Fráza „ozónová vrstva“, ktorá sa preslávila v 70. rokoch. minulé storočie, bola dlho nastavená na okraj. Zároveň len málo ľudí skutočne chápe, čo tento pojem znamená a prečo je ničenie ozónovej vrstvy nebezpečné. Ešte väčšou záhadou je pre mnohých štruktúra molekuly ozónu, a predsa priamo súvisí s problémami ozónovej vrstvy. Dozvieme sa viac o ozóne, jeho štruktúre a priemyselných aplikáciách.
Čo je ozón
Ozón, alebo, ako sa tiež nazýva, aktívny kyslík, je azúrový plyn s prenikavým kovovým zápachom.
Táto látka môže existovať vo všetkých troch skupenstvách agregácie: plynné, pevné a kvapalné.
Zároveň sa ozón v prírode vyskytuje iba vo forme plynu, ktorý tvorí takzvanú ozónovú vrstvu. Obloha vyzerá modrá vďaka svojej azúrovej farbe.
Ako vyzerá molekula ozónu
Vaša prezývka je „aktívnakyslík“ozón prijatý kvôli jeho podobnosti s kyslíkom. Takže hlavným aktívnym chemickým prvkom v týchto látkach je kyslík (O). Ak však molekula kyslíka obsahuje 2 svoje atómy, potom molekula ozónu (vzorec - O3) pozostáva z 3 atómov tohto prvku.
Vďaka tejto štruktúre sú vlastnosti ozónu podobné vlastnostiam kyslíka, ale výraznejšie. Najmä ako O2, O3je najsilnejší oxidant.
Najdôležitejší rozdiel medzi týmito „príbuznými“látkami, ktorý si každý musí zapamätať, je nasledujúci: ozón sa nedá dýchať, je toxický a pri vdýchnutí môže poškodiť pľúca alebo dokonca zabiť človeka. Zároveň je O3 perfektný na čistenie vzduchu od toxických nečistôt. Mimochodom, práve preto sa po daždi tak ľahko dýcha: ozón okysličuje škodlivé látky obsiahnuté vo vzduchu a ten sa čistí.
Model molekuly ozónu (pozostávajúci z 3 atómov kyslíka) vyzerá trochu ako obraz uhla a jeho veľkosť je 117°. Táto molekula nemá žiadne nepárové elektróny, a preto je diamagnetická. Okrem toho má polaritu, hoci pozostáva z atómov toho istého prvku.
Dva atómy danej molekuly sú navzájom pevne spojené. Ale spojenie s tretím je menej spoľahlivé. Z tohto dôvodu je molekula ozónu (foto modelu je možné vidieť nižšie) veľmi krehká a čoskoro po vytvorení sa rozpadne. Pri každej rozkladnej reakcii sa spravidla uvoľňuje kyslík O3.
Vzhľadom na nestabilitu ozónu ho nemožno produkovaťzber a skladovanie, ako aj preprava, podobne ako iné látky. Z tohto dôvodu je jeho výroba drahšia ako iné látky.
Vysoká aktivita molekúl O3zároveň umožňuje, aby táto látka bola najsilnejším oxidačným činidlom, silnejším ako kyslík a je bezpečnejší ako chlór.
Ak sa molekula ozónu rozpadne a uvoľní O2, táto reakcia je vždy sprevádzaná uvoľnením energie. Zároveň, aby prebehol opačný proces (vznik O3 z O2), je potrebné vynaložiť nie menej.
V plynnom stave sa molekula ozónu rozkladá pri teplote 70°C. Ak sa zvýši na 100 stupňov alebo viac, reakcia sa výrazne zrýchli. Prítomnosť nečistôt tiež urýchľuje obdobie rozpadu molekúl ozónu.
Vlastnosti O3
Bez ohľadu na to, v ktorom z troch štátov sa ozón nachádza, zachováva si modrú farbu. Čím tvrdšia látka, tým sýtejší a tmavší je tento odtieň.
Každá molekula ozónu váži 48 g/mol. Je ťažší ako vzduch, čo pomáha oddeľovať tieto látky.
O3 schopný oxidovať takmer všetky kovy a nekovy (okrem zlata, irídia a platiny).
Táto látka sa tiež môže podieľať na reakcii spaľovania, vyžaduje si to však vyššiu teplotu ako pri O2.
Ozón je schopný rozpúšťať sa v H2O a freónoch. V kvapalnom stave sa môže miešať s kvapalným kyslíkom, dusíkom, metánom, argónom,tetrachlórmetán a oxid uhličitý.
Ako vzniká molekula ozónu
O3 molekuly vznikajú naviazaním voľných atómov kyslíka na molekuly kyslíka. Tie sa zase objavujú v dôsledku štiepenia iných molekúl O2 v dôsledku vplyvu elektrických výbojov, ultrafialových lúčov, rýchlych elektrónov a iných vysokoenergetických častíc na ne. Z tohto dôvodu je špecifický zápach ozónu cítiť v blízkosti iskriacich elektrických spotrebičov alebo lámp, ktoré vyžarujú ultrafialové svetlo.
V priemyselnom meradle sa O3 izoluje pomocou elektrických generátorov ozónu alebo ozonizátorov. V týchto zariadeniach prechádza vysokonapäťový elektrický prúd prúdom plynu s obsahom O2, ktorého atómy slúžia ako „stavebný materiál“pre ozón.
Niekedy sa do týchto strojov vstrekuje čistý kyslík alebo obyčajný vzduch. Kvalita výsledného ozónu závisí od čistoty východiskového produktu. Takže lekársky O3, určený na liečenie rán, sa získava iba z chemicky čistého O2.
História objavenia ozónu
Po zistení, ako molekula ozónu vyzerá a ako vzniká, stojí za to zoznámiť sa s históriou tejto látky.
Prvýkrát ho syntetizoval holandský bádateľ Martin Van Marum v druhej polovici 18. storočia. Vedec si všimol, že po prechode elektrických iskier cez nádobu so vzduchom zmenil plyn v nej svoje vlastnosti. Van Marum zároveň nechápal, že izoloval molekuly novéholátky.
Ale jeho nemecký kolega Sheinbein, ktorý sa pokúšal pomocou elektriny rozložiť H2O na H a O2, si všimol k uvoľneniu nového plynu so štipľavým zápachom. Po mnohých výskumoch vedec opísal látku, ktorú objavil a dal jej názov „ozón“na počesť gréckeho slova pre „vôňu“.
Schopnosť zabíjať huby a baktérie, ako aj znižovať toxicitu škodlivých zlúčenín, ktoré otvorená látka obsahovala, zaujímala mnohých vedcov. 17 rokov po oficiálnom objave O3 navrhol Werner von Siemens prvý prístroj na syntézu ozónu v akomkoľvek množstve. A o 39 rokov neskôr geniálny Nikola Tesla vynašiel a patentoval prvý generátor ozónu na svete.
Práve toto zariadenie bolo po 2 rokoch prvýkrát použité vo Francúzsku v úpravniach pitnej vody. Od začiatku XX storočia. Európa začína prechádzať na ozonizáciu pitnej vody na jej čistenie.
Ruské impérium prvýkrát použilo túto techniku v roku 1911 a po 5 rokoch boli v krajine vybavené takmer 4 desiatky zariadení na čistenie pitnej vody pomocou ozónu.
Ozonizácia vody dnes postupne nahrádza chlórovanie. Takto sa 95 % všetkej pitnej vody v Európe čistí pomocou O3. Táto technika je veľmi populárna aj v USA. V SNŠ sa stále skúma, pretože hoci je tento postup bezpečnejší a pohodlnejší, je drahší ako chlórovanie.
Aplikácie ozónu
O3 má okrem úpravy vody množstvo ďalších využití.
- Ozón sa používa ako bielidlo pri výrobe papiera a textílií.
- Aktívny kyslík sa používa na dezinfekciu vín, ako aj na urýchlenie procesu starnutia koňakov.
- Rôzne rastlinné oleje sa rafinujú pomocou O3.
- Táto látka sa veľmi často používa na spracovanie produktov podliehajúcich skaze, ako je mäso, vajcia, ovocie a zelenina. Tento postup nezanecháva chemické stopy ako pri chlóre alebo formaldehyde a produkty možno skladovať oveľa dlhšie.
- Ozón sterilizuje lekárske vybavenie a odevy.
- Tiež čistený O3 sa používa na rôzne lekárske a kozmetické procedúry. Najmä s jeho pomocou v zubnom lekárstve dezinfikujú ústnu dutinu a ďasná a tiež liečia rôzne ochorenia (stomatitída, herpes, orálna kandidóza). V európskych krajinách je O3 veľmi populárny na dezinfekciu rán.
- V posledných rokoch sa stali veľmi populárne prenosné domáce spotrebiče na filtrovanie vzduchu a vody pomocou ozónu.
Ozónová vrstva – čo to je?
Vo vzdialenosti 15-35 km nad zemským povrchom sa nachádza ozónová vrstva, alebo, ako sa tomu hovorí, ozonosféra. Na tomto mieste slúži koncentrovaný O3 ako druh filtra škodlivého slnečného žiarenia.
Odkiaľ pochádza také množstvo látky, ak sú jej molekuly nestabilné? Na túto otázku nie je ťažké odpovedať, ak si pripomenieme model molekuly ozónu a spôsob jej vzniku. Takže kyslík pozostávajúci z 2molekuly kyslíka, ktoré sa dostanú do stratosféry, sa tam ohrievajú slnečnými lúčmi. Táto energia stačí na rozdelenie O2 na atómy, z ktorých vznikne O3. Zároveň ozónová vrstva časť slnečnej energie nielen využíva, ale ju aj filtruje, pohlcuje nebezpečné ultrafialové žiarenie.
Vyššie bolo povedané, že ozón rozpúšťajú freóny. Tieto plynné látky (používané pri výrobe dezodorantov, hasiacich prístrojov a chladničiek) po uvoľnení do atmosféry ovplyvňujú ozón a prispievajú k jeho rozkladu. V dôsledku toho sa v ozonosfére objavujú diery, cez ktoré sa na planétu dostávajú nefiltrované slnečné lúče, ktoré majú deštruktívny účinok na živé organizmy.
Po zvážení vlastností a štruktúry molekúl ozónu môžeme konštatovať, že táto látka, hoci nebezpečná, je pre ľudstvo veľmi užitočná, ak sa používa správne.
