Такий різний озон: п'ять фактів про газ, який може рятувати та вбивати. Озон, фізико-хімічні властивості, застосування

Вкрай цінними для всього людства властивостями має такий газ, як озон. Хімічний елемент, яким він утворений - О. Насправді озон О 3 - одна з алотропних модифікацій оксигену, що складається з трьох формульних одиниць (О÷О÷О). Перше і відоме з'єднання - це сам кисень, точніше газ, який утворений двома його атомами (О=О) - Про 2 .

Алотропія - це здатність одного хімічного елемента утворювати ряд різних за властивостями простих з'єднань. Завдяки їй людство вивчило та використовує такі речовини, як алмаз та графіт, моноклінна та ромбічна сірка, кисень та озон. Хімічний елемент, має таку здатність, необов'язково обмежений лише двома модифікаціями, в деяких їх більше.

Історія відкриття з'єднання

Складова одиниця багатьох органічних та мінеральних речовин, у тому числі й такого як озон - хімічний елемент, позначення якого О - оксиген, у перекладі з грецької «oxys» - кислий, і «gignomai» - народжувати.

Вперше нову під час дослідів із електричними розрядами виявив у 1785 році голландець Мартін ван Марун, його увагу привернув специфічний запах. А через століття француз Шенбейн відзначив присутність такого ж після грози, внаслідок чого газ був названий «пахнутий». Але вчені трохи обдурилися, вважаючи, що їх нюх почув сам озон. Запах, який вони відчували, належав окисленим при взаємодії з 3, оскільки газ дуже реакційноздатний.

Електронна будова

Один і той же структурний фрагмент мають О2 та О3 - хімічний елемент. Озон має складнішу будову. У кисні ж все просто - два атоми оксигену з'єднані подвійним зв'язком, що складається з ϭ- і π-складової, відповідно до валентності елемента. Про 3 має кілька резонансних структур.

Кратний зв'язок з'єднує два кисні, а третій має одинарний. Таким чином, внаслідок міграції π-складової, у загальній картині три атоми мають полуторне з'єднання. Цей зв'язок коротший, ніж одинарний, але довший, ніж подвійний. Імовірність циклічності молекули, проведені вченими, експерименти виключають.

Методи синтезу

Для утворення такого газу, як озон, хімічний елемент оксиген повинен знаходитись у газоподібному середовищі у вигляді окремих атомів. Такі умови створюються при зіткненні молекул О 2 з електронами під час електричних розрядів або іншими частинками з великою енергією, а також при його опроміненні ультрафіолетом.

Левова частка загальної кількості озону в природних умовах атмосфери утворюється фотохімічним способом. Людина віддає перевагу хімічної діяльностівикористовувати інші методи, такі як, наприклад, електролітичний синтез. Він у тому, що у водне середовище електроліту поміщають платинові електроди і пускають струм. Схема реакції:

Н 2 О + О 2 → О 3 + Н 2 + е -

Фізичні властивості

Кисень (О) – складова одиниця такої речовини як озон – хімічний елемент, формула якого, а також відносна молярна маса вказані в таблиці Менделєєва. Утворюючи О 3 , оксиген набуває властивостей, що кардинально відрізняються від властивостей О 2 .

Газ блакитного кольору – це звичайний стан такого з'єднання, як озон. Хімічний елемент, формула, кількісні характеристики - все це визначили під час ідентифікації та вивчення даної речовини. для нього -111,9 ° C, скраплений стан має темно-фіолетовий забарвлення, при подальшому зниженні градуса до -197,2 ° C починається плавлення. У твердому агрегатному стані озон набуває чорного кольору з фіолетовим відливом. Розчинність його вдесятеро перевищує цю властивість кисню Про 2 . При незначних концентраціях у повітрі відчувається запах озону, він різкий, специфічний і нагадує запах металу.

Хімічні властивості

Дуже активним з реакційної точки зору є газ озон. Хімічний елемент, що його утворює – це кисень. Характеристики, що визначають поведінку озону у взаємодії з іншими речовинами, - це висока здатність, що окислює, і нестійкість самого газу. При підвищених температурах він розкладається з небувалою швидкістю, прискорюють процес і каталізатори, такі як оксиди металів, азоту та інші. Властивості окислювача притаманні озону завдяки особливостям будови молекули та рухливості одного з атомів оксигену, який відщеплюючись, перетворює газ на кисень: О 3 → О 2 + О·

Оксиген (цегла, з якої побудовані молекули таких речовин, як кисень і озон) - хімічний елемент. Як у рівняннях реакції - О·. Озон окислює всі метали, крім золота, платини та її підгрупи. Він реагує з газами, що знаходяться в атмосфері - оксидами сірки, азоту та іншими. Не залишаються інертними та органічні речовини, особливо швидко йдуть процеси розривів кратних зв'язків через утворення проміжних сполук. Вкрай важливо, що продукти реакцій є нешкідливими для довкілля та людини. Це вода, кисень, вищі оксиди різних елементів, оксиди вуглецю. У взаємодію Космосу з озоном не вступають бінарні сполуки кальцію, титану і кремнію з киснем.

Застосування

Основна область, де застосовується «пахнучий» газ – це озонування. Подібний метод стерилізації набагато ефективніший і безпечніший для живих організмів, ніж дезінфекція хлором. При не відбувається утворення токсичних похідних метану, заміщених небезпечним галогеном.

Все частіше такий екологічний метод стерилізації знаходить застосування у харчовій галузі промисловості. Озоном обробляють холодильне обладнання, складські приміщення для продуктів, за допомогою нього проводять усунення запахів.

Для медицини дезінфікуючі властивості озону також є незамінними. Їм знезаражують рани, фізіологічні розчини. Озонують венозну кров, а також «пахким» газом лікують низку хронічних захворювань.

Знаходження в природі та значення

Проста речовина озон - елемент газового складу стратосфери, області навколоземного простору, що розташована на відстані близько 20-30 км від поверхні планети. Виділення цієї сполуки відбувається під час процесів, пов'язаних з електричними розрядами, при зварюванні, роботі апаратів ксероксу. Але саме у стратосфері утворюється і містить 99% від загальної кількості озону, що знаходиться в атмосфері Землі.

Життєво важливою виявилася присутність газу в навколоземному просторі. Він утворює в ньому так званий озоновий шар, який захищає все живе від смертельного. ультрафіолетового випромінюванняСонце. Як не дивно, але нарівні з величезною користю сам газ небезпечний для людей. Підвищення концентрації озону у повітрі, яким дихає людина, шкідливе для організму внаслідок його крайньої хімічної активності.

Фізичні властивості озону дуже характерні: це газ блакитного кольору, що легко вибухає. Літр озону важить приблизно 2 грами, а повітря - 1,3 грами. Отже, озон важчий за повітря. Температура плавлення озону – мінус 192,7ºС. Такий «розтанутий» озон є темно-синьою рідиною. Озоновий «лід» має темно-синє забарвлення з фіолетовим відтінком і при товщині понад 1 мм стає непрозорим. Температура кипіння озону – мінус 112ºС. У газоподібному стані озон діамагнітний, тобто. не має магнітними властивостями, а в рідкому стані- Слабопарамагнітний. Розчинність озону в талій воді в 15 разів більша, ніж у кисню і становить приблизно 1,1 г/л. У літрі оцтової кислоти при кімнатній температурі розчиняється 2,5 г озону. Він також добре розчиняється в ефірних оліях, скипидар, чотирихлористий вуглецю. Запах озону відчувається при концентраціях понад 15 мкг/м3 повітря. У мінімальних концентраціях сприймається як «запах свіжості», у більш значних концентраціях набуває різкого дратівливого відтінку.

Озон утворюється з кисню за такою формулою: 3O2 + 68 ккал → 2O3. Класичні приклади утворення озону: під дією блискавки під час грози; під дією сонячного світлау верхніх шарах атмосфери. Озон також здатний утворюватися за будь-яких процесах, що супроводжуються виділенням атомарного кисню, наприклад, при розкладі перекису водню. Промисловий синтез озону пов'язаний з використанням електричних розрядів при низьких температурах. Технології одержання озону можуть відрізнятися одна від одної. Так, для отримання озону, що застосовується для медичних цілей, використовується тільки чистий (без домішок) медичний кисень. Відділення озону, що утворився, від домішки кисню зазвичай не становить праці в силу відмінностей фізичних властивостей (озон легше зріджується). Якщо не потрібно дотримання певних якісних і кількісних параметрів реакції, отримання озону не становить особливих труднощів.

Молекула О3 нестійка і досить швидко перетворюється на O2 із тепла. При невеликих концентраціях без сторонніх домішок озон розкладається повільно, при великих — з вибухом. Спирт при зіткненні з ним миттєво спалахує. Нагрівання та контакт озону навіть із мізерними кількостями субстрату окиснення (органічних речовин, деяких металів або їх оксидів) різко прискорює його розкладання. Озон може зберігатися тривалий час при − 78ºС у присутності стабілізатора (невеликої кількості HNO3), а також у посудинах зі скла, деяких пластмас або шляхетних металів.

Озон – найсильніший окислювач. Причина такого явища у тому, що у процесі розпаду утворюється атомарний кисень. Такий кисень набагато агресивніший за молекулярний, тому що в молекулі кисню дефіцит електронів на зовнішньому рівні внаслідок їх колективного використання молекулярної орбіталі не такий помітний.

Ще XVIII столітті було помічено, що ртуть у присутності озону втрачає блиск і прилипає до скла, тобто. окислюється. При пропущенні озону через водний розчин йодистого калію починає виділятися газоподібний йод. Такі ж «фокуси» із чистим киснем не виходили. Надалі відкривалися властивості озону, які відразу ж були прийняті на озброєння людства: озон виявився чудовим антисептиком, озон швидко видаляв з води органічні речовини будь-якого походження (парфумерія та косметика, біологічні рідини), став широко використовуватися в промисловості та побуті, чудово зарекомендував себе у як альтернативу стоматологічній бормашині.

У XXI столітті застосування озону в усіх сферах життя та діяльності людини зростає і розвивається, а тому ми стаємо свідками його перетворення з екзотики на звичний інструмент для повсякденної роботи. ОЗОН O3, алотропна форма кисню.

Отримання та Фізичні властивостіозону.

Вперше вчені дізналися про існування невідомого ним газу, коли почали експериментувати із електростатичними машинами. Сталося це у 17 столітті. Але почали вивчати новий газ лише наприкінці наступного сторіччя. У 1785 році голландський фізик Мартін ван Марум отримав озон, пропускаючи через кисень електричні іскри. Назва ж озон з'явилося лише 1840; його вигадав швейцарський хімік Крістіан Шенбейн, провівши його від грецького ozon - пахне. за хімічного складуцей газ не відрізнявся від кисню, але був значно агресивнішим. Так, він миттєво окислював безбарвний йодид калію із виділенням бурого йоду; цю реакцію Шенбейн використовував визначення озону за рівнем посиніння паперу, просоченої розчином іодиду калію і крохмалю. Навіть малоактивні при кімнатній температурі ртуть та срібло у присутності озону окислюються.

Виявилося, що молекули озону, як і кисню, складаються лише з атомів кисню, тільки з двох, та якщо з трьох. Кисень О2 та озон О3 - єдиний приклад утворення одним хімічним елементом двох газоподібних (за звичайних умов) простих речовин. У молекулі О3 атоми розташовані під кутом, тому ці молекули є полярними. Виходить озон у результаті «прилипання» до молекул О2 вільних атомів кисню, які утворюються з молекул кисню під дією електричних розрядів, ультрафіолетових променів, гамма-квантів, швидких електронів та інших часток високої енергії. Озоном завжди пахне біля електричних машин, що працюють, у яких «іскрять» щітки, біля бактерицидних ртутно-кварцових ламп, які випромінюють ультрафіолет. Атоми кисню виділяються і під час деяких хімічних реакцій. Озон утворюється в малих кількостях при електролізі підкисленої води, при повільному окисленні повітря вологого білого фосфору, при розкладанні сполук з високим вмістом кисню (KMnO4, K2Cr2O7 та ін.), при дії на воду фтору або на пероксид барію концентрованої сірчаної кислоти. Атоми кисню завжди присутні в полум'ї, тому якщо спрямувати струмінь стисненого повітря поперек полум'я кисневого пальника, у повітрі виявиться характерний запах озону.

Реакція 3O2 → 2O3 дуже ендотермічна: для отримання 1 моль озону треба витратити 142 кДж. Зворотна реакція йде з виділенням енергії та здійснюється дуже легко. Відповідно озон нестійкий. У відсутність домішок газоподібний озон повільно розкладається при температурі 70 ° С і швидко - вище 100 ° С. Швидкість розкладання озону значно збільшується у присутності каталізаторів. Ними можуть бути і гази (наприклад, оксид азоту, хлор), і багато твердих речовин (навіть стінки судини). Тому чистий озон отримати важко, а працювати з ним небезпечно через можливість вибуху.

Не дивно, що багато десятиліть після відкриття озону невідомі навіть основні його фізичні константи: довго нікому не вдавалося отримати чистий озон. Як писав у своєму підручнику Основи хімії Д.І.Менделєєв, «при всіх способах приготування газоподібного озону вміст його в кисні завжди незначний, зазвичай лише кілька десятих часток відсотка, рідко 2%, і тільки при дуже зниженій температурі воно досягає 20%». Лише в 1880 французькі вчені Ж. Готтфейль і П. Шаппюї отримували озон із чистого кисню при температурі мінус 23 ° С. Виявилося, що в товстому шарі озон має гарне синє забарвлення. Коли охолоджений озонований кисень повільно стиснули, газ став темно-синім, а після швидкого скидання тиску температура ще більша знизилася і утворилися краплі рідкого озону темно-фіолетового кольору. Якщо ж газ не охолоджували або стискали швидко, то озон миттєво, з жовтим спалахом переходив у кисень.

Пізніше розробили зручний метод синтезу озону. Якщо піддати електролізу концентрований розчин хлорної, фосфорної або сірчаної кислоти з охолоджуваним анодом з платини або з оксиду свинцю (IV), то газ, що виділяється на аноді, міститиме до 50% озону. Було уточнено і фізичні константи озону. Він зріджується набагато легше кисню - при температурі -112 ° С (кисень - при -183 ° С). При -192,7 ° С озон твердне. Твердий озон має синьо-чорний колір.

Досліди із озоном небезпечні. Газоподібний озон здатний вибухати, якщо його концентрація у повітрі перевищить 9%. Ще легше вибухають рідкий і твердий озон, особливо при контакті з речовинами, що окислюються. Озон можна зберігати за низьких температур у вигляді розчинів у фторованих вуглеводнях (фреонах). Такі розчини мають блакитний колір.

Хімічні властивості озону.

Для озону характерна надзвичайно висока реакційна здатність. Озон - один із найсильніших окислювачів і поступається в цьому відношенні тільки фтору та фториду кисню OF2. Чинний початок озону як окислювача – атомарний кисень, який утворюється при розпаді молекули озону. Тому, виступаючи як окислювач, молекула озону, зазвичай, «використовує» лише одне атом кисню, а два інших виділяються як вільного кисню, наприклад, 2KI + O3 + H2O → I2 + 2KOH + O2. Також відбувається окислення багатьох інших сполук. Однак бувають і винятки, коли молекула озону використовує для окислення всі три атоми кисню, що є в неї, наприклад, 3SO2 + O3 → 3SO3; Na2S + O3 → Na2SO3.

Дуже важлива відмінність озону від кисню в тому, що озон виявляє окислювальні властивості вже за кімнатної температури. Наприклад, PbS і Pb(OH)2 у звичайних умовах не реагують з киснем, тоді як у присутності озону сульфід перетворюється на PbSO4, а гідроксид - на PbO2. Якщо в посудину з озоном налити концентрований розчин аміаку, з'явиться білий дим - озон окислив аміак з утворенням нітриту амонію NH4NO2. Особливо характерна для озону здатність «чорнити» срібні вироби з утворенням AgO та Ag2O3.

Приєднавши один електрон і перетворившись на негативний іон О3-, молекула озону стає стабільнішою. «Озонокислі солі», що містять такі аніони, або озоніди були відомі давно - їх утворюють всі лужні метали, крім літію, причому стійкість озонідів зростає від натрію до цезію. Відомі деякі озоніди лужноземельних металів, наприклад, Са(О3)2. Якщо направити на поверхню твердого сухого лугу струмінь газоподібного озону, то утворюється оранжево-червона кірка, що містить озоніди, наприклад, 4КОН + 4О3 → 4КО3 + О2 + 2Н2О. При цьому твердий луг ефективно зв'язує воду, що оберігає озонид від негайного гідролізу. Однак при надлишку води озоніди бурхливо розкладаються: 4КО3 + 2Н2О → 4КОН + 5О2. Розкладання йде при зберіганні: 2КО3 → 2КО2 + О2. Озоніди добре розчиняються в рідкому аміаку, що дозволило виділити їх у чистому вигляді та вивчити їх властивості.

Органічні речовини, з якими озон стикається, він зазвичай руйнує. Так, озон, на відміну хлору, здатний розщеплювати бензольне кільце. При роботі з озоном не можна використовувати гумові трубки та шланги – вони миттєво «прохудяться». Реакції озону з органічними сполуками йдуть із великою кількістю енергії. Наприклад, ефір, спирт, вата, змочена скипидаром, метан та багато інших речовин самозаймисти при зіткненні з озонованим повітрям, а змішання озону з етиленом призводить до сильного вибуху.

Застосування озону.

Озон який завжди «спалює» органічні речовини; у ряді випадків вдається провести специфічні реакції із сильно розведеним озоном. Наприклад, при озонуванні олеїнової кислоти (вона у великих кількостях міститься в рослинних оліях) утворюється азелаїнова кислота НООС(СН2)7СООН, яку використовують для отримання високоякісних мастил, синтетичних волокон і пластифікаторів для пластмас. Аналогічно одержують адипінову кислоту, яку використовують при синтезі найлону. У 1855 Шенбейн відкрив реакцію з озоном ненасичених сполук, що містять подвійні зв'язки С=С, але тільки в 1925 німецький хімік Х. Штаудінгер встановив механізм цієї реакції. Молекула озону приєднується до подвійного зв'язку з утворенням озоніду - цього разу органічного, причому на місце одного із зв'язків С=С встає атом кисню, а на місце іншого - угруповання -О-О-. Хоча деякі органічні озоніди виділені в чистому вигляді (наприклад, озонід етилену), цю реакцію зазвичай проводять у розбавленому розчині, так як у вільному вигляді озоніди дуже нестійкі вибухові речовини. Реакція озонування ненасичених сполук користується у хіміків-органіків великою шаною; Завдання з цією реакцією часто пропонують навіть на шкільних олімпіадах. Справа в тому, що при розкладанні озоніду водою утворюються дві молекули альдегіду або кетону, які легко ідентифікувати і далі встановити будову вихідної ненасиченої сполуки. Таким чином, хіміки ще на початку 20 століття встановили будову багатьох важливих органічних сполук, у тому числі природних, що містять зв'язки С=С.

Важлива сфера застосування озону - знезараження питної води. Зазвичай, воду хлорують. Однак деякі домішки у воді під дією хлору перетворюються сполуки з дуже неприємним запахом. Тому вже давно запропоновано замінити хлор озоном. Озонована вода не набуває стороннього запаху чи смаку; при повному окисленні озоном багатьох органічних сполук утворюються лише вуглекислий газта вода. Очищають озоном та стічні води. Продукти окислення озоном навіть таких забруднювачів як феноли, ціаніди, поверхнево-активні речовини, сульфіти, хлорамини, є нешкідливими сполуками без кольору і запаху. Надлишок озону досить швидко розпадається з утворенням кисню. Однак озонування води обходиться дорожче, ніж хлорування; крім того, озон не можна перевозити, і він повинен проводитись на місці використання.

Озон у атмосфері.

Озона атмосфері Землі трохи - 4 млрд. тонн, тобто. у середньому всього 1 мг/м3. Концентрація озону зростає з видаленням від Землі і досягає максимуму в стратосфері, на висоті 20-25 км - це і є «озоновий шар». Якщо весь озон з атмосфери зібрати біля поверхні Землі при нормальному тиску, Вийде шар товщиною всього близько 2-3 мм. І ось такі малі кількості озону у повітрі фактично забезпечують життя на Землі. Озон створює «захисний екран», що не пропускає до поверхні Землі жорсткі ультрафіолетові сонячні промені, згубні для живого.

В останні десятиліття велика увага приділяється появі так званих «озонових дірок» - областях із значно зменшеним вмістом стратосферного озону. Через такий щит до поверхні Землі доходить більш жорстке ультрафіолетове випромінювання Сонця. Тому вчені давно стежать за озоном у атмосфері. У 1930 р. англійський геофізик С.Чепмен для пояснення постійної концентрації озону в стратосфері запропонував схему з чотирьох реакцій (ці реакції отримали назву циклу Чепмена, в них М означає будь-який атом або молекулу, які забирають надмірну енергію):

О+О+М → О2+М

Про + О3 → 2О2

О3 → О2 + О.

Перша та четверта реакції цього циклу – фотохімічні, вони йдуть під дією сонячної радіації. Для розпаду молекули кисню на атоми потрібно випромінювання з довжиною хвилі менше 242 нм, тоді як озон розпадається при поглинанні світла в ділянці 240-320 нм (остання реакція якраз і захищає нас від жорсткого ультрафіолету, тому що кисень у цій спектральній ділянці не поглинає) . Інші дві реакції термічні, тобто. йдуть без дії світла. Дуже важливо, що третя реакція, що веде до зникнення озону, має енергію активації; це означає, що така реакція може збільшуватися під дією каталізаторів. Як з'ясувалося, основний каталізатор розпаду озону – оксид азоту NO. Він утворюється у верхніх шарах атмосфери з азоту та кисню під дією найжорсткішої сонячної радіації. Потрапляючи в озоносферу, він входить у цикл із двох реакцій O3 + NO → NO2 + O2, NO2 + O → NO + O2, у яких його вміст у атмосфері не змінюється, а стаціонарна концентрація озону знижується. Існують інші цикли, що призводять до зниження вмісту озону в стратосфері, наприклад, за участю хлору:

Cl + O3 → ClO + O2

ClO+O → Cl+O2.

Руйнують озон також пил та гази, які у великій кількості потрапляють в атмосферу при виверженні вулканів. Останнім часом виникло припущення, що озон також ефективно руйнує водень, що виділяється з земної кори. Сукупність всіх реакцій освіти та розпаду озону призводить до того, що середній час життя молекули озону у стратосфері становить близько трьох годин.

Припускають, що, крім природних, існують і штучні чинники, що впливають на озоновий шар. Добре відомий приклад – фреони, які є джерелами атомів хлору. Фреони - це вуглеводні, у яких атоми водню заміщені атомами фтору та хлору. Їх використовують у холодильній техніці та для заповнення аерозольних балончиків. Зрештою, фреони потрапляють у повітря і повільно піднімаються з потоками повітря дедалі вище, досягаючи, нарешті, озонового шару. Розкладаючись під впливом сонячної радіації, фреони самі починають каталітично розкладати озон. Поки не відомо в точності, якою мірою саме фреони винні в «озонових дірах», проте вже давно вживають заходів щодо обмеження їх застосування.

Як показують розрахунки, через 60-70 років концентрація озону у стратосфері може зменшитися на 25%. І одночасно збільшиться концентрація озону в приземному шарі - тропосфері, що теж погано, оскільки озон і продукти його перетворень у повітрі отруйні. Основне джерело озону в тропосфері – перенесення з масами повітря стратосферного озону у нижні шари. Щорічно до приземного шару озону надходить приблизно 1,6 млрд. тонн. Час життя молекули озону в нижній частині атмосфери значно вищий - понад 100 діб, оскільки в приземному шарі менша інтенсивність ультрафіолетового сонячного випромінювання, що руйнує озон. Зазвичай озону у тропосфері дуже мало: у чистому свіжому повітрі його концентрація становить у середньому всього 0,016 мкг/л. Концентрація озону у повітрі залежить тільки від висоти, а й від місцевості. Так, над океанами озону завжди більше, ніж над сушею, тому що там озон розпадається повільніше. Вимірювання в Сочі показали, що повітря біля морського узбережжя містить на 20% більше озону, ніж у лісі за 2 км від берега.

Сучасні люди вдихають значно більше озону, ніж їхні батьки. Основна причина цього – збільшення кількості метану та оксидів азоту в повітрі. Так, вміст метану в атмосфері постійно зростає, починаючи з середини 19 століття коли почалося використання природного газу. У забрудненій оксидами азоту атмосфері метан входить у складний ланцюжок перетворень з участю кисню і водяної пари, результат якої можна виразити рівнянням CH4 + 4O2 → HCHO + H2O + 2O3. В ролі метану можуть виступати й інші вуглеводні, наприклад, що містяться у вихлопних газах автомобілів при неповному згорянні бензину. В результаті в повітрі великих міст за останні десятиліття концентрація озону зросла вдесятеро.

Завжди вважалося, що під час грози концентрація озону у повітрі різко збільшується, оскільки блискавки сприяють перетворенню кисню на озон. Насправді збільшення трохи, причому воно відбувається не під час грози, а за кілька годин до неї. Під час грози і протягом кількох годин після неї концентрація озону знижується. Пояснюється це тим, що перед грозою відбувається сильне вертикальне перемішування повітряних мас, тому додаткова кількість озону надходить з верхніх шарів. Крім того, перед грозою збільшується напруженість електричного поля, і створюються умови для утворення коронного розряду на вістрях різних предметівнаприклад, кінчиків гілок. Це також сприяє утворенню озону. А потім при розвитку грозової хмари під нею виникають потужні висхідні потоки повітря, які і знижують вміст озону безпосередньо під хмарою.

Цікавим є питання про вміст озону в повітрі хвойних лісів. Наприклад, у Курсі неорганічної хімії Г. Ремі можна прочитати, що «озоноване повітря хвойних лісів» – вигадка. Чи так це? Жодна рослина озон, звісно, не виділяє. Але рослини, особливо хвойні, виділяють у повітря безліч летких органічних сполук, у тому числі ненасичених вуглеводнів класу терпенів (їх багато у скипидарі). Так, у спекотний день сосна виділяє за годину 16 мкг терпенів на кожен грам сухої маси хвої. Терпени виділяють не тільки хвойні, а й деякі листяні дерева, серед яких – тополя та евкаліпт. А деякі тропічні дерева здатні виділити за годину 45 мкг терпенів на 1 г сухої маси листя. В результаті за добу один гектар хвойного лісу може виділити до 4 кг органічних речовин, листяного - близько 2 кг. Покрита лісом площа Землі становить мільйони гектарів, і всі вони виділяють на рік сотні тисяч тонн різних вуглеводнів, у тому числі й терпенів. А вуглеводні, як це було показано на прикладі метану, під дією сонячної радіації та у присутності інших домішок сприяють утворенню озону. Як показали досліди, терпеливі у відповідних умовах дійсно дуже активно включаються до циклу атмосферних фотохімічних реакцій з утворенням озону. Тож озон у хвойному лісі – зовсім не вигадка, а експериментальний факт.

Озон та здоров'я.

Як приємно прогулятись після грози! Повітря чисте і свіже, його бадьорі струмені, здається, без жодних зусиль самі втікають у легені. «Озоном пахне, – часто кажуть у таких випадках. – Дуже корисно для здоров'я». Чи так це?

Колись озон, безумовно, вважали за корисне для здоров'я. Але якщо його концентрація перевищує певний поріг, може викликати масу неприємних наслідків. Залежно від концентрації та часу вдихання озон викликає зміни у легенях, подразнення слизових очей та носа, головний біль, запаморочення, зниження кров'яного тиску; озон зменшує опірність організму бактеріальним інфекціям дихальних шляхів. Гранично допустима його концентрація в повітрі становить всього 0,1 мкг/л, а це означає, що озон набагато небезпечніший за хлор! Якщо кілька годин провести у приміщенні при концентрації озону лише 0,4 мкг/л, можуть з'явитися болі, кашель, безсоння, знижується гострота зору. Якщо довго дихати озоном при концентрації більше 2 мкг/л, наслідки можуть бути важчими - аж до заціпеніння та занепаду серцевої діяльності. При вмісті озону 8-9 мкг/л через кілька годин відбувається набряк легень, що загрожує смертельним наслідком. Адже такі мізерні кількості речовини зазвичай важко піддаються аналізу звичайними хімічними методами. На щастя, людина відчуває присутність озону вже при дуже малих концентраціях - приблизно 1 мкг/л, при яких йодкрохмальний папірець ще й не збирається синіти. Одним людям запах озону у малих концентраціях нагадує запах хлору, іншим – сірчистого газу, третім – часнику.

Отруйний не лише сам озон. З його участю в повітрі утворюється, наприклад, пероксиацетилнітрат (ПАН) СН3-СО-ООNО2 - речовина, що надає сильну подразнюючу, у тому числі сльозогінну, дію, що утруднює дихання, а в більш високих концентраціях викликає паралічсерця. ПАН - один з компонентів, що утворюється влітку в забрудненому повітрі так званого фотохімічного смогу (це слово утворене від англійського smoke - дим і fog - туман). Концентрація озону може досягати 2 мкг/л, що у 20 разів більше гранично допустимої. Слід також врахувати, що спільна дія озону та оксидів азоту в повітрі в десятки разів сильніша, ніж кожна речовина нарізно. Не дивно, що наслідки виникнення такого смогу в великих містахможуть бути катастрофічними, особливо якщо повітря над містом не продувається протягами і утворюється застійна зона. Так, у Лондоні в 1952 році від смогу протягом декількох днів загинуло понад 4000 осіб. А зміг у Нью-Йорку у 1963 вбив 350 людей. Аналогічні історії були у Токіо, інших великих містах. Страждають від атмосферного озону не лише люди. Американські дослідники показали, наприклад, що в областях з підвищеним вмістом озону в повітрі час служби автомобільних шин та інших виробів із гуми значно зменшується.

Як зменшити вміст озону у приземному шарі? Зменшити надходження в атмосферу метану навряд чи реалістично. Залишається інший шлях – зменшити викиди оксидів азоту, без яких цикл реакцій, що призводять до озону, не може йти. Шлях це теж непростий, оскільки оксиди азоту викидаються як автомобілями, а й (головним чином) тепловими електростанціями.

Джерела озону – не лише на вулиці. Він утворюється в рентгенівських кабінетах, в кабінетах фізіотерапії (його джерело - ртутно-кварцові лампи), при роботі копіювальної техніки (ксероксів), лазерних принтерів(Тут причина його утворення – високовольтний розряд). Озон - неминучий супутник виробництва пергідролю, аргонодугового зварювання. Для зменшення шкідливої дії озону необхідне обладнання витяжки ультрафіолетових ламп, хороше провітрювання приміщення.

І все-таки навряд чи правильно вважати озон, безумовно, шкідливим для здоров'я. Все залежить від його концентрації. Як показали дослідження, свіже повітря дуже слабко світиться у темряві; причина свічення – реакції окислення за участю озону. Світло спостерігали і при струшуванні води в колбі, в яку був попередньо напущений озонований кисень. Це світіння завжди пов'язане з присутністю у повітрі або воді невеликих кількостей органічних домішок. При змішуванні свіжого повітря з людиною, що видихається, інтенсивність світіння підвищувалася в десятки разів! І це не дивно: у повітрі, що видихається, виявлені мікродомішки етилену, бензолу, оцтового альдегіду, формальдегіду, ацетону, мурашиної кислоти Вони й «висвічуються» озоном. У той самий час «несвіжий», тобто. повністю позбавлений озону, хоч і дуже чисте, повітря світіння не викликає, а людина його відчуває як «затхлий». Таке повітря можна порівняти з водою, що дистилює: вона дуже чиста, практично не містить домішок, а пити її шкідливо. Так що повна відсутність у повітрі озону, мабуть, теж несприятлива для людини, оскільки збільшує вміст у ньому мікроорганізмів, призводить до накопичення шкідливих речовин та неприємних запахів, які озон руйнує. Таким чином, стає зрозумілою необхідність регулярного і тривалого провітрювання приміщень, навіть якщо в ньому немає людей: озон, що потрапив до кімнати, довго в ній не затримується - частково він розпадається, а значною мірою осідає (адсорбується) на стінках та інших поверхнях. Скільки має бути озону в приміщенні, поки що сказати важко. Однак у мінімальних концентраціях озон, ймовірно, необхідний та корисний.

Таким чином, озон це міна уповільненої дії. Якщо його правильно використовувати, то він служитиме людству, але варто його почати використовувати не за призначенням, як це миттєво призведе до глобальної катастрофи і Земля перетвориться на таку планету як Марс.

Озон вважається за корисний газ. У малих дозах він покращує метаболізм білків, жирів та вуглеводів, транспорт кисню в крові, периферичний кровообіг, стимулює імунітет, сприяє виробленню біологічно активних речовин. Екологи тривожно налаштовані щодо озонових дірок. Але мало хто звертає увагу на цей газ, присутній у повсякденному житті.

При випадковому вдиханні його великої кількості легко отримати отруєння. Де можна зіткнутися із токсичною кількістю озону? Що це за речовина? Які симптоми виникають при отруєнні? Як лікувати і як запобігти інтоксикації?

Де можна зіткнутися з токсичними дозами озону

Основною причиною згубного впливу O 3 на звичайну людину є вихлопні гази та промислові викиди, що містять леткі вуглеводні та інші речовини. У сонячні дні, коли рівень радіації в атмосфері підвищується, оксиди азоту вуглеводневі гази починають перетворюватися на озон. Спекотного літа не тільки у великих містах, а й у приміських зонах концентрація озону в повітрі перевищує допустимі норми в 10 разів.

До впливу озону схильні також люди, які працюють на виробництві, де використовуються озонатори. Особливо часто отруєння отримує персонал. У ракетобудівній промисловості застосовується рідкий озон як окислювач.

Озон - чудовий окислювач, тому він широко використовується не тільки в промисловості, а й у медицині з метою дезінфекції приміщень, одягу, матеріалів.

У XXI столітті було випущено побутові озонатори, які може придбати кожна людина у свій будинок. Виробники позиціонують їх як дезінфектори для підвалів, житлових приміщень (наприклад, після вірусних захворювань членів сім'ї), складів і т. д. Але про побічні ефекти, запобіжні заходи пишуть не завжди, а користувачі часто ігнорують цю інформацію, внаслідок чого отруєння озоном трапляються та у побуті.

Існує такий розділ медицини, як озонотерапія, де ця речовина застосовується зовнішньо, внутрішньо, внутрішньовенно. Ефективність методів була доведена клінічно. Натомість доведено канцерогенну та токсичну його дію при введенні парентерально. У більшості країн озонотерапія не визнається традиційною медициною, і застосовувати її можна лише за письмовою згодою пацієнта.

Що таке озон

Озон – що це за газ? Це природний газ, що складається із трьох молекул кисню (O 3). Він утворюється у верхніх шарах атмосфери під дією сонячних променів з O2 та атомарного кисню. Газ має специфічний запах – його можна відчути під час грози.

Озон залежно від агрегатного стану, температури та тиску має здатність змінювати колір. За звичайних умов газ має фіолетовий відтінок. При підвищенні атмосферного тиску він темніє і перетворюється на синюватий. У рідкому стані він темно-синій, а твердий – практично чорний.

Озонові молекули нестійкі і, утворившись в атмосфері, через десяток хвилин він перетворюється на звичайний кисень.

Озон - це газ, що має властивості сильного окислювача. Він здатний окислювати майже всі хімічні елементи, які є металами чи немає таких властивостей.

Шкідливий чи корисний газ озон для людини? Спочатку розглянемо позитивну дію цієї речовини.

Озоновий шар захищає Землю від згубного впливу сонячної радіації.
Чинить лікувальну дію, вбиваючи мікроби (бактерії, віруси, гриби).
Удосконалює процес дихання у живих організмах, периферичний рух крові.
Знижує згортання крові.
Чинить антиоксидантну дію.
Запускає синтез біологічно активних речовин у організмі.
Стимулює кровотворення та імунну систему.
Здатний зменшувати болючі відчуття, виводити токсини з організму.

Така дія на людину газу озону спостерігається при нормальній дозі. Тепер розберемося, яку дозу можна вважати нормальною.

ВООЗ встановила гранично допустимі концентрації цієї речовини у повітрі:

для житлової зони до 30 мкг/м3;
для промислової - до 100 мкг/м3;
разова максимальна доза – 0,16 мг/м³.

Насправді рівень O 3 у повітрі перевищує гранично допустимий рівень у кілька разів. А за сонячної спекотної погоди і в 10 разів. Чим більша задимленість міського повітря, тим більше озону в ньому міститься в спеку. Іноді в літній часу густонаселених мегаполісах може спостерігатись концентрація 1 тис. мкг/м 3 .

Вплив на людину

Чи шкідливий озон для людини? Озон відноситься до вищого класу токсичності.Йому поступаються навіть хлор та синильна кислота. Симптоми отруєння озоном виникають унаслідок:

Ознаки отруєння озоном виникають практично відразу після контакту. Потрапляючи в дихальні шляхи, він викликає першіння в горлі, відчуття печіння та болю за грудиною, утруднення дихання, головний біль. Потім людина відчуває, що їй складно зробити глибокий вдих, тому дихання стає уривчастим, частим, поверховим. При більш тривалому впливі у бронхах та альвеолах настають структурні зміни. Виникає бронхіт, пневмонія, емфізема, бронхоспазм у здорових людейабо загострення бронхіальної астми у хворих на це захворювання. Об'єм дихання зменшується. Відстроченими ефектами дії озону є неврологічні порушення (розсіяність, зниження уваги).

Впливаючи на очі, озон викликає сльозотечу, різі, біль у власних очах, іноді втрату зору.

При систематичному контакті порушуються як дихальні функції. Виникає анемія, порушення згортання, кровотечі та крововиливу, підвищується артеріальний тиск, з'являються захворювання серця та нирок, знижується секреторна здатність шлунка. Страждають і окислювальні процеси. Шкідливі радикали циркулюють по всьому організму, ушкоджуючи клітини. O 3 підвищує можливість передчасної смерті від захворювань серця.

Отруйний газ озон є канцерогеном. Він надає шкідливу дію на дезоксирибонуклеїнову кислоту клітин, викликаючи мутації.

У виробничих умовах можливий контакт із рідким O 3 . У цьому випадку виникають глибокі обмороження, оскільки температура кристалізації близька до –200 °C.

Перша допомога при отруєнні

Лікування отруєння озоном насамперед має полягати у наданні невідкладної допомоги потерпілому. Перша допомога при отруєнні цим газом полягає:

За будь-якого ступеня отруєння потрібно звернутися за медичною допомогою!

Під час обмороження рідким озоном одяг у місці контакту не можна знімати. Можна лише рясно промити рану водою.

При ураженні очей їх слід промити великою кількістю води.

Профілактика

Як виключити шкідливий вплив на організм озону? Для цього потрібно намагатися не перебувати на загазованій вулиці у спекотний денний час. Не займатися спортом у містах на відкритому повітрі сонячний годинник. Краще робити це вранці чи ввечері у закритих приміщеннях чи заміській зоні.

На виробництві має бути забезпечена адекватна приточно-витяжна вентиляція(Витяжка) на робочих місцях. Повинні використовуватися захисні пристрої, датчики рівня озону, герметичність ємностей. Час перебування в зоні контакту має бути обмеженим.

Побутові озонатори слід купувати тільки у надійного перевіреного виробника, який надає чітку інструкцію до товару, дає гарантію на нього, вказує запобіжні заходи при роботі з ним.

Така нешкідлива і навіть корисна на перший погляд речовина може виявитися дуже отруйною. Отруєння озоном може мати тяжкі наслідки не тільки для органів дихання, але і для репродуктивної, нервової, серцево-судинної системи. Озон – відомий канцероген. Його тривала дія призводить до виникнення ракових пухлин в організмі. Всім, а особливо тим, хто контактує з озоном у промисловості, слід знати основні симптоми отруєння та вміти надати першу допомогу потерпілому.

Прийнято розрізняти два види озону:

- тропосферний озон , що утворюється у нижніх шарах атмосфери Землі нижче 8-12 км. На тропосферний озон припадає близько 10% атмосферного озону.

- стратосферний озон , що утворюється у верхніх шарах атмосфери Землі понад 12 км.

Концентрація озону в атмосферідуже незначна: до однієї тисячної частки відсотка загального обсягу атмосфери Землі (до 0,001 %).

Озоновий шар (озоносфера) - це область атмосфери Землі, в якій відбувається активне утворення озону. Озоносфера починається лише на рівні 10-12 км від Землі і простягається до висот 50-55 км, але найбільше озону міститься на висоті близько 25 км.

Однак навіть у зоні найбільшої концентрації озону в атмосферізнаходиться трохи більше 5-10 молекул озону на мільйон молекул повітря.

Якщо зібрати весь озон, що у вертикальному стовпі атмосфери при тиску 760 мм рт. ст. і температурі 0°С, то вийде шар завтовшки всього 3 мм.

За різних умов кількість озону в атмосфері може змінюватися приблизно в 2 рази, тому висота однорідної атмосфери озону може становити то 0.2, то 0.4 см.

Концентрація озону в атмосфері та розподіл озонового шару над поверхнею Землі.

Озоносфера охоплює всю планету, але розподіл озонового шару над поверхнею Землі є нерівномірним. Утворення більшої частини озону відбувається над екватором, а в бік полюсів 3 переноситься повітряними течіями. Але якщо поглянути на карту розподілу озонового шару широтами Землі, ми побачимо, що саме над екваторіальними широтами вміст озону в атмосфері мінімальний.

На планеті чітко виділяється тропічна область недостатнього вмісту озону у зоні від 35° пн. ш. до 35 ° пд. ш., де середня наведена товщина шару О 3 близько 0,26 см. На північ і південь від неї товщина шару більше – 0,35 см. Тобто товщина озонового шару (концентрація озону в атмосфері) зростає у напрямку до полюсів.

Кількість озону відносно велика в північних полярних широтах, далі зменшується на південь, порівняно мало області між 35 с.ш. і 35 пд.ш., потім наростає, і вторинний максимум припадає на 50 - 60 пд.ш. Над Антарктидою планується новий "провал".

Найбільша концентрація озону в атмосфері посідає такі широти:

У Північній півкулі на широті 65-75 °

У Південній півкулі на широті 50-60 °

Чому так відбувається?

Чому над екватором озоновий шар тонший, концентрація озону в атмосфері менша?

Адже, здавалося б, цілком логічно припустити, що озона має бути більшим там, де він і утворюється. Для пояснення цього феномена є кілька причин. Розглянемо їх докладніше.

Причиною малої концентрації озону над екваторіальними широтами є швидке розпад молекули озону. Час життя молекули озону тут становить лише кілька годин.

Це пов'язано, насамперед, із високою інтенсивністю сонячного випромінювання у високих шарах атмосфери екваторіальних широт. Ультрафіолетове випромінювання розбиває молекули озону, а також озон руйнується внаслідок реакції з атомарним киснем.

Озон, що залишився, з-за більшої щільності опускається в нижні шари атмосфери і повітряними течіями переноситься у напрямку до полюсів Землі. Тут час життя молекули озону вже значно вищий – близько 100 днів.

Таким чином, концентрація озону в атмосфері над екватором виходить нижчою, ніж над полярними широтами.

Це правило (збільшення концентрації озону від тропічних до полярних областей і від більш високих шарів до нижчих) називається принципами Дютша-Добсона і Добсона-Норманда відповідно.

2. Концентрація озону в атмосфері залежно від пори року.

У попередньому пункті ми розглянули зміну концентрації озону в атмосфері, залежно від географічної широти. Але на концентрацію озону впливає також і пора року. Особливо це помітно у полярних широтах, у середніх широтах максимум (0.43 см) припадає на березень, а мінімум (0.27 см) – на жовтень.

Взагалі, незалежно від широти, максимум вмісту озону в атмосфері посідає кінець зими та весну, а мінімум – на осінь та початок зими. Але з просуванням на північ і південь наступ максимуму відсувається більш пізні місяці. Наприклад, в Алма-Аті максимум товщини озонового шару спостерігається у лютому, у Санкт-Петербурзі – у березні, на о. Діксон – у травні.

Максимальне значення концентрації озону в атмосфері, зареєстроване на земній кулі, становить 0.76 см (це рекордне значення зареєстроване на острові Кергелен 20 жовтня 1967), а мінімальне значення (в "озонних дірах") дорівнює 0.09 см.

3. Концентрація озону в атмосфері, залежно від часу доби.

Концентрація озону в атмосфері може змінюватися більш-менш випадковим чином протягом доби та амплітуда цих змін можна порівняти з амплітудою широтних та сезонних варіацій.

Міждобові зміни вмісту озону можуть бути дуже великі. Так, на озонометричній станції на острові Кергелен у 1968 році були отримані такі дані: 22 березня – 0.583 см; 23 березня – 0.749 см; 25 березня – 0.283 см.

Це була стаття про концентрацію озону в атмосфері Землі та межі озонового шару. Читайте далі:Значення озонового шару Землі – озоносфера. Вплив ультрафіолетових променів Сонця на людину та інші живі організми.

ОЗОН (О 3) - алотропна модифікація кисню, його молекула складається з трьох атомів кисню і може існувати у всіх трьох агрегатних станах. Молекула озону має кутову структуру у формі рівнобедреного трикутника з вершиною 127 o . Однак замкнутого трикутника не утворюється, а молекула має будову ланцюга з 3 атомів кисню з відстанню між ними 0,224 нм. Відповідно до цієї молекулярної структури дипольний моментскладає 0,55 дебай. В електронній структурі молекули озону є 18 електронів, які утворюють мезомерностабільну систему, що існує у різних прикордонних станах. Прикордонні іонні структури відбивають дипольний характер молекули озону і пояснюють його специфічне реакційне поведінка проти киснем, який утворює радикал із двома неспареними електронами. Молекула озону складається із трьох атомів кисню. Хімічна формула цього газу – O 3 Реакція утворення озону: 3O 2 + 68 ккал/моль (285 кДж/моль) ⇄ 2O 3 Молекулярна маса озону – 48 При кімнатній температурі озон – це безбарвний газ із характерним запахом. Запах озону відчувається при концентрації 10 -7 М. У рідкому стані озон це темно синій колірз температурою плавлення -192,50 С. Твердий озон є кристалами чорного кольору з температурою кипіння -111,9 гр.С. За температури 0 гр. та 1 атм. = 101,3 кПа густина озону становить 2,143 г/л. У газоподібному стані озон діамагнітний і виштовхується з магнітного поля, в рідкому слабопарамагнітний, тобто. має власне магнітне поле і втягується в магнітне поле.

Хімічні властивості озону

Молекула озону нестійка і при достатніх концентраціях у повітрі при нормальних умовахмимовільно перетворюється на двоатомний кисень з виділенням тепла. Підвищення температури та зниження тиску збільшують швидкість розкладання озону. Контакт озону навіть із малими кількостями органічних речовин, деяких металів чи їх оксидів різко прискорює перетворення. Хімічна активність озону дуже велика, це сильний окислювач. Він окислює майже всі метали (за винятком золота, платини та іридію) та багато неметалів. Продуктом реакції переважно є кисень. Озон розчиняється у воді краще, ніж кисень, утворюючи нестійкі розчини, причому швидкість його розкладання в розчині в 5 -8 разів вище, ніж у газовій фазі, ніж у газовій фазі (Розумовський С.Д., 1990). Це зумовлено, мабуть, не специфікою конденсованої фази, яке реакціями з домішками і іоном гідроксилу, оскільки швидкість розпаду дуже чутлива до вмісту домішок і рН. Розчинність озону у розчинах хлориду натрію підпорядковується закону Генрі. Зі збільшенням концентрації NaCl в водному розчинірозчинність озону зменшується (Таруніна В.М. та співавт., 1983). Озон має дуже високу спорідненість до електрону (1,9 еВ), як і зумовлює його властивості сильного окислювача, що перевищує лише фтором (Разумовський С.Д., 1990).

Біологічні властивості озону та його вплив на організм людини

Висока здатність окислювати і те, що в багатьох хімічних реакціях, що протікають за участю озону, утворюються вільні радикали кисню, роблять цей газ вкрай небезпечним для людини. Як газоподібний озон впливає на людину:

Дратує та пошкоджує тканини органів дихання;
Впливає на холестерин у крові людини, утворюючи нерозчинні форми, що призводить до атеросклерозу;
Довге перебування у середовищі з підвищеною концентрацією озону може спричинити чоловіче безпліддя.

У Російській Федерації озон віднесений до першого, найвищого класу небезпеки шкідливих речовин. Нормативи по озону:

Максимальна разова гранично допустима концентрація (ГДК м.р.) в атмосферному повітрі населених місць 0,16 мг/м3
Середньодобова гранично допустима концентрація (ГДК с.с.) – 0,03 мг/м 3
Гранично допустима концентрація (ГДК) у повітрі робочої зони – 0,1 мг/м 3 (при цьому поріг людського нюху приблизно дорівнює 0,01 мг/м 3 ).

Високу токсичність озону, а саме – його здатність ефективно вбивати плісняву та бактерії, використовують для дезінфекції. Застосування озону замість дезінфекції на основі хлору дозволяє істотно скоротити забруднення навколишнього середовища хлором, небезпечним, серед іншого, і для стратосферного озону. Стратосферний озон відіграє роль захисного екрану для живого на землі, перешкоджаючи проникненню до поверхні Землю жорсткого ультрафіолетового випромінювання.

Шкідливі та корисні властивості озону

Озон є у двох шарах атмосфери. Тропосферний чи приземний озон, що у найближчому до Землі шарі атмосфери-в тропосфері – небезпечний. Він шкідливий і людини, й інших живих організмів. Він згубно впливає на дерева, посіви сільськогосподарських культур. Крім того, тропосферний озон-один із головних „інгредієнтів“ міського смогу. У той же час стратосферний озон дуже корисний. Руйнування утвореного ним озонового шару (озонового екрану) призводить до того, що потік ультрафіолетового випромінювання на земну поверхню збільшується. Через це зростає кількість захворювань на рак шкіри (у тому числі найбільш небезпечного його виду-меланоми), випадків катаракти. Вплив жорсткого ультрафіолету послаблює імунітет. Надмірне УФ-випромінювання може також стати проблемою для сільського господарства, оскільки посіви деяких культур надзвичайно чутливі до ультрафіолету. У той самий час слід пам'ятати, що озон – отруйний газ, і лише на рівні земної поверхні є шкідливим забруднювачем. Влітку через інтенсивне сонячне випромінювання та спеку в повітрі утворюється особливо багато шкідливого озону.

Взаємодія озону та кисню один з одним. Подібності та відмінності.

Озон – алотропна форма кисню. Алотропія – існування однієї й тієї ж хімічного елемента як двох і простіших речовин. В даному випадку і озон (O3) і кисень (O 2) утворені хімічним елементом О. Отримання озону з кисню Як правило, вихідною речовиною для одержання озону виступає молекулярний кисень (O 2), а сам процес описується рівнянням 3O 2 → 2O 3 . Ця реакція ендотермічна і легко оборотна. Для усунення рівноваги у бік цільового продукту (озону) застосовуються певні заходи. Один із способів одержання озону – використання дугового розряду. Термічна дисоціація молекул різко зростає із зростанням температури. Так, за Т=3000К - вміст атомарного кисню становить ~10 %. Температуру кілька тисяч градусів можна отримати за допомогою дугового розряду. Однак при високій температурі озон розкладається швидше за молекулярний кисень. Щоб запобігти цьому, можна змістити рівновагу, спочатку нагріваючи газ, а потім різко його охолодивши. Озон у цьому випадку-проміжний продукт при переході суміші O 2 +O до молекулярного кисню. Максимальна концентрація O 3 яку можна отримати при такому способі виробництва досягає 1%. Цього достатньо більшості промислових цілей. Окисні властивості озонуОзон - потужний окислювач, набагато реакційніший порівняно з двоатомним киснем. Окислює майже всі метали та багато неметалів з утворенням кисню: 2 Cu 2+ (aq) + 2 H 3 O + (aq) + O 3(g) → 2 Cu 3+ (aq) + 3 H 2 O (1) + O 2(g) Озон може брати участь у реакціях горіння, температура горіння при цьому вище, ніж при горінні в атмосфері двоатомного кисню: 3 C 4 N 2 + 4 O 3 → 12 CO + 3 N 2 Стандартний потенціал озону дорівнює 2.07 В, тому молекула озону нестійка і мимоволі перетворюється на кисень із тепла. При невеликих концентраціях озон розкладається повільно, при високих з вибухом, т.к. його молекула має надмірну енергію. Нагрівання та контакт озону з незначною кількістю органічних речовин (гідроокису, перекису, метали змінної валентності, їх окисли) різко прискорює перетворення. Навпаки, присутність невеликих кількостей азотної кислоти стабілізує озон, а в судинах зі скла та деяких пластмас або чистих металів озон при -78 0 C практично розкладається. Спорідненість озону до електрона дорівнює 2 ев. Такою сильною спорідненістю має тільки фтор та його окисли. Озон окислює всі метали (за винятком золота та платинових), а також більшість інших елементів. Хлор бере участь у реакціях з озоном із утворенням гіпохлору ОCL. Реакції озону з атомарним воднем є джерелом утворення гідроксильних радикалів. Озон має максимум поглинання в УФ-області при довжині хвилі 253,7 нм з молярним коефіцієнтом екстинції: E = 2900 На підставі цього УФ-фотометричне визначення концентрації озону разом з йодо-метричним титруванням прийнято за міжнародні стандарти. Кисень, на відміну від озону, реакцію з KI не вступає.

Розчинність озону та його стабільність у водних розчинах

Швидкість розкладання озону в розчині в 5-8 разів вища, ніж у газовій фазі. Розчинність озону у воді у 10 разів вища, ніж кисню. За даними різних авторів величина коефіцієнта розчинності озону у воді коливається від 0,49 до 0,64 мл озону/мл води. У ідеальних термодинамічних умовах рівновага підпорядковується закону Генрі, тобто. концентрація насиченого розчину газу пропорційна його парціальному тиску. C S = B × d × Рі де: С S — концентрація насиченого розчину у воді; d - маса озону; Pi - парціальний тиск озону; B - коефіцієнт розчинення; Виконання закону Генрі для озону як метастабільного газу є умовним. Розпад озону у газовій фазі залежить від парціального тиску. У водному середовищімають місце процеси, що виходять за сферу дії закону Генрі. Замість нього в ідеальних умовах діє закон Gibs-Dukem-Margulesdu. У практиці прийнято виражати розчинність озону у воді через співвідношення концентрації озону в рідкому середовищі до концентрації озону в газовій фазі: Насичення озоном залежить від температури та якості води, оскільки органічні та неорганічні домішки змінюють рН середовища. За однакових умов у водопровідній воді концентрація озону становить 13 mg/l, у бідистильованій воді – 20 mg/l. Причиною цього є значний розпад озону через різні іонні домішки у питній воді.

Розпад озону та період напіврозпаду (т 1/2)

У водному середовищі розпад озону залежить від якості води, температури і рН середовища. Підвищення рН середовища прискорює розпад озону та знижує при цьому концентрацію озону у воді. Аналогічні процеси відбуваються у разі підвищення температури. Період напіврозпаду озону в бідистильованій воді становить 10 годин, демінералізованій воді - 80 хвилин; у дистильованій воді - 120 хвилин. Відомо, що розкладання озону у воді є складним процесом реакцій радикальних кіл: Максимальна кількість озону у водному зразку спостерігається протягом 8-15 хвилин. Через 1 годину у розчині відзначаються лише вільні радикали кисню. Серед них найважливішим є гідроксильний радикал (ОН') (Staehelin G., 1985), і це необхідно брати до уваги при використанні озонованої води з терапевтичною метою. Оскільки у клінічній практиці знаходять застосування озонована вода та озонований фізіологічний розчин, нами проведено оцінку цих озонованих рідин залежно від концентрацій, що використовуються у вітчизняній медицині. Основними методами аналізу стали йодометричне титрування та інтенсивність хемілюмінесценції з використанням приладу біохемілюмінометра БХЛ-06 (виробництво Нижній Новгород) (Конторщикова К. Н., Перетягін С. П., Іванова І. П. 1995). Явище хемілюмінесценції пов'язане з реакціями рекомбінації вільних радикалів, що утворюються під час розкладання озону у воді. При обробці 500 мл бі- або дистильованої води барботуванням озоно-кисневої газової сумішшю з концентрацією озону в межах 1000-1500 мкг/л та швидкістю потоку газу 1 л/хв протягом 20 хвилин хемілюмінесценція виявляється протягом 160 хвилин. Причому в бідистильованій воді інтенсивність свічення істотно вища, ніж у дистильованій, що пояснюється наявністю домішок, що гасять свічення. Розчинність озону у розчинах NaCl підпорядковується закону Генрі, тобто. зменшується із збільшенням концентрації солей. Фізіологічний розчин обробляли озоном з концентрацією 400, 800 та 1000 мкг/л протягом 15 хвилин. Загальна інтенсивність світіння (mv) збільшувалася зі зростанням концентрації озону. Тривалість свічення становить 20 хвилин. Це більш швидкої рекомбінацією вільних радикалів і звідси гасінням світіння з допомогою наявності у фізіологічному розчині домішок. Незважаючи на високий окисний потенціал, озон має високу селективність, яка обумовлена полярною будовою молекули. Миттєво реагують з озоном сполуки, що містять вільні подвійні зв'язки (-=С-). В результаті чутливими до дії озону є ненасичені жирні кислоти, ароматичні амінокислоти та пептиди, що насамперед містять SH-групи. За даними Криге (1953) (цит. за Vieban R. 1994), первинним продуктом взаємодії молекули озону з біоорганічними субстратами є 1-3 диполярна молекула. Ця реакція є основною при взаємодії озону з органічними субстратами при рН< 7,4. Озонолиз проходит в доли секунды. В растворах скорость этой реакции равна 105 г/моль·с. В первом акте реакции образуется пи-комплекс олефинов с озоном. Он относительно стабилен при температуре 140 0 С и затем превращается в первичный озонид (молозонид) 1,2,3-триоксалан. Другое возможное направление реакции — образование эпоксидных соединений. Первичный озонид нестабилен и распадается с образованием карбоксильного соединения и карбонилоксида. В результате взаимодействия карбонилоксида с карбонильным соединением образуется биполярный ион, который затем превращается во вторичный озонид 1,2,3 — триоксалан. Последний при восстановлении распадается с образованием смеси 2-х карбонильных соединений, с дальнейшим образованием пероксида (I) и озонида (II). Озонирование ароматических соединений протекает с образованием полимерных озонидов. Присоединение озона нарушает ароматическое сопряжение в ядре и требует затрат энергии, поэтому скорость озонирования гомологов коррелирует с энергией сопряжения. Озонирование насушенных углеводородов связано с механизмом внедрения. Озонирование серо- и азотосодержащих органических соединений протекает следующим образом: Озониды обычно плохо растворимы в воде, но хорошо в органических растворителях. При нагревании, действии переходных металлов распадаются на радикалы. Количество озонидов в органическом соединении определяется йодным числом. Йодное число — масса йода в граммах, присоединяющееся к 100 г органического вещества. В норме для жирных кислот йодное число составляет 100-400, для твердых жиров 35-85, для жидких жиров — 150-200. Впервые озон, как антисептическое средство был опробован A. Wolff еще в 1915 во время первой мировой войны. Последующие годы постепенно накапливалась информация об успешном применении озона при лечении различных заболеваний. Однако длительное время использовались лишь методы озонотерапии, связанные с прямыми контактами озона с наружными поверхностями и различными полостями тела. Интерес к озонотерапии усиливался по мере накопления данных о биологическом действии озона на организм и появления сообщений из различных клиник мира об успешном использовании озона при лечении целого ряда заболеваний. История медицинского применения озона начинается с XIX века. Пионерами клинического применения озона были западные ученые Америки и Европы, в частности, C. J. Kenworthy, B. Lust, I. Aberhart, Е. Payer, E. A. Fisch, Н. Н. Wolff и другие. В России о лечебном применении озона было известно мало. Только в 60-70 годы в отечественной литературе появилось несколько работ по ингаляционной озонотерапии и по применению озона в лечении некоторых кожных заболеваний, а с 80-х годов в нашей стране этот метод стал интенсивно разрабатываться и получать более широкое распространение. Основы для фундаментальных разработок технологий озонотерапии были во многом определены работами Института химической физики АМН СССР. Книга «Озон и его реакции с органическими веществами» (С. Д. Разумовский, Г. Е. Зайков, Москва, 1974 г.) явилась отправной точкой для обоснования механизмов лікувальної діїозону у багатьох розробників. У світі широко діє Міжнародна озонова асоціація (IOA), яка провела 20 міжнародних конгресів, а з 1991 року у роботі цих конгресів беруть участь і наші лікарі та науковці. Цілком по-новому сьогодні розглядаються проблеми прикладного використання озону, а саме в медицині. У терапевтичному діапазоні концентрацій і доз озон виявляє властивості потужного біорегулятора, засоби, здатного багато в чому посилити методи традиційної медицини, а найчастіше виступати як засіб монотерапії. Застосування медичного озонупредставляє якісно нове вирішення актуальних проблем лікування багатьох захворювань. Технології озонотерапії використовуються в хірургії, акушерстві та гінекології, стоматології, неврології, при терапевтичній патології, інфекційних хворобах, дерматології та венеричних хворобах та цілій низці інших захворювань. Для озонотерапії характерна простота виконання, висока ефективність, хороша переносимість, практична відсутність побічних процесів, вона економічно вигідна. Лікувальні властивості озону при захворюваннях різної етіології ґрунтуються на його унікальній здатності впливати на організм. Озон у терапевтичних дозах діє як імуномодулюючий, протизапальний, бактерицидний, противірусний, фунгіцидний, цитостатичний, антистресовий та аналгезуючий засіб. Його здатність активно коригувати порушений кисневий гомеостаз організму відкриває великі перспективи для відновлювальної медицини. Широкий спектр методичних можливостей дозволяє з великою ефективністю використовувати лікувальні властивості озону для місцевої та системної терапії. В останні десятиліття на передній план вийшли методи, пов'язані з парентеральним (внутрішньовенним, внутрішньом'язовим, внутрішньосуглобовим, підшкірним) введенням терапевтичних доз озону, лікувальний ефект яких пов'язаний здебільшого з активізацією різних систем життєдіяльності організму. Киснево-озонова газова суміш при високих (4000 - 8000 мкг/л) концентраціях в ній озону ефективна при обробці сильно інфікованих ран, що погано гояться, гангрені, пролежнів, опіків, грибкових ураженнях шкіри і т.п. Озон у високих концентраціях можна також використовувати як кровоспинний засіб. Низькі концентрації озону стимулюють репарацію, сприяють епітелізації та загоєнню. У лікуванні колітів, проктитів, свищів та інших захворювань кишечника використовують ректальне введення киснево-озонової газової суміші. Озон, розчинений у фізіологічному розчині, успішно застосовують при перитоніті для санації черевної порожнини, а озоновану дистильовану воду у щелепній хірургії та ін. Для внутрішньовенного введення використовується озон, розчинений у фізіологічному розчині або в крові хворого. Піонерами Європейської школи було висловлено постулююче положення про те, що головною метою озонотерапіїє: «Стимуляція та реактивація кисневого метаболізму без порушення окислювально-відновних систем»,- це означає, що при розрахунку дозувань на сеанс або курс, озонотерапевтична дія повинна знаходитися в межах, в яких ферментативно вирівнюються радикальні кисневі метаболіти або надмірно отриманий пероксид» .Ріллінг, Р. Фібан 1996 у кн. Практика озонотерапії).У зарубіжній медичній практиці для парентерального введення озону використовуються переважно велика і мала аутогемотерапії. При проведенні великої аутогемотерапії, взята у пацієнта кров ретельно поєднується з певним обсягом киснево-озонової газової суміші, і відразу ж краплинно вводиться назад у вену того ж пацієнта. При малій аутогемотерапії озонована кров вводиться внутрішньом'язово. Терапевтична доза озону у разі витримується з допомогою фіксованих обсягів газу та концентрації озону у ньому.

Наукові досягнення вітчизняних вчених стали регулярно доповідатись на міжнародних конгресах та симпозіумах

1991 р. – Куба, Гавана,
1993 р. – США Сан-Франциско,
1995 р. - ФранціяЛілль,
1997 р. – Японія, Кіото,
1998 р. – Австрія, Зальцбург,
1999р. - Німеччина, Баден-Баден,
2001 р. – Англія, Лондон,
2005 р. – Франція,Страсбург,
2009 р. – Японія, Кіото,
2010 р. - Іспанія, Мадрид
2011 р. Туреччина (Стамбул), Франція (Париж), Мексика (Канкун)
2012р. - Іспанія Мадрид

Науковими центрами розробок озонотерапії в Росії стали клініки міст Москви та Нижнього Новгорода. Незабаром до них приєдналися вчені з Воронежа, Смоленська, Кірова, Новгорода, Єкатеринбурга, Саранська, Волгограда, Іжевська та інших міст. Поширенню технологій озонотерапії безумовно сприяло регулярне проведення Всеросійських науково-практичних конференцій з міжнародною участю, що організуються з ініціативи Асоціації російських озонотерапевтів з 1992 року в м. Н. Новгород, які збирають фахівців з усіх куточків країни.

Всеросійські науково-практичні конференції з Міжнародною участю з озонотерапії

I – «ОЗОН В БІОЛОГІЇ І МЕДИЦІНІ» – 1992 р., Н.Новгород II – «ОЗОН В БІОЛОГІЇ І МЕДИЦІНІ» – 1995 р., Н.Новгород III – «ОЗОН І МЕТОДИ ЕФЕРЕНТНОЇ ТЕРАПІЇ» – 1998 р., Н.Новгород IV – «ОЗОН І МЕТОДИ ЕФЕРЕНТНОЇ ТЕРАПІЇ» – 2000 р., Н.Новгород V – «ОЗОН В БІОЛОГІЇ І МЕДИЦІНІ» – 2003 р., Н.Новгород VI – «ОЗОН У БІОЛОГІЇ І МЕДИЦІНІ» – 2005 р., Н.Новгород«I Конференція з озонотерапії Азіатсько-Європейського союзу озонотерапевтів та виробників медобладнання» – 2006 р., Велике Болдине, Нижегородська область VII – «ОЗОН В БІОЛОГІЇ І МЕДИЦІНІ» – 2007 р., Н.НовгородУ111 – «Озон, активні форми кисню та методи інтенсивної терапії в медицині» - 2009, м.Н.Новгород До 2000 р. Російська школа озонотерапії остаточно сформувала свій, який відрізняється від Європейського, підхід до застосування озону як лікувального засобу. Головні відмінності – широке використання фізіологічного розчину як носій озону, застосування значно нижчих концентрацій та доз озону, розроблені технології екстракорпоральної обробки великих об'ємів крові (озонований штучний кровообіг), індивідуальний вибір доз та концентрацій озону при системній озонотерапії. У прагненні більшості російських лікарів використовувати найменші з ефективних концентрацій озону знайшов свій відбиток основний принцип медицини — «не нашкодь». Безпека та ефективність Російських методик озонотерапії багаторазово обґрунтована та доведена стосовно різним областяммедицини. В результаті багаторічних фундаментально-клінічних досліджень нижегородськими вченими була «Встановлена невідома закономірність формування адаптаційних механізмів організму ссавців при системному впливі низькими терапевтичними дозами озону, яка полягає в тому, що пусковим механізмом є вплив озону на про- і антиоксидантний баланс організму і обумовлена помірною ін. радикальних реакцій, що, у свою чергу, збільшує активність ферментативної та неферментативної ланок антиоксидантної системи захисту» (Конторщикова К. Н., Перетягін С. П.), на яку автори отримали відкриття (Диплом № 309 від 16 травня 2006 р.). У роботах вітчизняних вчених знайшли розвиток нові технології та аспекти використання озону з лікувальною метою:

Широке використання як носій розчиненого озону фізіологічного розчину (0,9% розчин NaCl)
Застосування порівняно малих концентрацій та доз озону при системному впливі (внутрішньосудинне та внутрішньокишкове введення)
Внутрішньокісткові вливання озонованих розчинів
Внутрішньокоронарне введення озонованих кардіоплегічних розчинів
Тотальна екстракорпоральна обробка озоном великих об'ємів крові при штучному кровообігу
Низькопотокова озонокиснева терапія
Внутрішньопортальне введення озонованих розчинів
Застосування озону на театрі бойових дій
Супровід системної озонотерапії методами біохімічного контролю

У 2005-2007 роках. вперше у світовій практиці в Росії озонотерапія отримала офіційний статус на державному рівні у вигляді затвердження МОЗ та соціального розвиткуРФ нових медичних технологій використання озону в дерматології та косметології, акушерстві та гінекології, травматології. Нині нашій країні ведуться активні роботи з поширенню та впровадження методу озонотерапії. Аналіз Російського та Європейського досвіду озонотерапії дозволяє зробити важливі висновки:

Озонотерапія - немедикаментозний метод лікувального впливу, що дозволяє отримувати позитивні результатипри патології різного генезу.
Біологічна дія парентерально введеного озону проявляється на рівні низьких концентрацій та доз, що супроводжується клінічно вираженими позитивними лікувальними ефектами, що мають чітко виражену дозозалежність.
Досвід Російської та Європейської шкіл озонотерапії свідчить про те, що використання озону як лікувальний засіб значно підвищує ефективність лікарської терапії, дозволяє у ряді випадків замінити або зменшити фармакологічне навантаження на пацієнта. На тлі озонотерапії відновлюються власні кисневилежні реакції та процеси хворого організму.
Технічні можливості сучасних медичних озонаторів, що мають можливості надточного дозування, дозволяють застосовувати озон у діапазоні низьких терапевтичних концентрацій аналогічно до загальноприйнятих фармакологічних засобів.