De uitdrukking "ozonlaag", die beroemd werd in de jaren '70. de vorige eeuw, is al lang op scherp gezet. Tegelijkertijd begrijpen maar weinig mensen echt wat dit concept betekent en waarom de vernietiging van de ozonlaag gevaarlijk is. Een nog groter mysterie voor velen is de structuur van het ozonmolecuul, en toch is het direct gerelateerd aan de problemen van de ozonlaag. Laten we meer te weten komen over ozon, zijn structuur en industriële toepassingen.
Wat is ozon
Ozon, of, zoals het ook wordt genoemd, actieve zuurstof, is een azuurblauw gas met een doordringende metaalachtige geur.
Deze stof kan in alle drie de aggregatietoestanden voorkomen: gasvormig, vast en vloeibaar.
Tegelijkertijd komt ozon in de natuur alleen voor in de vorm van een gas, dat de zogenaamde ozonlaag vormt. Door zijn azuurblauwe kleur lijkt de lucht blauw.
Hoe ziet een ozonmolecuul eruit
Je bijnaam is actiefzuurstof” die ozon kreeg vanwege zijn gelijkenis met zuurstof. Het belangrijkste actieve chemische element in deze stoffen is dus zuurstof (O). Als een zuurstofmolecuul echter 2 van zijn atomen bevat, dan bestaat het ozonmolecuul (formule - O3) uit 3 atomen van dit element.
Door deze structuur zijn de eigenschappen van ozon vergelijkbaar met die van zuurstof, maar meer uitgesproken. In het bijzonder, zoals O2, is O3de sterkste oxidator.
Het belangrijkste verschil tussen deze "verwante" stoffen, dat voor iedereen van vitaal belang is om te onthouden, is het volgende: ozon kan niet worden ingeademd, het is giftig en kan bij inademing de longen beschadigen of zelfs een persoon doden. Tegelijkertijd is O3 perfect om de lucht te reinigen van giftige onzuiverheden. Trouwens, het is precies hierdoor dat het zo gemakkelijk is om te ademen na regen: ozon oxideert schadelijke stoffen in de lucht en het wordt gezuiverd.
Het model van het ozonmolecuul (bestaande uit 3 zuurstofatomen) lijkt een beetje op een afbeelding van een hoek en is 117°. Dit molecuul heeft geen ongepaarde elektronen en is daarom diamagnetisch. Bovendien heeft het polariteit, hoewel het uit atomen van hetzelfde element bestaat.
Twee atomen van een bepaald molecuul zijn stevig met elkaar verbonden. Maar de verbinding met de derde is minder betrouwbaar. Om deze reden is het ozonmolecuul (foto van het model is hieronder te zien) erg kwetsbaar en breekt het snel na de vorming af. In de regel komt bij elke ontledingsreactie O3 zuurstof vrij.
Vanwege de instabiliteit van ozon kan het niet worden geproduceerdoogsten en opslaan, evenals transport, zoals andere stoffen. Om deze reden is de productie ervan duurder dan andere stoffen.
Tegelijkertijd zorgt de hoge activiteit van moleculen O3ervoor dat deze stof het sterkste oxidatiemiddel is, krachtiger dan zuurstof en veiliger dan chloor.
Als een ozonmolecuul afbreekt en O2 vrijgeeft, gaat deze reactie altijd gepaard met het vrijkomen van energie. Tegelijkertijd is het, om het omgekeerde proces te laten plaatsvinden (de vorming van O3 van O2), nodig het niet minder.
In gasvormige toestand ontleedt het ozonmolecuul bij een temperatuur van 70°C. Als het wordt verhoogd tot 100 graden of meer, zal de reactie aanzienlijk versnellen. De aanwezigheid van onzuiverheden versnelt ook de vervalperiode van ozonmoleculen.
O3 eigenschappen
Het maakt niet uit in welke van de drie staten ozon zich bevindt, het behoudt zijn blauwe kleur. Hoe harder de substantie, hoe rijker en donkerder deze tint.
Elk ozonmolecuul weegt 48 g/mol. Het is zwaarder dan lucht, wat helpt bij het scheiden van deze stoffen.
O3 in staat om bijna alle metalen en niet-metalen te oxideren (behalve goud, iridium en platina).
Deze stof kan ook deelnemen aan de verbrandingsreactie, maar hiervoor is een hogere temperatuur nodig dan voor O2.
Ozon kan oplossen in H2O en freonen. In vloeibare toestand kan het zich mengen met vloeibare zuurstof, stikstof, methaan, argon,koolstoftetrachloride en koolstofdioxide.
Hoe het ozonmolecuul wordt gevormd
O3 moleculen worden gevormd door vrije zuurstofatomen aan zuurstofmoleculen te hechten. Ze verschijnen op hun beurt door de splitsing van andere moleculen, door de impact op hen van elektrische ontladingen, ultraviolette stralen, snelle elektronen en andere hoogenergetische deeltjes. Om deze reden kan de specifieke geur van ozon worden gevoeld in de buurt van vonkende elektrische apparaten of lampen die ultraviolet licht uitstralen.
Op industriële schaal wordt O3 geïsoleerd met behulp van elektrische ozongeneratoren of ozonizers. In deze apparaten wordt een elektrische hoogspanningsstroom door een gasstroom geleid die O2 bevat, waarvan de atomen dienen als het "bouwmateriaal" voor ozon.
