капли жидкого озона темно-фиолетового цвета. Если же газ не охлаждали или сжимали быстро, то озон мгновенно, с желтой вспышкой, переходил в кислород.

Позднее разработали удобный метод синтеза озона. Если подвергнуть электролизу концентрированный раствор хлорной, фосфорной или серной кислоты с охлаждаемым анодом из платины или из оксида свинца(IV), то выделяющийся на аноде газ будет содержать до 50% озона. Были уточнены и физические константы озона. Он сжижается намного легче кислорода – при температуре –112° С (кислород – при –183° С). При –192,7° С озон затвердевает. Твердый озон имеет сине-черный цвет.

Опыты с озоном опасны. Газообразный озон способен взрываться, если его концентрация в воздухе превысит 9%. Еще легче взрываются жидкий и твердый озон, особенно при контакте с окисляющимися веществами. Озон можно хранить при низких температурах в виде растворов во фторированных углеводородах (фреонах). Такие растворы имеют голубой цвет.

 

 

ОЗОН

Химические свойства озона.

Для озона характерна чрезвычайно высокая реакционная способность. Озон – один из сильнейших окислителей и уступает в этом отношении только фтору и фториду кислорода OF2. Действующее начало озона как окислителя – атомарный кислород, который образуется при распаде молекулы озона. Поэтому, выступая в качестве окислителя, молекула озона, как правило, «использует» только один атом кислорода, а два других выделяются в виде свободного кислорода, например, 2KI + O3 + h3O → I2 + 2KOH + O2. Так же происходит окисление многих других соединений. Однако бывают и исключения, когда молекула озона использует для окисления все три имеющиеся у нее атома кислорода, например, 3SO2 + O3 → 3SO3; Na2S + O3 → Na2SO3.

Очень важное отличие озона от кислорода в том, что озон проявляет окислительные свойства уже при комнатной температуре. Например, PbS и Pb(OH)2 в обычных условиях не реагируют с кислородом, тогда как в присутствии озона сульфид превращается в PbSO4, а гидроксид – в PbO2. Если в сосуд с озоном налить концентрированный раствор аммиака, появится белый дым – это озон окислил аммиак с образованием нитрита аммония Nh5NO2. Особенно характерна для озона способность «чернить» серебряные изделия с образованием AgO и Ag2O3.

Присоединив один электрон и превратившись в отрицательный ион О3–, молекула озона становится более стабильной. Содержащие такие анионы «озонокислые соли» или озониды были известны давно – их образуют все щелочные металлы, кроме лития, причем устойчивость озонидов растет от натрия к цезию. Известны и некоторые озониды щелочноземельных металлов, например, Са(О3)2. Если направить на поверхность твердой сухой щелочи струю газообразного озона, то образуется оранжево-красная корка, содержащая озониды, например, 4КОН + 4О3 → 4КО3 + О2 + 2Н2О. При этом твердая щелочь эффективно связывает воду, что предохраняет озонид от немедленного гидролиза.

Однако при избытке воды озониды бурно разлагаются: 4КО3+ 2Н2О → 4КОН + 5О2. Разложение идет и при хранении: 2КО3 → 2КО2 + О2. Озониды хорошо растворимы в жидком аммиаке, что позволило выделить их в чистом виде и изучить их свойства.

Органические, вещества, с которыми озон соприкасается, он обычно разрушает. Так, озон, в отличие от хлора, способен расщеплять бензольное кольцо. При работе с озоном нельзя использовать резиновые трубки и шланги – они моментально «прохудятся». Реакции озона с органическими соединениями идут с выделением большого количества энергии. Например, эфир, спирт, вата, смоченная скипидаром, метан и многие другие вещества самовоспламеняются при соприкосновении с озонированным воздухом, а смешение озона с этиленом приводит к сильному взрыву.

 

Применение озона.

Озон не всегда «сжигает» органические вещества; в ряде случаев удается провести специфические реакции с сильно разбавленным озоном. Например, при озонировании олеиновой кислоты (она в больших количествах содержится в растительных маслах) образуется азелаиновая кислота НООС(СН2)7СООН, которую используют для получения высококачественных смазочных масел, синтетических волокон и пластификаторов для пластмасс. Аналогично получают адипиновую кислоту, которую используют при синтезе найлона. В 1855 Шенбейн открыл реакцию с озоном непредельных соединений, содержащих двойные связи С=С, но только в 1925 немецкий химик Х.Штаудингер установил механизм этой реакции. Молекула озона присоединяется к двойной связи с образованием озонида – на этот раз органического, причем на место одной из связей С=С встает атом кислорода, а на место другой – группировка –О–О–. Хотя некоторые органические озониды выделены в чистом виде (например, озонид этилена), эту реакцию обычно проводят в разбавленном растворе, так как в свободном виде озониды – очень неустойчивые взрывчатые вещества. Реакция озонирования непредельных соединений пользуется у химиков-органиков большим почетом; задачи с этой реакцией часто предлагают даже на школьных олимпиадах. Дело в том, что при разложении озонида водой образуются две молекулы альдегида или кетона, которые легко идентифицировать и далее установить строение исходного непредельного соединения.

Таким образом химики еще в начале 20 века установили строение многих важных органических соединений, в том числе природных, содержащих связи С=С.

Важная область применения озона – обеззараживание питьевой воды. Обычно воду хлорируют. Однако некоторые примеси в воде под действием хлора превращаются соединения с очень непpиятым запахом. Поэтому уже давно предложено заменить хлор озоном. Озонированная вода не приобретает постороннего запаха или вкуса; при полном окислении озоном многих органических соединений образуются только углекислый газ и вода. Очищают озоном и сточные воды. Продукты окисления озоном даже таких загрязнителей как фенолы, цианиды, повеpхностно-активные вещества, сульфиты, хлоpамины, представляют собой безвредные соединения без цвета и запаха. Избыток же озона довольно быстро распадается с образованием кислорода. Однако озонирование воды обходится дороже, чем хлорирование; кроме того, озон нельзя перевозить, и он должен производиться на месте использования.

 

Озон в атмосфере.

Озона в атмосфере Земли немного – 4 млрд. тонн, т.е. в среднем всего 1 мг/м3. Концентрация озона растет с удалением от поверхности Земли и достигает максимума в стратосфере, на высоте 20–25 км – это и есть «озоновый слой». Если весь озон из атмосферы собрать у поверхности Земли при нормальном давлении, получится слой толщиной всего около 2–3 мм. И вот такие малые количества озона в воздухе фактически обеспечивают жизнь на Земле. Озон создает «защитный экран», не пропускающий к поверхности Земли жесткие ультрафиолетовые солнечные лучи, губительные для всего живого.

В последние десятилетия большое внимание уделяется появлению так называемых «озоновых дыр» – областях со значительно уменьшенным содержанием стратосферного озона. Через такой «прохудившийся» щит до поверхности Земли доходит более жесткое ультрафиолетовое излучение Солнца. Поэтому ученые давно следят за озоном в атмосфере. В 1930 английский геофизик С.Чепмен для объяснения постоянной концентрации озона в стратосфере предложил схему из четырех реакций (эти реакции получили название цикла Чепмена, в них М означает любой атом или молекулу, которые уносят избыточную энергию):

О2 → 2О

О + О + М → О2 + М

О + О3 → 2О2

О3 → О2 + О.

Первая и четвертая реакции этого цикла – фотохимические, они идут под действием солнечной радиации. Для распада молекулы кислорода на атомы требуется излучение с длиной волны менее 242 нм, тогда как озон распадается при поглощении света в области 240–320 нм (последняя реакция как раз и защищает нас от жесткого ультрафиолета, так как кислород в этой спектральной области не поглощает). Остальные две реакции термические, т.е. идут без действия света. Очень важно, что третья реакция, приводящая к исчезновению озона, имеет энергию активации; это означает, что скорость такой реакции может увеличиваться под действием катализаторов. Как выяснилось, основной катализатор распада озона – оксид азота NO. Он образуется в верхних слоях атмосферы из азота и кислорода под действием наиболее жесткой солнечной радиации. Попадая в озоносферу, он вступает в цикл из двух реакций O3 + NO → NO2 + O2, NO2 + O → NO + O2, в результате которой его содержание в атмосфере не меняется, а стационарная концентрация озона снижается. Существуют и другие циклы, приводящие к снижению содержания озона в стратосфере, например, с участием хлора:

Cl + O3 → ClO + O2

ClO + O → Cl + O2.

Разрушают озон также пыль и газы, которые в большом количестве попадают в атмосферу при извержении вулканов. В последнее время возникло предположение, что озон также эффективно разрушает водород, выделяющийся из земной коры. Совокупность всех реакций образования и распада озона приводит к тому, что среднее время жизни молекулы озона в стратосфере составляет около трех часов.

Предполагают, что помимо природных, существуют и искусственные факторы, влияющие на озоновый слой. Хорошо известный пример – фреоны, которые являются источниками атомов хлора. Фреоны – это углеводороды, в которых атомы водорода замещены атомами фтора и хлора. Их используют в холодильной технике и для заполнения аэрозольных баллончиков. В конечном счете, фреоны попадают в воздух и медленно поднимаются с потоками воздуха все выше и выше, достигая, наконец, озонового слоя. Разлагаясь под действием солнечной радиации, фреоны сами начинают каталитически разлагать озон. Пока не известно в точности, в какой степени именно фреоны повинны в «озоновых дырах», и, тем не менее, уже давно принимают меры по ограничению их применения.

Как показывают расчеты, через 60–70 лет концентрация озона в стратосфере может уменьшиться на 25%. И одновременно увеличится концентрации озона в приземном слое – тропосфере, что тоже плохо, так как озон и продукты его превращений в воздухе ядовиты. Основной источник озона в тропосфере – перенос с массами воздуха стратосферного озона в нижние слои.  Ежегодно в приземный слой озона поступает примерно 1,6 млрд. тонн. Время жизни молекулы озона в нижней части атмосферы значительно выше – более 100 суток, поскольку в приземном слое меньше интенсивность ультрафиолетового солнечного излучения, разрушающего озон. Обычно озона в тропосфере очень мало: в чистом свежем воздухе его концентрация составляет в среднем всего 0,016 мкг/л. Концентрация озона в воздухе зависит не только от высоты, но и от местности. Так, над океанами озона всегда больше, чем над сушей, так как там озон распадается медленнее. Измерения в Сочи показали, что воздух у морского побережья содержит на 20% больше озона, чем в лесу в 2 км от берега.

Современные люди вдыхают значительно больше озона, чем их предки. Основная причина этого – увеличение количества метана и оксидов азота в воздухе. Так, содержание метана в атмосфере постоянно растет, начиная с середины 19 века, когда началось использование природного газа. В загрязненной оксидами азота атмосфере метан вступает в сложную цепочку превращений с участием кислорода и паров воды, итог которой можно выразить уравнением Ch5 + 4O2 → HCHO + h3O + 2O3. В роли метана могут выступать и другие углеводороды, например, содержащиеся в выхлопных газах автомобилей при неполном сгорании бензина. В результате в воздухе крупных городов за последние десятилетия концентрация озона выросла в десятки раз.

Всегда считалось, что во время грозы концентрация озона в воздухе резко увеличивается, так как молнии способствуют превращению кислорода в озон. На самом деле увеличение незначительно, причем оно происходит не во время грозы, а за несколько часов до нее. Во время же грозы и в течение нескольких часов после нее концентрация озона снижается. Объясняется это тем, что перед грозой происходит сильное вертикальное перемешивание воздушных масс, так что дополнительное количество озона поступает из верхних слоев. Кроме того, перед грозой увеличивается напряженность электрического поля, и создаются условия для образования коронного разряда на остриях различных предметов, например, кончиков ветвей. Это также способствует образованию озона. А затем при развитии грозового облака под ним возникают мощные восходящие потоки воздуха, которые и снижают содержание озона непосредственно под облаком.

Интересен вопрос о содержании озона в воздухе хвойных лесов. Например, в Курсе неорганической химии Г. Реми можно прочитать, что «озонированный воздух хвойных лесов» – выдумка. Так ли это? Ни одно растение озон, конечно, не выделяет. Но растения, особенно хвойные, выделяют в воздух множество летучих органических соединений, в том числе ненасыщенных углеводородов класса терпенов (их много в скипидаре). Так, в жаркий день сосна выделяет в час 16 мкг терпенов на каждый грамм сухой массы хвои. Терпены выделяют не только хвойные, но и некоторые лиственные деревья, среди которых – тополь и эвкалипт. А некоторые тропические деревья способны выделить в час 45 мкг терпенов на 1 г сухой массы листьев. В результате в сутки один гектар хвойного леса может выделить до 4 кг органических веществ, лиственного – около 2 кг. Покрытая лесом площадь Земли составляет миллионы гектаров, и все они выделяют в год сотни тысяч тонн различных углеводородов, в том числе и терпенов. А углеводороды, как это было показано на примере метана, под действием солнечной радиации и в присутствии других примесей способствуют образованию озона. Как показали опыты, терпены в подходящих условиях действительно очень активно включаются в цикл атмосферных фотохимических реакций с образованием озона. Так что озон в хвойном лесу – вовсе не выдумка, а экспериментальный факт.

 

Озон и здоровье.

Как приятно прогуляться после грозы! Воздух чист и свеж, его бодрящие струи, кажется, без всяких усилий сами втекают в легкие. «Озоном пахнет, – часто говорят в таких случаях. – Очень полезно для здоровья». Так ли это?

