Frāze "ozona slānis", kas kļuva slavena 70. gados. pagājušajā gadsimtā, jau sen ir iestatīts uz robežas. Tajā pašā laikā tikai daži cilvēki īsti saprot, ko šis jēdziens nozīmē un kāpēc ozona slāņa iznīcināšana ir bīstama. Vēl lielāks noslēpums daudziem ir ozona molekulas uzbūve, un tomēr tā ir tieši saistīta ar ozona slāņa problēmām. Uzzināsim vairāk par ozonu, tā struktūru un rūpnieciskiem lietojumiem.
Kas ir ozons
Ozons jeb, kā to sauc arī aktīvais skābeklis, ir debeszila gāze ar asu metāla smaržu.
Šī viela var pastāvēt visos trīs agregācijas stāvokļos: gāzveida, cietā un šķidrā veidā.
Tajā pašā laikā dabā ozons rodas tikai gāzes veidā, veidojot tā saukto ozona slāni. Debesis šķiet zilas debeszilas krāsas dēļ.
Kā izskatās ozona molekula
Jūsu segvārds ir aktīvsskābeklis” ozonu saņēma, jo tas ir līdzīgs skābekli. Tātad galvenais aktīvais ķīmiskais elements šajās vielās ir skābeklis (O). Taču, ja skābekļa molekulā ir 2 atomi, tad ozona molekula (formula - O3) sastāv no 3 šī elementa atomiem.
Šīs struktūras dēļ ozona īpašības ir līdzīgas skābekļa īpašībām, bet izteiktākas. Jo īpaši, piemēram, O2, O3ir spēcīgākais oksidētājs.
Svarīgākā atšķirība starp šīm "radniecīgajām" vielām, kas ikvienam ir ļoti svarīgi atcerēties, ir šāda: ozonu nevar ieelpot, tas ir toksisks un, ieelpojot, var sabojāt plaušas vai pat nogalināt cilvēku.. Tajā pašā laikā O3 ir lieliski piemērots gaisa attīrīšanai no toksiskiem piemaisījumiem. Starp citu, tieši tāpēc pēc lietus ir tik viegli elpot: ozons oksidē gaisā esošās kaitīgās vielas, un tas tiek attīrīts.
Ozona molekulas modelis (sastāv no 3 skābekļa atomiem) izskatās pēc leņķa attēla, un tā izmērs ir 117°. Šai molekulai nav nepāra elektronu, un tāpēc tā ir diamagnētiska. Turklāt tam ir polaritāte, lai gan tas sastāv no viena un tā paša elementa atomiem.
Divi dotās molekulas atomi ir cieši saistīti viens ar otru. Bet savienojums ar trešo ir mazāk uzticams. Šī iemesla dēļ ozona molekula (modeļa fotoattēlu var redzēt zemāk) ir ļoti trausla un drīz pēc veidošanās tā sadalās. Kā likums, jebkurā sadalīšanās reakcijā O3 izdalās skābeklis.
Ozona nestabilitātes dēļ to nevar ražotnovākt un uzglabāt, kā arī transportēt, tāpat kā citas vielas. Šī iemesla dēļ tā ražošana ir dārgāka nekā citas vielas.
Tajā pašā laikā molekulu augstā aktivitāte O3ļauj šai vielai būt par spēcīgāko oksidētāju, kas ir spēcīgāks par skābeklis un drošāks par hloru.
Ja ozona molekula sadalās un izdala O2, šo reakciju vienmēr pavada enerģijas izdalīšanās. Tajā pašā laikā, lai notiktu apgrieztais process (O3 veidošanās no O2), ir nepieciešams tērēt tas ne mazāk.
Gāzveida stāvoklī ozona molekula sadalās 70°C temperatūrā. Ja tas tiek palielināts līdz 100 grādiem vai vairāk, reakcija ievērojami paātrināsies. Piemaisījumu klātbūtne arī paātrina ozona molekulu sabrukšanas periodu.
O3 īpašumi
Neatkarīgi no trim ozona stāvokļiem, tas saglabā savu zilo krāsu. Jo cietāka viela, jo bagātīgāks un tumšāks šis tonis.
Katra ozona molekula sver 48 g/mol. Tas ir smagāks par gaisu, kas palīdz atdalīt šīs vielas.
O3 spēj oksidēt gandrīz visus metālus un nemetālus (izņemot zeltu, irīdiju un platīnu).
Šī viela var piedalīties arī sadegšanas reakcijā, taču tai ir nepieciešama augstāka temperatūra nekā O2.
Ozons spēj izšķīst H2O un freonos. Šķidrā stāvoklī tas var sajaukties ar šķidru skābekli, slāpekli, metānu, argonu,tetrahlorīds un oglekļa dioksīds.
Kā veidojas ozona molekula
O3 molekulas veidojas, skābekļa molekulām pievienojot brīvus skābekļa atomus. Tie savukārt parādās citu molekulu O2 šķelšanās dēļ, jo uz tām iedarbojas elektriskās izlādes, ultravioletie stari, ātri elektroni un citas augstas enerģijas daļiņas. Šī iemesla dēļ dzirksteļojošo elektroierīču vai lampu tuvumā, kas izstaro ultravioleto gaismu, var just specifisku ozona smaku.
Rūpnieciskā mērogā O3 tiek izolēts, izmantojot elektriskos ozona ģeneratorus vai ozonatorus. Šajās ierīcēs augstsprieguma elektriskā strāva tiek laista caur gāzes plūsmu, kas satur O2, kuras atomi kalpo kā ozona “celtniecības materiāls”.
Dažreiz šajās iekārtās tiek ievadīts tīrs skābeklis vai parasts gaiss. Iegūtā ozona kvalitāte ir atkarīga no sākotnējā produkta tīrības. Tātad medicīniskā O3, kas paredzēta brūču ārstēšanai, tiek iegūta tikai no ķīmiski tīra O2.
Ozona atklāšanas vēsture
Apzinoties, kā izskatās ozona molekula un kā tā veidojas, ir vērts iepazīties ar šīs vielas vēsturi.
Pirmo reizi to sintezēja holandiešu pētnieks Martins Van Marums 18. gadsimta otrajā pusē. Zinātnieks pamanīja, ka, izlaižot elektriskās dzirksteles caur konteineru ar gaisu, tajā esošā gāze mainīja savas īpašības. Tajā pašā laikā Van Marums nesaprata, ka viņš ir izolējis jaunas molekulasvielas.
Bet viņa vācu kolēģis vārdā Šeinbeins, mēģinot H2O ar elektrības palīdzību sadalīt H un O2 jaunas gāzes izdalīšanai ar asu smaku. Pēc daudziem pētījumiem zinātnieks aprakstīja atklāto vielu un deva tai nosaukumu "ozons" par godu grieķu vārdam "smarža".
Spēja iznīcināt sēnītes un baktērijas, kā arī samazināt kaitīgo savienojumu toksicitāti, kas piemīt atklātajai vielai, interesēja daudzus zinātniekus. 17 gadus pēc oficiālā O3 atklāšanas Verners fon Sīmenss izstrādāja pirmo aparātu ozona sintezēšanai jebkurā daudzumā. Un 39 gadus vēlāk izcilā Nikola Tesla izgudroja un patentēja pasaulē pirmo ozona ģeneratoru.
Šī ierīce pirmo reizi tika izmantota Francijā dzeramā ūdens attīrīšanas iekārtās pēc 2 gadiem. Kopš XX gadsimta sākuma. Eiropa sāk pāriet uz dzeramā ūdens ozonēšanu tā attīrīšanai.
Krievijas impērija pirmo reizi izmantoja šo paņēmienu 1911. gadā, un pēc 5 gadiem valstī tika aprīkoti gandrīz 4 desmiti iekārtu dzeramā ūdens attīrīšanai, izmantojot ozonu.
Šodien hlorēšanu pakāpeniski aizstāj ūdens ozonēšana. Tādējādi 95% no visa dzeramā ūdens Eiropā tiek attīrīts, izmantojot O3. Šis paņēmiens ir ļoti populārs arī ASV. NVS valstīs tas joprojām tiek pētīts, jo, lai gan šī procedūra ir drošāka un ērtāka, tā ir dārgāka nekā hlorēšana.
Ozona lietojumprogrammas
Papildus ūdens apstrādei O3 ir vairāki citi lietojumi.
- Ozonu izmanto kā balinātāju papīra un tekstilizstrādājumu ražošanā.
- Aktīvo skābekli izmanto vīnu dezinfekcijai, kā arī konjaku novecošanas procesa paātrināšanai.
- Dažādas augu eļļas tiek rafinētas, izmantojot O3.
- Ļoti bieži šo vielu izmanto, lai apstrādātu produktus, kas ātri bojājas, piemēram, gaļu, olas, augļus un dārzeņus. Šī procedūra neatstāj ķīmiskas pēdas, piemēram, hloru vai formaldehīdu, un produktus var uzglabāt daudz ilgāk.
- Ozons sterilizē medicīnas iekārtas un apģērbu.
- Arī attīrīto O3 izmanto dažādām medicīniskām un kosmētiskām procedūrām. Jo īpaši ar tās palīdzību zobārstniecībā viņi dezinficē mutes dobumu un smaganas, kā arī ārstē dažādas slimības (stomatītu, herpes, mutes kandidozi). Eiropas valstīs O3 ir ļoti populāra brūču dezinfekcijai.
- Pēdējos gados ļoti populāras ir kļuvušas pārnēsājamas sadzīves tehnikas gaisa un ūdens filtrēšanai, izmantojot ozonu.
Ozona slānis - kas tas ir?
15-35 km attālumā virs Zemes virsmas atrodas ozona slānis jeb, kā to sauc arī, ozonosfēra. Šajā vietā koncentrētais O3 kalpo kā sava veida filtrs kaitīgajam saules starojumam.
No kurienes rodas tāds vielas daudzums, ja tās molekulas ir nestabilas? Uz šo jautājumu nav grūti atbildēt, ja atceramies ozona molekulas modeli un veidošanās metodi. Tātad skābeklis, kas sastāv no 2skābekļa molekulas, nokļūstot stratosfērā, tur silda ar saules stariem. Ar šo enerģiju pietiek, lai O2 sadalītu atomos, no kuriem veidojas O3. Tajā pašā laikā ozona slānis ne tikai izmanto daļu saules enerģijas, bet arī filtrē to, absorbē bīstamo ultravioleto starojumu.
Iepriekš tika teikts, ka ozonu izšķīdina freoni. Šīs gāzveida vielas (izmanto dezodorantu, ugunsdzēšamo aparātu un ledusskapju ražošanā), nonākot atmosfērā, ietekmē ozonu un veicina tā sadalīšanos. Rezultātā ozonosfērā parādās caurumi, caur kuriem uz planētas iekļūst nefiltrēti saules stari, kas postoši ietekmē dzīvos organismus.
Pēc ozona molekulu īpatnību un struktūras izvērtēšanas varam secināt, ka šī viela, lai arī bīstama, tomēr ir ļoti noderīga cilvēcei, ja to pareizi lieto.
