Что такое озон и для чего он нужен кратко
Обновлено: 06.07.2024
С потрясающей окислительной способностью озона связаны как его вред для нас, так и его польза.
Озоновый слой в стратосфере и здоровье человека
На планетарном уровне озон представляет собой жизненно важное соединение для всего человечества. Именно озон образует защитную оболочку вокруг Земли, которая предохраняет наши слабые тела от воздействия жесткого ультрафиолетового излучения.
Озоновый слой находится в стратосфере — это примерно 15-30 км от поверхности планеты. Если бы не озон, жизнь вообще не смогла бы зародиться на нашей планете.
Озон в стратосфере представляет собой результат реакций, происходящих под действием солнечных лучей. Он и так является нестойким веществом, но масштабы его разрушения усиливаются под воздействием атомарного хлора и брома. Эти элементы являются составной частью фреонов (хлофторуглеродов, ХФУ), содержащихся в охлаждающей системе холодильников или в аэрозольных баллончиках, например.
Беспокойство ученых по поводу озонового слоя объяснимо. Чем тоньше этот слой, тем больше опасных для человека УФ-лучей достигает Земли. А масштабы развития промышленности на планете таковы, что человечество со своими выбросами ХФУ уже является вполне себе действующим фактором.
Врачи подчеркивают, что разрушение озонового слоя в стратосфере повышает число случаев рака кожи у людей (меланомы), катаракты, а также негативно воздействует на иммунную систему.
Озон на уровне носа
В тропосфере — самом нижнем слое атмосферы нашей планеты — тоже есть озон. Он, также как и в стратосфере, образуется в воздухе под действием солнечных лучей из углеводородов, оксидов азота и т. п. Именно эти соединения входят в состав выхлопных газов автомобилей и разнообразных промышленных выбросов. Озон, таким образом, становится одним из основных компонентов смога — неизменного спутника крупных городов. Наиболее высокие концентрации озона в смоге наблюдаются в жаркие месяцы года.
Врачи рекомендуют не выходить на улицу в обеденное время и сразу после него, когда концентрация озона в воздухе достигает максимума. Самое безопасное время для горожанина — утро или вечер, после того, как уровень озона снизится.
Так, известно, что озон разрушительно действует на дыхательную систему, снижает функцию легких и повышает риск развития астматического приступа. В июне этого года китайские ученые опубликовали результаты исследования, в котором доказали, что озон опасен и для сердечно-сосудистой системы. По их данным, озон повышает активность тромбоцитов и приводит к увеличению артериального давления. Интересно, что озон более опасен для людей, ведущих сидячий образ жизни. Те, кто ввел в свою жизнь регулярные физические нагрузки, намного меньше страдают от его негативных эффектов.
Уменьшить пагубное действие озона на организм можно при помощи антиоксидантов, которые содержатся, например, в таких продуктах, как черника, голубика, бобовые и др. И, конечно, следует отказаться от курения, которое усугубляет разрушительное действие озона на организм.
Австрийские исследователи несколько лет назад доказали, что на фоне повышенного уровня озона в воздухе увеличивается содержание белка в пыльцевых зернах. В результате концентрация потенциальных аллергенов в пыльце повышается — она становится более опасной для аллергиков. Ученые считают, что именно озон, а точнее, промышленные выбросы, из которых он образуется, могут оказаться виновником роста заболеваемости аллергией в последние годы.
Наконец, исследование врачей из штата Пенсильвания, данные которого были опубликованы в 2015 году, показало, что озон в воздухе в такой же концентрации, как в крупных городах, влияет на количество готовых к оплодотворению яйцеклеток и снижает уровень прогестерона в период овуляции у мышей. Возможно, что высокая концентрация озона в воздухе является одним из факторов риска развития бесплодия.
Осторожно: озонаторы воздуха и ксероксы
Когда от озона в воздухе в составе смога невозможно избавиться — это особенность городской жизни. Но сегодня популярностью пользуются устройства-озонаторы, для очистки воздуха. Производство озона в таких устройствах является побочным эффектом работы аппарата.
С одной стороны, озон действительно уничтожает любые виды микроорганизмов. Но с другой, озон столь же опасен и для человека. В 2006 году ученые из Калифорнийского университета рассчитали, что установка озонатора в небольшой непроветриваемой комнате приводит к опасному для здоровья людей росту концентрации озона в воздухе. Наиболее несовершенные устройства выделяют столько же озона, как ксерокс в процессе непрерывной работы, вплоть до показателей концентрации озона при сильном смоге.
