Fraus "otsonikerros", josta tuli kuuluisa 70-luvulla. viime vuosisadalla, on pitkään ollut reunalla. Samaan aikaan harvat ihmiset todella ymmärtävät, mitä tämä käsite tarkoittaa ja miksi otsonikerroksen tuhoutuminen on vaarallista. Vielä suurempi mysteeri monille on otsonimolekyylin rakenne, ja silti se liittyy suoraan otsonikerroksen ongelmiin. Opitaan lisää otsonista, sen rakenteesta ja teollisista sovelluksista.
Mikä on otsoni
Otsoni tai, kuten sitä myös kutsutaan, aktiivinen happi, on taivaansininen kaasu, jolla on pistävä metallin haju.
Tämä aine voi esiintyä kaikissa kolmessa aggregaatiotilassa: kaasumainen, kiinteä ja nestemäinen.
Samaan aikaan luonnossa otsonia esiintyy vain kaasuna, joka muodostaa niin sanotun otsonikerroksen. Taivas näyttää siniseltä sen taivaansinisen värin vuoksi.
Miltä otsonimolekyyli näyttää
Lempinimesi on "aktiivinenhappi" otsonia, jonka se muistutti happea. Joten tärkein aktiivinen kemiallinen alkuaine näissä aineissa on happi (O). Kuitenkin, jos happimolekyyli sisältää 2 sen atomia, niin otsonimolekyyli (kaava - O3) koostuu 3 tämän alkuaineen atomista.
Tästä rakenteesta johtuen otsonin ominaisuudet ovat samank altaisia kuin hapen, mutta selvempiä. Erityisesti, kuten O2, O3on vahvin hapetin.
Tärkein ero näiden "sukulaisten" aineiden välillä, joka on elintärkeä kaikkien muistaa, on seuraava: otsonia ei voi hengittää, se on myrkyllistä ja voi hengitettynä vahingoittaa keuhkoja tai jopa tappaa ihmisen. Samalla O3 sopii täydellisesti ilman puhdistamiseen myrkyllisistä epäpuhtauksista. Muuten, juuri tämän vuoksi on niin helppoa hengittää sateen jälkeen: otsoni hapettaa ilman sisältämät haitalliset aineet ja se puhdistuu.
Otsonimolekyylin malli (joka koostuu 3 happiatomista) näyttää hieman kulman kuv alta, ja sen koko on 117°. Tässä molekyylissä ei ole parittomia elektroneja ja siksi se on diamagneettinen. Lisäksi sillä on polariteetti, vaikka se koostuu saman alkuaineen atomeista.
Kaksi tietyn molekyylin atomia on sitoutunut tiukasti toisiinsa. Mutta yhteys kolmanteen kanssa on vähemmän luotettava. Tästä syystä otsonimolekyyli (kuva mallista näkyy alla) on erittäin hauras ja pian muodostumisen jälkeen se hajoaa. Pääsääntöisesti missä tahansa hajoamisreaktiossa vapautuu happea O3.
Osonin epävakauden vuoksi sitä ei voida tuottaasadonkorjuu ja varastointi sekä kuljetus, kuten muutkin aineet. Tästä syystä sen valmistus on muita aineita kalliimpaa.
Samaan aikaan molekyylien korkea aktiivisuus O3mahdollistaa tämän aineen olevan vahvin hapetin, tehokkaampi kuin happea ja turvallisempaa kuin kloori.
Jos otsonimolekyyli hajoaa ja vapauttaa O2, tähän reaktioon liittyy aina energian vapautumista. Samanaikaisesti, jotta käänteinen prosessi tapahtuisi (O3 muodostuminen O2:sta), on kulutettava ei sen vähempää.
Kaasumaisessa tilassa otsonimolekyyli hajoaa 70 °C:n lämpötilassa. Jos se nostetaan 100 asteeseen tai enemmän, reaktio kiihtyy merkittävästi. Epäpuhtaudet myös nopeuttavat otsonimolekyylien hajoamisjaksoa.
O3-kiinteistöt
Osoni säilyttää sinisen värinsä riippumatta siitä, missä kolmesta tilasta. Mitä kovempi aine, sitä rikkaampi ja tummempi tämä sävy.
Jokainen otsonimolekyyli painaa 48 g/mol. Se on ilmaa raskaampaa, mikä auttaa erottamaan nämä aineet.
O3 pystyy hapettamaan lähes kaikkia metalleja ja ei-metalleja (paitsi kultaa, iridiumia ja platinaa).
Tämä aine voi myös osallistua palamisreaktioon, mutta tämä vaatii korkeamman lämpötilan kuin O2.
Otsoni pystyy liukenemaan H2O:hen ja freoneihin. Nestemäisessä tilassa se voi sekoittua nestemäisen hapen, typen, metaanin, argonin,hiilitetrakloridi ja hiilidioksidi.
Miten otsonimolekyyli muodostuu
O3 molekyylejä muodostuu kiinnittämällä vapaita happiatomeja happimolekyyleihin. Ne puolestaan ilmaantuvat johtuen muiden molekyylien halkeamisesta O2 johtuen sähköpurkausten, ultraviolettisäteiden, nopeiden elektronien ja muiden korkeaenergisten hiukkasten vaikutuksesta niihin. Tästä syystä otsonin erityinen haju voi tuntua kipinöivien sähkölaitteiden tai ultraviolettivaloa lähettävien lamppujen lähellä.
Teollisessa mittakaavassa O3 on eristetty käyttämällä sähköisiä otsonigeneraattoreita tai otsonointilaitteita. Näissä laitteissa korkeajännitevirta johdetaan kaasuvirran läpi, joka sisältää O2, jonka atomit toimivat otsonin "rakennusmateriaalina".
Näihin koneisiin ruiskutetaan joskus puhdasta happea tai tavallista ilmaa. Tuloksena olevan otsonin laatu riippuu alkuperäisen tuotteen puhtaudesta. Joten haavojen hoitoon tarkoitettu lääketieteellinen O3 uutetaan vain kemiallisesti puhtaasta O2.
Otsonin löydön historia
Kun on selvitetty, miltä otsonimolekyyli näyttää ja miten se muodostuu, kannattaa tutustua tämän aineen historiaan.
Sen syntetisoi ensimmäisen kerran hollantilainen tutkija Martin Van Marum 1700-luvun jälkipuoliskolla. Tiedemies huomasi, että kun sähkökipinät oli johdettu ilmasäiliön läpi, siinä oleva kaasu muutti ominaisuuksiaan. Samaan aikaan Van Marum ei ymmärtänyt, että hän oli eristänyt uuden molekyylitaineet.
Mutta hänen saksalainen kollegansa Sheinbein, joka yritti hajottaa H2O:n H:ksi ja O2 sähkön avulla, huomasi uuden kaasun vapautumiseen, jolla on pistävä haju. Pitkän tutkimuksen jälkeen tiedemies kuvaili löytämänsä aineen ja antoi sille nimen "otsoni" kreikan sanan "haju" kunniaksi.
Avoimen aineen kyky tappaa sieniä ja bakteereja sekä vähentää haitallisten yhdisteiden myrkyllisyyttä kiinnosti monia tutkijoita. 17 vuotta O3:n virallisen löytämisen jälkeen Werner von Siemens suunnitteli ensimmäisen laitteen, joka syntetisoi otsonia missä tahansa määrissä. Ja 39 vuotta myöhemmin loistava Nikola Tesla keksi ja patentoi maailman ensimmäisen otsonigeneraattorin.
Tätä laitetta käytettiin ensimmäisen kerran Ranskassa juomaveden käsittelylaitoksissa kahden vuoden kuluttua. XX vuosisadan alusta lähtien. Eurooppa on siirtymässä juomaveden otsonointiin sen puhdistuksessa.
Venäjän v altakunta käytti tätä tekniikkaa ensimmäisen kerran vuonna 1911, ja viiden vuoden kuluttua maassa varustettiin lähes 4 tusinaa juomaveden puhdistuslaitteistoa otsonilla.
Nykyään veden otsonointi on vähitellen korvaamassa kloorauksen. Näin ollen 95 % kaikesta juomavedestä Euroopassa puhdistetaan käyttämällä O3. Tämä tekniikka on myös erittäin suosittu Yhdysvalloissa. IVY-maissa sitä tutkitaan edelleen, koska vaikka tämä menetelmä on turvallisempi ja kätevämpi, se on kalliimpaa kuin klooraus.
Otsonisovellukset
Vedenkäsittelyn lisäksi O3:lla on useita muita käyttötarkoituksia.
- Otsonia käytetään valkaisuaineena paperin ja tekstiilien valmistuksessa.
- Aktiivista happea käytetään viinien desinfiointiin sekä konjakkien ikääntymisprosessin nopeuttamiseen.
- Eri kasviöljyt jalostetaan käyttämällä O3.
- Hyvin usein tätä ainetta käytetään helposti pilaantuvien tuotteiden, kuten lihan, kananmunien, hedelmien ja vihannesten, käsittelyyn. Tämä toimenpide ei jätä kemiallisia jälkiä, kuten klooria tai formaldehydiä käytettäessä, ja tuotteita voidaan säilyttää paljon pidempään.
- Otsoni steriloi lääketieteellisiä laitteita ja vaatteita.
- Myös puhdistettua O3 käytetään erilaisiin lääketieteellisiin ja kosmeettisiin toimenpiteisiin. Erityisesti hammaslääketieteen avulla ne desinfioivat suuontelon ja ikenet sekä hoitavat erilaisia sairauksia (stomatiitti, herpes, suun kandidiaasi). Euroopan maissa O3 on erittäin suosittu haavan desinfioinnissa.
- Viime vuosina kannettavat kodinkoneet ilman ja veden suodattamiseen otsonilla ovat tulleet erittäin suosituiksi.
Otsonikerros - mikä se on?
15-35 km:n etäisyydellä maan pinnasta on otsonikerros tai, kuten sitä myös kutsutaan, otsonosfääri. Tässä paikassa tiivistetty O3 toimii eräänlaisena haitallisen auringonsäteilyn suodattimena.
Mistä tällainen määrä ainetta tulee, jos sen molekyylit ovat epävakaita? Tähän kysymykseen ei ole vaikea vastata, jos muistamme otsonimolekyylin mallin ja sen muodostumismenetelmän. Joten happi, joka koostuu 2:stastratosfääriin joutuvat happimolekyylit lämpenevät siellä auringon säteiden vaikutuksesta. Tämä energia riittää jakamaan O2 atomeiksi, joista muodostuu O3. Samanaikaisesti otsonikerros ei vain käytä osaa aurinkoenergiasta, vaan myös suodattaa sen, absorboi vaarallista ultraviolettisäteilyä.
Yllä sanottiin, että freonit liuottavat otsonia. Nämä kaasumaiset aineet (käytetään deodoranttien, sammuttimien ja jääkaappien valmistuksessa) ilmakehään päästettyään vaikuttavat otsoniin ja edistävät sen hajoamista. Tämän seurauksena otsonosfääriin muodostuu reikiä, joiden kautta planeetalle pääsee suodattamattomia auringonsäteitä, joilla on tuhoisa vaikutus eläviin organismeihin.
Otsonimolekyylien ominaisuudet ja rakenteen tarkastelun jälkeen voimme päätellä, että vaikka tämä aine on vaarallinen, se on oikein käytettynä erittäin hyödyllinen ihmiskunnalle.