Когда-то озон, безусловно, считали полезным для здоровья. Но если его концентрация превышает определенный порог, он может вызывать массу неприятных последствий. В зависимости от концентрации и времени вдыхания озон вызывает изменения в легких, раздражение слизистых глаз и носа, головную боль, головокружение, снижение кровяного давления; озон уменьшает сопротивляемость организма бактериальным инфекциям дыхательных путей. Предельно допустимая его концентрация в воздухе составляет всего 0,1 мкг/л, а это означает, что озон намного опаснее хлора! Если несколько часов провести в помещении при концентрации озона всего лишь 0,4 мкг/л, могут появиться загрудинные боли, кашель, бессонница, снижается острота зрения. Если долго дышать озоном при концентрации больше 2 мкг/л, последствия могут быть более тяжелыми – вплоть до оцепенения и упадка сердечной деятельности. При содержании озона 8–9 мкг/л через несколько часов происходит отек легких, что чревато смертельным исходом. А ведь такие ничтожные количества вещества обычно с трудом поддаются анализу обычными химическими методами. К счастью, человек чувствует присутствие озона уже при очень малых его концентрациях – примерно 1 мкг/л, при которых йодкрахмальная бумажка еще и не собирается синеть. Одним людям запах озона в малых концентрациях напоминает запах хлора, другим – сернистого газа, третьим – чеснока.

Ядовит не только сам озон. С его участием в воздухе образуется, например, пероксиацетилнитрат (ПАН) СН3–СО–ООNО2 – вещество, оказывающее сильнейшее раздражающее, в том числе слезоточивое, действие, затрудняющее дыхание, а в более высоких концентрациях вызывающее паралич сердца. ПАН – один из компонентов образующегося летом в загрязненном воздухе так называемого фотохимического смога (это слово образовано от английского smoke – дым и fog – туман). Концентрация озона в смоге может достигать 2 мкг/л, что в 20 раз больше предельно допустимой. Следует также учесть, что совместное действие озона и оксидов азота в воздухе в десятки раз сильнее, чем каждого вещества порознь. Не удивительно, что последствия возникновения такого смога в больших городах могут быть катастрофическими, особенно если воздух над городом не продувается «сквозняками» и образуется застойная зона. Так, в Лондоне в 1952 от смога в течение нескольких дней погибло более 4000 человек. А смог в Нью-Йорке в 1963 убил 350 человек. Аналогичные истории были в Токио, других крупных городах. Страдают от атмосферного озона не только люди. Американские исследователи показали, например, что в областях с повышенным содержанием озона в воздухе время службы автомобильных шин и других изделий из резины значительно уменьшается.

Как уменьшить содержание озона в приземном слое? Снизить поступление в атмосферу метана вряд ли реалистично. Остается другой путь – уменьшить выбросы оксидов азота, без которых цикл реакций, приводящих к озону, идти не может. Путь это тоже непростой, так как оксиды азота выбрасываются не только автомобилями, но и (главным образом) тепловыми электростанциями.

Источники озона – не только на улице. Он образуется в рентгеновских кабинетах, в кабинетах физиотерапии (его источник – ртутно-кварцевые лампы), при работе копировальной техники (ксероксов), лазерных принтеров (здесь причина его образования – высоковольтный разряд). Озон – неизбежный спутник производства пергидроля, аргонодуговой сварки. Для уменьшения вредного действия озона необходимо оборудование вытяжки у ультрафиолетовых ламп, хорошее проветривание помещения.

И все же вряд ли правильно считать озон, безусловно, вредным для здоровья. Все зависит от его концентрации. Как показали исследования, свежий воздух очень слабо светится в темноте; причина свечения – реакции окисления с участием озона. Свечение наблюдали и при встряхивании воды в колбе, в которую был предварительно напущен озонированный кислород. Это свечение всегда связано с присутствием в воздухе или воде небольших количеств органических примесей. При смешении свежего воздуха с выдыхаемым человеком интенсивность свечения повышалась в десятки раз! И это не удивительно: в выдыхаемом воздухе обнаружены микропримеси этилена, бензола, уксусного альдегида, формальдегида, ацетона, муравьиной кислоты. Они-то и «высвечиваются» озоном. В то же время «несвежий», т.е. полностью лишенный озона, хотя и очень чистый, воздух свечения не вызывает, а человек его ощущает как «затхлый». Такой воздух можно сравнить с дистиллированной водой: она очень чистая, практически не содержит примесей, а пить ее вредно. Так что полное отсутствие в воздухе озона, по-видимому, тоже неблагоприятно для человека, так как увеличивает содержание в нем микроорганизмов, приводит к накоплению вредных веществ и неприятных запахов, которые озон разрушает. Таким образом, становится понятной необходимость регулярного и длительного проветривания помещений, даже если в нем нет людей: ведь попавший в комнату озон долго в ней не задерживается – частично он распадается, а в значительной степени оседает (адсорбируется) на стенках и других поверхностях. Сколько должно быть озона в помещении, пока сказать трудно. Однако в минимальных концентрациях озон, вероятно, необходим и полезен.

Таким образом, озон это мина замедленного действия. Если его правильно использовать, то он будет служить человечеству, но стоит его начать использовать не по назначению, как это моментально приведет к глобальной катастрофе и Земля превратится в такую планету как Марс.


Полезный ядовитый газ

Об этом химическом соединении говорят так: полезен наверху и вреден внизу. Этот сильный яд прикрывает землю, словно одеяло, от губительного излучения Солнца. Это он, это он – известный дырами озон.

Об этом химическом соединении говорят так: полезен наверху и вреден внизу. Этот сильный яд прикрывает землю, словно одеяло, от губительного излучения Солнца. Это — всем известный озон.

1. В конце XVIII века голландский физик Мартин ван Марум проводил опыты с электричеством и первым из ученых обратил внимание, что при образовании искр в электрической машине возникает своеобразный металлический запах – великий русский химик Менделеев позже назвал его запахом раков. 

2. Тот же ван Марум заметил, что если через воздух пропустить электрические искры, он приобретает способность окислять. А ртуть, на которую подействовали таким воздухом, потеряла свой блеск и начала прилипать к стеклу.  Новое вещество голландец не опознал: он счел, что образуется особая электрическая материя. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. В 1839-1840 годах немецкий химик Кристиан Фридрих Шёнбейн разобрался: при пропускании электрических искр через кислород образуется особый голубоватый газ, который он назвал озоном, что по-гречески означает «пахнущий». 

4. Еще через несколько лет его французские коллеги доказали, что озон – это модификация кислорода. Молекула озона отличается от обычной молекулы кислорода тем, что состоит не из двух, а из трех атомов кислорода. И лишь в 1880 французские ученые Ж.Готфейль и П.Шаппюи получали озон из чистого кислорода при температуре  -23° С. 

5. Позже ученые выяснили, что озон – враг и друг одновременно. Исключительно ядовитый газ, отнесенный в нашей стране к первому, самому опасному классу опасности, в повышенной концентрации он вызывает головные боли, кашель, поражения глаз. 

6. Тот же озон, сконцентрированный в так называемом озоновом слое стратосферы на высоте примерно тридцать километров, спасает все живое на земле от пагубного ультрафиолетового излучения Солнца. 

7. Используют полезные свойства озона и на Земле: с помощью озона отбеливают бумагу и очищают масла, стерилизуют изделия медицинского назначения, дезинфицируют воду и воздух, помещения и одежду. Во всех случаях необходимы меры предосторожности – чтобы не повредить здоровью. 

8. Одна из самых важных областей применения озона –  это обеззараживание питьевой воды. Под действием хлора, которым обычно обрабатывают воду, примеси в воде превращаются соединения с очень непpиятным запахом. Озонированная вода не приобретает постороннего запаха или вкуса. В результате  полного окисления озоном многих органических соединений образуются только углекислый газ и вода. 

9. Сточные воды тоже можно очищать озоном. Продукты окисления озоном даже таких опасных загрязнителей как фенолы, цианиды, повеpхностно-активные вещества, сульфиты, хлоpамины, представляют собой безвредные соединения без цвета и запаха. 

10. Мы вдыхаем  куда больше озона, чем наши предки, и все потому, что в  воздухе нынче повышено количество метана и оксидов азота. В загрязненной оксидами азота атмосфере метан вступает в сложную цепочку реакций с участием кислорода и паров воды, в результате которой выделяется озон. Вместо метана в этой цепочке реакций могут выступать и другие углеводороды из тех, что содержатся в выхлопных газах автомобилей при неполном сгорании бензина. И потому в воздухе  мегаполисов концентрация озона выросла за последние десятилетия в десятки раз.  

11. Уже довольно давно разработаны методики лечения озоном самых разных заболеваний. Но ни одно объективное клиническое исследование не подтвердило пока хоть сколько-нибудь выраженный терапевтический эффект от подобного лечения. Более того, существует доказанный риск токсического, канцерогенного и мутагенного воздействия. 

12. Концентрацию озона принято измерять в так называемых единицах Добсона, при этом один миллиметр озонового слоя соответствует ста единицам. 

13. В середине 80-х годов прошлого века английские исследователи сделали неприятное открытие: в начале антарктической весны уровень озона в атмосфере там значительно ниже нормы –  она составляет примерно триста тридцать единиц Добсона. 

14. Это явление принято называть озоновой дырой, хотя никакой дырки, то есть бреши на самом деле нет – речь идет всего лишь об утончении слоя. Но и это небезобидно для человеческого здоровья, поэтому ученые забили тревогу и начали принимать меры.  

15. В 1987 году в Монреале провели международную конференцию и подписали так называемый Монреальский протокол, согласно которому промышленно развитые страны обязались сокращать, а в конце концов и прекратить выпуск химических веществ, разрушающий озоновый слой. 

16. Вещества, разрушающие озоновый слой – это прежде всего соединения хлора и брома, которыми широко пользуется человек.  К этим веществам относятся и фреоны – хладоагенты в холодильных машинах. Именно поэтому ученые сделали вывод, что озоновая дыра – это болезнь цивилизации. 

17. День подписания Монреальского протокола – 16 сентября – нынче отмечают как Международный день охраны озонового слоя. 

18. Почему озоновая дыра образовалась над Антарктидой, где почти нет населения и мало используются, например, фреоны? Это объясняется особенностями климата – полярными вихрями и особенностями солнечного освещения. 

19. Озон разрушается не только над Антарктидой: дыру, но поменьше, обнаружили над Арктикой, да и в средних широтах тоже есть озоновые дыры.  

20. Но есть и хорошие новости: Монреальский протокол работает и приносит плоды!

По оценке экспертов из Программы Организации объединенных наций по окружающей среде и Всемирной метеорологической организации,  сегодня, спустя 27 лет можно уже сказать, что принятые меры  дали результат: озоновый слой прекратил разрушаться. Лет через сорок озоновые дыры затянутся, если человечество будет вести себя хорошо.

Озон - общие сведения

Свойства озона

ОЗОН O³ (от греч. ozon-пахнущий) — аллотропная модификация кислорода, которая может существовать во всех трех агрегатных состояниях. Озон — нестабильное соединение, и даже при комнатной температуре медленно разлагается на молекулярный кислород, однако озон не является радикалом.
Физические свойства
Молекулярный вес = 47, 9982 г/моль. Газообразный озон имеет плотность 2,144 •10-3 г/см3 при давлении 1 атм и 29° С .
Озон – вещество особое. Он крайне нестабилен и при повышении концентрации легко диспропорционирует по общей схеме: 2О3 —> 3О2.В газообразном виде озон имеет голубоватый оттенок, заметный при содержании в воздухе 15—20% озона.
Озон при нормальных условиях — газ с резким запахом. При очень низких концентрациях, запах озона ощущается как приятная свежесть, но с увеличением концентрации становится неприятным. Запах замерзшего белья - запах озона. К нему легко привыкнуть.
Основное его количество сосредоточено в так называемом "озонном поясе" на высоте 15—30 км. У поверхности земли концентрация озона значительно меньше и абсолютно безопасна для живых существ; существует даже мнение, что полное его отсутствие также отрицательно сказывается на работоспособности человека.
При концентрациях порядка 10 ПДК озон ощущается очень хорошо, но через несколько минут ощущение пропадает практически полностью. Это необходимо иметь в виду при работе с ним.
Однако озон обеспечивает и сохранение жизни на Земле, т.к. озоновый слой задерживает наиболее губительную для живых организмов и растений часть уф-излучения Солнца с длиной волны менее 300 нм, наряду с СО2 поглощает ик-излучение Земли, препятствуя ее охлаждению.
Озон сильнее кислорода растворим в воде. В воде озон разлагается значительно быстрее, чем в газовой фазе, причем исключительно большое влияние на скорость разложения оказывает наличие примесей, особенно ионов металлов.

