Корзина
208 отзывов
Корзина
Озон история, происхождение, химические, свойства, формула

Озон история, происхождение, химические, свойства, формула

Слово «кислород» в переводе означает «рождающий окисление».

О – атом кислорода,
О2 – молекула кислорода, содержащаяся в воздухе,
О-1 – оксид кислорода – активный окислитель.
О-2 – супероксид – мощный окислитель.
О3 – озон или триплетный кислород.

 

Озон, производимый озонатором Green World, образуется за счет высоковольтного разряда (искра, мини-молния) в среде протягиваемого воздуха. Он быстро разрушается вследствие своей способности молниеносно окислять практически любые, находящиеся в сфере его досягаемости, молекулы.

 

Для нас важны следующие его свойства:

• Бактерицидность

• Спороцидность

• Фунгицидность

• Вирусоцидность

• Окисление липидов (жиров) кожи

• Полная стерилизация кожи перед любой косметической процедурой

 

Бактерицидность – способность убивать любые микробы. Устойчивости к озону у микробов нет и сформироваться не может.

При косметических процедурах всегда существует опасность распространения по коже и внедрения в кожу патогенных, т. е. болезнетворных, микробов. Предварительное умывание озонированной водой делает кожу стерильной, т. е. безмикробной, в то время, как любые мыла, шампуни, пенки делают кожу только чистой, но не стерильной.

После умывания озонированной водой кожа становится идеальным полем действия для косметолога. Нормальная флора кожи лица после применения озонированной воды очень быстро восстанавливается, «выходя» из выводных протоков сальных и потовых желез, где она всегда обитает. Озонированную воду для умывания следует использовать немедленно после приготовления, т. к. через несколько минут в ней уже не будет озона.

 

Спороцидность – способность убивать споры бактерий и микроскопических грибов, что особо ценно, т. к. в фармакологии насчитывается очень мало субстанций, убивающих споры. Всю жизнь, ежедневно, на кожу лица людей оседают споры из мира микробов. Споры обладают свойством прорастать, после чего образуются живые бактерии и микроскопические грибы, вызывающие поражения кожи: дерматозы, микозы, бактериодермии. Поэтому перед косметическими процедурами чрезвычайно важно убрать с кожи лица любые споры. Особенно это касается таких процедур, как пилинги, когда нарушается структура верхнего слоя кожи, что делает вероятность внедрения в кожу спор очень высокой.

 

Фунгицидность (микоцидность) – способность убивать клетки микроскопических грибов, которые есть на теле человека, его волосах, кишечнике, половых органах, полости рта. Есть они также в воде и в воздухе, на одежде и в пище. Чаще всего, это плесневые грибы, являющиеся условно-патогенными: они вызывают заболевания при условии ослабления защитных сил организма.

Умывание озонированной водой убивает плесневые грибы, так же, как их споры, тем самым препятствуя их искусственному введению в кожу при косметических процедурах, производимых с использованием нестерильных субстанций.

 

Вирусоцидность – способность разрушать (убивать) живые вирусные частицы, вирионы. На лице могут находиться вирусы герпеса, гриппа, гепатитов, аденовирусы и др. При умывании озонированной водой вирусы разрушаются чрезвычайно быстро. Таким образом, умывание озонированной водой является прекрасным средством профилактики герпетического (и др. вирусами) поражения глаз и кожи лица.

 

Окисление липидов – это процесс их омыления. Нормальные гигиенические процедуры регулярно удаляют с кожи избыток «кожного сала», солей, пота, загрязнения. Качество умывания. значительно улучшается за счет окисления липидов.

 

Озонированная вода:

Свежеприготовленная – стерильна, содержит свободный озон;

Через несколько минут — уже не содержит свободного озона, оставаясь стерильной

 

Применение озонированной воды улучшает качество косметических процедур и значительно повышает степень их безопасности и эффективности

 

ОЗОН И ЖИЗНЬ

Чрезвычайную важность не только для исторической геологии, но и для современного человека имеет вопрос об отношении жизни и озона, что есть в атмосфере. Можно считать, что жизнь - растительный и животный мир - смог развиться на Земле только тогда, когда возник достаточно мощный «озоновый щит», защищающий ее от ультрафиолетовой радиации Солнца.

Хотя возраст Земли оценен сейчас довольно точно - около 4,5-10 9 лет, о первичную атмосферу Земли нам известно очень мало. Если Земля возникла из космического облака, в составе которой находился в большой пропорции во-день, то этот водород был довольно рано потеряно Землей. Геологи считают, что известная нам атмосфера Земли вторичная и образовалась из вулканических газов или высвобождена с геологических пород. В этих газах не было свободного кислорода (так его почти нет в атмосферах других планет). Такая вулканическая атмосфера Земли состояла тогда, у 109 лет назад, пожалуй, только с Н2, НОH, N2 и СО2. Тогда на Земле почти не было жизни. Ультрафиолетовая радиация из длины ной волны менее чем 307 нм могла уничтожить ДНК живых клеток (лучше сказать, препятствуют их размножению, если бы они возникли). Только мощной слой воды мог зародитить в живом веществе от радиации. Позже в атмосфере появился кислород, а из него возник защитный слой озона.

Можно считать, что водяной пар начала разлагаться под действием ультрафиолетовой радиации с h = 134 ... 237 Нм по реакции Oно + hv - ОН + Н. При этом атомы водорода Н могли избежать с верхней горячей атмосферы - такой процесс изучен сейчас хорошо - со скоростью 107. . . 108 атомов с 1 см2 в секунду. Далее при реакции ОН + ОН - НО + О образовывался свободный кислород.

Э. Хестведт и С. Хенриксен в работе, опубликованной в университете в Осло в 1973 г., считают, что именно таким был источник кислорода в атмосфере древних геологических эпох. Специалисты геологи считают, что О2 быстро использовался на окисление пород земной по-поверхности.

 

Источником свободного озона мог также быть процесс фотосинтеза.

При этом есть более точная оценка опасной радиации, первоначально тормозила возникновения живого вещества. Так, в работе Беркнер и Маршалла было принято, что для жизни - для ДНК - опасно спектральная область с а = 240. . . 285 Нм при энергетический освещенности в этой области более 10 ^ Вт-м "2. Позже М. Ратнер и Дж. Уокер выбрали другой критерий. Хотя в более длинных волн эффект, уничтожающий ДНК, снижается, Энергия лучей Солнца в этих волнах гораздо больше, а защитное свойство других органических веществ, окружающих клеточное ядро, мала. При этом опасной ультрафиолетовой радиацией есть 10 ~ 1 Вт-м ~ 2 для всей области спектра с h < 302 нм.

Так возникло уникальное явление в геологической истории - до так называемого эволюционного взрыва. После того как в архейских эре сотни миллионов лет существовали только примитивные организмы - бактерии и водоросли, частично даже анаэробные организмы в мелководных морях и озерах, в палеозойских эре развитие жизни быстро поднялось на высокий уровень. В силурийский период проходило развитие богатой жизни в море, где завились роды рыб, а в конце его, около 440 млн. лет назад, появилась растительность на суше - предки современных папоротнекоподобных и плаунов. В девоне, примерно 370 млн. лет назад, расцвело животная жизнь в богатых лесах. Так начался период усиления фотосинтеза и быстрого накопления кислорода в атмосфере.

 

Если учесть, что источником кислорода была фотоднсоциация водяного пара, то эволюционный взрыв мог произойти только при очень быстром насыщении - по геологической шкале времени - атмосферы водяным паром, начала энергично разлагаться на солнечном свете.

Если же допустить, что жизнь постепенно образовывало фотосинтетическое источник кислорода, после того как расписание пара или жизни в море образовали первичное повышение уровня кислорода до (2 ... 3) - 10-3 РАL, то скорость эволюционного взрыва хорошо объясняется следующим механизмом с сильным положительным связью. Объясняется последовательность развития жизни в воде и на суше.

