Az "ózonréteg" kifejezés, amely a 70-es években vált híressé. a múlt században, már régóta a szélén áll. Ugyanakkor kevesen értik igazán, mit jelent ez a fogalom, és miért veszélyes az ózonréteg pusztulása. Még nagyobb rejtély sokak számára az ózonmolekula szerkezete, és mégis közvetlenül összefügg az ózonréteg problémáival. Tudjunk meg többet az ózonról, annak szerkezetéről és ipari alkalmazásairól.
Mi az ózon
Az ózon vagy más néven aktív oxigén egy égszínkék gáz, szúrós fémszaggal.
Ez az anyag az aggregáció mindhárom állapotában létezhet: gáznemű, szilárd és folyékony halmazállapotú.
Ugyanakkor a természetben az ózon csak gáz formájában fordul elő, az úgynevezett ózonréteget alkotva. Az ég azúrkék színe miatt tűnik kéknek.
Hogy néz ki egy ózonmolekula
A beceneved aktívoxigén” ózont kapott az oxigénhez való hasonlósága miatt. Tehát ezekben az anyagokban a fő aktív kémiai elem az oxigén (O). Ha azonban egy oxigénmolekula 2 atomot tartalmaz, akkor az ózonmolekula (képlet - O3) ennek az elemnek 3 atomjából áll.
Ennek a szerkezetnek köszönhetően az ózon tulajdonságai hasonlóak az oxigénéhez, de sokkal hangsúlyosabbak. Különösen az O2, az O3a legerősebb oxidálószer.
A legfontosabb különbség ezek között a "rokon" anyagok között, amelyre mindenki emlékeznie kell, a következő: az ózont nem lehet belélegezni, mérgező, és belélegezve károsíthatja a tüdőt vagy akár meg is ölhet. Ugyanakkor az O3 tökéletes a levegő megtisztítására a mérgező szennyeződésektől. Egyébként pont emiatt olyan könnyű eső után lélegezni: az ózon oxidálja a levegőben lévő káros anyagokat, és az megtisztul.
Az ózonmolekula modellje (3 oxigénatomból áll) egy kicsit úgy néz ki, mint egy szög kép, mérete pedig 117°. Ennek a molekulának nincsenek párosítatlan elektronjai, ezért diamágneses. Ezenkívül van polaritása, bár ugyanazon elem atomjaiból áll.
Egy adott molekula két atomja szorosan kapcsolódik egymáshoz. De a harmadikkal való kapcsolat kevésbé megbízható. Emiatt az ózonmolekula (a modell fotója lent látható) nagyon sérülékeny, és kialakulása után hamarosan lebomlik. Általános szabály, hogy minden bomlási reakcióban O3 oxigén szabadul fel.
Az ózon instabilitása miatt nem állítható előbetakarítás és tárolás, valamint szállítás, mint más anyagok. Emiatt az előállítása drágább, mint más anyagok.
Ugyanakkor az O3molekulák nagy aktivitása lehetővé teszi, hogy ez az anyag a legerősebb oxidálószer legyen, erősebb, mint oxigén, és biztonságosabb, mint a klór.
Ha egy ózonmolekula lebomlik és O2 szabadul fel, ezt a reakciót mindig energiafelszabadulás kíséri. Ugyanakkor a fordított folyamat végbemeneteléhez (O3 kialakulása O2-ból) költeni kell ez nem kevesebb.
Gázhalmazállapotban az ózonmolekula 70°C hőmérsékleten lebomlik. Ha 100 fokra vagy többre emeljük, a reakció jelentősen felgyorsul. A szennyeződések jelenléte az ózonmolekulák bomlási időszakát is felgyorsítja.
O3 tulajdonságok
Nem számít, hogy az ózon a három állapot közül melyikben van, megőrzi kék színét. Minél keményebb az anyag, annál gazdagabb és sötétebb ez az árnyalat.
Minden ózonmolekula tömege 48 g/mol. A levegőnél nehezebb, ami segít szétválasztani ezeket az anyagokat.
O3 szinte minden fémet és nemfémet (az arany, irídium és platina kivételével) képes oxidálni.
Ez az anyag is részt vehet az égési reakcióban, de ez magasabb hőmérsékletet igényel, mint az O2.
Az ózon képes feloldódni H2O-ban és freonokban. Folyékony állapotban keveredhet folyékony oxigénnel, nitrogénnel, metánnal, argonnal,szén-tetraklorid és szén-dioxid.
Hogyan keletkezik az ózonmolekula
O3 molekulák úgy jönnek létre, hogy szabad oxigénatomokat kapcsolnak az oxigénmolekulákhoz. Ezek viszont más molekulák O2 széthasadása miatt jelennek meg, az elektromos kisülések, az ultraibolya sugarak, a gyors elektronok és más nagy energiájú részecskék hatására. Emiatt az ózon sajátos szaga érezhető szikrázó elektromos készülékek vagy ultraibolya fényt kibocsátó lámpák közelében.
Ipari méretekben az O3 elektromos ózongenerátorral vagy ózonizátorral van leválasztva. Ezekben az eszközökben nagyfeszültségű elektromos áramot vezetnek át egy O2 tartalmú gázáramon, amelynek atomjai az ózon „építőanyagaként” szolgálnak.
Néha tiszta oxigént vagy közönséges levegőt fecskendeznek be ezekbe a gépekbe. A keletkező ózon minősége a kiindulási termék tisztaságától függ. Tehát a sebek kezelésére szánt orvosi O3 csak vegytiszta O2.
Az ózon felfedezésének története
Miután rájöttünk, hogyan néz ki az ózonmolekula és hogyan keletkezik, érdemes megismerkedni ennek az anyagnak a történetével.
Először Martin Van Marum holland kutató szintetizálta a 18. század második felében. A tudós észrevette, hogy miután elektromos szikrákat engedett át egy tartályon levegővel, a benne lévő gáz megváltoztatta tulajdonságait. Ugyanakkor Van Marum nem értette, hogy egy új molekuláit izoláltaanyagok.
De Sheinbein nevű német kollégája észrevette, hogy a H2O-t H-ra és O2-ra próbálta bontani elektromosság segítségével. új, szúrós szagú gáz felszabadulására. Sok kutatás után a tudós leírta az általa felfedezett anyagot, és az „ózon” nevet adta a görög „szag” szó tiszteletére.
A gombák és baktériumok elpusztításának képessége, valamint a káros vegyületek toxicitásának csökkentése, amellyel a nyílt anyag rendelkezett, sok tudóst érdekelt. 17 évvel az O3 hivatalos felfedezése után Werner von Siemens megtervezte az első olyan berendezést, amely bármilyen mennyiségben képes ózont szintetizálni. 39 évvel később pedig a zseniális Nikola Tesla feltalálta és szabadalmaztatta a világ első ózongenerátorát.
Ezt az eszközt használták először Franciaországban ivóvíztisztító telepeken 2 év után. A XX. század eleje óta. Európa kezd áttérni az ivóvíz tisztítására szolgáló ózonozásra.
Az Orosz Birodalom először 1911-ben alkalmazta ezt a technikát, és 5 év után közel 4 tucat ózonos ivóvíztisztító berendezést szereltek fel az országban.
Ma a víz ózonozása fokozatosan felváltja a klórozást. Így Európában az összes ivóvíz 95%-át O3 segítségével tisztítják. Ez a technika az USA-ban is nagyon népszerű. A FÁK-ban még vizsgálják, mert bár ez az eljárás biztonságosabb és kényelmesebb, drágább, mint a klórozás.
Ózonalkalmazások
A vízkezelésen kívül az O3 számos más felhasználási területtel is rendelkezik.
- Az ózont fehérítőként használják a papír- és textilgyártásban.
- Az aktív oxigént a borok fertőtlenítésére, valamint a konyakok érlelési folyamatának felgyorsítására használják.
- Különféle növényi olajokat finomítanak az O3.
- Nagyon gyakran használják ezt az anyagot romlandó termékek, például hús, tojás, gyümölcsök és zöldségek feldolgozására. Ez az eljárás nem hagy kémiai nyomokat, mint a klór vagy formaldehid esetében, és a termékek sokkal tovább tárolhatók.
- Az ózon sterilizálja az orvosi berendezéseket és a ruhákat.
- Szintén tisztított O3 különböző orvosi és kozmetikai eljárásokhoz használják. Különösen a fogászat segítségével fertőtlenítik a szájüreget és az ínyet, valamint különféle betegségeket (sztomatitisz, herpesz, szájüregi candidiasis) kezelnek. Az európai országokban az O3 nagyon népszerű a sebfertőtlenítés terén.
- Az elmúlt években nagyon népszerűvé váltak a levegő és víz ózonos szűrésére szolgáló hordozható háztartási készülékek.
Ózonréteg – mi az?
A Föld felszíne felett 15-35 km-re található az ózonréteg, vagy más néven az ózonoszféra. Ezen a helyen a koncentrált O3 egyfajta szűrőként szolgál a káros napsugárzás számára.
Honnan származik ekkora mennyiségű anyag, ha a molekulái instabilok? Erre a kérdésre nem nehéz válaszolni, ha felidézzük az ózonmolekula modelljét és keletkezésének módját. Tehát oxigén, amely 2-ből állA sztratoszférába kerülő oxigénmolekulákat ott felmelegítik a napsugarak. Ez az energia elég ahhoz, hogy O2 atomokra hasadjon, amiből O3 keletkezik. Ugyanakkor az ózonréteg nemcsak felhasználja a napenergia egy részét, hanem meg is szűri, elnyeli a veszélyes ultraibolya sugárzást.
Fentebb elhangzott, hogy az ózont a freonok oldják. Ezek a (dezodorok, tűzoltó készülékek és hűtőszekrények gyártásához használt) gáznemű anyagok a légkörbe kerülve befolyásolják az ózont, és hozzájárulnak annak lebomlásához. Ennek eredményeként az ózonoszférában lyukak jelennek meg, amelyeken keresztül szűretlen napsugarak jutnak a bolygóra, amelyek pusztító hatással vannak az élő szervezetekre.
Az ózonmolekulák jellemzőinek és szerkezetének mérlegelése után arra a következtetésre juthatunk, hogy ez az anyag, bár veszélyes, nagyon hasznos az emberiség számára, ha helyesen használják.
