Хто ж не пам'ятає, як бадьорить після грози свіже повітря! І який приємний запах вартий після ударів блискавок. І цей аромат неможливо сплутати з жодним іншим. Він асоціюється зі свіжістю. Цей запах створює озон, молекули якого з'являються під час проходження блискавки через атмосферу. Саме особливому аромату озон завдячує своєю назвою. На популярній у минулому у вчених грецькій мові це слово і означає «пахучий».
З хімічного погляду озон — модифікація звичайного кисню. Завдяки хімічним властивостям його ще називають активним киснем. Якщо молекула звичайного та звичного кисню складається з двох однакових атомів (його формула О2), то в молекулі озону міститься три такі самі атоми, і її формула — О3. Молекулярна маса цього газу в 1,5 рази більше, ніж у кисню, і становить 48 (проти 32 О2). За стандартних або звичайних умов (температура і тиск) озон мимоволі перетворюється на кисень, і ця реакція відбувається з виділенням тепла.
В атмосфері землі є озоновий шар, розташований на висоті 20-30 км вище за рівень поверхні. У нижній частині атмосфери озон виникає при проходженні великих енергій через атмосферу - ударі блискавки, потужних електричних розрядах, роботі рентгенівського обладнання.
Хімічна активність озону є набагато вищою, ніж у його ізомеру — молекулярного кисню. Він значно швидше, ніж молекулярний кисень, утворює хімічні зв'язки із найрізноманітнішими речовинами. Озон часто використовують для боротьби з бактеріями - він швидко вбиває їх. Тому його застосовують при дезинфекції питної води чи повітря.
А хто ж відкрив Озон?
Відкриття озону – заслуга фізика з Голландії Ван Марума. Він повідомив наукову громадськість про відкриття у 1785 році. Через півстоліття, в 1850, було досліджено його окислювальна здатність, і відкрито здатність формувати здвоєні молекулярні зв'язку при взаємодії з органічними молекулами. Практичне застосування цих властивостей сьогодні часто можна зустріти у багатьох галузях промисловості.
Озон – дуже сильний окислювач. Крім того, широко використовуються його дезінфікуючі здібності. Він згубно діє будь-які мікроорганізми, включаючи віруси. Гинуть від озону та види, нечутливі до впливу сполук хлору.
Застосовується озон замість традиційного хлорування для підготовки питної води. Перше його застосування в цій якості було поведено в 1898, у місті Сан Мор у Франції. А перше підприємство з промислового озонування з'явилося 1907 року, у містечку Бон Вуаяж. Він обробляв за добу до 22-500 кубометрів води з річки Вазюбі, поставляючи її в Ніццу. У Російській Імперії перша така станція з'явилася 1911 року в Санкт-Петербурзі, і до 1916 року цей напрямок водоочищення активно розвивався. Новий виток такої обробки розпочався з 1980-х років, після винаходу компактних, надійних, але головне – більш економних озонаторів – пристроїв для виробництва озону у промислових обсягах.
У ході Першої світової війни застосовувався озон і в медицині як антисептик. З 1935 року почалися досліди щодо застосування озону як терапія хвороб кишечника. Ректальне введення газу показало сприятливий ефект при багатьох виразкових захворюваннях, колітах, геморої та знищенні патогенної мікрофлори кишечника. Проводились досліди щодо використання озону в хірургії, у лікуванні туберкульозу, інших хвороб легень, герпесу, численних інфекційних та інших захворювань.
Сьогодні озон стає все більш популярним для знищення мікробів у воді, повітрі та продуктах, оскільки цей метод надає неприємних ефектів та небажаного запаху.
У Європейських країнах та США сьогодні підготовка питної води за участю озону становить 95% від її обсягу. Озонування та для очищення промислових та побутових стоків. Обробка усуває сліди багатьох небезпечних речовин: ціанідів, залишків переробки нафтопродуктів, сполук сірки, фенолів та інших небезпечних відходів, які можуть порушити екологічну рівновагу.
Атмосферний озон, що утворюється у верхніх шарах атмосфери, захищає живе від жорсткого ультрафіолетового випромінювання. Тому витончення цього шару та утворення «озонових дірок» може вкрай несприятливо позначитися на всьому тваринному та рослинному світі, включаючи людину.
Озон - слово грецького походження, що у перекладі означає “пахучий”. Що таке озон? По суті, озон О3 - це газ блакитного кольору з характерним запахом, який асоціюється із запахом повітря після грозового дощу. Особливо відчувається поблизу джерел електричного струму.
Історія виявлення озону вченими
Що таке озон? Як він був відкритий? У 1785 р. фізиком з Голландії Мартіном ван Марумом було проведено кілька експериментів, спрямованих на дослідження впливу електричного струму на кисень. За їхніми результатами вчений досліджував появу специфічної "електричної матерії". Продовжуючи працювати в даному напрямку, в 1850 йому вдалося визначити здатність озону взаємодіяти з органічними сполуками і його властивість як окислювач.
Вперше дезинфікуючі властивості озону були застосовані у 1898 році на території Франції. У містечку Бон Вояж було збудовано завод, який здійснював знезараження та дезінфекцію води з річки Вазюбі. У Росії її перший завод з озонування був запущений у Санкт-Петербурзі 1911 року.
Широке застосування озон отримав у роки Першої світової війни як антисептичний засіб. Озонокиснева суміш застосовувалася для лікування захворювань кишківника, пневмонії, гепатиту та практикувалася при інфекційних ураженнях після хірургічного втручання. Особливо активно озонуванням почали займатися з 1980 року, поштовхом до цього стала поява на ринку надійних та енергозберігаючих.
Технологія освіти озону
Що таке озон? Як він утворюється? У природному середовищі озон знаходиться у атмосфері Землі на висоті 25 км. По суті це газ, який утворюється в результаті ультрафіолетового випромінювання Сонця. На поверхні він утворює шар завтовшки 19-35 км, який захищає Землю від проникнення сонячної радіації. Згідно з трактуванням хіміків, озон - це активний кисень (сполучення трьох атомів кисню). У газоподібному стані він блакитний, у рідкому має відтінок індиго, а у твердому – це темно-сині кристали. О3 – це його молекулярна формула.
Яка шкода озону? Він відноситься до найвищого класу небезпеки - це дуже отруйний газ, токсичність якого дорівнює категорії бойових отруйних речовин. Причиною його є електричні розряди в атмосфері (3O2 = 2O3). У природі відчути його можна після сильних спалахів блискавок. Тому його використовують для знищення бактерій, вірусів, мікроорганізмів, для очищення води і повітря.
Негативний вплив озону
На що впливає озон? Характерною особливістю цього газу є здатність швидко взаємодіяти з іншими речовинами. Якщо у природі спостерігається перевищення нормативних показників, то результаті його взаємодії з тканинами людини можуть виникнути небезпечні речовини та захворювання. Озон - сильнодіючий окислювач, при взаємодії з яким швидко руйнуються:
- натуральна гума;
- метали, за винятком золота, платини та іридію;
- побутові прилади;
- електроніки.
При великих концентраціях озону у повітрі відбувається погіршення здоров'я та самопочуття людини, зокрема:
- дратується слизова оболонка очей;
- порушується функціонування органів дихання, що призведе до паралічу легень;
- спостерігається загальна втома організму;
- з'являються головний біль;
- можлива поява алергічних реакцій;
- печіння в горлі та нудота;
- відбувається негативний вплив на нервову систему.
Корисні властивості озону
Чи очищує озон повітря? Так, незважаючи на свій газ є дуже корисним для людини. У невеликих концентраціях він відзначається відмінними дезінфікуючими та дезодоруючими властивостями. Зокрема, він згубно діє на шкідливі мікроорганізми і спричиняє знищення:
- вірусів;
- різних видів бактерій;
- бактерій;
- грибків;
- мікроорганізмів.
Найчастіше озон використовують під час епідемії грипу та спалахів небезпечних інфекційних захворювань. З його допомогою очищають воду від різного роду домішок та сполук заліза, при цьому збагачують її киснем та мінералами.
Цікава інформація про озон, сфера його застосування
Відмінні дезінфікуючі властивості та відсутність побічних ефектів призвели до появи попиту на озон та його широкого застосування у різних галузях економіки. В наші дні озон успішно використовується для:
- задоволення потреб фармацевтичної галузі;
- очищення води в акваріумах та рибних господарствах;
- дезінфекції басейнів;
- медичних цілей;
- Косметичні процедури.
У медичній галузі озонування практикується при виразках, опіках, екземах, варикозі, ранах та дерматологічних захворюваннях. У косметології озон застосовують для боротьби зі старінням шкіри, целюлітом та зайвою вагою.
Вплив озону на життєдіяльність живих істот
Що таке озон? Як він впливає життя на Землі? Згідно з дослідженнями вчених, 10% озону знаходиться у тропосфері. Цей озон є складовим компонентом смогів та виконує роль забруднювача. Він негативно позначається на дихальних органах людей, тварин та уповільнює зростання рослин. Однак його кількість дуже мала, щоб суттєво шкодити здоров'ю. Значна частина шкідливого озону у складі смогів – це продукти функціонування автомобілів та електростанцій.
Значно більше озону (близько 90%) перебуває у стратосфері. Цей поглинає біологічно шкідливе ультрафіолетове випромінювання Сонця, тим самим захищаючи людей, флору та фауну від негативних наслідків.
Озоновий шар - це свого роду покривало, що надійно захищає нашу планету від ультрафіолетового випромінювання. 16 вересня 1987 року в Монреалі було підписано Протокол про озоноруйнівні речовини. Його суть зводилася до зупинки виробництва хімічних речовин, що руйнують озоновий шар планети. На честь цієї дати було встановлено Міжнародний день охорони озонового шару, який відзначається щорічно 16 вересня, починаючи з 1995 року. АіФ.ru розповів деякі цікаві факти про озоновий шар планети.
Озоновий шар – це частина стратосфери Землі на висоті від 12 до 30 км (залежно від широти). Він виник під впливом сонячного ультрафіолету, що розбив молекулярний кисень О2 на атоми. Ці атоми потім з'єдналися з іншими молекулами О2 і перетворилися на озон О3. По суті, що вища концентрація озону, то краще він захищає біологічні організми від сонячної радіації.
Словосполучення «озонова діра» з'явилося не тому, що в озоні насправді знайшли дірки. Термін цей виник завдяки супутниковим знімкам загального вмісту озону в атмосфері над Антарктикою, на яких видно, як змінюється товщина озонового шару, залежно від сезону.
Руйнування озонового шару та вплив фреонів
Вперше про те, що озоновий шар стоншується, заговорили 1957 року. Деякі дослідники у процесі коливання товщини озонового шару проблеми не бачать. В кінці полярної зими та на початку полярної весни шар озону скорочується, а після настання полярного літа він збільшується.
Вважається, що фреони, що використовуються у виробництві побутових аерозолів, спінювача теплоізоляції та холодильників, негативно впливають на озоновий шар. Як тільки з'явилися відповідні дослідження, виробники цих речовин намагалися дискредитувати гіпотезу.
Однак той факт, що фреон впливає на виснаження озонового шару, довели дослідники Пауль Крутцен, Маріо Моліна та Шервуд Роуланд у 1995 році. За це їм було вручено Нобелівську премію.
Озонові діри
Основні викиди фреонів відбуваються у Північній півкулі, а найінтенсивніше виснаження озонового шару спостерігається над Антарктикою. Чому? Виявляється, фреони добре переміщуються в шарах тропосфери та стратосфери, а термін їхнього «життя» обчислюється роками. Вітер розносить фреони по всій атмосфері, в тому числі і в Антарктику. За дуже низьких температур відбувається незвичайна хімічна реакція - на крижаних кристалах стратосферних хмар з фреонів виділяється хлор і замерзає. З настанням весни крижинки тануть, і вивільняється хлор, який руйнує озон.
Чи руйнується озоновий шар лише над Антарктикою? Ні. Озоновий шар стоншується над обома півкулями, що доведено довготривалими вимірами концентрації озону в різних точках планети.
Глобальне потепління
Не всі вчені сходяться на думці щодо глобального потепління. Хоча 1995 року на Мадридській конференції ООН потепління було визнано науковим фактом, деякі досі вважають це міфом і наводять свої докази.
Згідно з найпоширенішою точкою зору в науковій сфері, глобальне потепління - це реальність, і відбувається воно через діяльність людини. Не останню роль цьому грає витончення озонового шару.
Як випливає з останніх спостережень, північні річки залишаються замерзлими в середньому на 2 тижні менше, ніж раніше. Крім того, продовжується танення льодовиків.
МОСКВА, 16 вер — РІА Новини.Міжнародний день охорони озонового шару, тонкого "щита", що захищає все живе на Землі від згубного ультрафіолетового випромінювання Сонця, відзначається у понеділок, 16 вересня — цього дня 1987 року було підписано знаменитий Монреальський протокол.
У нормальних умовах озон, або O3, - блідо-блакитний газ, який у міру охолодження перетворюється на темно-синю рідину, а потім і в синювато-чорні кристали. Усього на озон в атмосфері планети припадає близько 0,6 частини на мільйон за обсягом: це означає, наприклад, що в кожному кубометрі атмосфери всього 0,6 сантиметра кубічного озону. Для порівняння, вуглекислого газу в атмосфері вже близько 400 частин на мільйон, тобто більше двох склянок на той же кубометр повітря.
Насправді таку невелику концентрацію озону можна назвати благом для Землі: цей газ, який на висоті 15-30 кілометрів утворює рятівний озоновий шар, в безпосередній близькості від людини набагато менш "благородний". Озон за російською класифікацією відноситься до речовин найвищого, першого класу небезпеки - це дуже сильний окислювач, який вкрай токсичний для людини.
Міжнародний день охорони озонового шару1994 року Генеральна Асамблея ООН проголосила 16 вересня Міжнародним днем охорони озонового шару. Цього дня 1987 року було підписано Монреальський протокол щодо речовин, що руйнують озоновий шар.Розібратися у різних властивостях непростого озону РІА Новини допомагав старший науковий співробітник лабораторії каталізу та газової електрохімії хімічного факультету МДУ імені Ломоносова Вадим Самойлович.
Озоновий щит
"Це досить добре вивчений газ, практично все вивчено - всього ніколи не буває, але основне все (відомо) ... У озону багато всяких застосувань. Але і не забувайте, що, взагалі кажучи, життя виникло завдяки озоновому шару - це, напевно, головний момент", - каже Самойлович.
У стратосфері озон утворюється з кисню внаслідок фотохімічних реакцій – такі реакції починаються під впливом сонячного випромінювання. Там концентрація озону вже вища — близько восьми мілілітрів на кубічний метр. Руйнується газ при "зустрічі" з деякими сполуками, наприклад, атомарним хлором і бромом - саме ці речовини входять до складу небезпечних хлорфторвуглеців, більш відомих як фреони. До появи Монреальського протоколу вони використовувалися, зокрема, у холодильній промисловості та як пропеленти у газових балончиках.
Протокол із захисту озонового шару виконав завдання, вважають вченіМонреальський протокол виконав своє завдання - спостереження показують, що вміст озоноруйнівних речовин в атмосфері знижується, а наукова спільнота за допомогою угоди сильно просунулась у розумінні процесів в атмосфері, пов'язаних з озоновим шаром, сказав представник Росії в Міжнародній комісії з озону, провідний науковий співробітник Інститут фізики атмосфери РАН імені Обухова Олександр Груздєв.У 2012 році, коли Монреальський протокол відзначав 25-річчя, експерти Програми ООН з навколишнього середовища (UNEP) назвали захист озонового шару однією з чотирьох ключових екологічних проблем, у вирішенні якої людству вдалося досягти значних успіхів. Тоді ж у UNEP зазначали, що вміст озону в стратосфері перестав знижуватися з 1998 року, і, за прогнозами вчених, до 2050-2075 років може повернутися до рівнів, що фіксувалися до 1980 року.
Озоновий зміг
У 30 кілометрах від поверхні Землі озон "поводиться" добре, але в тропосфері, приземному шарі, він виявляється небезпечним забруднювачем. За даними UNEP, концентрація тропосферного озону в Північній півкулі за останні 100 років зросла майже втричі, що, до того ж, робить його третім за значимістю "антропогенним" парниковим газом.
Тут озон теж не викидається в атмосферу, а утворюється під дією сонячного випромінювання в повітрі, яке вже забруднено "попередниками" озону — оксидами азоту, летючими вуглеводнями та деякими іншими сполуками. У містах, де озон є одним з основних компонентів смогу, у його появі побічно "винні" головним чином викиди автотранспорту.
Страждають від приземного озону не лише люди та клімат. За оцінками фахівців UNEP, зниження концентрації тропосферного озону може допомогти зберегти близько 25 мільйонів тонн рису, пшениці, сої та кукурудзи, які щороку втрачаються через це токсичний для рослин газу.
Саме через те, що приземний озон вже зовсім не такий корисний, фахівці метеослужб та екологічного моніторингу постійно ведуть спостереження за його концентраціями у повітрі великих міст, у тому числі й Москви.
Озон корисний
"Одна з дуже цікавих властивостей озону - бактерицидна. Він за бактерицидністю практично перший серед усіх таких речовин, хлору, перекису марганцю, окису хлору", - зазначає Вадим Самойлович.
Та сама екстремальна природа озону, що робить його дуже сильним окислювачем, пояснює сфери застосування цього газу. Озон використовується для стерилізації та дезінфекції приміщень, одягу, інструментів і, звичайно, очищення води — як питної, так і промислової та навіть стічної.
Крім того, наголошує експерт, озон у багатьох країнах використовується як замінник хлору в установках для відбілювання целюлози.
"Хлор (при реакції) з органікою дає відповідно хлорорганіку, яка набагато отруйніша, ніж просто хлор. За великим рахунком, уникнути цього (появи отруйних відходів — ред.) можна або різко зменшивши концентрацію хлору, або просто усунувши його. Один з варіантів - Заміна хлору на озон", - пояснив Самойлович.
Озонувати можна й повітря, і це теж дає цікаві результати — так, за словами Самойловича, в Іванові фахівці ВНДІ охорони праці та їхні колеги провели цілу серію досліджень, під час яких "у прядильних цехах у звичайні вентиляції повітропроводи додавали деяку кількість озону". Через війну, поширеність респіраторних захворювань зменшувалася, а продуктивність праці, навпаки, зростала. Озонування повітря на складах харчової продукції може підвищувати її безпеку, і такі досліди в інших країнах теж є.
Озон токсичний
Підступ з використанням озону все той же - його токсичність. У Росії її гранично допустима концентрація (ГДК) по озону в атмосферному повітрі становить 0,16 міліграма на кубічний метр, а повітрі робочої зони — 0,1 міліграма. Тому, зазначає Самойлович, те саме озонування потребує постійного моніторингу, що дуже ускладнює справу.
"Це все-таки техніка досить складна. Вилити відро якогось там бактерициду - це простіше набагато, вилив і все, а тут слідкувати треба, якась підготовка має бути", - каже вчений.
Озон шкодить організму людини повільно, але серйозно – при тривалому знаходженні у забрудненому озоновому повітрі зростає ризик серцево-судинних захворювань та хвороб дихальних шляхів. Вступаючи в реакцію з холестерином, він утворює нерозчинні сполуки, що призводить до розвитку атеросклерозу.
"При концентраціях вище за гранично допустимі можуть виникати головний біль, подразнення слизових, кашель, запаморочення, загальна втома, занепад серцевої діяльності. Токсичний приземний озон призводить до появи або загострення хвороб органів дихання, у групі ризику перебувають діти, люди похилого віку, астматики", — наголошується на сайті Центральної аерологічної обсерваторії (ЦАО) Росгідромета.
Озон вибухонебезпечний
Озон шкідливо не лише вдихати — сірники теж варто сховати подалі, бо цей газ дуже вибухонебезпечний. Традиційно "порогом" небезпечної концентрації газоподібного озону вважається 300-350 мілілітрів на літр повітря, хоча деякі вчені працюють і з вищими рівнями, каже Самойлович. А ось рідкий озон - та сама синя рідина, що темніє в міру охолодження - вибухає мимоволі.
Саме це заважає використовувати рідкий озон як окислювач у ракетному паливі — такі ідеї з'явилися незабаром після початку космічної ери.
"Наша лабораторія в університеті виникла якраз на такій ідеї. У кожного палива ракетного є своя теплотворна здатність у реакції, тобто скільки тепла виділяється, коли воно згоряє, і звідси наскільки потужною буде ракета. Так ось відомо, що найпотужніший варіант — рідкий водень змішувати з рідким озоном... Але є один мінус. Рідкий озон вибухає, причому вибухає спонтанно, тобто без жодних видимих причин", - каже представник МДУ.
За його словами, і радянські, і американські лабораторії витратили "величезну кількість сил і часу на те, щоб зробити це якоюсь безпечною (справою) — з'ясувалося, що зробити це неможливо". Самойлович згадує, що одного разу колегам із США вдалося отримати особливо чистий озон, який "начебто" не вибухав, "вже все били в літаври", але потім вибухнув весь завод, і роботи було припинено.
"У нас були випадки, коли, скажімо, колба з рідким озоном стоїть, стоїть, рідкий азот підливають туди, а потім - чи азот там википів, чи то що - приходиш, а там половини установки немає, все рознесло в пил. він вибухнув - хто його знає", - зазначає вчений.
Цікаві факти про озон. Всім добре відомо, як незвичайно пахне повітря після грози. Це запах озону, що утворюється під час електричних розрядів, який недарма в перекладі з грецької означає «пахучий». Характерний запах озону не сплутати ні з чим – він пахне свіжістю. Озоном називається активний кисень. Це з'єднання з трьох атомів кисню. Молекулярна формула – O3, молекулярна вага 48, що важче за кисень у 2,5 разу. Молекула О3 нестійка і за достатніх концентраціях у повітрі за нормальних умов мимовільно кілька десятків хвилин перетворюється на O2 із тепла. Озоновий шар знаходиться від 19 до 35 км. над поверхнею Землі. Озон утворюється і близько до Землі під час грози, при ударі блискавки, і в рентгенівському обладнанні. Озон з'єднується з іншими речовинами значно швидше, ніж кисень. Озон дуже швидко вбиває бактерії, тому його використовують для очищення води та повітря в приміщеннях. Вперше озон було виявлено у 1785 році голландським фізиком Ван Марумом. У 1850 році було визначено високу активність озону як окислювача та здатність його приєднуватися до подвійних зв'язків у реакціях з багатьма органічними сполуками. Обидві ці властивості озону надалі знайшли широке практичне застосування. Озон, будучи одним з найсильніших окислювачів, має сильні властивості, що дезінфікують. Він здатний руйнувати віруси, бактерії, а також впливати на мікроорганізми, які стійкі до дії хлору. Озон для очищення води застосовується вже понад сто років. Вперше для знезараження та дезодорації води озон було застосовано у 1898 році у м. Сан Мор (Франція). Вже в 1907 році було збудовано перший завод із озонування води у французькому місті Бон Вуаяж, який обробляв 22500 кубічних метрів води на добу з річки Вазюбі для потреб міста Ніцци. У 1911 р. було пущено в експлуатацію станцію озонування питної води в Санкт-Петербурзі. У 1916 р. діяло вже 49 установок із озонування питної води. Широке поширення озон отримав лише протягом останніх 30 років завдяки появі надійних, компактних і енергозберігаючих апаратів для його синтезу - озонаторів (генераторів озону). А як антисептичний засіб був використаний під час Першої світової війни. З 1935 стали використовувати введення озонокисневої суміші ректально для лікування різних захворювань кишечника (проктит, геморой, виразковий коліт, нориці, придушення патогенних мікроорганізмів). Вивчення дії озону дозволило використовувати їх у хірургічної практиці при інфекційних ураженнях, лікуванні туберкульозу, пневмонії, гепатиту, герпетичної інфекції, анемії та інших. У Москві 1992 р. під керівництвом заслуженого діяча науки РФ, Д.М.Н. Змизковий А.В. створено "Науково-практичний центр озонотерапії", де озон використовується для лікування багатьох захворювань. Сьогодні озон вважається популярним ефективним засобом знезараження води, повітря та очищення продуктів харчування. В даний час 95% питної води в Європі та США проходять підготовку з використанням озону. Озонування застосовують також при очищенні стічних вод від фенолів, нафтопродуктів, ціанідів, сульфідів та ін домішок, небезпечних для навколишнього середовища. Атмосферний озон відіграє важливу роль для живого на планеті. Утворюючи озоновий шар у стратосфері, він захищає рослини та тварини від жорсткого ультрафіолетового випромінювання. Тому проблема утворення озонових дірок має особливе значення. Найбільшу озонову дірку діаметром понад 1000 км вперше було виявлено у 1985 році, на Південній півкулі, над Антарктидою.
