Озон конспект 11 класс

Обновлено: 05.07.2024

Кислород – элемент VIA группы. Для него свойственны две аллотропные модификации с разными химическими формулами – кислород О₂ и озон О₃. Они отличаются не только составом молекул, но и различными характеристиками.

В конце XVIII века ученый Мартин Ван Марум провел эксперимент, в результате которого получил озон. Он через воздушное пространство пропускал электричество. Таким образом, образовался озон – это голубоватый газ с необычным запахом. Ученый предполагал, что полученный газ представляет собой электрическую материю.

Получение озона

Существует несколько способов получения молекул озона.

Из кислорода воздуха при электрическом разряде
- 3О₂ = 2О₃ – 284 кДж
  В промышленных условиях газ получают в озонаторах и отделяют фракционной перегонкой.
Взаимодействие охлажденной концентрированной серной кислоты и пероксида бария
- 3H₂SO₄ + 3BaO₂ = 3BaSO₄ + O₃ + 3H₂O
  Данной реакцией синтезируют озон в лабораториях.

Физические свойства озона

Озон – бесцветный (в толстых слоях голубоватый) газ. Он почти в два раза тяжелее воздуха. Озон обладает специфическим запахом свежести.

Температура сжижения -112˚С (газ приобретает оттенок индиго).
Температура плавления -197˚С.
Молярная масса озона – 48 г/моль.

Озон растворим в воде. Примеси позволяют растворяться еще быстрее. Если озон находится в состоянии газа, то он выступает в роли диамагнетика. Если озон – это жидкость, то проявляет свойства слабого парамагнетика.

Озон ядовит и губителен для бактерий. Его используют при обеззараживании воздуха и воды.

Химические свойства озона

Озон обладает сильными окислительными свойствами по сравнению с кислородом. Он реагирует с рядом веществ.

Если озон находится в состоянии газа, то реакция с сероводородом выглядит следующим образом:
H₂S + O₃ = SO₂ + H₂O

Озон способен взаимодействовать со ртутью при обычных условиях. В результате металл теряет блеск и способность липнуть к стеклу.

Токсичность озона

При умеренных концентрациях озон безвреден. Реакции с озоном характеризуются формированием свободных радикалов кислорода, которые губительны для организма при высоком содержании. Чрезмерное воздействие озона часто приводит к гибели. Озон особенно губителен для органов дыхания.

Озоновый слой в верхних слоях атмосферы

Озоновый слой – слой в верхней части атмосфера Земли, который состоит из бесцветного нестабильного газа. Он располагается на высоте 15-20 км над поверхностью планеты. Стратосфера – слой атмосферы, в котором содержится много озона.

Озон образуется в результате воздействия ультрафиолета на кислород. Слой газа задерживает все формы поступающей ультрафиолетовой коротковолновой радиации.

Озоновый экран защищает от вредного излучения, длина волн которого 290-320 нм. Это излучение может спровоцировать рак кожи. Озоновый слой появился на Земле около 600 млн лет назад в результате процесс фотосинтеза. Благодаря озоновому слою первые живые организмы смогли выйти из океана на сушу.

Дыры в озоновом слое

Озоновые дыры – локальное истощение озонового слоя. Самая большая озоновая дыра находится над Антарктидой. Если озоновый слой полностью исчезнет, то все живое на планете погибнет.

Озоновые дыры возникают по многим причинам, главная из которых – загрязнение окружающей среды. Озоновый слой разрушается под воздействием хлора, водорода, кислорода, брома и других продуктов сгорания. Выбросы фабрик, заводов и различных производств негативно влияют на выработку озона в верхних слоях атмосферы.

Озоновый слой может разрушить война. При испытании ядерного оружия выделяется огромное количество энергии и образуются окислы азота, которые разрушают озон. В период с 1952 по 1971 года при ядерных взрывах в атмосферу попало около 3 млн т окислов азота.

Реактивные самолеты выбрасывают окислы азота. Чем выше мощность турбореактивного двигателя, тем больше разрушающего вещества попадает в атмосферу. Ежегодно в воздух выбрасывается более 1 млн т соединений азота, из которых треть выбрасывают самолеты.

Защита озонового слоя

До 1989 года на производствах часто применялись галогенированные углеводороды, которые разрушают озоновый слой. Монреальская конвенция разработала программу по сокращению использования хлорфторуглеродов, которые быстро испарялись и достигали стратосферы. Они разлагаются на компоненты и разрушают озоновый слой. Из этих соединений раньше изготавливали аэрозоли, растворители и др.

Озоновые дыры произвольно создаются и исчезают. Это связано с некоторыми природными явлениями и даже климатическими особенностями. Газ озон образуется в результате воздействия ультрафиолета на кислород. Во время полярной ночи дыры образуются из-за того, что солнце не заходит несколько недель и ультрафиолет постоянно влияет на кислород. Во время полярного дня озоновый слой восстанавливается и воздействие ультрафиолета на живые организмы снижается.

Дыры могут формироваться в период активности Солнца. В результате этого они появляются и пропадают. Иногда это занимает несколько дней, реже растягивается на несколько месяцев.

3) способствовать формированию мировоззренческой идеи о взаимосвязи количественных и качественных изменений.

I. Подготовка к изучению нового материала.

На предыдущих уроках мы изучали кислород. Кислород – как химический элемент и кислород – как простое вещество, образованное атомами этого химического элемента.

Вспомним, что вам известно о кислороде как химическом элементе. Пользуясь планом, дайте характеристику химическому элементу кислород. (Слайд)

Таким образом, атомы химического элемента кислорода участвуют в образовании следующих веществ: О₂,СО₂,О_3, Н₂О, СаСО₃, SiO₂, в том числе кислорода – как вещества.

Что вам известно о веществе кислород? Охарактеризуйте вещество кислород, пользуясь представленным на экране планом. (Слайд)

Действительно, кислород легко вступает в химические реакции. При этом, химическое взаимодействие веществ с кислородом называется реакцией окисления. Вещества же, образованные при этом, называются оксидами. Уравнение химической реакции отражает материальный баланс процесса. Это позволяет использовать такие уравнения для количественных расчетов.

Решим задачу. Откройте тетради, подпишите сегодняшнее число… (Слайд)

II. Цель сегодняшнего урока: продолжить изучение темы “Кислород” и познакомиться еще с одним веществом, также образованным атомами только этого химического элемента, которое называется озон. (Слайд)

III. Изучение нового материала.

Запишите в тетради тему сегодняшнего урока “Озон”.

Прежде чем дать характеристику вещества озон по известному вам плану (cлайд), вспомните: Что вам известно о данном веществе? Что вы слышали или читали об озоне? (Беседа с учащимися)

Нахождение в природе. (Слайд)

1) Озон образуется под воздействием солнечного излучения (его ультрафиолетовой части) из кислорода, (слайд-гиперссылка) чем и объясняется скопление этого вещества в верхних слоях атмосферы (в стратосфере). В ходе этой реакции поглощается та часть солнечного излучения, которая является губительной для всего живого на Земле.

Ультрафиолетовые лучи (составляющее солнечного излучения), вторгаясь в стратосферу, разбивают молекулы кислорода (О₂) на два атома (О), которые вступают в реакцию с молекулами кислорода (О₂), образуя озон (О₃).

2) Озон образуется также вследствие электрических разрядов (например, во время грозы).

3) Озон образуется также при окислении смолы хвойных деревьев или морских водорослей.

Для дальнейшего знакомства с озоном можно посмотреть видеоматериал (Диск – физические свойства, химические свойства, применение)

Итак, что вам теперь известно об озоне?

Дайте характеристику вещества озон по плану, представленному на экране. (Слайд)

Следует отметить. (Комментарии учителя по ходу заполнения таблицы)

Нахождение в природе

Толщина озонового слоя над поверхностью Земли не постоянна.

1) Сезонные изменения толщины озонового слоя – явление естественное.

2) Созданные человеком химические вещества, в частности, фреоны (вещества, используемые как хладагенты в холодильных агрегатах), вступают в реакцию с озоном, разрушая его, уменьшая тем самым толщину озонового слоя (образуя т.н. “озоновую дыру”).

На сегодняшний день учеными установлено значительное уменьшение толщины озонового слоя над Антарктидой, что позволяет большему количеству ультрафиолетовых лучей достигать поверхности Земли.

На полученном из космоса изображении дыра в озоновом слое над Антарктидой кажется синим пятном.

1) Озон обладает запахом, который вы явственно ощущаете после грозы или в хвойном лесу. “Озон” (греч.) – “пахнущий”.

2) Озон тяжелее воздуха: М_r(O₃) = 48.

Химические свойства (Слайд – гиперссылка)

2) Образующийся атомарный кислород более энергично реагирует с веществами, чем молекулярный, поэтому озон химически активнее кислорода.

он быстро разрушает резину, очень медленно изменяющуюся в среде воздуха;
взаимодействует при комнатной температуре с серебром, образуя оксид серебра Ag + O₃—>AgO + O₂ (а с кислородом серебро не реагирует);
озон обладает бактерицидным действием (целительна атмосфера соснового леса или морского побережья).

Охарактеризовав каждое из веществ, образованных атомами химического элемента кислорода, вы теперь можете их сравнить.

Дайте сравнительную характеристику кислорода и озона, отметьте сходства и различия. (Слайд)

Кислород и озон – простые вещества, образованные атомами одного и того же химического элемента кислорода.

Однако, молекула кислорода содержит 2 атома кислорода, молекула озона содержит 3 атома кислорода.

При этом мы отмечаем у них различные свойства (в чем-то схожие).

Различие в количестве атомов приводит к различию в свойствах. Количественные изменения переходят в качественные (один из основных законов философии).

1) Явление, когда один и тот же химический элемент образует несколько простых веществ, называют аллотропией. (Слайд)

2) Разные простые вещества, образованные одним и тем же химическим элементом, называют аллотропными модификациями (видоизменениями).

Молекула озона имеет угловое строение вследствие sp 2 -гибридизации орбиталей центрального атома кислорода, угол связи — около 117°. Строение молекулы озона представлено на рисунке 74.1.

Рис. 74.1. Строение молекулы озона

На уроках химии ученики знакомятся с таблицей Менделеева, а также изучают структурные формулы и производные разных веществ. Поскольку эта наука тесно связана со всеми сферами жизни человека, необходимо уделить ей внимание. Много интересной информации имеется об озоне. Химическим элементом, который его образует, выступает кислород. Газ делает состав воздуха пригодным для существования на суше.

История открытия
Способы получения
Вещество в атмосфере
Физические особенности
Химическая природа
Области использования
Влияние на здоровье человека
Занимательные факты

История открытия

Озон был открыт в 1785 году. Нидерландский физик Мартин Ван Марум обнаружил вещество во время проводимых им опытов. Учёный пропустил через воздух электрический ток, после чего возник незнакомый запах. В результате реакции получился неизвестный газ синеватого цвета. По окислительным свойствам вещество оказалось сильнее кислорода. Кроме того, неизвестный газ воздействовал на ртуть при нормальных условиях и заставлял её терять характерный блеск и прилипать к стеклу.

Ван Марум полагал, что это была некая электрическая материя. Но он не считал его открытие важным. Только через половину столетия этим газом снова заинтересовались учёные.

В 1860 году было доказано, что при превращении кислорода в озон объём газа уменьшался. Для опытов химики Тэт и Эндрюс использовали стеклянную трубку с манометром, наполненную O2, с впаянными в неё проводниками из платины, которые способствовали получению электрического заряда.

В 1880 году французские учёные Готфейль и Шаппюи смогли получить вещество из кислорода при температуре -23 o C. Когда газ медленно сжимался, он постепенно приобретал тёмно-синий оттенок. Затем давление резко сбросили, а температура ещё понизилась, что привело к образованию фиолетовых капель жидкого озона. Если вещество не охлаждали или быстро сжимали, тогда оно переходило в кислород с мгновенной жёлтой вспышкой.

Способы получения

Газ образуется во многих процессах, которые сопровождаются выделением атомарного кислорода. Озон формируется при разложении пероксидов, окислении фосфора и т. д.

В промышленной сфере вещество получают в специальном оборудовании, которое называют озонатор. Через воздух проводят электрическую искру, которая даёт реакцию 3O2→cur2O3. Получившийся газ отделяют фракционной перегонкой.

В лабораторных условиях используют пероксид бария, который обрабатывают концентрированной серной кислотой. В результате реакции получаются сульфат бария и озон.

В медицинских учреждениях, где вещество применяют для оздоровления пациентов, средство получают путём облучения кислорода ультрафиолетом. Именно этим способом газ образуется и в атмосфере нашей планеты под воздействием солнца.

Вещество в атмосфере

В атмосфере Земли озон находится в объёме 4 млрд тонн. Его концентрация растёт с удалением от поверхности планеты. Максимальное количество газа находится в стратосфере. Озоновый слой наблюдается на высоте 20−25 км от Земли. Хотя озона в атмосфере не так много, его хватает для обеспечения жизни на планете. Газ создаёт особый защитный слой, который не даёт опасным ультрафиолетовым лучам достичь поверхности Земли.

Кроме того, существуют искусственные причины, воздействующие на озоновый слой. Например, фирмы создают фреоны с атомами хлора, которые используются в холодильной технике и для заполнения аэрозольных баллончиков. Эти соединения попадают в воздух, а затем постепенно поднимаются и достигают озонового слоя. Под воздействием солнечной радиации фреоны разлагаются и разрушают его.

Также следует учитывать тот факт, что сегодня люди вдыхают больше озона, чем в далёком прошлом. Это связано с загрязнением воздуха большими объёмами метана и оксидов азота.

Физические особенности

Вещество представляет аллотропную модификацию кислорода, состоящую из трёхатомных молекул. Химическая формула озона и обозначение — O 3 . При нормальных условиях вещество выглядит как голубой ядовитый газ с резким запахом, напоминающим металлический аромат. При сжижении преобразуется в жидкость оттенка индиго. В твёрдом состоянии выглядит как тёмно-синие или чёрные кристаллы. Полярная молекула отличается уголковым строением. Между атомами имеется две связи О-О.

Основные физические свойства озона:

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

Плотность озона в газообразном состоянии равна 2,1445 г/дм 3 , в жидком — 1,59 г/см 3 , в твёрдом — 1,73 г/см 3 . Ещё одна важная характеристика вещества — его молекулярная кристаллическая решётка.

O 3 растворяется в воде в 10 раз быстрее, чем кислород. А с наличием примесей реакция ускоряется в несколько раз. В виде газа озон выступает диамагнетиком, а в жидком состоянии — слабым парамагнетиком. Производная кислорода отлично растворяется во фреонах с образованием стабильных растворов, которые возможно перевозить. Жидкий озон можно смешивать с азотом, аргоном, метаном, фтором, углекислотой и тетрахлоруглеродом в том же агрегатном состоянии.

Химическая природа

Молекулы озона отличаются неустойчивостью. После образования они существуют около 10−30 минут, а затем начинают разлагаться, образуя кислород и большой объём тепла. Если температура окружающей среды будет высокой, тогда процесс реакции ускорится. Тот же эффект наблюдается и при понижении атмосферного давления.

Среди химических свойств озона следует выделить его высокую реакционную способность. Он окисляет металлы (за исключением платины, золота и иридия), органические вещества, а также повышает степень окисления у оксидов. Действующим началом газа в качестве окислителя выступает атомарный кислород, который образуется при распаде молекулы озона. Однако в некоторых случаях в окислении участвуют все три атома элемента. Озон считается сильным окислителем, хотя уступает в этом плане фтору и фториду кислорода.

Молекула газа становится стабильнее, если она превращается в отрицательный ион О3-. Такие анионы содержатся в озонидах (озонокислых солях). Соединения разлагаются во время хранения или при избытке H2O. Озонокислые соли хорошо растворяются в жидком аммиаке.

Озон разрушает все органические вещества, с которыми он контактирует. При реакции выделяется большое количество энергии. К примеру, такие вещества, как эфир, спирт или метан, самовоспламеняются, когда они соприкасаются с озонированным воздухом. При смешении этилена и озона произойдёт сильный взрыв.

Газ способен уменьшать токсичность некоторых веществ. Например, он может окислить цианиды до цианатов, которые безопаснее для живых организмов.

Области использования

В Российской Федерации озон относится к группе вредных веществ первого класса опасности. Сильные окислительные свойства делают его опасным для здоровья человека. Однако вещество широко используется в разных сферах.

Основные области применения озона:

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

Озон применяется для дезинфекции одежды и помещений, озонирования растворов медицинского назначения. Также вещество используется в качестве дезинфицирующего средства при очистке воздуха и воды от вредных микроорганизмов.

Озонирование воды имеет много преимуществ перед хлорированием, поскольку в обработанной жидкости отсутствуют токсины. Кроме того, озон лучше растворяется в воде.

Если верить заявлениям озонотерапевтов, здоровье пациентов значительно улучшается, когда лечение включает пероральное или внутривенное применение вещества. Однако пока нет объективных клинических подтверждений терапевтического эффекта. Сегодня озонотерапию используют только в некоторых частных клиниках развитых стран, где она не считается лечебным методом. Поскольку доказано мутагенное и токсическое действие этого вещества, пациентов лечат озоном только с их согласия и лишь в тяжёлых случаях.

С начала XXI века многие компании начали выпускать бытовые озонаторы. Такие устройства предназначены для дезинфекции помещений. Перед их использованием необходимо прочитать инструкцию по применению техники. Поскольку некоторые фирмы не пишут в аннотациях о мерах безопасности при работе с озонаторами, не рекомендуется приобретать их продукцию.

Влияние на здоровье человека

Некоторые считают, что озон, как и кислород, полезен для организма. Многие люди любят гулять после дождя, когда в воздухе остаётся этот газ из-за грозы. Озон действительно разрушает токсические соединения и очищает кислород от вредных примесей. Из-за этого воздух после дождя свежий и приятный, а небо приобретает привлекательный лазурный оттенок.

Наличие в воздухе озона позволяет легче дышать, но сильный окислитель способен вызвать отравление и привести к летальному исходу. Негативные последствия происходят при превышении определённого порога концентрации и времени вдыхания этого вещества. Газ может вызывать мигрень, головокружения, раздражение слизистых органов зрения и обоняния, снижение артериального давления. Чрезмерное вдыхание вещества нередко способствует тому, что организм перестаёт сопротивляться бактериальным инфекциям дыхательной системы.

Учёные считают, что предельно допустимая концентрация (пдк) озона в воздухе составляет 0,1 мкг/л. Если человек проведёт несколько часов в помещении, где в воздухе будет содержаться больше 0,4 мкг/л вещества, у него появятся болезненные ощущения в груди, кашель и бессонница. Кроме того, возможно снижение остроты зрения. Более тяжёлые последствия наблюдаются при концентрации озона в воздухе свыше 2 мкг/л.

Опасный газ может образовывать с кислородом другое опасное вещество — пероксиацетилнитрат. Органическое соединение затрудняет дыхание и вызывает слезоточивость. Высокие концентрации этого вещества могут привести к параличу сердца.

Занимательные факты

Озон вызывает большой интерес не только у учёных, но и у обычных людей. Хотя это вещество ещё не полностью изучено, о нём уже имеется немало занимательной информации:

Озон эффективно уничтожает бактерии и плесень.
В малых концентрациях запах вещества может напоминать хлор, сернистый газ или даже чеснок.
Озон образуется во время грозы, при ударе молнии и в рентгеновском оборудовании.
Он применяется в стоматологии вместо антибиотиков.
Для очистки воды вещество начали использовать в 1898 году во Франции.
Во время Первой мировой войны его применяли в качестве антисептического средства.
Самая большая озоновая дыра была обнаружена над Антарктидой в 1985 году. Это явление отличается диаметром свыше 1000 км.
Молнии Кататумбо считаются крупнейшим одиночным генератором озона в тропосфере нашей планеты.

Вещество продолжают изучать не только из-за озоновых дыр, которые могут повлиять на будущее людей и всех других живых организмов. Хотя озон опасен, учёные считают, что он способен заменить многие лечебные средства при борьбе с тяжёлыми заболеваниями.

Читайте также: