Газ озон: химические, физические свойства, формула, отличия и другое

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.

В 1840 году ученый Кристиан Фридрих Шенбейн раскрыл структуру и свойства озона. Полученный газ он назвал «озоном» (с греч. языка «пахнуть»). Кристиан Фридрих Шенбейн провел эксперимент, где озон вытеснил йод из иодида калия.

Получение озона

Существует несколько способов получения молекул озона.

1. Из кислорода воздуха при электрическом разряде
   • 3О₂ = 2О₃ – 284 кДж
     В промышленных условиях газ получают в озонаторах и отделяют фракционной перегонкой.


2. 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.

1. С раствором иодида калия
   • 2KI + O₃ + H₂O = I₂ + 2KOH + O₂
     Эту реакцию используют для обнаружения озона или ионов I^-. Для этого в раствор добавляют крахмал, который окрашивается в синий цвет при контакте с йодом.


2. С металлами
   • 2 Ag + O₃ = Ag₂O + O₂


3. С неметаллами
   • 2С + 2O₃ = 2 СO₂ + O₂
   • N₂ + O₃ = N₂O + O₂
   • H₂ + O₃ = O₂ + H₂O


4. Превращение в кислород
   • 2О₃ = 3О₂


5. С аммиаком
   • 2NH₃ + 4O₃ = NH₄NO₃ + 4O₂ + H₂O


6. С серой и соединениями серой
   • S + H₂O + O₃ = H₂SO₄
   • 3SO₂ + 3H₂O + O₃ = 3H₂SO₄
     
     Если озон находится в состоянии газа, то реакция с сероводородом выглядит следующим образом:
     H₂S + O₃ = SO₂ + H₂O
     
     Если озон находится в жидком состоянии, то реакция с сероводородом другая:
     H₂S + O₃ = S + O₂ + H₂O
     3H₂S + 4O₃ = 3H₂SO₄


7. Со щелочами
   • 2КОН + 5О₃ = 2КО₃ + 5О₂ + Н₂О

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.