 

 

Озон хорошо адсорбируется силикагелем и алюмогелем. При парциальном давлении озона, например 20 мм рт. ст., и при 0° С силикагель поглощает около 0,19% озона по весу. При низких температурах адсорбция заметно ослабевает. В адсорбированном состоянии озон очень устойчив. Потенциал ионизации озона равен 12,8 эВ.
Химические свойства озона
Они отличаются двумя главными чертами — нестойкостью и окисляющей способностью. Примешанный к воздуху в малых концентрациях, он разлагается сравнительно медленно, но при повышении температуры разложение его ускоряется и при температуре более 100° С становится очень быстрым.
Присутствие в воздухе NO2, Cl, а также каталитическое действие окислов металлов — серебра, меди, железа, марганца — ускоряют разложение озона. Озон обладает столь сильными окислительными свойствами, поскольку один из атомов кислорода очень легко отщепляется от его молекулы. Легко переходит в кислород.
Озон окисляет при обычной температуре большинство металлов. Кислые водные растворы озона довольно устойчивы, в щелочных растворах озон быстро разрушается. Металлы переменной валентности (Mn, Co, Fe и др.), многие окислы, перекиси и гидроокиси эффективно разрушают озон. Большинство металлических поверхностей покрывается пленкой окисла в высшем валентном состоянии металла (например, PbO2, AgO или Ag2O3, HgO).
Озон окисляет все металлы, за исключением золота и металлов платиновой группы, реагирует с большинством других элементов, разлагает галогеноводороды (кроме HF), переводит низшие окислы в высшие и т. д.
Он не окисляет золото, платину, иридий, сплав 75%Fe + 25%Cr. Черный сернистый свинец PbS он обращает в белый сернокислый PbSO4, мышьяковистый ангидрид Аs2O3 — в мышьяковый As2O5 и т. д.
Реакция озона с ионами металлов переменной валентности (Мn, Сr и Со) в последние годы находит практическое применение для синтеза полупродуктов для красителей, витамина РР (изоникотиновая кислота) и др. Смеси солей марганца и хрома в кислом растворе, содержащем окисляемое соединение (например, метилпиридины), окисляются озоном. При этом ионы Сr3+ переходят в Сr6+ и окисляют метилпиридины только по метальным группам. В отсутствие солей металлов разрушается преимущественно ароматическое ядро.
Озон реагирует и со многими газами, которые присутствуют в атмосфере. Сероводород h3S при соединении с озоном выделяет свободную серу, сернистый ангидрид SO2 превращается в серный SO3; закись азота N2O — в окись NO, оксид азота NO быстро окисляется до NO2, в свою очередь NO2 также реагирует с озоном, причем в конечном счете образуется N2O5; аммиак Nh4 — в азотноаммиачную соль Nh5NO3.
Одна из важнейших реакций озона с неорганическими веществами — разложение им йодистого калия. Эта реакция широко используется для количественного определения озона.
Озон реагирует в ряде случаев и с твердыми веществами, образуя озониды. Выделены озониды щелочных металлов, щелочноземельных металлов: стронция, бария, причем температура их стабилизации растет в указанном ряду; Са(O3) 2 стабилен при 238 К, Ва(O3) 2 при 273 К. Озониды разлагаются с образованием надперекиси, например NaO3 —> NaO2 + 1/2O2. Различные озониды образуются также при реакциях озона с органическими соединениями.
Озон окисляет многочисленные органические вещества, насыщенные, ненасыщенные и циклические углеводороды. Опубликовано много работ по исследованию состава продуктов реакции озона с различными ароматическими углеводородами: бензолом, ксилолами, нафталином, фенантреном, антраценом, бензантраценом, дифениламином, хинолином, акриловой кислотой и др. Он обесцвечивает индиго и многие другие органические красители, благодаря чему им пользуются даже для отбелки тканей.
Скорость реакции озона с двойной связью С=С в 100 000 раз выше, чем скорость реакции озона с одинарной связью С-С. Поэтому от озона в первую очередь страдают каучуки и резины. Озон реагирует с двойной связью с образованием промежуточного комплекса:
Эта реакция идет достаточно быстро уже при температурах ниже 0°С. В случае предельных соединении озон является инициатором обычной реакции окисления:
Интересно взаимодействие озона с некоторыми органическими красителями, которые сильно флюоресцируют при наличии озона в воздухе. Таковы, например, эйхрозин, рибофлавин и люминол (триаминофталгидразид), и особенно, родамин-В и, сходный с ним родамин-С.
Высокие окислительные свойства озона, разрушающие органические вещества и окисляющие металлы (в особенности железо) до нерастворимой формы, способность разлагать растворимые в воде газообразные соединения, насыщать водные растворы кислородом, низкая стойкость озона в воде и самоликвидация его опасных для человека свойств - все это в совокупности делает озон наиболее привлекательным веществом для подготовки хозяйственной воды и обработки различных стоков.
Синтез озона
Озон образуется в газовой среде, содержащей кислород, если возникнут условия, при которых кислород диссоциирует на атомы. Это возможно во всех формах электрического разряда: тлеющем, дуговом, искровом, коронном, поверхностном, барьерном, безэлектродном и т.п. Основной причиной диссоциации является столкновение молекулярного кислорода с электронами, ускоренными в электрическом поле.
Кроме разряда диссоциацию кислорода вызывают УФ-излучение с диной волны менее 240 нм и различные частицы высокой энергии: альфа-, бета-, гамма - частицы, рентгеновские лучи и т.п. Озон получают также при электролизе воды.
Практически во всех источниках образования озона существует группа реакций, в результате которых озон разлагается. Они мешают образованию озона, но реально существуют, и их необходимо учитывать. Сюда входит термическое разложение в объеме и на стенках реактора, его реакции с радикалами и возбужденными частицами, реакции с добавками и примесями, которые могут контактировать с кислородом и озоном.
Полный механизм состоит из значительного числа реакций. Реальные установки, на каком бы принципе они ни работали, показывают высокие энергетические затраты на выработку озона. КПД генератора озона зависит от того, на какую – полную или активную – мощность рассчитывается единица массы образовавшегося озона.
Барьерный разряд
Под барьерным разрядом понимают разряд, возникающий между двумя диэлектриками или диэлектриком и металлом. Из-за того, что электрическая цепь разорвана диэлектриком, питание осуществляется только переменным током. Впервые озонатор, близкий к современным, был предложен в 1897 г. Сименсом.
При небольших мощностях озонатор можно не охлаждать, так как выделяющееся тепло уносится с потоком кислорода и озона. В промышленных производствах озон также синтезируют в дуговых озонаторах (плазмотроны), в генераторах озона тлеющего (лазеры) и поверхностного разряда.
Фотохимический способ
Основная доля произведенного на Земле озона в природе образуется фотохимическим способом. В практической деятельности человека фотохимические методы синтеза играют меньшую роль, чем синтезы в барьерном разряде. Главная область их использования - получение средних и малых концентраций озона. Такие концентрации озона требуются, например, при испытании резинотехнических изделий на устойчивость к растрескиванию под действием атмосферного озона. На практике для производства озона данным методом применяются ртутные и эксимерные ксеноновые лампы.
Электролитический метод синтеза
Первое упоминание об образовании озона в электролитических процессах относится к 1907 г. Однако до настоящего времени механизм его образования остается неясным.
Обычно в качестве электролита применяют водные растворы хлорной или серной кислоты, электроды изготовляют из платины. Использование кислот, меченных О18, показало, что они не отдают своего кислорода при образовании озона. Поэтому брутто-схема должна учитывать только разложение воды:
Н2О + O2 —> O3 + 2Н+ + e-
с возможным промежуточным образованием ионов или радикалов.
Образование озона под действием ионизирующего излучения
Озон образуется в ряде процессов, сопровождающихся возбуждением молекулы кислорода либо светом, либо электрическим полем. При облучении кислорода ионизирующей радиацией также могут возникать возбужденные молекулы, и наблюдается образование озона. Образование озона под действием ионизирующего излучения до настоящего времени не было использовано для синтеза озона.
Образование озона в СВЧ-поле
При пропускании струи кислорода через СВЧ-поле наблюдалось образование озона. Этот процесс мало изучен, хотя генераторы, основанные на этом явлении, часто используются в лабораторной практике.
Применение озона в быту и влияние его на человека
Озонирование воды, воздуха и других веществ
Озонированная вода не содержит токсичных галогенметанов - типичных примесей стерилизации воды хлором. Процесс озонирования проводят в барботажных ваннах или смесителях, в которых очищенная от взвесей вода смешивается с озонированным воздухом или кислородом. Недостаток процесса - быстрое разрушение О3 в воде (период полураспада 15-30 минут).
Озонирование применяют также в пищевой промышленности для стерилизации холодильников, складов, устранения неприятного запаха; в медицинской практике - для обеззараживания открытых ран и лечения некоторых хронических заболеваний (трофические язвы, грибковые заболевания), озонирования венозной крови, физиологических растворов.
Современные озонаторы, в которых озон получают с помощью электрического разряда в воздухе или в кислороде, состоят из генераторов озона и источников питания и являются составной частью озонаторных установок, включающих в себя, кроме озонаторов, вспомогательные устройства.
В настоящее время озон является газом, используемым в так называемых озоновых технологиях: очистка и подготовка питьевой воды, очистка сточных вод (бытовых и промышленных стоков), отходов газов и др.
В зависимости от технологии использования озона производительность озонатора может составлять от долей грамма до десятков килограмм озона в час. Специальные озонаторы применяются для газовой стерилизации медицинского инструментария и мелкого оборудования. Стерилизация осуществляется в искусственно увлажненной озонокислородной среде, заполняющей стерилизационную камеру. Цикл стерилизации состоит из стадии замещения воздуха в стерилизационной камере увлажненной озонокислородной смесью, стадии стерилизационной выдержки и стадии замещения озонокислородной смеси в камере микробиологически очищенным воздухом.
Озонаторы, применяемые в медицине для озонотерапии, имеют широкий диапазон регулирования концентрации озонокислородной смеси. Гарантированная точность вырабатываемой концентрации озонокислородной смеси контролируется системой автоматики озонатора и автоматически поддерживается.
Биологическое действие озона
Биологическое действие озона зависит от способа его применения, дозы и концентрации. Многие из его эффектов в разных диапазонах концентраций проявляются в различной степени. В основе лечебного действия озонотерапии лежит применение озонокислородных смесей. Высокий окислительно-восстановительный потенциал озона обуславливает его системное (восстановление кислородного гомеостаза) и локальное (выраженное дезинфицирующее) лечебное действие.
Впервые озон как антисептическое средство был использован А. Wolff в 1915 г. для лечения инфицированных ран. В последние годы озонотерапию успешно применяют практически во всех областях медицины: в неотложной и гнойной хирургии, общей и инфекционной терапии, гинекологии, урологии, гастроэнтерологии, дерматологии, косметологии и др. Использование озона обусловлено его уникальным спектром воздействия на организм, в т.ч. иммуномодулирующим, противовоспалительным, бактерицидным, противовирусным, фунгицидным и др.
Однако нельзя и отрицать, что методы использования озона в медицине, несмотря на явные преимущества по многим биологическим показателям, до сих пор широкого применения не получили. Согласно литературным данным высокие концентрации озона являются абсолютно бактерицидными практически для всех штаммов микроорганизмов. Поэтому озон используется в клинической практике как универсальный антисептик при санации инфекционно-воспалительных очагов различной этиологии и локализации.
В литературе встречаются данные о повышенной эффективности антисептических препаратов после их озонирования при лечении острых гнойных хирургических заболеваний.
Выводы относительно бытового использования озона
Прежде всего, нужно безоговорочно подтвердить факт применение озона в практике врачевания во многих областях медицины, как терапевтического и обеззараживающего средства, однако говорить о широком его применении пока не приходится.
Озон воспринимается человеком с наименьшими побочными аллергическими проявлениями. И даже если в литературе можно найти упоминание об индивидуальной непереносимости O3, то эти случаи никак не могут быть сопоставимы, например, с хлорсодержащими и прочими галогенопроизводными антибактериальными препаратами.
Озон - трёхатомный кислород и наиболее экологичен. Кому не знаком его запах “свежести” – в летние жаркие дни после грозы?! Постоянное присутствие его в земной атмосфере испытывает на себе любой живой организм.
Источник: http://xenozone.ru

Физико-химические свойства озона и его применение в медицине (клинико-эксперементальное обоснование) Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

УДК 546.214:61

Н. В. Галеева, В. Х. Фазылов, М. А. Чижова

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ОЗОНА И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ В МЕДИЦИНЕ (КЛИНИКО-ЭКСПЕРЕМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ)

Ключевые слова: озон, озонотерапия.

Показаны основные физические, химические и биологические эффекты озона и дано их краткое описание. Дано определение озонотерапии как нелекарственного метода лечения, применяемого в различных областях медицины.

Keywords ozone, ozone therapy.

The main physical, chemical and biological ozone effects are showed in the article and its brief description is given. The definition of ozone therapy as non-pharmacological treatment method which is used in different medicine fields is given.

Озон, как вещество оказывающее очень значительное влияние на жизнь всего живого на нашей планете, постоянно привлекает к себе внимание человека. Образуя защитный пояс Земли от УФ-радиации, озон создает благоприятные условия для нормального развития и функционирования всех живых организмов и систем.

Оптические свойства озона характеризуются его нестойкостью к излучениям различного спектрального состава. Излучения могут не только поглощаться озоном, разрушая его, но и образовывать озон.

Образование озона в атмосфере происходит на высоте от 20-30 км над поверхностью земли под воздействием ультрафиолетового излучения солнца в коротковолновом участке спектра 210-220 и 175 нм. При этом на поглощенный квант света образуются две молекулы озона. Максимальная концентрация озона составляет всего 1 мг/м3. Молекула озона также в состоянии абсорбировать 2-х атомный кислород, в результате этого процесса поддерживается озоновый слой - озоносфера, служащая щитом от жестокого ультрофиолетового излучения солнца.

Открытие озона как химического элемента состоялось в конце XVIII века. Открыт был озон голландским физиком Ван Марумом в 1785 году во время изучения воздействия электрической искры на воздух. Открытие озона обычно связывают с его характерным запахом. В 1840 г. немецкий химик Кристиан Фридрих Шенбейн подтвердил эти наблюдения. Занимаясь гидролизом воды ученый пытался с помощью электрической дуги разложить её на кислород и водород, в результате обнаружил образование нового, не известного науке газа со специфическим запахом, которому он дал название «озон» (от греческого ozon - пахнущий). Считается, что запах озона - это запах свежего воздуха после грозы. Это действительно так, но лишь в том случае, если его концентрация очень мала и составляет доли предельно допустимых концентраций (ПДК). Благодаря своей химической активности озон имеет очень низкую предельно-допустимую

концентрацию в воздухе (соизмеримую с ПДК боевых отравляющих веществ) 5 • 10-8 % или 0,1

мг/м3, что в 10 раз больше обонятельного порога для человека. Позднее, в 1953 году Andews опубликовал данные, что озон представляет собой аллотропную форму кислорода. Интенсивное исследование свойств озона началось после создания Варнером в 1957г. «трубок магнитной индукции» для получения озона в больших количествах.

В последние 20 лет области применения озона значительно расширились и во всем мире ведутся новые разработки. Столь бурному развитию технологий с использованием озона способствует его экологическая чистота. Применение озона основано на его окислительных, дезинфицирующих и бактерицидных свойствах [1]. В отличие от других окислителей озон в процессе реакций разлагается на молекулярный и атомарный кислород и предельные оксиды. Все эти продукты, как правило, не загрязняют окружающую среду и не приводят к образованию канцерогенных веществ как, например, при окислении хлором или фтором. Окислительный потенциал озона составляет 2,07 В (для сравнения у фтора 2,4 В, а у хлора 1,7 В).