 

Вопрос об озоновом слое очень остро встал в наши дни.

Международная метеорологическая организация выступила в 1976 г. с проектом «Глобального изучения и мониторинга озона». Проект энергично поддержала и Международная комиссия по атмосферному озону. В марте 1977 г. Этот вопрос был рассмотрен в «программе Организация объединения Наций по окружающей среде« UNEP ».

Идея опасности уничтожения слоя озона и его последствиях привела к созданию в США специальной «Программы определения климатических воздействий» (СIАР) (под общим руководством Департамента транспорта США), имея в виду выбросы стратосферной авиации. С этой целью в 1972. . . 1975 было сделано 4 конференции специалистов по проблемам авиации, физике атмосферы, и загрязнения и озона. Аналогична программа (СОVOS) было утварено во Франции.

В наше время главной чертой распределения радиации по земному шару ее широтная зависимость. Расчеты показывают, что тропический пояс должен получать до 360. . . 420 Вт-ч-м-2 в месяц. Таким образом, уничтожение слоя озона имеет по разному повлиять на тропической и умеренной зоне на населении.

 

ОЗОНОВЫЙ ЩИТ ЗЕМЛИ

История изучения озона не очень длительная. Заслуга открытия его слоя принадлежит физикам из Франции: Ш. Фабри и А. Бьюиссону, которые в 1913 г. доказали, что излучение Солнца с длиной волны от 200 до 300 нм интенсивно поглощается атмосферой Земли. Это было существенное достижение, потому что часть ученых тогда считала, что ультрафиолетовое излучение Солнца поглощается его собственной атмосферой - протяженной газовой оболочкой, окружающей Солнце.

 

Диапазон длин волн от 280 до 315 нм относят уже к ультрафиолету-В (УФ-В). Как видно из рисунка 2, в этом интервале длин энергия излучения Солнца уменьшается почти в 100 раз. Причина кроется в том, что Солнце имеет невысокую температуру поверхности и взрывные процессы на нем имеют слабую активность, поэтому фотонов с очень большой энергией образуется мало. Это обстоятельство в свое время способствовала возникновению и утверждению жизни на Земле.

Фотоны диапазона УФ-В имеют только несколько большую энергию, ниже УФ-А, но эта небольшая разница очень важна. Этом увеличение энергии достаточно, чтобы расщепить молекулы белков v клетках на части. Нарушается деятельность клеток, резко увеличивается возможность возникновения мутаций, большинство из которых, вероятно, будет иметь негативные последствия. Подобная вредное воздействие на живые клетки еще больше присуща фотонам с диапазона УФ-С, в которых длина волны меньше 280 нанометров. Таких фотонов в солнечном свете в тысячи раз меньше, чем фотонов диапазона УФ-А.

Существует большое различие в количестве энергии, которую излучает Солнце в различных диапазонах длин волн. Максимум приходится, как и следовало ожидать, на видимый свет - тот диапазон, воспринимаемые которого приспособлен глаз человека. Максимум чувствительности днем приходится на зелёный свет, то есть на максимум в спектре излучения Солнца. Лишь в сумерках лучше воспринимается синий свет.

Лучи больших длин волн названы «инфракрасными» или тепловыми, так как их излучают все тела. имеющие невысокую температуру. Такие лучи идут и от человека (максимум излучения-почти 10 тыс. нм), радиатора отопления, утюга и всех окружающих нас тел и предметов. Многие живых существ, например, змеи, воспринимают тепловые лучи и могут успешно охотиться в темноте.

