Otsoni on kaasu. Toisin kuin monet muut, se ei ole läpinäkyvä, mutta sillä on tyypillinen väri ja jopa haju. Sitä esiintyy ilmakehässämme ja se on yksi sen tärkeimmistä osista. Mikä on otsonin tiheys, sen massa ja muut ominaisuudet? Mikä on sen rooli planeetan elämässä?
Blue Gas
Kemiassa otsonilla ei ole erillistä paikkaa jaksollisessa taulukossa. Tämä johtuu siitä, että se ei ole elementti. Otsoni on hapen allotrooppinen muunnos tai muunnelma. Kuten O2:ssa, sen molekyyli koostuu vain happiatomeista, mutta siinä ei ole kaksi, vaan kolme. Siksi sen kemiallinen kaava näyttää tältä O3.
Otsoni on sininen kaasu. Sillä on selkeä pistävä haju, joka muistuttaa klooria, jos pitoisuus on liian korkea. Muistatko raikkauden tuoksun sateessa? Tämä on otsonia. Tämän ominaisuuden ansiosta se sai nimensä, koska antiikin kreikan kielestä "otsoni" on "haju".
Kaasumolekyyli on polaarinen, siinä olevat atomit ovat yhteydessä toisiinsa 116,78°:n kulmassa. Otsonia muodostuu, kun vapaa happiatomi on kiinnittynyt O2-molekyyliin. Se tapahtuu sisäänerilaisten reaktioiden, esimerkiksi fosforin hapettumisen, sähköpurkauksen tai peroksidien hajoamisen aika, jonka aikana vapautuu happiatomeja.
otsonin ominaisuudet
Normaaleissa olosuhteissa otsonia esiintyy kaasuna, jonka molekyylipaino on lähes 48 g/mol. Se on diamagneettinen, eli se ei pysty vetäytymään magneetista, kuten hopeaa, kultaa tai typpeä. Otsonin tiheys on 2,1445 g/dm³.
Kiinteässä tilassa otsoni saa sinertävän mustan värin, nestemäisessä tilassa indigovärin, joka on lähellä violettia. Kiehumispiste on 111,8 celsiusastetta. Nollan lämpötilassa se liukenee veteen (vain puhtaaseen veteen) kymmenen kertaa paremmin kuin happi. Se sekoittuu hyvin nestemäisen metaanin, typen, fluorin, argonin ja tietyissä olosuhteissa hapen kanssa.
Useiden katalyyttien vaikutuksesta se hapettuu helposti ja vapauttaa vapaita happiatomeja. Kun siihen yhdistetään, se syttyy välittömästi. Aine pystyy hapettamaan lähes kaikki metallit. Vain platina ja kulta eivät kestä sen toimintaa. Se tuhoaa erilaisia orgaanisia ja aromaattisia yhdisteitä. Muodostaa ammoniumnitriittiä joutuessaan kosketuksiin ammoniakin kanssa, tuhoaa kaksoishiilisidoksia.
Osonia on ilmakehässä korkeina pitoisuuksina, ja se hajoaa itsestään. Tässä tapauksessa vapautuu lämpöä ja muodostuu O2-molekyyli. Mitä suurempi sen pitoisuus, sitä voimakkaampi lämmön vapautumisreaktio. Kun otsonipitoisuus on yli 10 %, siihen liittyy räjähdys. Nostamalla lämpötilaa ja alentamalla painetta tai koskettamallaOrgaaniset aineet hajottavat O3:a nopeammin.
Löytöhistoria
Kemiassa otsoni tunnettiin vasta 1700-luvulla. Se löydettiin vuonna 1785 hajun ansiosta, jonka fyysikko Van Marum kuuli toimivan sähköstaattisen koneen vieressä. Vielä 50 vuotta sen jälkeen kaasua ei esiintynyt tieteellisissä kokeissa ja tutkimuksessa.
Tutkija Christian Schonbein vuonna 1840 tutki valkoisen fosforin hapettumista. Kokeiden aikana hän onnistui eristämään tuntemattoman aineen, jota hän kutsui "otsoniksi". Kemisti tarttui sen ominaisuuksien tutkimiseen ja kuvaili, kuinka äskettäin löydetty kaasu saadaan.
Pian muutkin tutkijat liittyivät aineen tutkimukseen. Kuuluisa fyysikko Nikola Tesla rakensi jopa ensimmäisen otsonigeneraattorin. O3:n teollinen käyttö alkoi 1800-luvun lopulla, kun ensimmäiset juomaveden syöttölaitteet koteihin ilmestyivät. Ainetta käytettiin desinfiointiin.
Otsonia ilmakehässä
Maapalloamme ympäröi näkymätön ilmakuori - ilmakehä. Ilman sitä elämä planeetalla olisi mahdotonta. Ilman komponentit: happi, otsoni, typpi, vety, metaani ja muut kaasut.
Otsonia ei ole olemassa itsestään, vaan sitä syntyy vain kemiallisten reaktioiden seurauksena. Lähellä maan pintaa se muodostuu salaman sähköpurkauksista ukkosmyrskyn aikana. Epäluonnollisesti se johtuu autojen, tehtaiden, bensiinihöyryjen ja lämpövoimaloiden pakokaasupäästöistä.
Ilmakehän alempien kerrosten otsonia kutsutaan pinta- tai troposfääriksi. On myös stratosfääri. Se tapahtuu auringosta tulevan ultraviolettisäteilyn vaikutuksesta. Se muodostuu 19-20 kilometrin etäisyydelle planeetan pinnasta ja ulottuu 25-30 kilometrin korkeuteen.
Stratosfäärin O3 muodostaa planeetan otsonikerroksen, joka suojaa sitä voimakka alta auringon säteilyltä. Se absorboi noin 98 % ultraviolettisäteilystä, jonka aallonpituus riittää aiheuttamaan syöpää ja palovammoja.
Aineen käyttö
Otsoni on erinomainen hapetin ja tuhoaja. Tätä ominaisuutta on pitkään käytetty juomaveden puhdistamiseen. Aine vaikuttaa haitallisesti ihmisille vaarallisiin bakteereihin ja viruksiin, ja hapettuessaan se muuttuu vaarattomaksi hapeksi.
Se voi tappaa jopa klooria kestäviä organismeja. Lisäksi sitä käytetään jäteveden puhdistamiseen ympäristölle haitallisista öljytuotteista, sulfideista, fenoleista jne. Tällaiset käytännöt ovat yleisiä pääasiassa Yhdysvalloissa ja joissakin Euroopan maissa.
Otsonia käytetään lääketieteessä instrumenttien desinfiointiin, teollisuudessa paperin valkaisuun, öljyjen puhdistamiseen ja erilaisten aineiden saamiseksi. O3:n käyttöä ilman, veden ja tilojen puhdistamiseen kutsutaan otsonaatioksi.
Otsoni ja ihminen
Kaikista hyödyllisistä ominaisuuksistaan huolimatta otsoni voi olla vaarallista ihmisille. Jos ilmassa on enemmän kaasua kuin ihminen sietää, myrkytystä ei voida välttää. Venäjällä sen sallittu normion 0,1 µg/l.
Kun tämä määrä ylittyy, ilmaantuu tyypillisiä kemiallisen myrkytyksen merkkejä, kuten päänsärkyä, limakalvojen ärsytystä, huimausta. Otsoni heikentää kehon vastustuskykyä hengitysteiden kautta leviäville infektioille ja alentaa myös verenpainetta. Kaasupitoisuudet yli 8–9 µg/L voivat johtaa keuhkoödeemaan ja jopa kuolemaan.
Samaan aikaan otsonin tunnistaminen ilmassa on melko helppoa. "Tuoreuden", kloorin tai "ravun" haju (kuten Mendelejev väitti) kuuluu selvästi jopa pienellä ainepitoisuudella.