Концентрация озона в воздухе крупных копировальных центров почти в 20 раз выше, чем в обычной комнате.
Интересно, что в зависимости от материалов отделки помещения, озон разрушается с разной скоростью. Так, с коврами, тканями, резиновыми покрытиями озон контактирует быстрее, а значит, присутствует в воздухе недолго. Если же помещение отделано керамикой, ПВХ и пластиком, то опасная концентрация озона в воздухе будет держаться дольше.
Озонотерапия: недоказанная польза
Врачи уже более 100 лет используют так называемый медицинский озон — смесь озона и кислорода. Концентрация озона при этом составляет 0,2-80 мг в 1 л обычного кислорода.
Насчет эффективности процедуры озонотерапии медики так пока и не пришли к единому мнению. Многие врачи считают, что она оказывает эффект на уровне плацебо, но в то же время процедура входит в список услуг многих крупных клиник и пользуется популярностью у населения. По крайней мере, все доказательства эффективности озонотерапии относятся к наблюдательным исследованиям, но практически нет данных, которые подтверждали бы положительное действие на организм в ходе экспериментов.
Применение озона в лечебных и косметологических целях понижает свертываемость крови, а это значит, что нельзя проводить озонотерапию на фоне приема антикоагулянтов, например, аспирина. Также не рекомендуется лечиться озоном в период месячных.
В 2009 году американские врачи продемонстрировали, что озонотерапия может оказывать обезболивающее действие при грыжах межпозвонковых дисков за счет уменьшения объема выступающего хряща. Более подробно описать механизм действия озона исследователи затрудняются, но считают, что озонотерапию можно использовать для пациентов с грыжами дисков. А в 2015 году американские ортопеды заявили, что инъекции озона в коленный сустав уменьшают воспаление и боли при артрите. Почему это происходит — ученые тоже пока точно объяснить не могут.
Озонирование: идеальная очистка
Благодаря тому, что озон один из самых сильных окислителей, он является отличным средством избавиться от любых вредных микроорганизмов — например, в воде бассейна. Обработка озоном губительна для всего живого — бактерий, вирусов, грибков, простейших и т. п. При этом природа еще не научилась вырабатывать резистентность к нему.
Что характерно, при обработке озоном удаляются различные запахи и вкусы, при этом сам озон не придает воде никаких специфических ароматов или привкусов. Кислотность воды также при обработке не меняется. Озон, в отличие от многих других дезинфицирующих веществ, не остается после очистки — он полностью превращается в кислород О2.
Главным минусом озонирования является дороговизна аппаратуры. Но выгоды столь велики, что озонирование становится нормой для современных бассейнов, уверенно вытесняя хлорирование воды с его повышенным риском аллергий, дерматитов и неприятным запахом.
Выводы Не стоит лишний раз контактировать с озоном без особой на то необходимости, благо его медицинская польза до сих пор в полной мере не доказана. Озоновый слой еще пока достаточно велик, чтобы защищать нас от УФ-облучения. Так что принципиального повода для паники нет. Но живя в мегаполисе, следует помнить об озоне в воздухе. В дни, когда на город опускается смог, не стоит торопиться подвергаться его воздействию.
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.
- 3О2 = 2О3 – 284 кДж
- Взаимодействие охлажденной концентрированной серной кислоты и пероксида бария
- 3H2SO4 + 3BaO2 = 3BaSO4 + O3 + 3H2O
Данной реакцией синтезируют озон в лабораториях.
- 3H2SO4 + 3BaO2 = 3BaSO4 + O3 + 3H2O
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.
Средняя оценка: 4.5
Всего получено оценок: 268.
Средняя оценка: 4.5
Всего получено оценок: 268.
Озон – химическое газообразное вещество, которое является сильным окислителем. Какими свойствами обладает газ, и для каких целей его получают?
Общая информация
Рис. 1. Х. Ф. Шенбейн.
Формула озона – О3, то есть озон состоит из трех молекул кислорода. Озон – это аллотропное видоизменение кислорода. О3 – газ светло-синего цвета, с характерным запахом, нестойкий, токсичный. При температуре -111,9 градусов этот газ сжижается. Растворимость озона в воде больше, чем у кислорода: 100 объемов воды растворяют 49 объемов озона.