К почти 90-километровой высоты состав воздуха практически такой, как вокруг нас: среди каждых 100 молекул есть 78 молекул азота (мг), 21-кислорода (Оз) и около одной аргона (Аг). Одна молекула углекислого газа приходится на Из тысячи других молекул воздуха. Концентрация паров воды часто превышает концентрацию углекислого газа, а при большой влажности и теплой погоде она может уступать только кислорода и азота. Содержание всех газов, в том числе и озона, значительно меньше и колеблется в разных местах Земли и на разных высотах. Одна молекула озона в среднем припадает на_2 млн других молекул в воздухе. Именно «в среднем», потому распределение озона по высоте оказывается очень неравномерным. Причина этого заключается в механизме его образования. Ультрафиолетовые лучи малой длины поглощаются на высотах около 90 км и выше. где появляются свободные электроны и положительно заряженные молекулярные ионы. Так возникают слои земной ионосферы, которые могут проводить стр и отражать радиоволны определенных диапазонов.

 

Ультрафиолетовые фотоны с длиной волны 242 нм и м меньше поглощаются преимущественно молекулами кислорода, е к их распаду на два отдельных атома за реакцией

О2 фотон = О + О

До высоты 20 или ЗО км происходит почти полное поглощение УФ-С кислородом. Итак. образования озона при тройных столкновениях, описывается уравнением: О2 + О + Х = О3 + Х *, может происходить уже па высотах 60-90 километров. Но из-за того, что плотность воздуха там очень рис тройные столкновения не частые, скорость образования озона является большой. Так же ничтожна она и на высотах 10-20 куда попадает слишком мало УФ-С и количество атомарного кислорода оказывается ничтожной. Итак, существует высота, где скорость образования озона самая: почти 50 км над поверхностью Земли.

Именно процесс разрушения озона и является наиболее ценным для жизни .. Относительная неустойчивость молекулы озона предопределяет возможность его распада при поглощении ультрафиолетовых лучей существенно большей длины волны от тех, поглощаемых кислородом. Особенно интенсивно молекулы оз впитывают фотоны с длиной волны между 200 и 310 нм. Это очень важно, потому что такие фотоны сравнительно слабо поглощаются другими газами, входящими в атмосферу Земли. Именно слой озона служит щитом, он защищает все живое нашей планете от губительного ультрафиолетового излучения Солнца.

 

Расписание озона под воздействием УФ-В - реакция обратная реакции его образования. Формируется циклический непрерывный процесс образования - распада озона описывается реакциями.

О2 фотон 242 нм = О + О

О + О2 Х = О3 + X * (выделение тепла),

Оз + фотон 200-310 нм = О2 + О

О + О + Х = О2 + Х * (выделение тепла).

Следствием цикла является восстановления первоначальных молекул, поглощения большей части ультрафиолетового излучения Солнца и преобразованного в тепло. Именно этим объясняется повышение температуры воздуха над Землей больше 20 километров. Самая высокая температура оказывается на высоте около 50 км, то есть там. где скорость образования и распада озона является наибольшей. Именно на этих высотах в результате озонового цикла выделяется много тепла.

Поглощение озоном ультрафиолета-В - не единственный вариант его распада. В цикле образования и уничтожения озона включены и газы, имеющиеся в незначительных количествах в атмосфере Земли. Приведем пример одного из таких процессов, существенного для не загрязненного воздуха. В нем принимают участие монооксид азота Р ^ О и диоксид азота требований, которые образуются в незначительных количествах в результате процессов, происходящих в зоне ионосферы Земли.

Процесс оказывается циклическим: озон реагирует с угарным азота и затем образуются кислород и диоксид азота. Последний присоединяет (временно) атомарный кислород и распадается на двухатомной молекулы кислорода и молекулу монооксида азота:

Оз + NО = NО2 + О2

NO2 + О = NО + О2.

 

Результат - восстановление молекулы моноксида азота и расписание молекул озона по такой упрощенной схеме Оз + О - > О2 + О2. Итак, молекула монооксида азота ускоряет скорость распада озона в стратосфере, не меняя своего химического состояния. Поэтому монооксид азота является катализатором реакции распада озона в стратосфере Земли. Кстати, не один только монооксид азота имеет такие свойства, о чем говорится далее.

 

Следствием рассмотренных выше процессов образования и распада озона становится озоновый профиль атмосферы. Большая скорость распада озона из-за поглощения ультрафиолетового излучения Солнца на высотах 40-90 км приводит к тому, что максимальная его количество наблюдается в пределах 20-ЗО км, где число молекул в одном кубическом сантиметре достигает 5 * 1012. При уменьшении высоты над уровнем моря плотность озона уменьшается, а среднее количество его молекул в каждом кубическом сантиметре воздуха у поверхности Земли близка к 6 * 10 ". На первый взгляд это кажется довольно большим числом. Самом деле на уровне моря каждая молекула озона приходится на 25 млн других молекул газов, входящих в состав атмосферы. Концентрация озона является наименьшей внизу и чем выше он будет над уровнем, тем больше возрастает (почти в 250 раз), достигая м минимального значения в 10 ~ 5 на высоте 35 км. Там каждая из 100 тыс. молекул - молекула озона, это тоже не очень много. Хоть назван газ и имеет избыточную энергию, но она по себе не такая уж и большая. При мгновенном распаде озона на высотах его максимальной концентрации выделилась бы такое количество энергии, которой хватило бы только на повышение температуры атмосферы в этой зоне на ... 0,1 градуса. Большое же повышение температуры воздуха на этих высота связано с выделением посредством озона энергии ультрафиолетового участка солнечного излучения.

Наблюдение в течение десятилетия за слоем озона убеждают, что его средняя толщина слоя остается практически постоянной и лишь в последние годы заметное медленное уменьшение. А вот его мгновенная количество над определенным пунктом земной поверхности может меняться наполовину, а иногда и больше. Это связано с горизонтальным перемещением, подъемом или опусканием отдельных воздушных масс с существенно разной концентрацией озона. От одного времени года к другому количество озона над определенным местом изменяется в пределах 10%, а среднегодовая зависит от активности Солнца. 1989 был годом максимальной активности последнего и самого большого количества озона в атмосфере нашей планеты. Точные измерения количества озона требуют аккуратности и многочисленных измерений во многих точках Земли. Какая общее количество озона в озоновом щите? Чрезвычайно малое: масса Оз = 3 - 5-10т.

За единицу количества озона над данным местом земной поверхности условились брать слой озона толщиной 0,01 мм (10 мкм). Эта единица названа «добсон» (Дб) в честь профессора Оксфордского университета Добсона, который заслужил уважение научной общественности своими многолетними измерениями характеристик озонового слоя. Из сказанного выше следует, что среднее количество озона составляет от 200 до 300 Добсонов.

 

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ОЗОНА

Слово Озон - в переводе с греческого языка означает «ароматный», «душистый», «то, что пахнет». Каждый из нас чувствовал характерный резкий запах этого синеватого газа после грозы с частыми молниям или при нахождении возле устройств или машин (в момент образования искр в открытом воздухе). Впрочем, вещества находятся в газовом состоянии лишь при температурах, благоприятных для жизни человека. Озон можно превратить в жидкость при охлаждении до -111,9 "С, а при более высоких температурах он находится уже в газообразном состоянии. Максимальная температура жидкого кислорода (О2) при атмосферном давлении (температура его кипения) составляет-183" С.

Химический элемент кислород существует в атмосфере в виде трех аллотропических видоизменениях: О2 - молекулярном, О - атомарном и О3 - трехатомных, что собственно и называется озоном и образуется при химическом соединении первых двух. Поэтому большинство свойств молекулы озона можно понять лучше, исходя из свойств молекулярного и атомарного кислорода.

На основе изучения спектральных свойств озона были получены данные о строении его молекулы. Молекула О3 стала классическим примером использования спектра-тральных данных для расчетов длин связей и размеров центрального угла. Согласно общепринятой модели молекулы О..,, Атомы в ней располагаются в вершинах равнобедренного тупо-прямоугольного треугольника, причем расстояния между атомами равны (1,278 ± 0,003) -10 "" см, а значение центрального угла составляет 116 ° 50 '± 30' . Масса молекулы 0 ^ 3 'составляет 7,97. '1023 Г.

В молекулу озона могут входить атомы более тяжелых изотопов кислорода О17 и О18. По приблизительным оценкам в атмосферном озоне находится у 0,21 "" молекул О ^ О ^ О '"и 0,41" в молекул О ^ О ^ О ".

Газообразный озон при стандартных температуре и давлении имеет плотностьРДЦ = 2,144 - 10 "3 г-см" 3. Теплоемкость газа Ср уменьшается с понижением температуры: при 473 К с == 904 Дж-кг-1. К-1, при 273 К с "- 795" Дж. кг-1-К-1, при 100 К Ср = - 690 Дж.кг-^ К-1.

Озон превращается в жидкость при температуре 161,3 К (температура кипения) в темно-синюю жидкость с плотностью 1,46 г-см ~ 3. Удельная теплота испарения жидкости 316 000 Дж-кг "1.

При температуре 90 К жидкий озон имеет плотность 1,57 г см ~ 3, а непосредственно перед отверждением его плотность составляет 1,614 г-см ~ 3. Температура затвердевания, по данным разных авторов, отличается на 2-3 К и составляет примерно 78 К. Твердая кристаллическая структура имеет темно-фиолетовый цвет.

 

Озоно-кислородные смеси взрывоопасные при концентрациях озона от 20 до 100%. Именно взрывоопасность концентрованних смесей озона долгое время была основным препятствием изучению его физических и химических свойств. Несмотря на то, что промышленное производство озона существовало еще с начала XX в., Наиболее фундаментальные свойства его молекулы были изучены только в 50-х, когда во многих странах были предприняты попытки использования концентрированного озона как окислителя в ракетных системах.

Потенциал ионизации озона 2,8 эВ, сродство к электрону по разным данным 1,9 ... 2,7 эВ, то есть достаточно сильно (более сильное имеют только фтор и его оксиды, а также нестабильные частицы-атомы и свободные радикалы).

Озон достаточно неустойчив в больших концентрациях может разлагаться со взрывом, поэтому вполне безопасное его хранение требует низких температур. известно, что человек не может существовать в атмосфере из чистого кислорода. Определенное время, чтобы уменьшить массу своих пилотируемых космических аппаратов, американцы использовали в них чисто кислорода атмосферу, но отказались от этого из-за слишком большую опасность пожаров. Кстати, человеку полезна небольшая концентрация озона в воздухе, но большое количество его становится смертельно опасной.

 

Исследованиями обнаружено большая роль природных концентраций озона (одна молекула озона на несколько десятков миллионов других молекул воздуха) в окислительных процессах, происходящих в клетках человеческого организма. Когда же начали широко применять очищенный и кондиционированный воздух в рабочих помещениях, то заметили непонятное повышение количества заболеваний людей по сравнению с прошедшим периодом, когда они дышали «неочищенным воздухом». Не сразу, но нашли причину - полное отсутствие озона в кондиционированном воздухе обусловила расстройства в организме.

Повышенная окислительная способность озона все шире используется для обеззараживания от вредных микроорганизмов воздуха и питьевой воды. Не обошлось и без курьёзов, несколько лет назад в наших газетах длительное время писалось о попытках использования озона при хранении картофеля и других овощей. Критика со стороны ученых, которые указывали, что такой активный окислитель, как озон, лишь ускоряет процессы разложения веществ, входящих в состав картофеля ничего не дали. Было потеряно немало денег, пока поняли, что решить проблему хранения овощей при замене воздуха в хранилищах на озон нельзя.

 

Чаще озон получают в больших количествах при пропускании электрического тока через сухой кислород. Электрический разряд расщепляет молекулы кислорода на две части - атомы кислорода:

О2 = О + О

Атомы движутся быстро и часто сталкиваются с двухатомных молекул кислорода, при благоприятных условиях ведет к образованию комплекса и  трех атомов кислорода молекул озона

О + О2 = О3

 

В домашних условиях озон можно получить при помощи озонаторов: Озонаторы для очистки воды и воздуха