Озон эффективно уничтожает бактерии, грибы, вирусы и канцерогенные вещества, которые при очистке воды в большинстве случаев не убиваются обычными химикатами. Взаимодействие озона с органическими соединениями находит широкое применение в химической промышленности и в смежных отраслях. Реакции озона с ароматическими соединениями легли в основу технологий дезодорации различных сред, помещений и сточных вод. С целью очистки питьевой воды озон применяется около 80 лет. В настоящее время 95% питьевой воды в Европе проходит озонную подготовку. В США идет процесс перевода с хлорирования на озонирование. В России действуют несколько крупных станций (в Москве, Нижнем Новгороде и других городах).

Окислительный потенциал озона используется в текстильной и целлюлозной промышленности в качестве отбеливающего средства. Бактерицидные свойства озона успешно применяют в производстве минеральной воды, а также в разведении устриц и съедобных моллюсков.

С XX века начинается история медицинского применения озона. Как антисептическое средство

озон использовался еще в начале века, однако, обширные и систематические исследования в области озонотерапии, в первую очередь в Германии, начались в середине 70-х годов, когда в повседневной медицинской практике появились стойкие к озону полимерные материалы и удобные для работы озонаторные установки.

Озон- аллотропная модификация кислорода-О3. Кислород может находиться в виде одной из своих форм:

1. Одноатомный кислород- высокоактивная и очень нестабильная форма, так как он имеет две свободные валентные связи - (О).

2. Двуатомный кислород- широко распространенная и стабильная форма, поскольку не имеет свободных связей (О-О).

В молекуле озона два электрона и в отличие от атомарного кислорода является относительно устойчивым соединением с более сильным окислительным потенциалом. Он самопроизвольно разлагается при высоких концентрациях, при этом чем выше концентрация, тем выше скорость реакции разложения[2]. Поскольку молекула озона обладает большой полярностью, озон имеет более высокую температуру кипения (минус 111,9оС), чем кислород. Этим же объясняется большая интенсивность окраски озона и лучшая растворимость в воде.

Следует также отметить, что процесс разложения озона ускоряется с ростом температуры, а сама реакция разложения 2О3>3О2+68 ккал экзотермична и сопровождается выделением большого количества тепла.

о3->о+о2

Оз + О -> 2О2

Первичные процессы образования озона из кислорода могут протекать по-разному в зависимости от количества приложенной энергии. При энергии электронов 12,2 эВ, когда происходит образование молекулярных ионов кислорода, выхода озона не наблюдается, а при энергии электронов 19,2 эВ, когда участвуют как атом, так и ион кислорода, образуется озон. Наряду с этим образуются положительные и отрицательные ионы кислорода. Механизм распада озона, в котором участвуют гомогенные и гетерогенные системы, сложен и зависит от условий. Разложение озона ускоряется в гомогенных системах газообразными добавками (окислы азота, хлор и др.), а в гетерогенных системах металлами (ртуть, серебро, медь и др.) и окислами металлов (железо, медь, никель, свинец и др.).Озон имеет очень высокое сродство к электрону (1,9 эВ), что и обуславливает его свойства сильного окислителя. Восстановительный потенциал пары «озон-кислород» в кислой среде равен 2,07В.

О2+Н2О - О3+2Н +2е-2,07В

А в щелочном растворе-1,24:

О2+2ОН - О3+ Н2О+2е-1,24В

Он способен реагировать с большинством органических и многими неорганическими веществами. Термодинамически эти реакции могут протекать до полного окисления, то есть до образования Н2О, оксидов углерода и высших оксидов других элементов. Окислительное действие О3 может проявляться по разному:

1) окисление, в котором играет роль лишь один атом кислорода из молекулы О3.

2) окисление с участием трех атомов кислорода.

3) окисление с образованием соединений исходного вещества с молекулой О3(озониды).

Озон относительно устойчив в кислых и нейтральных растворах, в высоких концентрациях токсичен. Озон окисляет все металлы за исключением золота и группы платины, доокисляет оксиды серы и азота, окисляет аммиак с образованием нитрита аммония. Он активно вступает в реакцию с ароматическими соединениями с разрушением ароматического ядра (в частности реагирует с фенолом с разрушением ядра). Активно взаимодействует с насыщенными углеводородами с разрушением двойных углеродных связей. Характерной особенностью озона, как второго простого соединения элемента кислорода, является его способность существовать в зависимости от условий образования во всех трех агрегатных состояниях. При нормальных условиях озон голубой газ с очень интенсивной окраской, которая становится заметной при содержании озона в кислороде 10-15% при слое в 1м.. Жидкий озон -темно-синяя, почти непрозрачная жидкость. Твердый озон - темно-фиолетовые игольчатые кристаллы. Чистый озон во всех трех агрегатных состояниях взрывчат, так как его молекула обладает большой избыточной энергией: О3 3/2 О2 + 24 ккал/моль. При концентрации озона до 10% взрывного разложения его не происходит. Низкие температуры способствуют сохранению озона. При температурах около минус 183°С жидкий озон можно хранить длительное время без заметного разложения. Быстрое нагревание до точки кипения (минус 119°С) или быстрое охлаждение озона могут привести к взрыву. При газообразном состоянии озон диамагнитен, а в жидком - слабо парамагнитен. Он хорошо растворяется в эфирных маслах, скипидаре, четыреххлористом углероде. Растворимость его в воде выше, чем кислорода, более чем в 15 раз. В табл. 1 приведены основные физические свойства озона.

Медицинский озон - озонокислородная смесь (ОКС), состоящая из 0,05-10% озона и 99,95-90% чистого кислорода, получаемая из сверхчистого кислорода путем его разложения в слабом электрическом разряде. В зависимости от желаемого результата используют ОКС с концентрацией озона в диапазоне 0,1-100 мг/л (100-100 000 мкг/л) при скоростях выходных потоков смесей в диапазоне 0,1-1 л/мин. Физико-химические свойства озона, а именно то, что озон - мощный окислитель, намного более реакционноспособный, чем двухатомный кислород, и растворим в жидких средах, определяют спектр его биологической активности [3].

Таблица 1 - Основные физические свойства озона

Показатель Значение

Молекулярная масса 47,998

Удельный вес по воздуху 1,624

Плотность при НТД 2,1415 г/л

Объем при НТД 506 см3/г

Температура плавления минус 192,5° С

Температура кипения минус 111,9°С

Критическая минус 12,1°С

температура

Критическое давление 54,6 атм

Критический объем 147,1 см3/моль

Теплота образования (18° С) 34,2 ккал/моль

Теплота испарения (минус 112° С) 74,6 ккал/моль

Потенциал ионизации 12,8 эВ

Сродство к электрону 1,9-2,7 эВ

Диэлектрическая 1,0019

постоянная

газообразного озона при НТД

Скорость детонации (25°С) 1863 м/с

Давление детонации (25°С) 30 атм

Растворимость озона:

в уксусной кислоте (18,2°С) 2,5 г/л

в трихлоруксусной кислоте, °С) 1,69 г/л

, ангидриде уксусной кислоты (0°С) 2,15 г/л

в пропионовой кислоте (17,3°С) 3,6 г/л

в ангидриде 2,8 г/л

пропионовой кислоты (18,2°С)

в четыреххлористом углероде (21°С) 2,95 г/л

Озонотерапия -дозозаввисимая терапия. Низкие концентрации озона не проявляют токсического действия, так как свободные радикалы нейтрализуются антиоксидантной системой защиты организма, тогда как высокие концентрации оказывают токсическое воздействие, приводя к развитию окислительного стресса. Побочные эффекты при ОТ, в основном, являются как бы продолжением его терапевтического действия. При высоких концентрациях озона (10-100мг/л) проявляются его бактерицидные, фунгицидные, вирусоцидные свойства. Низкие концентрации озона (0,5-5 мг/л) способствуют к примеру эпителизации и заживлению раневой поверхности, стабилизации клеточных мембран и.т.д. Известно, что свободные радикалы играют важную и даже решающую роль в патогенезе большинства болезней человека, повреждая ткани и неся за собой окислительный стресс [4].

Применение ОТ основано на изменении свободно-радикального статуса организма в ответ на поступление активных кислородных и озоновых метаболитов из вне, с получением равновесия, поддерживаемое прооксидантными свойствами производных озона, с одной стороны, и антиоксидантной системы защиты с другой [5].

Полярное строение молекулы озона делает его высоко селективным. Мгновенно реагируют с озоном соединения, содержащие свободные двойные связи (-С=С-) Это в первую очередь ненасыщенные жирные кислоты, ароматические аминокислоты и пептиды с наличием SH-групп. Основными мишенями при внутривенном введении озона являются клеточные мембраны форменных элементов крови (лимфоцитов, эритроцитов, тромбоцитов), клетки сосудистой стенки и плазменные метаболиты. При взаимодействия молекулы озона с биоорганическими субстратами образуется молекула первичного озонида, который нестабилен и распадается с образованием карбоксильного соединения и карбонилоксида. Взаимодействуя, последние образуют вторичный озонид, который при восстановлении распадается с образованием перкосида. И озониды и пероксиды являются сильнейшими окислителями.

Биологические эффекты озона объясняются также биорегуляторной ролью свободных радикалов, решающей в активации иммунологического (через транскрипцию фактора №-кВ. и биохимического (гексозо-монофосфатный шунт) механизмов [6].

Умеренные концентрации озона стимулируют антиоксидантную систему защиты организма, способствуя стимуляции кислородного

метаболизма. Активные формы кислорода действуют как мессенджеры при активации ядерного фактора транскрипции ОТ-кВ, индуцируют экспрессию генов, в результате чего усиливается синтез белков, среди которых особый интерес представляют цитокины -

низкомолекулярные белковые вещества, обладающие широким спектром биологического действия [6]. Второй ключевой момент образования ядерного фактора транскрипции - активация синтеза индуцибельной МЫО-синтазы и увеличение продукции оксида азота. Это в свою очередь в присутствии супероксид-анион-радикала

способствует образованию пероксинитрита, который вызывает вазоконстрикцию микрососудов и изменяет микроциркуляцию. Таким образом, озон определяет ориентацию обменных процессов, гормонально-вегетативного и иммунного статуса организма [6].

ОТ - высокоэффективный и экономически выгодный метод лечения. Обладая способностью многокомпонентного действия по точкам приложения и клиническим эффектам, озон, как лечебное средство может быть включен в терапию при целом ряде заболеваний. После того как экспериментально была подтверждена способность ОТ оказывать одновременно полиорганное метаболическое и антисептическое действие, были

проведены многоцентровые исследования лечебных свойств ОКС. Показано, что парентеральное введение в инфицированный организм озонированного физиологического раствора способствует снижению летальности от инфекционных процессов [7].

Использование ОТ в ряде лечебных учреждениях Российской Федерации позволило значительно снизить смертность детей и подростков от инфекционной легочной патологии, а добавление к лечению больных инфекционными миокардитами озонирования крови позволило снизить летальность взрослых пациентов с 25 до 4,8%. Было показано, что ОТ затянувшихся пневмоний значительно повышает эффективность антибактериального лечения, ускоряет сроки рассасывания инфильтративных изменений, определяемых рентгенологически. Позволяет на 2-3 недели раньше добиться негативации мокроты при посевах на микоплазмы и хламидии, значительно улучшает общее состояние больных [7]. Показана эффективность озонотерапии в лечении острой абсцедирующей пневмонии [7]. В

экспериментальных работах, доказано, что озон в высоких концентрациях при наружном применении обладает противоопухолевым эффектом, а в комплексном использовании при парентеральном введении повышает эффективность

противоопухолевых воздействий [6].

С введением в медицинскую практику ОТ появилась возможность эффективно воздействовать на патогенетические звенья вирусных гепатитов. Парентеральное введение ОКС смеси в терапевтических дозах оказывает выраженный противогипоксический эффект, нормализует процессы перекисного окисления липидов [7]. Озон способствует нормализации показателей липидного обмена, существенно уменьшает выраженность окислительного стресса и приводит к повышению остроты зрения [8]. Применение ОТ способствует раскрытию дентинных канальцев, удалению смазанного слоя в стоматологии. Это может увеличить адгезию пломбировочного материала к зубу. Данный фактор важен при лечении кариеса пришеечной локализации, вследствие понижения ретенции пломб в данной области. Показан положительный эффект озонотерапии в комплексном лечении больных с

гинекологическими заболеваниями. Принимая во внимание свойства озона в низких концентрациях оказывать стимулирующее влияние на иммунную систему, озон был использован в качестве

паллиатиного средства [9]. Широко используется в хирургической практике [10] и.т.д. Таким образом, включение системной ОТ в комплексное лечение при различных патологиях оказывает достаточно высокую терапевтическую эффективность, что, по-видимому, связано с многофакторностью влияния озона на метаболические процессы организма клеточного и системного уровня, а уникальные физико-химические и биологические свойства озона позволяют широко использовать его в различных областях человеческой деятельности.

Литература

1. Озон и озонотерапия: Монография/ Чекман И.С, Сыровая А.О., Макаров В.А., Макаров В.В., Шаповал Е.В./-Х: «Цифровадрукарня №1», -2013. -144с.

2. В.В. Лукин, М.П. Попович, С.Н. Ткаченко «Физическая химия озона» Изд. МГУ, 1998. -C.480.

3. Конторщикова, К.И. Молекулярные продукты разложения озона в водных растворах/ К.И. Конторщикова, Л.И. Обухов, А.Л. Сибиркин// Биорадикалы и Антиоксиданты. -2015. -№1. -Т.2. -С.45-53.

4. Саприн А.Н. Окислительный стресс как возможный универсальный этиологический фактор развития различных патологических процессов. В кн.: Национальная науч.-практ. конф. с международным участием «Свободные радикалы и болезни человека». Смоленск. -1999. -С 42-44.

5. Галеева, Н.В. Патогенетическое значение оксида азота и процессов перекисного окисления липидов при естественном течении HCV-инфекции и на фоне озонотерапии/ Н.В. Галеева, В.Х. Фазылов, И.Х. Валеева// Практическая медицина. -2014. -№7(83). -С.99-103.

6. Щербатюк Т.Г. Современное состояние озонотерапии в медицине. Перспективы применения в онкологии// Современные технологии в медицине. -2010.-№1. -С.99-106.