Рис. 2. Формула озона.
Это вещество образуется в атмосфере при электрических разрядах. Озоновый слой в стратосфере (25 км. от поверхности) поглощает ультрафиолетовое излучение, опасное для всех живых организмов.
Озон – сильный окислитель, даже более сильный, чем кислород. Он способен окислять такие металлы, как золото и платина.
Особая химическая активность озона объясняется тем, что его молекула легко распадается на молекулу кислорода и атомарный кислород. Образовавшийся атомарный кислород более активно реагирует с веществами, чем молекулярный.
Озон способен из раствора йодистого калия выделять йод:
Бумага, смоченная йодистым калием и крахмалом в воздухе, содержащем озон, синеет. Эта реакция используется для обнаружения озона.
В 1860 году ученые Эндрюс и Тэт экспериментально доказали при помощи стеклянной трубки с манометром, наполненной чистым кислородом, что при превращении кислорода в озон происходит уменьшение объема газа
Получение и применение озона
Получают озон при действии электрических разрядов на кислород в озонаторах.
Озон применяют для обеззараживания питьевой воды, для обезвреживания промышленных сточных вод, в медицине – в качестве дезинфицирующего средства. Также как и хлорирование, озонирование обладает обеззараживающим эффектом, но его плюсом является то, что при использовании озона в обработанной воде не образуется токсинов. Озон также эффективно борется с плесенью и бактериями.
Рис. 3. Озонирование.
При остром отравлении озон поражает органы дыхания, раздражает слизистые глаз, вызывает головную боль. Токсичность озона резко возрастает при одновременном воздействии оксидов азота.
Что мы узнали?
Озон – газ, который был обнаружен в конце XVIII века, а свое современное название получил только в середине XIX века. В отличие от кислорода этот газ имеет характерный запах и отличается светло-синим цветом.
Озон возникает естественным образом в верхних слоях атмосферы, где он образуется в результате фотохимической реакции. Он также образуется в результате электрических разрядов и химических реакций, в результате которых кислород выделяется при охлаждении. В нижних слоях атмосферы он является токсичным загрязнителем для животных и растений. Однако в стратосфере он образует защитный слой для жизни на Земле, поглощая ультрафиолетовое излучение Солнца.
1. Физические и химические свойства
Озон - это голубой газ с сильным, проникающим запахом, опасный для дыхания и более окисляющий, чем кислород. Он имеет плотность 1,66 и сжижается при температуре -112°C, образуя крайне нестабильную жидкость цвета индиго. Он в холодном состоянии окисляет йод и почти все металлы, особенно ртуть и серебро; он вытесняет хлор, бром и йод из их соединений с водородом или металлами; он максимально окисляет серную, фосфорную и мышьяковую кислоты; он также разрушает органические материалы (пробку, резину) путем окисления. С другой стороны, с различными ненасыщенными органическими соединениями он дает нестабильные аддитивные соединения, озониды.
2. Используется
Озон используется благодаря своим окислительным и бактерицидным свойствам для дезинфекции воздуха в замкнутых пространствах, стерилизации воды, отбеливания текстиля и выдержки вина и древесины. При лечении ран (озонотерапия) он применяется в виде струи или в водном растворе, в одной или нескольких дозах в зависимости от полученного результата. Он используется в приготовлении высыхающих масел и в синтезе некоторых растительных эссенций.
3. Атмосферный озон
3.1. Стратосферный озон и преимущества озонового слоя
Озон играет фундаментальную роль в балансе окружающей среды Земли. 90% атмосферного озона находится на высоте от 20 до 50 км. Этот "озоновый слой" объясняет существование на этих же высотах области большой стабильности в отношении вертикальных обменов - стратосферы. Хотя он является незначительным компонентом атмосферы (его максимальная относительная концентрация, наблюдаемая на высоте 25 км, не превышает 5-6 миллионных долей по объему), озон является единственным поглотителем ультрафиолетового солнечного излучения с длиной волны от 240 до 300 нанометров. Это поглощение позволяет поддерживать жизнь животных и растений на Земле, устраняя коротковолновое излучение, которое может разрушать клетки живой материи и подавлять фотосинтез. По этой причине с 1980-х годов существует большая озабоченность по поводу ущерба, нанесенного стратосферному озоновому слою в результате деятельности человека.
