Озон

Озон
Дөйөм үҙенсәлектәре
Систематик исеме	Трикислород
Ғәҙәти исеме	Озон
Химик формула	O3
Физик үҙенсәлектәре
Агрегат хәле (Стандарт шарттарҙа)	голубой газ
Моляр масса	47,998 г/моль
Тығыҙлығы	0,0021445 г/см³ (газ при 0 °C); 1,59(7) г/см³ (жидкость при 85,2 К); 1,73(2) г/см³ (твердый вид при 77,4 К) г/см³
Поверхностное натяжение	43,8 Н/м (77,4 К); 38,4 Н/м (90,2 К) Н/м
Динамик үҙлелек (Стандарт шарттарҙа)	4,17 мПа·с (77,6 К); 1,56(2) мПа·с (90,2 К) Па·с (20 °C-та)
Термик үҙенсәлектәре
Иреү температураһы	−197,2 °C
Ҡайныу температураһы	−111,9 °C
Критик температура	−12,0 °С (261,1 К) °C
Критик баҫым	54,6 атм. атм
Моляр йылы һыйҙыралышлылыҡ (Стандарт шарттарҙа)	85,354 − 0,2812·(T − 90) (ж., при T от 90 до 160 К) Дж/(моль·К)
Энтальпия образования (Стандарт шарттарҙа)	144,457 (при 0 К, отн. О2) кДж/моль
Коэфф. тепл. расширения	2,0·10−3 К−1 (жидкость, 90,1 К) 2,5·10−3 К−1 (жидкость, 161 К)
Химические свойства
Растворимость в воде	1,06 г/л (при 0 °С) г/100 мл
От. диэлектр. прониц.	1,0019 (г), 4,79 (ж)
Оптические свойства
Показатель преломления	1,0533 (газ, 480 нм) 1,0520 (газ, 546 нм) 1,0502 (газ, 671 нм) 1,2236 (жидкость, 535 нм) 1,2226 (жидкость, 589 нм) 1,2213 (жидкость, 670,5 нм)
Структура
Дипольный момент	0,5337 Д
Хәүефһеҙлеге
ЛД50	4,8 ppm мг/кг
NFPA 704	0 2 4 OX

Озон (бор. грек. ὄζω — еҫле) — өс атомлы O₃, молекулаларынан тора, кислородтың аллотроп модификацияһы. Ғәҙәти шарттарҙа — зәңгәр газ. Шыйыҡ хәлдә ҡарағусҡыл күк, ҡаты хәлдә шәмәхә‑күк төҫтә, t_ҡайнау—112°С; t_иреү—192,6°С. Аҙ концентрацияла булғанда саф хуш еҫле, ҙур концентрацияла киҫкен еҫле, ағыулы, ПДК‑һы 0,16 мг/м³.

Озон төҙөлөшө

Озон молекулаһында ике O-O бәйләнеше лә бер үк оҙонлоҡта 1,278. Бәйләнештәр араһындағы мөйөш 116,8° тәшкил итә. Үҙәк кислород атомы сп²-гибридлаштырылған, бүленмәгән бер пар электроны бар. Һәр бәйләнештең тәртибе — 1,5, резонанслы структуралар бер атом менән локалләштерелгән берҙәм бәйләнешкә һәм икенсеһе менән икеләтә бәйләнешкә эйә, һәм киреһенсә. Молекула поляр, электр диполе моменты — 0,5337 Д..

Асыу тарихы

Тәүге тапҡыр озонды 1785 йылда Голландия физигы М. ван Марум үҙенсәлекле еҫе һәм окисланыу үҙенсәлектәре буйынса таба, улар быяла аша электр осҡондарын үткәргәндән һуң һауаны ала, шулай уҡ ябай температурала терегөмөшкә тәьҫир итә ала, шул арҡала ул үҙенең ялтырауын юғалта һәм быялаға йәбешә башлай. Ләкин яңы матдә булараҡ һүрәтләнмәй, ван Марум махсус «электр матдәһе» барлыҡҡа килгән тип иҫәпләй.

Озон терминын немец химикы Ф. Шёнбейн 1840 йылда уның еҫе өсөн тәҡдим иткән, һүҙлектәргә быуат аҙағында ингән. Күп кенә сығанаҡтар 1839 йылда озонды асыуға өҫтөнлөк бирә. 1840 йылда Шёнбейн озондың калий иодидынан иодты ҡыҫырыҡлап сығара алыу һәләтен күрһәтә:

${\mathsf {O_{3}+H_{2}O+2KI\rightarrow O_{2}+2KOH+I_{2}}}$

Был реакция крахмал һәм калийлы иодид иретмәләр (иодкрахмал ҡағыҙы) ҡатнашмаһы менән һуғарылған фильтрлы ҡағыҙ ярҙамында озонды сифатлы билдәләү өсөн ҡулланыла — бүленеп сыҡҡан иодтың крахмал менән үҙ-ара тәьҫир итешеүе арҡаһында ул озонда зәңгәр төҫкә инә.

Кислород озонға әүерелгәндә газ күләменең кәмеү фактын 1860 йылда Эндрюс менән Тэт таҙа кислород тултырылған манометрлы быяла торба, уға беркетелгән платина үткәргестәр ярҙамында электр разрядын алыу өсөн эксперименталь рәүештә иҫбатлай.

Физик үҙсәнлектәре

• Молекуляр массаһы — 48 м. а. б.
• Газ тығыҙлығы нормаль шарттарҙа 2,1445 г/дм³ Газдың кислород буйынса сағыштырмаса тығыҙлығы буйынса 1,5; һауа 1,62 буйынса (1,658).
• Шыйыҡса тығыҙлығы −188 °C (85,2 К) булғанда тәшкил 1,59(7) г/см3 тәшкил итә.
• Ҡаты оҙон тығыҙлығы − 195,7 °С (77,4 К) тигеҙ 1,73(2) г/см³
• Ҡайнау температураһы −111,8(3) °C (161,3 К). Шыйыҡ оҙон — ҡара-миләүшә төҫөндә..
• Иреү температураһы −197,2(2) °(75,9). Ҡайһы берҙә килтерелгән −251,4 °C (21,7 К иреү температураһы хата, сөнки озондың һыуыныу һәләтен иҫәпкә алынмаған. Башҡа сығанаҡтар буйынса T’пл = −192,5(4) ° С 80,6). Ҡаты хәлдә — шәмәхә ялтырауыҡлы ҡара төҫтә.
• Критик температура −12,0 °(261,1).
• Критик баҫымы 51,6 атм.
• Диффузия коэффициенты (300 К, 1 атм булғанда) 0,157 см²/с.
• Иреү йылылығы 2,1 кДж/моль.
• Парға әйләнеү йылылығы температураһы төрлө сығанаҡтар күрһәтеүенсә 11,17 алып 15,19 тиклем кДж/моль; 90 К 15,27 алып 16,6 тиклем кДж/моль.
• Һыуҙа эреүсәнлеге 0 °С температула — 0,394 кг/м³ (0,494 л/кг), , ул кислород менән сағыштырғанда 10 тапҡырға юғары. Эреүсәнлек һыуҙың таҙалығына ныҡ бәйле, сөнки ҡушылмалар озондың тарҡалыуын катализлай
• Шыйыҡ озон бөтә яҡлап шыйыҡ аргон, азот, фтор, метан, углекислота, тетрахлоруглерод менән ҡушыла. Шыйыҡ кислород менән бөтә яҡлап 93 К юғарыраҡ температурала ҡатнаша, түбәнерәк температурала эреүсәнлек ике фазаға тарҡала
• Фреондарҙа тотороҡло эретмә барлыҡҡа килтереп яҡшы ирей, (ташыу һәм һаҡлау өсөн файҙаланыла).
• Молекуларҙың ионлашыу потенциалдары — 12,52эВ .
• Озон газ хәлендә диамагнит була, шыйыҡ хәлдә — көсһөҙ парамагнит.
• Еҫе — ҡырҡыу, үҙсәнлекле «металл еҫе» (Менделеев буйынса — «ҡыҫала еҫе»). Күп концентрацияла хлор еҫен хәтерләтә. Был еҫ 1:100 000 шыйығатҡанда ла һиҙелә.

Химик үҙсәнлектәре

Озон ҡайтмалы йәки кире реакциянан һуң барлыҡҡа килә:

${\mathsf {3O_{2}+68kcal/mol(285kJ/mol)\rightarrow 2O_{3}}}$

О₃ молекулаһы тотороҡһоҙ һәм нормаль шарттарҙа һауала етерлек концентрацияла бер нисә тиҫтә минут эсендә үҙенән-үҙе йылылыҡ айырып O₂ әйләнә. Температураның күтәрелеүе һәм баҫымдың түбәнәйеүе ике атомлы хәлгә күсеү тиҙлеген арттыра. Күп концентрацияла күсеү шартлау характерында булыуы ихтимал. Озондың хатта аҙ миҡдарҙа органик матдәләр, ҡайһы бер металдар йәки уларҙың оксидтары менән контакты үҙгәреүҙе ҡапыл тиҙләтә.

Бик аҙ миҡдарҙа азот кислотаһы булғанда озон тотороҡлана, быяланан эшләнгән пломбаланған һауыттарҙа ҡайһы бер пластмассаларҙа йәки таҙа металдарҙа түбән температуралы озон (−78 °C) тарҡалмай тиерлек.

Озон — көслө окисландырыусы, ике атомлы кислородҡа ҡарағанда күпкә реактивыраҡ. Бөтә металдарҙы ла тиерлек (алтын, платина һәм иридийҙан тыш) окисланыуҙың иң юғары дәрәжәһенә тиклем (ҡайһы бер өҫкө окисланғандан һуң, Ni, Cu, Sn)озон хәрәкәтенә ярайһы уҡ яҡшы ҡаршы тора). Күп кенә металл булмағандарҙы окислай. Реакцияның продукты булып башлыса кислород тора.

${\mathsf {2Cu^{2+}+2H_{3}O^{+}+O_{3}\rightarrow 2Cu^{3+}+3H_{2}O+O_{2}}}$

Озон оксидтарҙың окисланыу дәрәжәһен күтәрә:

${\mathsf {NO+O_{3}\rightarrow NO_{2}+O_{2}}}$

Был реакция хемилюминесценция менән башҡарыла. Азот диоксиды азот ангидридына тиклем окисланыуы мөмкин:

${\mathsf {2NO_{2}+O_{3}\rightarrow N_{2}O_{5}+O_{2}}}$

Озон бүлмә температураһында молекуляр азот менән реакцияға инмәй, ә 295 °C кимәлендә уның менән реакцияға инә:

${\mathsf {N_{2}+O_{3}\rightarrow N_{2}O+O_{2}}}$

Озон нормаль температурала углерод диоксиды барлыҡҡа килтереп углерод менән реакцияға инә:

${\mathsf {2C+2O_{3}\rightarrow 2CO_{2}+O_{2}}}$

Озон аммоний тоҙҙары менән реакцияға инмәй, ләкин аммоний нитраты барлыҡҡа килтереп аммиак менән реакцияға инә:

${\mathsf {2NH_{3}+4O_{3}\rightarrow NH_{4}NO_{3}+4O_{2}+H_{2}O}}$

Озон водород менән реакцияға ингәндә һыу һәм кислород барлыҡҡа килә:

${\mathsf {O_{3}+H_{2}\rightarrow O_{2}+H_{2}O}}$

Озон сульфаттар барлыҡҡа килтереп сульфидтар менән реакцияға инә:

${\mathsf {PbS+4O_{3}\rightarrow PbSO_{4}+4O_{2}}}$

Озон ярҙамында элементар көкөрттән дә, шулай уҡ көкөрт һәм көкөртлө водород диоксидынан да көкөрт кислотаһы алырға мөмкин:

${\mathsf {S+H_{2}O+O_{3}\rightarrow H_{2}SO_{4}}}$

${\mathsf {3SO_{2}+3H_{2}O+O_{3}\rightarrow 3H_{2}SO_{4}}}$

Газ фазаһында көкөрт диоксиды барлыҡҡа килтереп көкөрт водороды менән реакцияға инә.

${\mathsf {H_{2}S+O_{3}\rightarrow SO_{2}+H_{2}O}}$

Һыуҙағы эретмәлә көкөртлө водород менән ике үҙ-ара тәьҫир итешеүсе реакция үтә, береһе — элементар көкөрт, икенсеһе көкөрт кислотаһын барлыҡҡа килтерә:

${\mathsf {H_{2}S+O_{3}\rightarrow S+O_{2}+H_{2}O}}$

${\mathsf {3H_{2}S+4O_{3}\rightarrow 3H_{2}SO_{4}}}$

Озондағы өс кислород атомы ла тоҙ кислотаһы һәм озон менән аҡ ҡурғаш хлориды реакцияһында айырым реакцияға инә ала:

${\mathsf {3SnCl_{2}+6HCl+O_{3}\rightarrow 3SnCl_{4}+3H_{2}O}}$

Һыуыҡ һыуһыҙ хлор кислотаһында иод эретмәһе озоны менән эшкәртеп иод перхлораты (III): алырға мөмкин:

${\mathsf {I_{2}+6HClO_{4}+O_{3}\rightarrow 2I(ClO_{4})_{3}+3H_{2}O}}$

Ҡаты нитроний перхлораты газлы NO₂, ClO₂ һәм O₃ реакцияһы ярҙамында етештерелә ала:

${\mathsf {2NO_{2}+2ClO_{2}+2O_{3}\rightarrow 2NO_{2}ClO_{4}+O_{2}}}$

Озон яныу реакцияларында ҡатнаша ала, яныу температураһы ике атомлы кислород менән сағыштырғанда юғарыраҡ була:

${\mathsf {3C_{4}N_{2}+4O_{3}\rightarrow 12CO+3N_{2}}}$

Озондың химик реакцияларға түбән температурала ла инеүе ихтимал. 77 х (-196, шыйыҡ азоттың ҡайнау температураһы), атомар водород озон менән гидропероксид радикал (водород атомын кислород молекулаһына күсереп, яңы матдә алыу') барлыҡҡа килтереп, һуңғыһын димерлаштырыу (аралаштырыу) юлы менән тәьҫир итешә:

${\mathsf {H+O_{3}\rightarrow HO_{2}\cdot +O}}$

${\mathsf {2HO_{2}\cdot \rightarrow H_{2}O_{2}+O_{2}}}$

Озон составында анион O₃⁻ булған органик булмаған озонидтар барлыҡҡа килтереүе мөмкин. Был берләшмәләргә шартлау хәүефе янай һәм түбән температурала ғына һаҡланырға мөмкин. Бөтә һелтеле металдарҙың озонидтары (франциянан тыш) билдәле. KO₃, RbO₃ һәм CsO₃ тейешле супероксидтарҙан алырға мөмкин

${\mathsf {KO_{2}+O_{3}\rightarrow KO_{3}+O_{2}}}$

Калий озонидын калий гидроксидынан башҡа юл менән дә алырға мөмкин.

${\mathsf {2KOH+5O_{3}\rightarrow 2KO_{3}+5O_{2}+H_{2}O}}$

NaO₃ һәм LiO₃ -те CsO₃ шыйыҡ аммиак NH₃ хәрәкәтендә Na⁺ или Li⁺ иондарҙан торған ион алмашыу ыҫмалаларынан алырға мөмкин::

${\mathsf {CsO_{3}+Na^{+}\rightarrow Cs^{+}+NaO_{3}}}$

Аммиакта кальций эретмәһен озон менән эшкәртеү кальций түгел, ә аммоний озониды барлыҡҡа килеүенә килтерә.

${\mathsf {3Ca+10NH_{3}+7O_{3}\rightarrow Ca\cdot 6NH_{3}+Ca(OH)_{2}+Ca(NO_{3})_{2}+2NH_{4}O_{3}+3O_{2}+2H_{2}O}}$

Озон (тимер (III) гидроксид һәм марганец диоксиды ултырмаһы барлыҡҡа килтерә, уны фильтрау юлы менән һыуҙан тимерҙе һәм марганецты айырыу өсөн ҡулланырға мөмкин:

${\mathsf {2Fe^{2+}+O_{3}+5H_{2}O\rightarrow 2Fe(OH)_{3}\downarrow +O_{2}+4H^{+}}}$

${\mathsf {2Mn^{2+}+2O_{3}+4H_{2}O\rightarrow 2MnO(OH)_{2}\downarrow +2O_{2}+4H^{+}}}$

Әсе мөхиттә марганец окисланыуы перманганатҡа тиклем етеүе мөмкин.

Озон ағыулы цианидтарҙы хәүефһеҙерәк цианаттарға әйләндерә:

${\mathsf {CN^{-}+O_{3}\rightarrow CNO^{-}+O_{2}}}$

Озон һыҡрыҡсаны (мочевина) тулыһынса тарҡатырға мөмкин :

${\mathsf {(NH_{2})_{2}CO+O_{3}\rightarrow N_{2}+CO_{2}+2H_{2}O}}$

Озон алыу

Озон атомар кислород бүленеп сыҡҡан күп процестарҙа, мәҫәлән, перекистар тарҡалғанда, фосфор окисланғанда һ.б. ваҡытта барлыҡҡа килә.

Сәнәғәттә уны һауанан йәки кислородтан озонаторҙарҙа электр разряды менән алалар. O₃ шыйығайыуы O₂ ҡарағанда еңелерәк, шуға күрә уларҙы айырыу ауыр түгел. Медицинала озонотерапия өсөн озонды таҙа кислородтан ғына алалар. Һауа нурланышында ҡаты ультрафиолет нурланыш менән озон барлыҡҡа килә. Шул уҡ процесс атмосфераның юғары ҡатламдарында бара, унда ҡояш нурланышы тәьҫирендә озон ҡатламы барлыҡҡа килә һәм тотола.

Лабораторияла озонды һыуытылған концентрат көкөрт кислотаһын барий пероксиды менән үҙ-ара тәьҫир итештереп алырға мөмкин.

${\mathsf {3H_{2}SO_{4}+3BaO_{2}\rightarrow 3BaSO_{4}+O_{3}+3H_{2}O}}$

Токсин тәьҫире

Уртаса концентрацияла озон токсин түгел. Ләкин озондың юғары окисланыу һәләте һәм уның ҡатнашлығында күп реакцияларҙа барлыҡҡа килеүе уның токсинлы булыуын (күп концентрацияла) билдәләй. Озондың организмға саманан тыш тәьҫире ваҡытһыҙ үлемгә килтереүе ихтимал.

Озондың һауалағы юғары концентрацияһының үтә хәүефле йоғонтоһо:

• һулыш алыу системаһын ярһыта;

Рәсәй Федерацияһында озон зарарлы матдәләрҙең беренсе, иң юғары хәүеф класына ҡарай. Озон стандарттары:

• тораҡ пункттарҙың атмосфера һауаһында рөхсәт ителгән максималь концентрация (ПДК м.р.) — 0,16 мг/м²;
• тораҡ пункттарҙың атмосфера һауаһында рөхсәт ителгән уртаса тәүлек концентрацияһы (MPC s.s.) — 0,03 мг/м²;
• эш майҙаны һауаһында рөхсәт ителгән максималь концентрация (ПДК) — 0,1 мг/м²;
• минималь үлемесле концентрация (LC50) — 4,8 ppm

Кешенең еҫ һиҙеү сиге яҡынса 0,01 мг/м.

Озон бактерияларҙы һәм вирустарҙы һөҙөмтәле юҡ итә.

Озон ҡулланыу

Озонды ҡулланыу уның үҙенсәлектәренә бәйле:

• көслө окисланыусы реагент:
• медицина приборҙары стерилләштереү өсөн лаборатор һәм сәнәғәт практикаһында күп матдәләр әҙерләүҙә;
• ҡағыҙҙы аҡлау өсөн;
• нефтте таҙартыу өсөн.
• көслө зарарһыҙландырыусы:
• һыуҙы һәм һауаны микроорганизмдарҙан таҙартыу өсөн (озонация);
• биналарҙы һәм кейем-һалымды зарарһыҙландырғаны өсөн;
• медицинала ҡулланылған иретмәләр озонизацияһы өсөн (вена эсендә лә, контактлы ҡулланыу өсөн дә)..
• Озон эсә торған һыуҙы зарарһыҙландырыу, туҡымаларҙы ағартыу, минераль майҙарҙы, сәнәғәт ағынты һыуҙарын таҙартыу өсөн, ҡиммәтле кислородлы берләшмәләр (мәҫ., адипин к‑таһы) етештереүҙә һ.б. ҡулланыла.

XXI быуатта күп кенә компаниялар биналарҙы (подвалдарҙы, бүлмәләрҙе вируслы ауырыуҙарҙан, складтарҙан, бактериялар һәм бәшмәктәрҙе йоҡторған әйберҙәрҙән һуң) зарарһыҙландырыу өсөн тәғәйенләнгән көнкүреш озонизаторҙарын етештерә башлай, йыш ҡына был алымды ҡулланғанда кәрәкле һаҡлыҡ саралары тураһында әйтелмәй.

Атмосферала озон

Озон бейеклегенең таралыуы

Атмосфера (стратосфера) озоны — ҡояш нурланышының атмосфера (О₂) кислородҡа тәьҫире продукты. Ләкин тропосфера озоны — кеше һәм хайуандар һаулығына хәүеф тыуҙырыусы, шулай уҡ үҫемлектәргә зыян килтереүсе озон. Атмосферала кислород молекулаһы фотолитик тарҡалғанда йәки йәшен ваҡытында электр разряды арҡаһында барлыҡҡа килә; тигеҙ таралмаған, атмосферала иң күп миҡдары 20—25 км бейеклектә күҙәтелә, ергә яҡын ҡатлауҙа О. концентрацияһы антропоген факторҙар арҡаһында арта. Ерҙә тормошто һаҡлау вазифаһын үтәй, тере организм һәм үҫемлектәр өсөн зарарлы ультрафиолет нурҙарын (300 нм кәмерәк) һеңдерә. О. атмосферала тәүлек, миҙгел һәм йыл әйләнәһендәге кимәле ҡояш активлығының үҙгәреүенә бәйле. Тәбиғи һәм сәнәғәт тарафынан сығарылған озон тарҡатҡан матдәләр (бигерәк тә поляр өлкәләрҙә — "озон ярығы"нда ныҡ күҙәтелә).

Кататумбо йәшене Ерҙәге тропосфера озонының иң ҙур яңғыҙ генераторы тип иҫәпләнә.

Ҡояш нурҙары атмосфераға автомобилдәрҙең һурҙырғыс газдарынан ингән азот диоксиды һәм углеводородтар менән реакцияға ингәс, фотохимик смог (төтөн томаны) барлыҡҡа килә. Азот диоксиды ҡояштан ультрафиолет нурланыш тәьҫирендә, азот оксиды һәм берләшмәгән кислород атомдары (озон) барлыҡҡа килә. Фотохимик смогтар тәүге тапҡыр 1940-сы йылдарҙа Лос-Анджелеста асыла. Улар кешеләрҙә күҙ һәм насофаринкс мембраналарының ярһыуына, шулай уҡ үҫемлектәрҙең һәләк булыуына һәм резина изделиеларҙың зарарланыуына килтерә.

Әҙәбиәт

• Химическая энциклопедия / Редкол.: Кнунянц И.Л. и др.. — М.: Советская энциклопедия, 1992. — Т. 3 (Мед-Пол). — 639 с. — ISBN 5-82270-039-8.
• Разумовский С. Д., Заиков Г. Е. Озон и его реакции с органическими соединениями (кинетика и механизм). — М.: Наука, 1974. — 322 с.
• Лунин В. В., Попович М. П., Ткаченко С. Н. Физическая химия озона. — М.: МГУ, 1998. — 480 с. — ISBN 5-211-03719-7.

Һылтанмалар

• Озон // Башҡорт энциклопедияһы. — Өфө: БР ДАҒУ «Башҡорт энциклопедияһы», 2015—2024. — ISBN 978-5-88185-143-9.Ҡалып:13