Soms wordt pure zuurstof of gewone lucht in deze machines geïnjecteerd. De kwaliteit van de resulterende ozon hangt af van de zuiverheid van het oorspronkelijke product. Dus medische O3, bedoeld voor de behandeling van wonden, wordt alleen gewonnen uit chemisch zuivere O2.
Geschiedenis van de ontdekking van ozon
Als je hebt ontdekt hoe het ozonmolecuul eruitziet en hoe het wordt gevormd, is het de moeite waard om kennis te maken met de geschiedenis van deze stof.
Het werd voor het eerst gesynthetiseerd door de Nederlandse onderzoeker Martin Van Marum in de tweede helft van de 18e eeuw. De wetenschapper merkte op dat na het passeren van elektrische vonken door een container met lucht, het gas erin zijn eigenschappen veranderde. Tegelijkertijd begreep Van Marum niet dat hij de moleculen van een nieuwestoffen.
Maar zijn Duitse collega genaamd Sheinbein, die H2O probeerde te ontbinden in H en O2 met behulp van elektriciteit, merkte op tot het vrijkomen van nieuw gas met een penetrante geur. Na veel onderzoek beschreef de wetenschapper de stof die hij ontdekte en gaf het de naam "ozon" ter ere van het Griekse woord voor "geur".
Het vermogen om schimmels en bacteriën te doden, evenals het verminderen van de toxiciteit van schadelijke verbindingen, die de open stof bezat, interesseerde veel wetenschappers. 17 jaar na de officiële ontdekking van O3 ontwierp Werner von Siemens het eerste apparaat om ozon in elke hoeveelheid te synthetiseren. En 39 jaar later vond en patenteerde de briljante Nikola Tesla 's werelds eerste ozongenerator.
Het was dit apparaat dat na 2 jaar voor het eerst in Frankrijk werd gebruikt in drinkwaterzuiveringsinstallaties. Sinds het begin van de XX eeuw. Europa begint over te schakelen op ozonisatie van drinkwater voor de zuivering ervan.
Het Russische rijk gebruikte deze techniek voor het eerst in 1911 en na 5 jaar waren er bijna 4 dozijn installaties voor drinkwaterzuivering met ozon in het land uitgerust.
Tegenwoordig vervangt ozonisatie van water geleidelijk de chlorering. Zo wordt 95% van al het drinkwater in Europa gezuiverd met O3. Deze techniek is ook erg populair in de VS. In het GOS wordt het nog bestudeerd, want hoewel deze procedure veiliger en handiger is, is ze duurder dan chlorering.
Ozontoepassingen
Naast waterbehandeling heeft O3 een aantal andere toepassingen.
- Ozon wordt gebruikt als bleekmiddel bij de productie van papier en textiel.
- Actieve zuurstof wordt gebruikt om wijnen te desinfecteren en om het verouderingsproces van cognacs te versnellen.
- Verschillende plantaardige oliën worden geraffineerd met O3.
- Heel vaak wordt deze stof gebruikt om bederfelijke producten te verwerken, zoals vlees, eieren, fruit en groenten. Deze procedure laat geen chemische sporen achter, zoals bij chloor of formaldehyde, en producten kunnen veel langer worden bewaard.
- Ozon steriliseert medische apparatuur en kleding.
- Ook gezuiverd O3 wordt gebruikt voor verschillende medische en cosmetische procedures. In het bijzonder, met hun hulp in de tandheelkunde, desinfecteren ze de mondholte en het tandvlees, en behandelen ze ook verschillende ziekten (stomatitis, herpes, orale candidiasis). In Europese landen is O3 erg populair voor wonddesinfectie.
- In de afgelopen jaren zijn draagbare huishoudelijke apparaten voor het filteren van lucht en water met behulp van ozon erg populair geworden.
Ozonlaag - wat is het?
Op een afstand van 15-35 km boven het aardoppervlak bevindt zich de ozonlaag, of, zoals het ook wordt genoemd, de ozonosfeer. Op deze plek dient geconcentreerd O3 als een soort filter voor schadelijke zonnestraling.
Waar komt zo'n hoeveelheid van een stof vandaan als de moleculen instabiel zijn? Het is niet moeilijk om deze vraag te beantwoorden, als we ons het model van het ozonmolecuul en de methode van zijn vorming herinneren. Dus zuurstof, bestaande uit 2zuurstofmoleculen die in de stratosfeer komen, worden daar verwarmd door de zonnestralen. Deze energie is voldoende om O2 te splitsen in atomen, waaruit O3 wordt gevormd. Tegelijkertijd gebruikt de ozonlaag niet alleen een deel van de zonne-energie, maar filtert deze ook, absorbeert gevaarlijke ultraviolette straling.
Hierboven werd gezegd dat ozon wordt opgelost door freonen. Deze gasvormige stoffen (die worden gebruikt bij de vervaardiging van deodorants, brandblussers en koelkasten) tasten ozon aan en dragen bij tot de afbraak ervan, wanneer ze eenmaal in de atmosfeer zijn vrijgekomen. Als gevolg hiervan ontstaan er gaten in de ozonosfeer waardoor ongefilterde zonnestralen de planeet binnenkomen, die een vernietigend effect hebben op levende organismen.
Na bestudering van de kenmerken en structuur van ozonmoleculen, kunnen we concluderen dat deze stof, hoewel gevaarlijk, bij correct gebruik zeer nuttig is voor de mensheid.