3.2. Тропосферный озон и его влияние на живые организмы
На высоте ниже 10 км уровни озона очень низкие, порядка 0,03 миллионных долей. Однако, в отличие от своей полезной роли в стратосфере, озон действует у земли как окислитель, который нарушает фотосинтез и может вызвать повреждение растений (коричневые пятна на листьях, соответствующие некрозу). В районах с высоким уровнем загрязнения, где его уровень может быть намного выше, озон непосредственно влияет на здоровье человека, особенно на дыхательную систему и слизистые оболочки. Озон раздражает легкие, вызывая кашель, респираторный дискомфорт, а иногда даже отек легких. Лечение после тяжелых ингаляций заключается в строгом покое под наблюдением врача.
Количество озона в атмосфере выражается как "уменьшенная толщина", т.е. вертикальная толщина столба, в котором был бы собран весь газ, при нормальной температуре и давлении. В среднем эта толщина составляет 2,5 мм.
4. Озоновая дыра
4.1. Открытие озоновой дыры
В 1985 году британские исследователи впервые сообщили о существовании озоновой дыры, а точнее, о значительном уменьшении толщины озонового слоя над Южным полюсом. Верхние слои атмосферы этого региона являются ареной бешеного цикла разрушения озона. Во время полярной зимы образование стратосферного воздушного вихря изолирует атмосферу Антарктики от остальной части Южного полушария. Затем температура стратосферы может опуститься до -85°C, что приведет к образованию ледяных облаков. Эти полярные облака фиксируют хлор в стратосфере в виде соляной кислоты (HCl) и нитрата хлора (ClONO2). В южную весну, когда Солнце вновь появляется в сентябре и октябре, его излучение вызывает диссоциацию хлора в результате фотохимической реакции. После этого запускается настоящая цепная реакция: каждый атом высвобожденного хлора может разрушить до 100 000 молекул озона. Этот процесс продолжается до ноября и уменьшает толщину слоя почти наполовину. К этому времени Солнце достаточно прогрело атмосферу, чтобы рассеять стратосферные облака. Полярный вихрь, ограничивавший озоновую дыру, исчезает, и богатый озоном воздух из средних широт просачивается обратно в стратосферу Антарктики. На Северном полюсе такая "дыра" в слое не образуется, а локальные дефициты озона наблюдаются с 1991 года. Это связано с циркуляцией воздуха, который сильно отличается от антарктического, и более мягкими зимними температурами.
4.2 Происхождение и последствия
Если некоторые природные факторы, такие как выброс сернистых газов при извержениях вулканов, всегда способствовали частичному и временному разрушению озонового слоя, то опасность, которую представляют промышленные выбросы хлора, ученые осуждают с 1980 года. Хлорфторуглероды (ХФУ), используемые в качестве аэрозольных пропеллентов, хладагентов или пенообразователей в некоторых жестких пенопластах, являются основной причиной разрушения озонового слоя. Многие другие химические вещества, такие как галоны (галогенизированные производные углеводородов), используемые в огнетушителях, а также некоторые растворители, такие как четыреххлористый углерод или бромистый метил, также способствуют образованию озоновой дыры. Все эти соединения чрезвычайно стабильны и могут оставаться в атмосфере в течение 50-100 лет. Они попадают на полюса и высвобождают свои атомы хлора (или брома), которые разрушают озон.
Истощая озоновый слой, человеческая деятельность поставила под угрозу нашу естественную защиту от солнца. Истощение стратосферного озона приводит к увеличению количества ультрафиолетового излучения, достигающего земли. Эти лучи могут повреждать ДНК человека, вызывать рак кожи и катаракту, а также другие заболевания. Они также оказывают вредное воздействие на растения и фитопланктон.
4.3. Международная осведомленность
С 1985 года (Венская конвенция) несколько международных конференций ознаменовали собой глобальное осознание необходимости защиты стратосферного озонового слоя и обеспечения ограничения воздействия человеческой деятельности на климат. Основные страны-производители ХФУ отказались от производства и использования этих озоноразрушающих газов. Сегодня гидрофторуглероды (ГФУ) и перфторуглероды (ПФУ), второе поколение заменителей ХФУ, безопасны для озонового слоя (хотя для его восстановления потребуются годы), но они являются мощными парниковыми газами, способствующими глобальному потеплению.
Читайте также: