Озон

План
 
Введение ...............................................................................................   3
1. Озон и его роль в природе …… 6 
2. История открытия ….....................................................................  6
3. Физические свойства …… 7
4. Химические свойства …… 7
5. Получение озона …… 11
6. Биологические свойства  …… 11
7. Применение озона …… 12
8. Медицинское применение озона …… 13
9. Принцип действия …… 15
10. Эффект стерилизации …… 16
11. Эффект фильтрации …… 18
12. Присутствие людей …… 18
 
13. Озон в атмосфере …… 21
 
Заключение …… 22
 
Список использованной литературы… 23
 
 
 
Введение
 
     ОЗОН, неустойчивый голубой газообразный аллотроп КИСЛОРОДА (О3). Имеет характерный резкий запах. Разлагается на молекулярный кислород. Присутствует в атмосфере, главным образом, в ОЗОНОВОМ СЛОЕ, где он образуется из кислорода под действием ультрафиолетового излучения. Действует как фильтр и предотвращает попадание на поверхность Земли большей части вредной ультрафиолетовой радиации. В промышленности озон получают действием электрического заряда на кислород. Используют как ОКИСЛИТЕЛЬ при отбеливании, кондиционировании воздуха и очистке воды.
 
/>
 
Озон — вещество, встречающееся в природе, выполняет функцию защиты Земли от Солнца, т.к. его молекулы поглощают ультрафиолетовое излучение Солнца (1). Хло-рофторуглеродное загрязнение (2) приводит к разрушению озонового слоя, что позволяет ультрафиолетовым лучам проникать через него. Озон возникает, когда ультрафиолетовые лучи расщепляют молекулы кислорода. Отдельный атом кислорода(3)присоединяется к молекуле кислорода (4), в результате чего получается озон (5). Однако, если там присутствуют >оторофторуглероды, то они под влиянием ультрафиолетовых лучей также расщепляются. Затем освобожденный атом хлора (6), в свою очередь, расщепляет молекулы озона, в результате чего образуется молекула монооксида хлора (7) и кислород. Этот процесс продол жается поглощением монооксидом хлора отдельных атомов кислорода, которые ранее образовывали озон. Это освобождает атом хлора, который затем расщепляет еще одну молекулу озона (в), образуя еще одну молекулу монооксида хлора и кислород.
/> 
Спутниковое изображение дыры в озоновом слое (серый и фиолетовый) над Антарктидой. Масштаб внизу показывает концентрацию озона, измеряемую в единицах Добсона. Материки обведены черными линиями.
 
 
 
 
      1. Озон и его роль в природе.
  Химические и биологические особенности озона.
 
       Озон является аллотропной модификацией кислорода. Его молекула диамогнитна (в отличие от парамагнитной О2 ), имеет угловую форму                                                О    
                                                          О            О
¶ связь в молекулу является делокализованной трехцентровой, предполагается также донорно-акцепторный механизм образования химических связей в озоне:
                                    О                                  О    
                                               О             О                 О                О                             
Характер химических связей в озоне обусловливает его неустойчивость (через определенное время озон самопроизвольно переходит в кислород:  2О3—>3О2)
и высокую окислительную способность (озон способен на ряд реакций в которые молекулярный кислород не вступает). Окислительное действие озона на органические вещества связанно с образованием радикалов: RH+О3   RО2+OH
       Эти радикалы инициируют радикально цепные реакции с биоорганическими молекулами (липидами, белками, нуклеиновыми кислотами), что приводит к гибели клеток. Применение озона для стерилизации питьевой воды основано на его способности убивать микробы. Озон не безразличен и для высших организмов. Длительное пребывание в атмосфере, содержащей озон (например, в кабинетах физиотерапии и кварцевого облучения) может вызвать тяжелые нарушения нервной системы. Поэтому, озон в больших дозах является токсичным газом. Предельно допустимая концентрация его в воздухе рабочей зоны – 0,0001 мг/литр. Загрязнение озоном воздушной среды происходит при озонировании воды, вследствие его низкой растворимости.
 
 
2.    История открытия.
 Впервые озон обнаружил в 1785 голландский физик М. ван Марум по характерному запаху (свежести) и окислительным свойствам, которые приобретает воздух после пропускания через него электрических искр. Однако как новое вещество он описан не был, ван Марум считал, что образуется особая «электрическая материя».
 
Термин озон предложен немецким химиком X.Ф. Шёнбейном в 1840, вошёл в словари в конце 19-ого века. Многие источники именно ему отдают приоритет открытия озона в 1839.
 
 
    3.Физические свойства.
    Озон — газ, обладающий синим цветом, который можно заметить, если смотреть через значительный слой, до 1 метра толщиной, озонированного кислорода. По способности обращаться в жидкое состояние озон близок к углекислоте; но так как он всегда смешан со значительным объемом кислорода, то сжижение его довольно затруднительно. Подвергнув сильному сжатию в аппарате Кальете при сильном охлаждении [Эту операцию должно производить с осторожностью, потому что быстрое сжатие может вызвать повышение температуры газа, и тогда произойдет взрыв: озон превратится в кислород.], причем газ принял индигово-синий цвет, а ртутный мениск сделался стально-синим вследствие окисления, Готфейль и Шаппюи получили капли жидкого озона — после того, как быстро уменьшили давление. Ольшевский произвел сжижение в аппарате Вроблевского, охлаждая кипящим при обыкновенном давлении жидким кислородом. Жидкий озон. обладает густым синим цветом; прозрачен в слое, не превышающем 2 мм. толщины; кипит при —106° (при атмосферном давлении) и довольно прочен — не разлагается в запаянной трубке даже при комнатной температуре при соприкосновении с этиленом очень сильно взрывается. Озон  значительно более кислорода растворим в воде, в 15 раз приблизительно (Mailfert); а именно при 0° в 1 литре растворяется 0,0394 гр., в то время как в 1 литре газа над этим раствором остается 0,0615 гр.; при 60° растворения не происходит (0,0 гр. и 0, 0123 гр.). Водный раствор озона обладает его запахом; при стоянии выделяет неизмененный озон, который способен ко всем реакциям, свойственным газообразному озону.
 
 
4.    Xимuчecкие свойства.
     Химические свойства озона определяются его большой способностью к окислению. Он быстро действует на многие металлоиды и на большую часть металлов; очень чувствительна реакция на ртуть; один пузырек озонированного кислорода, содержащего 2% по объему озона, изменяет явственно физические свойства нескольких фунтов ртути, которая теряет тогда свой блеск и начинает прилипать к стеклу; даже серебро окисляется озоном, покрываясь черным слоем перекиси. Обыкновенно при окислении объем газа не меняется: один атом идет на окисление, а два других образуют частицу обыкновенного кислорода: O 3 + X = O2 + XO.
 
     Озон превращается в обыкновенный кислород также при соприкосновении с некоторыми порошкообразными телами, например с перекисью марганца, с платиновой чернью, при встряхивании с размельченным стеклом. В присутствии влажного озона фосфор окисляется в фосфористую кислоту, сернисто-кислые соли в сернокислые, желтая соль в красную, белковые вещества разрушаются, а также и другие органические вещества — каучук, бумага и пр. [Ввиду этого обстоятельства для составления приборов при работе с  озоном нельзя брать каучуковых пробок, трубок, различных мастик и пр.; приходится пользоваться одним стеклом, спаивая его или пришлифовывая; из жидкостей для запирания озон лучше всего употреблять крепкую серную кислоту, как это делается при устройстве смывания отводной трубки озонизатора Бертло с другой газоотводной трубкой большего диаметра: отводная трубка направлена кверху и конец её окружен еще более широкой трубкой, припаянной внизу к отводной трубке, в образовавшееся таким образом кольцеобразное пространство наливают кислоты и погружают в нее присоединяемую трубку; трубка-муфта может быть укреплена на отводной трубке и при помощи пробки, но тогда в кольцеобразное пространство нужно сначала налить немного ртути, чтобы защитить пробку от кислоты, а затем уже этой последней.]. Аммиак превращается в азотистокислый аммоний, который виден в виде белого дыма, если по каплям вливают нашатырный спирт в сосуд, содержащий озон. При прохождении озонированного кислорода через раствор индиго происходит быстрое обесцвечивание, а раствор йодистого калия с примесью крахмального клейстера синеет. Большей, сравнительно с кислородом, способностью к окислению озона обязан той затрате электрической энергии, которая необходима для его возникновения; энергия, которая является скрытой в озоне, равна, в теплотных единицах на 48 гр. его, 29,6 (Бертло), а по другим опытам (Ван-дер-Мёлен) 36,2 больших калорий [Именно Бертло определил в калориметре теплоту окисления озона мышьяковистой кислоты в мышьяковую — в водном растворе (aq); было найдено: As 2O3.aq + 2O3 = As2O5.aq + 2O2 + 2.68,8 б. к., так как окисление кислородом, непосредственно не происходящее, может быть выражено, на основании опытов Томсена, уравнением: As 2O3.aq + O2 = As2O5.aq + 2.39,2, то теплота разложения озона выразится так: 2O 3 = 3O2 + 2.29,6. Ван-дер-Мёлен определил теплоту разложения О. под влиянием платиновой черни.]. Вопрос о нахождении озона в атмосфере до сих пор считается некоторыми химиками не вполне решенным. Условия для образования его в природе несомненно имеют место — тихий разряд между облаками и землей, процессы медленного окисления (при гниении, при действии воздуха на вещества растительного происхождения, подобные скипидару), испарение воды [Поблизости соляных градирен, вообще в местах, где происходит испарение значительных количеств воды при обыкновенной температуре, всегда замечается (Горуп Безанец) в атмосфере присутствие озона или, быть может, другого окисляющего вещества, например перекиси водорода.]; в присутствие его верят, объясняя некоторые процессы, например беление влажного холста на солнце, засыхание масляной краски, чему способствует прибавление скипидара, и пр. действием образующегося, по мере потребления, озона; но непосредственные определения дают, вообще говоря, не вполне достоверные результаты. Дело в том, что различные способы открытия озона по его способности окислять могут указывать не только на его присутствие, но и на присутствие других окислителей — перекиси водорода, окислов азота и, быть может, иных подобных веществ, еще неизвестных. Особенно трудно отличить озон от перекиси водорода, которая во всех случаях действует сходно с ним, за исключением отношения к металлическому серебру; последнее перекисью водорода не изменяется, а при действии озона покрывается черным слоем окисла. Но эта реакция может открыть только более или менее значительные количества озона и для открытия его в атмосфере не годится, потому что здесь его всегда мало; если даже допустить, что источники образования озона в природе многочисленны, то, конечно, и случаи потребления не менее разнообразны. Перекись водорода в том разведенном состоянии, как она находится в атмосфере, не действует (Шёне) на обыкновенную йодокрахмальную бумажку (нужно смочить ее еще раствором железного купороса), а озон действует и без купороса [Если пропустить воздух, содержащий пар перекиси водорода и озона, над хромовым ангидридом, то протекший воздух делается свободным от перекиси водорода, а озон проходит без изменения и, следовательно, может быть открыт йодокрахмальной бумажкой (Энглер и Вильд, 1896 г.).]. Так как при действии озона на йодистый калий образуется едкое кали, то, употребляя среднюю лакмусовую бумажку, смоченную раствором KI (Гузо), можно видеть окрашивание и такой бумажки в синий цвет: окислы азота (и хлор) действуют на KI без возникновения свободной щелочи. Зенгер, пропустив 100 литров воздуха через разбавленную йодисто-водородную кислоту, определил количество свободного йода, которое оказалось соответствующим 0,001 — 0,002 миллиграмма озона. Обычный метод сравнительного определения количества атмосферного озона более груб: выставляют на определенное время йодокрахмальную бумажку на воздух (лучше всего в темноте) и сравнивают степени окраски, которую она приняла, с установленной опытом шкалой окрасок; йодокрахмальная бумажка вследствие этого приобрела название — «озонометрическая бумажка». Бумажки, пропитанные закисью таллия, буреющие, вследствие образования окиси, в присутствии озона и неизменяемые окислами азота (Бёттгер), годны только для качественного открытия (Лами). Э. Б. Шёне (1894) воспользовался спектром поглощения озона, который состоит из 13 более или менее интенсивных полос, для определения его в воздухе; оказалось, что низшие слои утром содержат меньше озона, чем вечером, что в феврале и марте содержание его достигает maximum'a, затем происходит падение до minimum'a, имеющего место в июле, после того идет медленное, до декабря, и затем быстрое возрастание; во время гроз и сильных дождей спектроскоп никогда не открывает озон.; высшие слои атмосферы вероятно богаче им (Гартлей, Шёне). В атмосфере больших городов озон, как и других подобных окислителей, почти совсем не имеется — здесь слишком велико потребление его для окисления всевозможных веществ, присутствие которых в достаточной мере всегда заметно и отравляет жизнь в городе; вне городов присутствие озона почти всегда может быть открыто, в особенности в морском воздухе, иной раз даже по запаху. В последнее время озонированный кислород или воздух начинает получать значение и в технике. Здесь, прежде всего, должно указать на беление полотна искусственно полученным озоном, вместо беления на солнце, причем значительно выигрывается время (7 часов вместо 4 дней); посредством озона очень просто и быстро делают водку «старой», годной к употреблению в качестве таковой, а также для приготовления ликеров; точно также табаку озон придает приятный запах и вкус; обработка озоном дерева увеличивает его способность звучать, что применяется при выделке роялей.
 
 
 
 
 
5. Получение озона.
   Озон образуется во многих процессах, сопровождающихся выделением атомарного кислорода, например при разложении перекисей, окислении фосфора и т. п.
В промышленности его получают из воздуха или кислорода в озонаторах действием электрического разряда. Сжижается O3 легче, чем O2, и потому их несложно разделить. Озон для озонотерапии в медицине получают только из чистого кислорода. При облучении воздуха жёстким ультрафиолетовым излучением образуется озон. Тот же процесс протекает в верхних слоях атмосферы, где под действием солнечного излучения образуется и поддерживается озоновый слой.
 
 
              6.Биологические свойства.
    Высокая окисляющая способность озона и образование во многих реакциях с его участием свободных радикалов кислорода определяют его высокую токсичность.
Наиболее опасное воздействие:
на органы дыхания прямым раздражением и повреждением тканей
на холестерин в крови человека с образованием нерастворимых форм, приводящим к атеросклерозу
    Озон в Российской Федерации отнесён к первому, самому высокому классу опасности вредных веществ. Нормативы по озону:
максимальная разовая предельно допустимая концентрация (ПДК м.р.) в атмосферном воздухе населённых мест 0,16 мг/м³
среднесуточная предельно допустимая концентрация (ПДК с.с.) в атмосферном воздухе населённых мест 0,03 мг/м³
предельно допустимая концентрация (ПДК) в воздухе рабочей зоны 0,1 мг/м³
При этом, порог человеческого обоняния приближённо равен 0,01 мг/м³.
    Воздействие малыми дозами озона оказывает профилактическое и терапевтическое воздействие и начинает активно использоваться в медицине — в первую очередь для дерматологии и косметологии.
 
        Кроме большой способности уничтожения бактерий озон обладает высокой эффективностью в уничтожении спор, цист (плотные оболочки, образующиеся вокруг одноклеточных организмов, например, жгутиковых и корненожек, при их размножении, а также в неблагоприятных для них условиях) и многих других патогенных микробов.
         7. Применение озона.
             Озонирование.
         Применение озона обусловлено его свойствами:
сильного окисляющего агента:
— для стерилизации изделий медицинского назначения
при получении многих веществ в лабораторной и промышленной практике
— для отбеливания бумаги
— для очистки масел
сильного дезинфицирующего средства:
— для очистки воды и воздуха от микроорганизмов (озонирование)
— для дезинфекции помещений и одежды
 
     Одним из существенных достоинств озонирования, по сравнению с хлорированием, является отсутствие токсинов после обработки. Тогда как при хлорировании возможно образование существенного количества токсинов и ядов, например, диоксина.
            Технологическое применение озона.
   В последние 20 лет области применения озона значительно расширились и во всем мире ведутся новые разработки. Столь бурному развитию технологий с использованием озона способствует его экологическая чистота. В отличие от других окислителей озон в процессе реакций разлагается на молекулярный и атомарный кислород и предельные оксиды. Все эти продукты, как правило, не загрязняют окружающую среду и не приводят к образованию канцерогенных веществ как, например, при окислении хлором или фтором.
     Вода: В 1857 г. с помощью созданной Вернером фон Сименсом «совершенной трубки магнитной индукции» удалось построить первую техническую озоновую установку. В 1901 г. фирмой «Сименс» построена первая гидростанция с озонаторной установкой в Висбанде.
 
  Исторически применение озона началось с установок по подготовке питьевой воды, когда в 1898 году в городе Сан Мор (Франция) прошли испытания первой опытно-промышленной установки. Уже в 1907 году был построен первый завод по озонированию воды в городе Бон Вуаяж (Франция) для нужд города Ниццы. В 1911 году была пущена в эксплуатацию станция озонирования питьевой воды в Санкт-Петербурге.
 
  В настоящее время 95% питьевой воды в Европе проходит озонную подготовку. В США идет процесс перевода с хлорирования на озонирование. В России действуют несколько крупных станций (в Москве, Нижнем Новгороде и других городах).
         Воздух:  Применение озона в системах очистки воды доказано в высшей степени эффективным, однако до сих пор не создано таких же эффективных и доказано безопасных воздухоочистительных систем. Озонирование считается нехимическим способом очистки и поэтому популярно среди населения. Вместе с тем, хроническое воздействие микро-концентраций озона на организм человека достаточно не изучено.
 
 При очень незначительной концентрации озона воздух в помещении чувствуется приятным и свежим, а неприятные запахи ощущаются гораздо слабее. В противоположность распространенному мнению о благоприятном воздействии этого газа, которое приписывают в некоторых проспектах богатому озоном лесному воздуху, в действительности озон даже при большом разбавлении представляет собой очень токсичный и опасный раздражающий газ. Даже малые концентрации озона могут оказывать раздражающее действие на слизистые оболочки и вызывать нарушения центральной нервной системы, что ведет к появлению бронхита и головных болей.
    
            8. Медицинское применение озона.
        
      В 1873 г. Фоке наблюдал уничтожение микроорганизмов под воздействием озона и это уникальное свойство озона привлекло к себе внимание медиков.
 
  История использования озона в медицинских целях берет свое начало в 1885 г., когда Чарли Кенворф впервые опубликовал свой доклад в Медицинской Ассоциации Флориды, США. Краткие сведения о применении озона в медицине обнаружены и до этой даты.
 
   В 1911 г. М. Eberhart использовал озон при лечении туберкулеза, анемии, пневмонии, диабета и др. заболеваний. А. Вольф (1916) в период первой мировой войны применяет кислородно-озоновую смесь у раненых при сложных переломах, флегмонах, абсцессах, гнойных ранах. Н. Kleinmann (1921) применил озон для общего лечения “полостей тела”. В 30-х гг. 20 века Е.А. Фиш, зубной врач, начинает лечение озоном на практике.
 
В заявке на изобретение первого лабораторного прибора Фишем был предложен термин «CYTOZON», который и сегодня значится на генераторах озона, используемых в зубоврачебной практике. Йоахим Хэнзлер (1908-1981) создал первый медицинский генератор озона, который позволял точно дозировать озоно-кислородную смесь, и тем самым дал возможность широко применять озонотерапию.
 
    Р. Auborg (1936) выявил эффект рубцевания язв толстой кишки под действием озона и обратил внимание на характер его общего воздействия на организм. Работы по изучению лечебного действия озона во время второй мировой войны активно продолжались в Германии, немцы успешно применяли озон для местного лечения ран и ожогов. Однако после войны практически на два десятилетия исследования были прерваны, что обусловлено появлением антибиотиков, отсутствием надежных, компактных генераторов озона и озоно-стойких материалов. Обширные и систематические исследования в области озонотерапии начались в середине 70-х гг., когда в повседневной медицинской практике появились стойкие к озону полимерные материалы и удобные для работы озонаторные установки.
 
    Исследования in vitro, то есть в идеальных лабораторных условиях, показали что при взаимодействии с клетками организма озон окисляет жиры и образует пероксиды — вещества, губительные для всех известных вирусов, бактерий и грибков. По действию озон можно сравнить с антибиотиками, с той разницей, что он не “сажает” печень и почки, не имеет побочных явлений. Но, к сожалению, in vivo — в реальных условиях всё обстоит гораздо сложнее.
 
    Озонотерапия одно время была весьма популярна — многие считали озон чуть ли панацеей от всех недугов. Но детальное изучение воздействия озона показало, что вместе с больными озон поражает и здоровые клетки кожи, легких. В результате в живых клетках начинаются непредвиденные и непрогнозируемые мутации. Озонотерапия так и не прижилась в Европе, а в США и Канаде официальное медицинское применение озона не легализовано, за исключением альтернативной медицины.
 
В России, к сожалению, официальная медицина так и не отказалась от столь опасного и недостаточно проверенного способа терапии. В настоящее время воздушные озонаторы и озонаторные установки получили широкое распространение. Малые генераторы озона используются в присутствии людей.
 
 
              9. Принцип действия.
 
     Озон образуется из кислорода. Существует несколько способов получения озона, среди которых наиболее распространенными являются: электролитический, фотохимический и электросинтез в плазме газового разряда. Дабы избежать нежелательных окисей предпочтительнее получать озон из чистого медицинского кислорода используя электросинтез. Концентрацию получаемой озоно-кислородной смеси в таких аппаратах легко варьировать — либо задавая определенную мощность электрического разряда, либо регулируя поток входящего кислорода (чем быстрее кислород проходит через озонатор, тем меньше озона образуется).
 
Электролитический метод синтеза озона осуществляется в специальных электролитических ячейках. В качестве электролитов используются растворы различных кислот и их соли (H2SO4, HClO4, NaClO4, KClO4). Образование озона происходит за счет разложения воды и образования атомарного кислорода, который присоединясь к молекуле кислорода образует озон и молекулу водорода. Этот метод позволяет получить концентрированный озон, однако он весьма энергоемкий, и поэтому он не нашел широкого распространения.
 
Фото-химический метод получения озона представляет из себя наиболее распространенный в природе способ. Образование озона происходит при диссоциации молекулы кислорода под действием коротковолнового УФ излучения. Этот метод не позволяет получать озон высокой концентрации. Приборы, основанные на этом методе, получили распространение для лабораторных целей, в медицине и пищевой промышленности.
 
Электросинтез озона получил наибольшее распространение. Это