7. Фазылов, В.Х. Озонотерапия в клинике инфекционных болезней/ В.Х. Фазылов, Н.В. Галеева, А.И. Загидуллина, И.Н Таиров// Практическая медицина. -2013. -№ 5. -С. 47-51.

8. Исхакова, Р.Р. Озонотерапия в офтальмологии/ Р.Р. Исхакова, Ф.Р. Сайфуллина// Казанский медицинский журнал. -2013. -Т.94. -№4. -С.510-516.

9. Шахова, К.А. Эффективность озонотерапии в коррекции иммунологических показателей больных миомой матки в постоперационном периоде/ К. А. Шахова [и др.]// Медицинский альманах. -2013. -№ 3. -С.157-158.

10. Винник, Ю.С. Клинические аспекты применения озонотерапии в хирургии/ Ю.С. Винник, С.В. Якимов, Г.Э. Карапегян //Биорадикалы и Антиоксиданты- -2016.-Т3. -№1. -С.76-77.

© Н. В. Галиева - к.м.н, асс. каф. инфекционных болезней ГБОУ ВПО "Казанский государственный медицинский университет", [email protected]; В. Х. Фазылов - д.м.н., проф. той же кафедры, [email protected]; М. А. Чижова - доц. каф. промышленной безопасности КНИТУ.

© N. V. Galeeva - Ph.D., lecturer of the Department of Infectious Diseases, Kazan State Medical University; V. H. Fazylov - Ph.D., professor of the Department of Infectious Diseases, Kazan State Medical University; M. A. Chizhovа - Ph.D., associate professor of the Department of Industrial Safety, KNRTU.

ОЗОН | Энциклопедия Кругосвет

Содержание статьи

ОЗОН O3, аллотропная форма кислорода.

Получение и физические свойства озона.

Впервые ученые узнали о существовании неизвестного им газа, когда начали экспериментировать с электростатическими машинами. Случилась это в 17 веке. Но начали изучать новый газ лишь в конце следующего столетия. В 1785 голландский физик Мартин ван Марум получил озон, пропуская через кислород электрические искры. Название же озон появилось лишь в 1840; его придумал швейцарский химик Кристиан Шенбейн, произведя его от греческого ozon – пахнущий. По химическому составу этот газ не отличался от кислорода, но был значительно агрессивнее. Так, он мгновенно окислял бесцветный иодид калия с выделением бурого иода; эту реакцию Шенбейн использовал для определения озона по степени посинения бумаги, пропитанной раствором иодида калия и крахмала. Даже малоактивные при комнатной температуре ртуть и серебро в присутствии озона окисляются.

Оказалось, что молекулы озона, как и кислорода, состоят только из атомов кислорода, только не из двух, а из трех. Кислород О2 и озон О3 – единственный пример образования одним химическим элементом двух газообразных (при обычных условиях) простых веществ. В молекуле О3 атомы расположены под углом, поэтому эти молекулы полярны. Получается озон в результате «прилипания» к молекулам О2 свободных атомов кислорода, которые образуются из молекул кислорода под действием электрических разрядов, ультрафиолетовых лучей, гамма-квантов, быстрых электронов и других частиц высокой энергии. Озоном всегда пахнет около работающих электрических машин, в которых «искрят» щетки, около бактерицидных ртутно-кварцевых ламп, которые излучают ультрафиолет. Атомы кислорода выделяются и в ходе некоторых химических реакций. Озон образуется в малых количествах при электролизе подкисленной воды, при медленном окислении на воздухе влажного белого фосфора, при разложении соединений с высоким содержанием кислорода (KMnO4, K2Cr2O7 и др.), при действии на воду фтора или на пероксид бария концентрированной серной кислоты. Атомы кислорода всегда присутствуют в пламени, поэтому если направить струю сжатого воздуха поперек пламени кислородной горелки, в воздухе обнаружится характерный запах озона.
Реакция 3O2 → 2O3 сильно эндотермичная: для получения 1 моль озона надо затратить 142 кДж. Обратная реакция идет с выделением энергии и осуществляется очень легко. Соответственно озон неустойчив. В отсутствие примесей газообразный озон медленно разлагается при температуре 70° С и быстро – выше 100° С. Скорость разложения озона значительно увеличивается в присутствии катализаторов. Ими могут быть и газы (например, оксид азота, хлор), и многие твердые вещества (даже стенки сосуда). Поэтому чистый озон получить трудно, а работать с ним опасно из-за возможности взрыва.

Не удивительно, что в течение многих десятилетий после открытия озона неизвестны были даже основные его физические константы: долго никому не удавалось получить чистый озон. Как писал в своем учебнике Основы химии Д.И.Менделеев, «при всех способах приготовления газообразного озона содержание его в кислороде всегда незначительно, обыкновенно лишь несколько десятых долей процента, редко 2%, и только при очень пониженной температуре оно достигает 20%». Лишь в 1880 французские ученые Ж.Готфейль и П.Шаппюи получали озон из чистого кислорода при температуре минус 23° С. Оказалось, что в толстом слое озон имеет красивую синюю окраску. Когда охлажденный озонированный кислород медленно сжали, газ стал темно-синим, а после быстрого сброса давления температура еще более понизилась и образовались капли жидкого озона темно-фиолетового цвета. Если же газ не охлаждали или сжимали быстро, то озон мгновенно, с желтой вспышкой, переходил в кислород.

Позднее разработали удобный метод синтеза озона. Если подвергнуть электролизу концентрированный раствор хлорной, фосфорной или серной кислоты с охлаждаемым анодом из платины или из оксида свинца(IV), то выделяющийся на аноде газ будет содержать до 50% озона. Были уточнены и физические константы озона. Он сжижается намного легче кислорода – при температуре –112° С (кислород – при –183° С). При –192,7° С озон затвердевает. Твердый озон имеет сине-черный цвет.

Опыты с озоном опасны. Газообразный озон способен взрываться, если его концентрация в воздухе превысит 9%. Еще легче взрываются жидкий и твердый озон, особенно при контакте с окисляющимися веществами. Озон можно хранить при низких температурах в виде растворов во фторированных углеводородах (фреонах). Такие растворы имеют голубой цвет.

Химические свойства озона.

Для озона характерна чрезвычайно высокая реакционная способность. Озон – один из сильнейших окислителей и уступает в этом отношении только фтору и фториду кислорода OF2. Действующее начало озона как окислителя – атомарный кислород, который образуется при распаде молекулы озона. Поэтому, выступая в качестве окислителя, молекула озона, как правило, «использует» только один атом кислорода, а два других выделяются в виде свободного кислорода, например, 2KI + O3 + h3O → I2 + 2KOH + O2. Так же происходит окисление многих других соединений. Однако бывают и исключения, когда молекула озона использует для окисления все три имеющиеся у нее атома кислорода, например, 3SO2 + O3 → 3SO3; Na2S + O3 → Na2SO3.

Очень важное отличие озона от кислорода в том, что озон проявляет окислительные свойства уже при комнатной температуре. Например, PbS и Pb(OH)2 в обычных условиях не реагируют с кислородом, тогда как в присутствии озона сульфид превращается в PbSO4, а гидроксид – в PbO2. Если в сосуд с озоном налить концентрированный раствор аммиака, появится белый дым – это озон окислил аммиак с образованием нитрита аммония Nh5NO2. Особенно характерна для озона способность «чернить» серебряные изделия с образованием AgO и Ag2O3.

Присоединив один электрон и превратившись в отрицательный ион О3–, молекула озона становится более стабильной. Содержащие такие анионы «озонокислые соли» или озониды были известны давно – их образуют все щелочные металлы, кроме лития, причем устойчивость озонидов растет от натрия к цезию. Известны и некоторые озониды щелочноземельных металлов, например, Са(О3)2. Если направить на поверхность твердой сухой щелочи струю газообразного озона, то образуется оранжево-красная корка, содержащая озониды, например, 4КОН + 4О3 → 4КО3 + О2 + 2Н2О. При этом твердая щелочь эффективно связывает воду, что предохраняет озонид от немедленного гидролиза. Однако при избытке воды озониды бурно разлагаются: 4КО3+ 2Н2О → 4КОН + 5О2. Разложение идет и при хранении: 2КО3 → 2КО2 + О2. Озониды хорошо растворимы в жидком аммиаке, что позволило выделить их в чистом виде и изучить их свойства.

Органические, вещества, с которыми озон соприкасается, он обычно разрушает. Так, озон, в отличие от хлора, способен расщеплять бензольное кольцо. При работе с озоном нельзя использовать резиновые трубки и шланги – они моментально «прохудятся». Реакции озона с органическими соединениями идут с выделением большого количества энергии. Например, эфир, спирт, вата, смоченная скипидаром, метан и многие другие вещества самовоспламеняются при соприкосновении с озонированным воздухом, а смешение озона с этиленом приводит к сильному взрыву.

Применение озона.

 Озон не всегда «сжигает» органические вещества; в ряде случаев удается провести специфические реакции с сильно разбавленным озоном. Например, при озонировании олеиновой кислоты (она в больших количествах содержится в растительных маслах) образуется азелаиновая кислота НООС(СН2)7СООН, которую используют для получения высококачественных смазочных масел, синтетических волокон и пластификаторов для пластмасс. Аналогично получают адипиновую кислоту, которую используют при синтезе найлона. В 1855 Шенбейн открыл реакцию с озоном непредельных соединений, содержащих двойные связи С=С, но только в 1925 немецкий химик Х.Штаудингер установил механизм этой реакции. Молекула озона присоединяется к двойной связи с образованием озонида – на этот раз органического, причем на место одной из связей С=С встает атом кислорода, а на место другой – группировка –О–О–. Хотя некоторые органические озониды выделены в чистом виде (например, озонид этилена), эту реакцию обычно проводят в разбавленном растворе, так как в свободном виде озониды – очень неустойчивые взрывчатые вещества. Реакция озонирования непредельных соединений пользуется у химиков-органиков большим почетом; задачи с этой реакцией часто предлагают даже на школьных олимпиадах. Дело в том, что при разложении озонида водой образуются две молекулы альдегида или кетона, которые легко идентифицировать и далее установить строение исходного непредельного соединения. Таким образом химики еще в начале 20 века установили строение многих важных органических соединений, в том числе природных, содержащих связи С=С.

Важная область применения озона – обеззараживание питьевой воды. Обычно воду хлорируют. Однако некоторые примеси в воде под действием хлора превращаются соединения с очень непpиятым запахом. Поэтому уже давно предложено заменить хлор озоном. Озонированная вода не приобретает постороннего запаха или вкуса; при полном окислении озоном многих органических соединений образуются только углекислый газ и вода. Очищают озоном и сточные воды. Продукты окисления озоном даже таких загрязнителей как фенолы, цианиды, повеpхностно-активные вещества, сульфиты, хлоpамины, представляют собой безвредные соединения без цвета и запаха. Избыток же озона довольно быстро распадается с образованием кислорода. Однако озонирование воды обходится дороже, чем хлорирование; кроме того, озон нельзя перевозить, и он должен производиться на месте использования.

Озон в атмосфере.

 Озона в атмосфере Земли немного – 4 млрд. тонн, т.е. в среднем всего 1 мг/м3. Концентрация озона растет с удалением от поверхности Земли и достигает максимума в стратосфере, на высоте 20–25 км – это и есть «озоновый слой». Если весь озон из атмосферы собрать у поверхности Земли при нормальном давлении, получится слой толщиной всего около 2–3 мм. И вот такие малые количества озона в воздухе фактически обеспечивают жизнь на Земле. Озон создает «защитный экран», не пропускающий к поверхности Земли жесткие ультрафиолетовые солнечные лучи, губительные для всего живого.

В последние десятилетия большое внимание уделяется появлению так называемых «озоновых дыр» – областях со значительно уменьшенным содержанием стратосферного озона. Через такой «прохудившийся» щит до поверхности Земли доходит более жесткое ультрафиолетовое излучение Солнца. Поэтому ученые давно следят за озоном в атмосфере. В 1930 английский геофизик С.Чепмен для объяснения постоянной концентрации озона в стратосфере предложил схему из четырех реакций (эти реакции получили название цикла Чепмена, в них М означает любой атом или молекулу, которые уносят избыточную энергию):

О2 → 2О
О + О + М → О2 + М
О + О3 → 2О2
О3 → О2 + О.

Первая и четвертая реакции этого цикла – фотохимические, они идут под действием солнечной радиации. Для распада молекулы кислорода на атомы требуется излучение с длиной волны менее 242 нм, тогда как озон распадается при поглощении света в области 240–320 нм (последняя реакция как раз и защищает нас от жесткого ультрафиолета, так как кислород в этой спектральной области не поглощает). Остальные две реакции термические, т.е. идут без действия света. Очень важно, что третья реакция, приводящая к исчезновению озона, имеет энергию активации; это означает, что скорость такой реакции может увеличиваться под действием катализаторов. Как выяснилось, основной катализатор распада озона – оксид азота NO. Он образуется в верхних слоях атмосферы из азота и кислорода под действием наиболее жесткой солнечной радиации. Попадая в озоносферу, он вступает в цикл из двух реакций O3 + NO → NO2 + O2, NO2 + O → NO + O2, в результате которой его содержание в атмосфере не меняется, а стационарная концентрация озона снижается. Существуют и другие циклы, приводящие к снижению содержания озона в стратосфере, например, с участием хлора:

Cl + O3 → ClO + O2
ClO + O → Cl + O2.

Разрушают озон также пыль и газы, которые в большом количестве попадают в атмосферу при извержении вулканов. В последнее время возникло предположение, что озон также эффективно разрушает водород, выделяющийся из земной коры. Совокупность всех реакций образования и распада озона приводит к тому, что среднее время жизни молекулы озона в стратосфере составляет около трех часов.

Предполагают, что помимо природных, существуют и искусственные факторы, влияющие на озоновый слой. Хорошо известный пример – фреоны, которые являются источниками атомов хлора. Фреоны – это углеводороды, в которых атомы водорода замещены атомами фтора и хлора. Их используют в холодильной технике и для заполнения аэрозольных баллончиков. В конечном счете фреоны попадают в воздух и медленно поднимаются с потоками воздуха все выше и выше, достигая, наконец, озонового слоя. Разлагаясь под действием солнечной радиации, фреоны сами начинают каталитически разлагать озон. Пока не известно в точности, в какой степени именно фреоны повинны в «озоновых дырах», и, тем не менее, уже давно принимают меры по ограничению их применения.

Как показывают расчеты, через 60–70 лет концентрация озона в стратосфере может уменьшиться на 25%. И одновременно увеличится концентрации озона в приземном слое – тропосфере, что тоже плохо, так как озон и продукты его превращений в воздухе ядовиты. Основной источник озона в тропосфере – перенос с массами воздуха стратосферного озона в нижние слои. Ежегодно в приземный слой озона поступает примерно 1,6 млрд. тонн. Время жизни молекулы озона в нижней части атмосферы значительно выше – более 100 суток, поскольку в приземном слое меньше интенсивность ультрафиолетового солнечного излучения, разрушающего озон. Обычно озона в тропосфере очень мало: в чистом свежем воздухе его концентрация составляет в среднем всего 0,016 мкг/л. Концентрация озона в воздухе зависит не только от высоты, но и от местности. Так, над океанами озона всегда больше, чем над сушей, так как там озон распадается медленнее. Измерения в Сочи показали, что воздух у морского побережья содержит на 20% больше озона, чем в лесу в 2 км от берега.

Современные люди вдыхают значительно больше озона, чем их предки. Основная причина этого – увеличение количества метана и оксидов азота в воздухе. Так, содержание метана в атмосфере постоянно растет, начиная с середины 19 века, когда началось использование природного газа. В загрязненной оксидами азота атмосфере метан вступает в сложную цепочку превращений с участием кислорода и паров воды, итог которой можно выразить уравнением Ch5 + 4O2 → HCHO + h3O + 2O3. В роли метана могут выступать и другие углеводороды, например, содержащиеся в выхлопных газах автомобилей при неполном сгорании бензина. В результате в воздухе крупных городов за последние десятилетия концентрация озона выросла в десятки раз.

Всегда считалось, что во время грозы концентрация озона в воздухе резко увеличивается, так как молнии способствуют превращению кислорода в озон. На самом деле увеличение незначительно, причем оно происходит не во время грозы, а за несколько часов до нее. Во время же грозы и в течение нескольких часов после нее концентрация озона снижается. Объясняется это тем, что перед грозой происходит сильное вертикальное перемешивание воздушных масс, так что дополнительное количество озона поступает из верхних слоев. Кроме того, перед грозой увеличивается напряженность электрического поля, и создаются условия для образования коронного разряда на остриях различных предметов, например, кончиков ветвей. Это также способствует образованию озона. А затем при развитии грозового облака под ним возникают мощные восходящие потоки воздуха, которые и снижают содержание озона непосредственно под облаком.
Интересен вопрос о содержании озона в воздухе хвойных лесов. Например, в Курсе неорганической химии Г.Реми можно прочитать, что «озонированный воздух хвойных лесов» – выдумка. Так ли это? Ни одно растение озон, конечно, не выделяет. Но растения, особенно хвойные, выделяют в воздух множество летучих органических соединений, в том числе ненасыщенных углеводородов класса терпенов (их много в скипидаре). Так, в жаркий день сосна выделяет в час 16 мкг терпенов на каждый грамм сухой массы хвои. Терпены выделяют не только хвойные, но и некоторые лиственные деревья, среди которых – тополь и эвкалипт. А некоторые тропические деревья способны выделить в час 45 мкг терпенов на 1 г сухой массы листьев. В результате в сутки один гектар хвойного леса может выделить до 4 кг органических веществ, лиственного – около 2 кг. Покрытая лесом площадь Земли составляет миллионы гектаров, и все они выделяют в год сотни тысяч тонн различных углеводородов, в том числе и терпенов. А углеводороды, как это было показано на примере метана, под действием солнечной радиации и в присутствии других примесей способствуют образованию озона. Как показали опыты, терпены в подходящих условиях действительно очень активно включаются в цикл атмосферных фотохимических реакций с образованием озона. Так что озон в хвойном лесу – вовсе не выдумка, а экспериментальный факт.

Озон и здоровье.  

Как приятно прогуляться после грозы! Воздух чист и свеж, его бодрящие струи, кажется, без всяких усилий сами втекают в легкие. «Озоном пахнет, – часто говорят в таких случаях. – Очень полезно для здоровья». Так ли это?

Когда-то озон безусловно считали полезным для здоровья. Но если его концентрация превышает определенный порог, он может вызывать массу неприятных последствий. В зависимости от концентрации и времени вдыхания озон вызывает изменения в легких, раздражение слизистых глаз и носа, головную боль, головокружение, снижение кровяного давления; озон уменьшает сопротивляемость организма бактериальным инфекциям дыхательных путей. Предельно допустимая его концентрация в воздухе составляет всего 0,1 мкг/л, а это означает, что озон намного опаснее хлора! Если несколько часов провести в помещении при концентрации озона всего лишь 0,4 мкг/л, могут появиться загрудинные боли, кашель, бессонница, снижается острота зрения. Если долго дышать озоном при концентрации больше 2 мкг/л, последствия могут быть более тяжелыми – вплоть до оцепенения и упадка сердечной деятельности. При содержании озона 8–9 мкг/л через несколько часов происходит отек легких, что чревато смертельным исходом. А ведь такие ничтожные количества вещества обычно с трудом поддаются анализу обычными химическими методами. К счастью, человек чувствует присутствие озона уже при очень малых его концентрациях – примерно 1 мкг/л, при которых иодкрахмальная бумажка еще и не собирается синеть. Одним людям запах озона в малых концентрациях напоминает запах хлора, другим – сернистого газа, третьим – чеснока.

Ядовит не только сам озон. С его участием в воздухе образуется, например, пероксиацетилнитрат (ПАН) СН3–СО–ООNО2 – вещество, оказывающее сильнейшее раздражающее, в том числе слезоточивое, действие, затрудняющее дыхание, а в более высоких концентрациях вызывающее паралич сердца. ПАН – один из компонентов образующегося летом в загрязненном воздухе так называемого фотохимического смога (это слово образовано от английского smoke – дым и fog – туман). Концентрация озона в смоге может достигать 2 мкг/л, что в 20 раз больше предельно допустимой. Следует также учесть, что совместное действие озона и оксидов азота в воздухе в десятки раз сильнее, чем каждого вещества порознь. Не удивительно, что последствия возникновения такого смога в больших городах могут быть катастрофическими, особенно если воздух над городом не продувается «сквозняками» и образуется застойная зона. Так, в Лондоне в 1952 от смога в течение нескольких дней погибло более 4000 человек. А смог в Нью-Йорке в 1963 убил 350 человек. Аналогичные истории были в Токио, других крупных городах. Страдают от атмосферного озона не только люди. Американские исследователи показали, например, что в областях с повышенным содержанием озона в воздухе время службы автомобильных шин и других изделий из резины значительно уменьшается.
Как уменьшить содержание озона в приземном слое? Снизить поступление в атмосферу метана вряд ли реалистично. Остается другой путь – уменьшить выбросы оксидов азота, без которых цикл реакций, приводящих к озону, идти не может. Путь это тоже непростой, так как оксиды азота выбрасываются не только автомобилями, но и (главным образом) тепловыми электростанциями.

Источники озона – не только на улице. Он образуется в рентгеновских кабинетах, в кабинетах физиотерапии (его источник – ртутно-кварцевые лампы), при работе копировальной техники (ксероксов), лазерных принтеров (здесь причина его образования – высоковольтный разряд). Озон – неизбежный спутник производства пергидроля, аргоно-дуговой сварки. Для уменьшения вредного действия озона необходимо оборудование вытяжки у ультрафиолетовых ламп, хорошее проветривание помещения.

И все же вряд ли правильно считать озон безусловно вредным для здоровья. Все зависит от его концентрации. Как показали исследования, свежий воздух очень слабо светится в темноте; причина свечения – реакции окисления с участием озона. Свечение наблюдали и при встряхивании воды в колбе, в которую был предварительно напущен озонированный кислород. Это свечение всегда связано с присутствием в воздухе или воде небольших количеств органических примесей. При смешении свежего воздуха с выдыхаемым человеком интенсивность свечения повышалась в десятки раз! И это не удивительно: в выдыхаемом воздухе обнаружены микропримеси этилена, бензола, уксусного альдегида, формальдегида, ацетона, муравьиной кислоты. Они-то и «высвечиваются» озоном. В то же время «несвежий», т.е. полностью лишенный озона, хотя и очень чистый, воздух свечения не вызывает, а человек его ощущает как «затхлый». Такой воздух можно сравнить с дистиллированной водой: она очень чистая, практически не содержит примесей, а пить ее вредно. Так что полное отсутствие в воздухе озона, по-видимому, тоже неблагоприятно для человека, так как увеличивает содержание в нем микроорганизмов, приводит к накоплению вредных веществ и неприятных запахов, которые озон разрушает. Таким образом, становится понятной необходимость регулярного и длительного проветривания помещений, даже если в нем нет людей: ведь попавший в комнату озон долго в ней не задерживается – частично он распадается, а в значительной степени оседает (адсорбируется) на стенках и других поверхностях. Сколько должно быть озона в помещении, пока сказать трудно. Однако в минимальных концентрациях озон, вероятно, необходим и полезен.

Илья Леенсон

OZONE TECH - озон - O oзонe и ионов

Озон (от греческого оzon - пахнущий) - газ голубого цвета с резким запахом, сильный окислитель. Озон аллотроп кислорода. Молекулярная формула О3. Тяжелее кислорода в 2,5 раза. Используется для обеззараживания воды и воздуха.

Образуется из молекулярного кислорода (О2) при электрическом разряде или под действием ультрафиолетового излучения. Особенно это ощутимо в местах, богатых кислородом: в лесу, в приморской зоне или около водопада. При попадании солнечных лучей, в капле воды кислород преобразуется в озон. Также Вы чувствуете запах озона после грозы, когда он образуется при электрическом разряде.

Основная масса озона в атмосфере расположена на высоте от 10 до 50 км с максимальной концентрацией на высоте 20-25 км, образуя слой, называемый озоносферой. Озоносфера отражает жесткое ультрафиолетовое излучение, защищает живые организмы от губительного действия радиации. Именно, благодаря образованию ´озона из кислорода воздуха стала возможна жизнь на суше.

Дышать озоном высоких концентраций опасно, он способен сжечь слизистую оболочку дыхательных органов. Озон является сильным окислителем. Здесь кроются его положительные и вредоносные свойства. Все зависит от концентрации, т.е. от процентного соотношения содержания озона в воздухе. Действие его подобно огню... В малых количествах он поддерживает и оздоравливает, в больших количествах – может погубить. Относительно высокие концентрации используются для дезинфекции, а более низкие концентрации озона не повреждают белковые структуры и способствуют заживлению.

Озон подавляет (инактивирует) вирус как вне, так и внутри клетки, частично разрушая его оболочку. Прекращается процесс его размножения и нарушается способность вирусов соединяться с клетками организма.

При воздействии озона на микроорганизмы, в том числе на дрожжи, локально повреждается их клеточная мембрана, что приводит к их гибели или невозможности размножаться. Отмечено повышение чувствительности микроорганизмов к антибиотикам. Механизм уничтожения бактериальной клетки озоном основан на разрушении клеточной оболочки — мембраны. Озон реагирует с фосфолипидами и протеинами, составляющимимембрану, образуя непрочные и нестабильные соединения — пероксиды. Пероксиды начинают распадаться, в результате чего целостность мембраны нарушается. Через образовавшиеся «бреши» озон проникает внутрь клетки и окисляет цитоплазму,в результате — клетка разрушается.

В экспериментах установлено, что газообразный озон убивает практически все виды бактерий, вирусов, плесневых и дрожжеподобных грибов и простейших. Озон в концентрациях от 1 до 5 мг/л приводит к гибели 99,9% эшерихии коли, стрептококков, мукобактерий, филококков, кишечной и синегнойной палочек, протеев, клебсиеллы и др. в течении 4-20 мин.

Многообразие лечебных эффектов озона связано с его способностью, при местном применении, убивать все виды бактерий, вирусов, грибков и простейших, оказывать противовоспалительное, иммуномодулирующее и заживляющее действия. А при системном применении озон восстанавливает кислородный транспорт, высвобождает кислород, нормализует обмен веществ, гормональный фон, снимает интоксикацию, расширяет сосуды, улучшает микроциркуляцию и текучесть крови, повышает иммунитет. Все это дает возможность успешно применять озон в терапии, кардиологии, ревматологии, иммунологии, неврологии, гинекологии, урологии, косметологии, гастроэнтерологии, хирургии, онкологии и других разделах современной медицины.

Озон реагирует с большинством органических и неорганических веществ. В процессе реакций образуется кислород, вода, оксиды углерода и высшие оксиды других элементов. Все эти продукты не загрязняют окружающую среду и не приводят к образованию концерагенных веществ в отличие от соединений хлора и фтора.

Безопасными считаются концентрации озона в пределах 0,5 - 2,5 РРm (0,0001 мг/л). В воздухе через 10 мин. концентрация озона уменьшается на половину, образуя кислород и воду. В воде через 20-30 мин. озон распадается на половину, образуя гидроксильную группу и воду.

Озон в вопросах и ответах

1. Что мы знаем об озоне?

Озон (от греческого ozon — пахнущий) — газ голубого цвета (в больших количествах) с резким запахом, сильный окислитель. Озон — аллотроп кислорода. Молекулярная формула О3. Тяжелее кислорода в 2,5 раза. Озон открыт в начале 18-го века. В настоящее время широко используется для дезинфекции и стерилизации.

2. Как образуется озон в природе?

Образуется из молекулярного кислорода (О2) при электрическом разряде или под действием ультрафиолетового излучения. Особенно это ощутимо в местах, богатых кислородом: в лесу, в приморской зоне или около водопада. При попадании солнечных лучей в капле воды кислород преобразуется в озон. Запах озона также чувствуется после грозы, когда он образуется при электрическом разряде. По аналогичному принципу основано получение озона в специальных приборах — озонаторах.

3. Почему воздух после грозы кажется чище?

Озон окисляет примеси органических веществ и обеззараживает воздух, придавая приятную свежесть (запах грозы). Характерный запах озона проявляется при концентрациях 7-10 %.

4. Что такое озоносфера? Каково ее влияние на жизнь планеты?

Основная масса озона в атмосфере расположена на высоте от 10 до 50 км с максимальной концентрацией на высоте 20-25 км, образуя слой, называемый озоносферой. Озоносфера отражает жесткое ультрафиолетовое излучение, защищает живые организмы от губительного действия радиации. Именно благодаря образованию озона из кислорода воздуха стала возможна жизнь на суше.

5. Можно ли дышать озоном? Является ли озон вредным газом?

Высокие концентрации озона неблагоприятны для слизистых оболочек дыхательных органов. Озон сушит слизистую подобно избыточному количеству кислорода. Озон является сильным окислителем. Здесь кроются его положительные и опасные свойства. Все зависит от концентрации, т.е. от процентного соотношения содержания озона в воздухе. В малых количествах он поддерживает и оздоравливает, в больших концентрациях повреждает.

6. В каких случаях используются низкие и высокие концентрации озона?

Относительно высокие концентрации используются для дезинфекции, а более низкие концентрации озона не повреждают белковые структуры и способствуют заживлению ран при местном применении. В медицине оформилось отдельное направление — озонотерапия.

7. Каково действие озона на вирусы?

Озон подавляет вирус, частично разрушая его оболочку. Прекращается процесс его размножения и нарушается способность вирусов соединяться с клетками организма.

8. Эффективно ли применение озонирования воздуха для устранения запахов прокуренных помещений и помещений после ремонта (запахи краски, лака)?

Да, эффективно. Обработку, как правило, проводят несколько раз.

9. Какие соединения образуются в результате озонирования воздуха в закрытых помещениях?

Большинство компонентов окружающих нас соединений реагируют с озоном, приводя к образованию безвредных соединений. Большинство их них распадается на углекислый газ, воду и свободный кислород. В ряде случаев образуются неактивные (безвредные) соединения (оксиды). Есть еще так называемые нереагентные вещества — оксиды титана, кремния, кальция и т.д. Они в реакцию с озоном не вступают.

10. Надо ли озонировать воздух в помещениях с кондиционерами?

После прохождения воздуха через кондиционеры и нагревательные приборы в воздухе снижается содержание кислорода и не снижается уровень токсичных компонентов воздуха. К тому же, старые кондиционеры сами являются источником загрязнения и заражения. «Синдром закрытых помещений» — головная боль, усталость, частые респираторные заболевания.

11. Не является ли озон вредным для клеток организма?

Концентрации озона, создаваемые озонаторами, подавляют вирусы и микроорганизмы, но не повреждают клеток организма. Здоровые клетки организма человека имеют естественную защиту от повреждающего действия окисления (антиоксидантную). Иначе говоря, действие озона избирательно по отношению к живым организмам. Это не исключает применения мер предосторожности. Во время процесса озонирования нахождение в помещении нежелательно.

Продолжение следует..

Что такое озон? | Озон и здоровье ваших пациентов

Что такое озон и где он находится в атмосфере?

Озон (O3) - газ с высокой реакционной способностью, состоящий из трех атомов кислорода. Это как естественный, так и созданный руками человек продукт, который встречается в верхних слоях атмосферы Земли (стратосфера) и нижних слоях атмосферы (тропосфере). В зависимости от того, где он находится в атмосфере, озон влияет на жизнь на Земле либо хорошо, либо плохо.

Стратосферный озон образуется естественным образом в результате взаимодействия солнечного ультрафиолетового (УФ) излучения с молекулярным кислородом (O2).«Озоновый слой», расположенный на высоте примерно от 6 до 30 миль над поверхностью Земли, снижает количество вредного УФ-излучения, достигающего поверхности Земли.

Тропосферный или приземный озон - то, чем мы дышим, - образуется в основном в результате фотохимических реакций между двумя основными классами загрязнителей воздуха, летучими органическими соединениями (ЛОС) и оксидами азота (NOx). Эти реакции традиционно считались зависящими от присутствия тепла и солнечного света, что приводило к повышению концентрации озона в окружающей среде в летние месяцы.Однако в течение последнего десятилетия высокие концентрации озона также наблюдались при определенных обстоятельствах в холодные месяцы, когда в нескольких высокогорных районах на западе США с высокими уровнями локальных выбросов ЛОС и NOx образовывался озон, когда на земле лежал снег. температуры близки или ниже нуля. Озон способствует тому, что мы обычно ощущаем как «смог» или дымку, что все еще чаще всего происходит летом, но может происходить в течение года в некоторых южных и горных регионах.

Хотя некоторая часть стратосферного озона переносится в тропосферу, а некоторое количество ЛОС и NOx возникают естественным образом, большая часть приземного озона является результатом реакций искусственных ЛОС и NOx. Значительными источниками ЛОС являются химические предприятия, бензонасосы, масляные краски, автомастерские и типографии. Оксиды азота образуются в основном в результате горения при высокой температуре. Существенными источниками являются электростанции, промышленные печи и котлы, а также автомобили.

Обнаруживаются ли высокие концентрации озона в окружающей среде только в сильно урбанизированных районах?

Многие люди ошибочно полагают, что концентрации тропосферного озона высоки только в крупных городских районах, но высокие концентрации озона в окружающей среде могут иметь место и происходят где угодно. Образование озона не ограничивается такими большими городами, как Лос-Анджелес, Хьюстон, Атланта и Нью-Йорк. Он также образуется в небольших городах, таких как Роли, Северная Каролина и Цинциннати, Огайо, и переносится за сотни миль по ветру от того места, где создается, чтобы влиять на качество окружающего воздуха в других городских и сельских районах. Там, где образуется озон, пиковые концентрации обычно происходят в дневные часы, когда солнечный свет наиболее интенсивен. Однако в районах с подветренной стороны от основных источников ЛОС и NOx могут наблюдаться пиковые значения озона днем ​​и вечером, после того как ветер унес озон и его предшественники ЛОС и NOx на много миль от их источников.Таким образом, высокие концентрации озона могут наблюдаться в отдаленных районах и в разное время дня, в том числе ранним вечером или ночью.

Рисунок 1: Округа США с высокими концентрациями озона в 2009 году. На этой карте показаны концентрации озона по округам США за 2009 год, показывающие, где высокие концентрации озона в окружающей среде были обнаружены в континентальной части Соединенных Штатов. Цветовой ключ карты основан на категориях индекса качества воздуха (AQI) (см. Воздействие на пациента и Индекс качества воздуха).Все оранжевые, красные и пурпурные области превысили 8-часовой стандарт качества атмосферного воздуха для озона в течение 2009 года. Карта показывает, насколько вероятно, что для конкретной области будут получены рекомендации по качеству воздуха для озона.

Как атмосферный озон влияет на здоровье человека?

Озон имеет два свойства, представляющих интерес для здоровья человека. Во-первых, он поглощает ультрафиолетовый свет, уменьшая воздействие на человека вредного ультрафиолетового излучения, вызывающего рак кожи и катаракту. Во-вторых, при вдыхании он вступает в химическую реакцию со многими биологическими молекулами в дыхательных путях, что приводит к ряду неблагоприятных последствий для здоровья.В этом курсе рассматривается это второе свойство.

Обзор ключевых моментов

Производитель озонового оборудования и интеграторы систем озона Физические свойства озона и кислорода Эксперты по интеграции озона

Физические свойства кислорода и озона

Объект Озон Кислород
Молекулярная формула O3 O2
Молекулярный вес 48 г / моль 32 г / моль
Цвет Голубой бесцветный
Запах Порог запаха 0. 001 ppm, острый при высоких уровнях Без запаха
Точка плавления -192,5 ° C - 218,79 ° C
Температура кипения -111,9 ° C -1892,95 град. С
Критическая температура -121 ° C -118,56 ° C
Критическое давление 54,5 атм 5.043 атм
Плотность 2,144 г / л при 0 ° C 1,429 г / л при 0 ° C
Растворимость при 0 ° C 0,64 г / 100 мл 0,049 г / 100 мл
Электрохимический потенциал 2,07 В 1,23 В

Хотя озон - трехатомная форма кислорода, различия в физических свойствах огромны.В то время как кислород не обнаруживается человеческим носом, озон имеет чрезвычайно низкий порог запаха. Люди могут обнаруживать озон раньше, чем многие дорогие измерительные приборы. Кроме того, озон в воздухе при высоких концентрациях (более 0,1 ppm) опасен для здоровья человека.

Растворимость озона в 13 раз больше, чем у кислорода. Хотя для озона по-прежнему требуются механические смесительные устройства для растворения в воде, его способность растворяться в воде намного выше, чем у кислорода, и поэтому озон может быть полезен во многих применениях для обработки воды.

Электрохимический потенциал озона намного выше, чем у кислорода, что делает его одним из самых сильных окислителей на Земле. Этот окислительный потенциал позволяет озону разрушать загрязнения и убивать бактерии быстрее, чем любая другая химическая альтернатива.

Химическая структура озона

Три молекулы кислорода рекомбинируют с образованием двух молекул озона. Два из трех атомов молекулы озона связаны прочно, как в кислороде. Третий атом имеет слабую связь, что делает озон в 10 раз более растворимым в воде, чем кислород.Озон имеет 24 протона, 24 нейтрона, 24 электрона и атомный вес 48. В
сравнении с кислородом, где атомы связаны по прямой линии, молекула озона изогнута под углом связи 116,8 °, конфигурация, которая делает молекула озона более электрически активна.

Последствия свойств озона

Нестабильность

  • Короткий период полураспада; Озон должен генерироваться на месте с помощью оборудования для производства озона.
  • Озон необходимо использовать вскоре после его производства.Следовательно, оборудование для озона должно быть рассчитано на пиковую потребность в озоне. В системах, где высокие уровни озона требуются в течение коротких периодов времени, оборудование для озона должно быть рассчитано на этот пиковый спрос, поскольку нет буфера или возможно хранение озона.

Частично растворимый газ

  • Требуется механический контакт газа и жидкости. Хотя озон более растворим в жидкости, чем кислород, для его смешивания с водой все же потребуются контактные бассейны, Вентури или другие устройства.
  • Озон имеет тенденцию выделять газ обратно из жидкости, что вызывает проблемы с безопасностью. Информация о растворимости озона здесь

Сильный окислитель

  • Совместимость материалов может вызвать проблемы - список допустимых материалов короткий
  • Необходимо учитывать вторичные реакции

Обнаружение - трудно контролировать

  • Озон разрушается при контакте с сенсорной ячейкой.
  • Озон имеет низкое давление пара, неравномерно заполняет комнату
  • Иногда трудно найти утечки

Безопасность

  • Кратковременная опасность для здоровья, связанная с окружающим озоном

Благодаря уникальным свойствам озона его использование в промышленности имеет явные преимущества и недостатки.

Преимущества озона

  • Самый сильный из имеющихся дезинфицирующих средств
  • Самый сильный окислитель из имеющихся
  • Экологически чистый
  • Не добавляет химикатов (не хранит химикаты)
  • Нестабильный - не оставляет остатков (только кислород)
  • Позволяет окислять с повышенным содержанием озона OH-
  • Может снизить общие эксплуатационные расходы

Недостатки озона

  • Нестабильный - производить по мере необходимости
  • Требуется оборудование для контактирования газа и жидкости
  • Генерация / установление контакта могут быть сложными, их трудно контролировать
  • Примеси могут образовывать нежелательные побочные продукты
  • Система должна быть разработана с учетом безопасности персонала

Свойства озона - Purotecs.

com

Озон (O 3 ) - трехатомная аллотропная форма кислорода (O 2 ). Это нестабильный газ с резким запахом. Поскольку озон нестабилен, он должен образовываться в месте нанесения.

Молекула озона, имеющая молекулярную массу 48, состоит из трех атомов кислорода, связанных равными кислородно-кислородными связями под тупым углом 116 o 49 ’. Эта структура по своей природе нестабильна и является причиной сильной окислительной способности озона.Озон имеет примерно 150% окислительного потенциала хлора. Физические свойства озона и сравнительные окислительные потенциалы для других химических окислителей представлены в Таблице 1 и Таблице 2 соответственно.

Таблица 1 Физические константы озона Таблица 2 Сравнительные окислительные потенциалы, 25 o C Вольт
Молекулярная масса, г / г-моль 48. 0 Фтор (F 2 ) 2,87
Температура кипения, o C -111,9 Озон (O 3 ) 2,07
Температура плавления, o C -193 Перекись водорода (H 2 O 2 ) 1,78
Плотность газа, 0 o C грамм / литр 2.144 Перманганат калия (KMnO 4 ) 1,70
Критическая температура, o C -12,1 Гипробромистая кислота (HOBr) 1,59
Давление критическое, атм. 54,6 Хлорноватистая кислота (HOCl) 1,49
Критический объем, см3 / моль 147,1 Хлор (Cl 2 ) 1. 36
Диоксид хлора (ClO 2 ) 1,27
Кислород (O 2 ) 1,23
Хромовая кислота (H 2 CrO 4 ) 1,21
Бром (Br 2 ) 1.09
Азотная кислота (HNO 3 ) 0,94
Йод (I 2 ) 0,54

Озон | Климатическое управление Северной Каролины

Озон не является типичным парниковым газом. Он выполняет две различные функции в атмосфере. Высоко в стратосфере он поглощает ультрафиолетовый свет солнца и защищает Землю. Рядом с землей он служит загрязнителем и источником смога, а также имеет тепличные характеристики.

Почему меня это волнует? Озон - важный газ, потому что он влияет на нашу повседневную жизнь, особенно в жаркие, застойные летние дни.

Я уже должен быть знаком с: Парниковые газы



Рис. A. Пробки на дорогах способствуют увеличению выбросов парниковых газов. (Изображение из USDOT).

Озон - это молекула, состоящая из трех атомов кислорода, связанных вместе.Благодаря своим отчетливым химическим свойствам, он служит двойной цели в атмосфере. В стратосфере озон образует слой, который защищает нас от солнца, поглощая вредное ультрафиолетовое излучение, прежде чем оно попадет на поверхность (см. Озоновый слой). Озоновая дыра, упоминаемая в газетах и ​​журналах, - это уменьшение содержания озона на высоких уровнях, вызванное искусственными газами, называемыми хлорфторуглеродами (CFC), которые разрушают озон при низких температурах высоко в атмосфере. Озоновая дыра связана с увеличением числа случаев рака кожи и других видов рака у людей, которые проводят много времени на открытом воздухе, например у фермеров.

Однако здесь, в тропосфере, озон вызывает проблемы. Хотя озон - это чистый кислород, наши легкие не могут его использовать, когда мы дышим. Продолжительность жизни типичной молекулы озона составляет от нескольких часов до нескольких дней, но она по-прежнему оказывает огромное влияние на нашу местную погоду. Это было связано с резкими скачками дневной температуры, а в некоторых случаях и с экстремальной жарой. Бывают дни, когда воздух жаркий и застойный, особенно летом. За это время автомобильные выхлопы могут разлагаться на озон, который поглощает тепло и делает его еще более горячим.Озон усугубил сильную жару на северо-востоке США летом 1988 года и европейскую аномальную жару летом 2003 года. Озон также является химическим раздражителем и компонентом смога, поэтому он может усугубить астму и ухудшить качество отделки автомобилей. и поверхности зданий, подверженные ему.

Как это связано с общественным здравоохранением?


Рисунок B. Приземный озон опасен для здоровья человека и обостряет респираторные заболевания, такие как астма.(Изображение из EPA).

Хотите узнать больше?

Водяной пар, углекислый газ, метан, оксид азота, галоидоуглероды, озоновый слой, аэрозоли


Действия, сопровождающие приведенную выше информацию:

Операция: Что такое теплица? (Ссылка на исходное задание.)

Описание: Это задание посвящено тому, как теплица сохраняет тепло. Студенты построят модель теплицы, чтобы объяснить этот процесс.

Связь с темами : Длинноволновое и коротковолновое излучение, парниковый эффект, парниковые газы, озон, закись азота, диоксид углерода, метан, водяной пар, галоуглероды

озоновый слой | Национальное географическое общество

Озоновый слой - это один слой стратосферы, второй слой атмосферы Земли. Стратосфера - это масса защитных газов, цепляющихся за нашу планету.

Стратосфера получила свое название, потому что она стратифицирована, или слоистая: по мере увеличения высоты стратосфера становится теплее. Стратосфера нагревается с увеличением высоты, потому что озоновые газы в верхних слоях поглощают интенсивное ультрафиолетовое излучение солнца.

Озон - это всего лишь следовые газы в атмосфере - всего около 3 молекул на каждые 10 миллионов молекул воздуха. Но это очень важная работа.Озоновый слой, как губка, поглощает частички солнечной радиации, падающей на Землю. Несмотря на то, что нам для жизни нужна часть солнечного излучения, слишком много его может повредить живым существам. Озоновый слой действует как щит для жизни на Земле.

Озон хорош в улавливании типа излучения, называемого ультрафиолетовым излучением, или УФ-светом, которое может проникать через защитные слои организмов, такие как кожа, повреждая молекулы ДНК в растениях и животных. Есть два основных типа ультрафиолетового света: UVB и UVA.

UVB является причиной кожных заболеваний, таких как солнечные ожоги, и рака, такого как базальноклеточная карцинома и плоскоклеточный рак.

Раньше люди думали, что УФА-излучение, используемое в соляриях, безвредно, потому что не вызывает ожогов. Однако теперь ученые знают, что свет UVA даже более вреден, чем UVB, проникая глубже и вызывая смертельный рак кожи, меланому и преждевременное старение. Озоновый слой, солнцезащитный крем нашей Земли, поглощает около 98 процентов этого разрушительного УФ-излучения.

Озоновый слой истончается. Химические вещества, называемые хлорфторуглеродами (ХФУ), являются причиной истончения озонового слоя.Хлорфторуглерод (CFC) - это молекула, содержащая углерод, хлор и фтор. ХФУ повсюду, в основном в хладагентах и ​​пластмассовых изделиях. Компании и потребители используют их, потому что они недорогие, они нелегко загорятся и обычно не отравляют живые существа. Но ХФУ начинают разъедать озоновый слой, как только они попадают в стратосферу.

Молекулы озона, которые просто состоят из трех связанных атомов кислорода, всегда разрушаются и реформируются естественным путем.Но содержащиеся в воздухе ХФУ очень затрудняют реформирование озона после его распада. Озоновый слой, который составляет всего 0,00006 процента атмосферы Земли, все время становится все тоньше и тоньше.

«Озоновые дыры» - популярные названия участков, поврежденных озоновым слоем. Это неточно. Повреждение озонового слоя больше похоже на действительно тонкий участок, чем на дыру. Озоновый слой наиболее тонкий у полюсов.

В 1970-х годах люди во всем мире начали понимать, что озоновый слой становится тоньше, и это плохо.Многие правительства и предприятия согласились с тем, что некоторые химические вещества, такие как аэрозольные баллончики, должны быть запрещены. Сегодня производится меньше аэрозольных баллончиков. Озоновый слой медленно восстанавливается, поскольку люди, предприятия и правительства работают над контролем такого загрязнения.

Озон - чрезвычайно эффективное дезинфицирующее средство против бактерий и вирусов.

O - химический символ атома кислорода.

O 2 - химический символ молекулы кислорода, т.е.два атома кислорода прочно связаны между собой. Это газ, которым дышим мы, люди и животные. Воздух, которым мы дышим, состоит примерно на 20% из кислорода и примерно на 79% из азота, остальное - это углекислый газ и несколько инертных газов, таких как аргон и неон.

O 3 - озон, то есть газообразный кислород с дополнительным атомом кислорода, слабо связанным с молекулой кислорода. Озон - сильное окисляющее соединение, которое быстро окисляет органические материалы, железо, марганец и другие вещества при добавлении его в питьевую воду.Кроме того, это чрезвычайно эффективное дезинфицирующее средство против бактерий и вирусов.

Озон - это светло-голубоватый газ с резким запахом даже при очень низких концентрациях.

Озон очень нестабилен и поэтому имеет короткий срок службы. Газ разлагается за 30-40 минут и образует кислород, то есть совершенно безопасный газ, которым мы сами дышим.

Количество озона, обычно добавляемого в питьевую воду на стадии очистки, очень мало, 0,5-5 г на 1 000 литров.

Помимо исключительно хороших дезинфицирующих свойств , озон также улучшает запах и вкус питьевой воды и оказывает отбеливающее действие на обесцвеченную воду. Хлор в различных формах, в которых он добавляется в питьевую воду в качестве дезинфицирующего агента, в некоторых случаях может ухудшать вкус и запах, а в отдельных случаях вызывать канцерогенные побочные продукты: этих аспектов можно полностью избежать, используя озон. .

Озон убивает бактерии примерно в 3 200 раз быстрее, чем хлор.

Озон образуется электрическим разрядом, например во время грозы с молнией или из-за образования искры, например в электросварке. Сильное ультрафиолетовое излучение также производит озон.

Использование озона в питьевой воде в Швеции до недавнего времени не было обычным делом. Однако в настоящее время наблюдается явная тенденция к более широкому использованию озона и пониманию его многочисленных преимуществ.

Использование озона в Европе и США намного шире, чем в Швеции.Возможно, это связано с тем, что по сравнению с большей частью остального мира у нас есть такие большие запасы сырой воды хорошего качества для использования в качестве питьевой воды.

Подумайте об озоновом слое , который окружает нашу Землю и о котором так часто говорят как о защитном УФ-фильтре от сильных солнечных лучей. Без этого среда, в которой мы живем, окажется под угрозой!

Подробнее о Гидротехнические сооружения Миннесгерде в муниципалитете Эстерсундс.

Использование, польза и побочные эффекты

Озонотерапия - спорная практика альтернативной медицины, в которой газ озон используется для борьбы с болезнями.

Озон - это форма кислорода. В альтернативной медицине практикующие озонотерапию используют газовую или жидкую формы озона для лечения заболеваний и в качестве местного дезинфицирующего средства.

Люди уже много лет практикуют озонотерапию в медицине. Однако его использование в настоящее время вызывает споры из-за опасений по поводу безопасности.

В 2019 году Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) предостерегло от использования озонотерапии.Это связано с тем, что недостаточно доказательств, чтобы сделать вывод о том, что он эффективен или безопасен для медицинского применения.

В этой статье представлен обзор озонотерапии, включая ее использование, предполагаемые преимущества, а также возможные риски и побочные эффекты.

Озонотерапия - это медицинская практика, в которой используется озон.

Озон - это форма кислорода. Этот бесцветный газ состоит из трех атомов кислорода. В верхних слоях атмосферы слой озонового газа защищает Землю от солнечного УФ-излучения.Однако на уровне земли озон является «вредным загрязнителем воздуха».

Озон опасен при его вдыхании, вызывая раздражение легких и горла, кашель и обострение симптомов астмы. Интенсивное воздействие может привести к повреждению легких и смертельному исходу.

Однако некоторые исследователи считают, что озон может иметь терапевтический эффект в медицинских контекстах. Например, в одном обзоре 2011 года сообщается, что озонотерапия имеет следующие применения:

В настоящее время исследователи изучают влияние озонотерапии на организм человека, чтобы определить любые потенциальные терапевтические преимущества.

Однако до сих пор проведено мало исследований истинной эффективности и безопасности озонотерапии. По этой причине официальные организации в настоящее время не одобряют его использование.

Согласно одному отчету за 2005 год, недостаточно доказательств, чтобы рекомендовать озонотерапию для лечения ВИЧ или других инфекционных заболеваний, болезней сердца, рака, кожных заболеваний или ряда других состояний.

Хотя озон показал себя успешным против вируса, вызывающего ВИЧ вне организма, на сегодняшний день ни одно исследование не показало его безопасность или эффективность на живых людях.

Некоторые исследования показывают, что озонотерапия может бороться с болезнями, включая рак, путем модуляции реакции иммунной системы и устранения дефицита кислорода в организме.

Однако в «Дополнительной и альтернативной медицине рака» (CAM Cancer) утверждается, что не было рандомизированных контролируемых испытаний на людях, больных раком, и очень мало испытаний озонотерапии на людях для любого состояния.

FDA не разрешает использование озона «[в] любых медицинских состояниях, для которых нет доказательств безопасности и эффективности.”

Это означает, что исследователям необходимо провести еще много испытаний, прежде чем определять истинное влияние озонотерапии на человеческий организм и определить, имеет ли она какие-либо терапевтические преимущества.

Хотя в некоторых исследованиях сообщается, что положительные эффекты озонотерапии устойчивы и безопасны, другие источники говорят, что недостаточно доказательств, чтобы узнать ее истинную эффективность или безопасность.

В 2019 году FDA опубликовало заявление против использования озона в качестве лечебного средства. Они говорят, что озон - токсичный газ и что он не имеет известного полезного применения в поддерживающей или профилактической медицине.

Что касается его использования в качестве дезинфицирующего средства, FDA заявляет, что «[в] для того, чтобы озон был эффективным в качестве гермицида, он должен присутствовать в концентрации, намного превышающей ту, которая может безопасно переноситься человеком и животными».

Озонотерапия в прошлом имела побочные эффекты, некоторые из которых были тяжелыми.

В заявлении CAM Cancer «Сообщалось о случаях, когда прямое внутривенное введение озона приводило к легочной эмболии и смерти».

Согласно отчету 2005 года: «Имеются несколько сообщений о случаях использования озона, приводящих к воздушной эмболии, инфекциям, передающимся с кровью, и двусторонней потере поля зрения после приема озоновой терапии.”

Озон сам по себе вреден для человека. Воздействие озона связано со «значительным увеличением риска смерти от респираторных заболеваний», и оно оказывает хорошо известное токсическое воздействие на легкие людей, когда присутствует в смоге с диоксидом азота.

Даже небольшое количество озона может раздражать легкие и горло, вызывая кашель, одышку и повреждение легочной ткани.

Озон - это природный газ. Чтобы использовать его в качестве лекарства, люди наносят его на кожу, используют озонированную воду, вдыхают газ в тело или используют озоновую сауну, в которой часть тела помещается в мешок и подвергается воздействию газообразного озона.

Поскольку озон раздражает дыхательные пути, важно, чтобы люди никогда не вдыхали этот газ.

Для некоторых процедур практикующий смешивает кровь человека с озоном и вводит его повторно. Это процесс, известный как аутогемотерапия. Научные исследования не доказали безопасность этой процедуры.

Побочные эффекты, связанные с озонотерапией, могут различаться в зависимости от типа лечения, которому подвергается человек.

Люди не должны вдыхать озон. Попадание в рот, нос или глаза может вызвать ожог и вызвать кашель, тошноту, рвоту или головные боли.Более серьезное воздействие может привести к респираторным осложнениям.

Люди, проходящие озонотерапию, иногда испытывают реакцию Герксхаймера. Это может вызвать симптомы гриппа и привести к краткосрочному ухудшению самочувствия.

Некоторые процедуры озонотерапии включают вдувание газа в тело. Если кто-то получает озонотерапию через прямую кишку, он может испытывать дискомфорт, спазмы и чувство необходимости отхождения газов. Эти побочные эффекты временные.

Озонотерапия - это метод альтернативной медицины, в котором используется озон.Это является спорным из-за опасения вокруг своей эффективности и безопасности.

В настоящее время исследователи изучают влияние озонотерапии на организм человека, чтобы определить возможные терапевтические преимущества.

Озон токсичен для человека, и безопасность озонотерапии практически не исследовалась.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *