Городской озон: загрязнение воздуха убивает миллионы человек

Физико-химия

Окислительно — восстановительный потенциал озона 2,07  V .

Энтальпия образования: Δ _f H _газ = 142,67  кДж моль -1.

Энергия первой ионизации равна 12,43 эВ (газ).

Запах, связанный с озоном, возникает в результате ионизации из-за разрушения озона. Его цвет обусловлен рэлеевским рассеянием, которое дает голубоватый оттенок в присутствии высоких концентраций молекулы.

Структура молекулы

Молекула озона представляет собой молекулярно-симметрично изогнутую молекулу C2v (похожую на молекулу воды ). Угол между атомами кислорода составляет 116,78 °. Озон является полярной молекулой с дипольным моментом от 0,533 73  D .

Строение молекулы озона

Реакции

Озон — очень мощный окислитель , более мощный, чем кислород или хлор. Очень нестабилен, разлагается до O _2. достаточно быстро :

2 О ₃ → 3 О ₂

Реакции с металлами

В присутствии влаги озон окисляет все металлы, кроме золота , платины и иридия . Ниже показано окисление меди на примере:

2 Cu + + 2 H ₃ O + + O ₃ → 2 Cu 2+ + 3 H ₂ O + O ₂

Реакции с щелочными металлами

Озон реагирует с щелочными и щелочноземельными металлами с образованием озонидов (M + O ₃→ ПН ₃) , нестабилен и реагирует с водой с образованием кислорода. Эта последовательность химических реакций по большей части объясняет характер загрязняющих веществ, которые приписываются озону, когда последний присутствует в атмосфере у земли.

Реакции с соединениями азота

Озон окисляет моноксид азота (NO) до диоксида азота (NO ₂):

НЕТ + О ₃ → НЕТ ₂ + О ₂

Двуокись азота (NO ₂) может в свою очередь окисляться до нитрата (NO ₃):

НЕТ ₂ + О ₃ → НЕТ ₃ + О ₂

Озон может окислять аммиак (NH ₃) в нитрате аммония (NH ₄ NO ₃):

2 NH ₃ + 4 O ₃ → NH ₄ NO ₃ + 4 O ₂ + Н ₂ О

Реакции с углеродными соединениями

Озон реагирует с углеродом с образованием диоксида углерода  :

С + 2 О ₃ → СО ₂ + 2 О ₂

Реакции с соединениями серы

Озон окисляет сульфиды (S 2- ) до сульфатов (SO ₄ 2- ). Пример с сульфидом свинца (II)  :

PbS + 4 O ₃ → PbSO ₄ + 4 O ₂

Серная кислота (H ₂ SO ₄) может производиться с озоном, водой и серой или диоксидом серы  :

S + H ₂ O + O ₃ → H ₂ SO ₄ или 3 SO ₂ + 3 H ₂ O + O ₃ → 3 H ₂ SO ₄

В газовой фазе озон реагирует с сероводородом с образованием диоксида серы  :

H ₂ S + O ₃ → SO ₂ + H ₂ O

В водном растворе протекают две одновременные реакции. Первый производит серу , второй — серную кислоту  :

H ₂ S + O ₃ → S + O ₂ + H ₂ O и 3 H ₂ S + 4 O ₃ → 3 H ₂ SO ₄

Озоностойкие материалы

Газостойкие озоностойкие материалы

Стекло

Тефлон (PTFE, PVDF, PFA)

Нержавеющая сталь 316L

Силикон

Титана

Полиуретан

Поликарбонат

Озоностойкие материалы, растворенные в воде

Стекло

Тефлон (PTFE, PVDF, PFA)

Нержавеющая сталь 316L

ПВХ

Оргстекло

Конкретный

Силикон

Алюминий

Полисульфид

Материалы для прокладок

Тефлон (PTFE, PVDF, PFA)

Кынар, Витон и  др.

Разложение

Озон имеет довольно короткий период полураспада , даже больше в воде (где он распадается на радикалы -ОН ), чем в воздухе. На скорость разложения озона влияют разные факторы:

температура
Фактором, который больше всего влияет на период полураспада озона, несомненно, является температура (см. Таблицу ниже). Кроме того, озон менее растворим в воде (и менее стабилен) при повышении температуры.

• pH

  Растворенный в воде озон частично разлагается на радикалы -ОН. Если pH увеличивается, то увеличивается образование радикалов -ОН.

• Растворенных твердых веществ
  концентрация

  Озон, растворенный в воде, вступает в реакцию с широким спектром материалов ( органическими соединениями , вирусами , бактериями и т. Д.) В результате окисления этих материалов. Озон затем разложится на кислород (O ₂). Например, в дистиллированной воде озон разлагается гораздо медленнее, чем в простой водопроводной воде.

• Среда

  У газообразного озона теоретический период полураспада (см. Таблицу выше) больше, чем у озона, растворенного в воде. Но на практике газообразный озон окисляет все вокруг себя (металлы, машины, стены, персонал или даже запахи), сокращая тем самым период его полураспада до нескольких секунд.

Как выбрать правильный озонатор?

1. Выбирайте устройство в зависимости от объемов помещения.

Для туалета и ванной потребуется скромный прибор, для большой гостиной – помощнее. Все это прописано в паспорте устройства. Обычно для комнаты до 15 м2 нужна производительность до 8 мкг/куб. м, до 50 м2 – мощность до 12 мкг/куб. м.

1. Определитесь, зачем вам нужен прибор.

Только обеззараживать и убирать запахи? Покупайте простой озонатор. Если же хотите двойной эффект, ищите устройство с функциями ионизатора. Тогда прибор будет постоянно насыщать воздух полезными для здоровья ионами и периодически озонировать помещение.

1. Если хотите чистить еще и воду, покупайте прибор «2 в 1».

Многие озонаторы одновременно чистят и воздух, и воду. В таком случае у прибора есть специальная насадка. Стоят они подороже – до 5000 рублей, зато возможности для использования намного шире.

Обратите внимание на принцип работы. Приборы подешевле – с ручным управлением, но за таким озонатором придется постоянно следить, чтобы не превысить концентрацию газа

Есть удобные модели с таймером – они работают определенное время и сами выключаются. Устройства с непрерывной работой более 30 минут хороши, если нужно избавиться от сильных запахов. Например, после ремонта или если у вас в доме лежачий больной

Приборы подешевле – с ручным управлением, но за таким озонатором придется постоянно следить, чтобы не превысить концентрацию газа. Есть удобные модели с таймером – они работают определенное время и сами выключаются. Устройства с непрерывной работой более 30 минут хороши, если нужно избавиться от сильных запахов. Например, после ремонта или если у вас в доме лежачий больной.

Озон для водоочистки

Необходимо особо тщательно подойти к выбору системы очистки воды, если нужно провести водоподготовку коттеджа, ведь от этого будет напрямую зависеть здоровье проживающих в нём людей.

Установка для обеззараживания в частном доме – это вынужденная мера, поскольку в составе воды из колодца могут содержаться негативно сказывающиеся на самочувствии элементы.

Наиболее часто встречающиеся проблемы:

• Механическое загрязнение (песок, ил, шлам и прочее);
• Чрезмерное содержание железа;
• Промышленное загрязнение (если неподалёку расположен завод, фабрика, дорога);
• Высокая жёсткость воды;
• Бактериальное загрязнение.

Озонаторы для очистки воды могут решить такого рода сложившиеся проблемы. Их использование для водоочистки позволяет избежать всех, присущих жизни в частном доме или квартире, трудностей с очисткой.

Применение озона в быту

В основном озон применяется как обеззараживающее, антибактериальное, дезинфицирующее вещество для:

• очищения питьевой воды и воздуха от бактерий и вирусов,
• очищения сточных вод от опасных для окружающей среды веществ (нефтепродуктов, фенолов, сульфидов и т. д. ),
• обеззараживания медицинских инструментов.

Также его используют в химической промышленности для получения различных веществ (например, с его помощью можно получить серную кислоту из элементарной серы), а целлюлозно-бумажная промышленность использует озон для отбеливания бумаги.

При кварцевании в помещениях с применением специальных антибактериальных ламп также выделяется некоторое количество озона. При соблюдении инструкции к прибору и необходимых мер безопасности выделяемое количество газа будет безвредным для организма человека.

История открытия[править | править код]

История открытия озона довольно туманна, и в целом ряду научных энциклопедий приводятся различные авторы открытия озона. В настоящее время научным сообществом принято что озон был впервые найден в начале года Ван-Марумом, по характерному запаху и окислительным свойствам, обнаруженным в воздухе, после длительного пропускания в последнем электрических искр. Ван-Марум сделал вывод, что озон — это так называемая «электрическая материя».

В году Шёнбейн произвёл сопоставление свойств газообразного кислорода при пропускании в нём электрических искр, и после выделения его электролитически, и объяснил изменение физических и химических свойств видоизмененного кислорода тем что он при обработке электрическими искрами переходит в иное молекулярное состояние.

Позже Мариньяк и де ля Рив подтвердили что озон является аллотропической модификацией кислорода. В дальнейшем известный изобретатель Никола Тесла запатентовал (22 сентября г.) первый в истории озонатор, а в г. Вернер фон Сименс с помощью созданной им «совершенной трубки магнитной индукции» построил первый промышленный озонатор. В г. фирмой «Сименс» построена первая гидростанция с мощным озонатором в городе Висбанд.

Воздействие

Ученые выяснили, что высокие концентрации данного химического вещества наносят серьезный вред здоровью человека

Дело в том, что в больших количествах данный газ крайне токсичен, потому так важно соблюдать все меры безопасности при его использовании

Если вы решили лечить свои заболевания с помощью озона и устройств, созданных на его основе, при озонотерапии обязательно обращайте внимание на инструкцию и технику безопасности – так вы избежите массы неприятных последствий. При серьезной интоксикации организма данным веществом у пострадавшего может проявиться ряд неприятных симптомов, среди которых выделяются следующие:

При серьезной интоксикации организма данным веществом у пострадавшего может проявиться ряд неприятных симптомов, среди которых выделяются следующие:

• Сильное раздражение всех дыхательных путей.
• Повышение риска развития атеросклероза.
• Проблемы с репродуктивной системой у мужчин, а при длительном воздействии бесплодие.
• Усиление любого из видов аллергической реакции.
• Обострение заболеваний, связанных с сердцем.

Ощутить неприятные признаки интоксикации высокой концентрацией газа можно практически сразу после непосредственного отравления. Человек начинает ощущать неприятные ощущения в горле, вызванные проникновением большого количества газа в дыхательные пути.

В грудной клетке появляются неприятные ощущения, вдохи становятся тяжелыми, дыхание ухудшается до критической отметки, возможно развитие бронхита, пневмонии и нарушений, связанных с неврологией.

При этом не меньше страдают органы зрения – слизистые оболочки глаз воспаляются, наблюдается покраснение, слезотечение. В некоторых случаях при высокой концентрации вещества повышается риск временной или постоянной потери зрения.

Обратите внимание! При обнаружении одного или нескольких симптомов интоксикации данным веществом рекомендуется как можно быстрее покинуть место поражения и обратиться к специалисту, который окажет меры по спасению пострадавшего и быстро вернет его к нормальной жизни. Если воздействие вещества происходит регулярно, негативное влияние может быть оказано не только на дыхательные пути, но и на другие важные для организма и жизни человека системы

Если воздействие вещества происходит регулярно, негативное влияние может быть оказано не только на дыхательные пути, но и на другие важные для организма и жизни человека системы.

Все положительные качества, которые озон дает при нормальной концентрации, получают обратный эффект, в результате чего нарушается свертываемость крови, иммунитет человека серьезно страдает, сердце и почки получают массу заболеваний, а желудок не может функционировать в нормальном режиме.

При этом, при отсутствии лечения и исключения контакта с высокой концентрацией вещества, происходит летальный исход, спровоцированный болезнями сердца.

Более того, большое количества газа является вредным канцерогеном, вызывающим мутации, в результате чего возникает опасность раковых опухолей и других неприятных последствий, часто ставящих под угрозу не только здоровье, но и жизнь человека.

Кислород как простое вещество

Простое вещество кислород существует в виде молекул. Молекула кислорода состоит из двух атомов химического элемента кислорода (рис. 73), поэтому химическая формула кислорода как простого вещества — O₂.

Поскольку относительная атомная масса кислорода равна 16, то относительная молекулярная масса простого вещества кислорода равна:

Следовательно, молярная масса кислорода равна:

Как у всех газов, молярный объем кислорода при нормальных условиях равен:

Когда говорят о кислороде как о простом веществе, то подразумевают вещество, имеющее формулу О₂. Например: «Железные изделия быстро ржавеют в атмосфере влажного кислорода», «Для горения древесины необходим кислород». В этих примерах речь идет о веществе, имеющем формулу О₂.

Показания к озонотерапии

Озонотерапию широко применяют в различных областях медицины: косметологии, неврологии, хирургии, травматологии, акушерстве, гинекологии, онкологии, урологии, кардиологии, пульмонологии, гастрэнтерологии, дерматовенерологии, стоматологии, инфектологии, оториноларингологии.

Кислород, водород, озон: аллотропные модификации

Кислород, водород, озон: аллотропные модификации

Аллотропными модификациями кислорода являются двухатомный О2 и трехатомный озон О3. Само явление аллотропии представляет здесь два отличающихся состава молекул простого вещества. Оба являются газами при нормальной температуре и давлении.

• Кислород в виде дирадикала содержит два неспаренных электрона.
• Озон менее стабилен чем О2, из-за более слабых общих ковалентных связей и быстрее распадается.
• Его распад обусловлен поглощением ультрафиолетового излучения, что защищает Землю от пагубного солнечного излучения.

Водород существует в двух аллотропных формах атомарный водород Н и двухатомный водород Н2. У самого водорода есть еще один вид аллотропии. Он связан с различной ориентацией ядерных спинов в молекуле. В молекуле пара-водорода спины направлены в различные стороны, а в молекуле орто-водорода направлены в одну сторону.

Польза

Польза или вред вещества всегда определяются его влиянием на человека. Озон может быть крайне полезен для организма, среди его положительных характеристик можно отметить следующие:

1. Солнечная радиация не в состоянии негативно повлиять на Землю и ее обитателей в полной мере.
2. Микробы, грибки и вирусы под воздействием газа погибают.
3. Дыхательный процесс в любом живом организме работает полноценно под воздействием данного вещества.
4. Свертываемость крови нормализуется.
5. Выявляется антиоксидантное воздействие.
6. Биологически активные вещества в организме синтезируются в несколько раз быстрей.
7. Иммунитет начинает работать в полную силу.
8. Ядовитые вещества быстрее выводятся из тела человека.
9. Болевые ощущения снижаются.

При нормальной дозировке данного химического элемента и при его допустимой концентрации в окружающей среде проблем для здоровья не будет, а положительный эффект будет заметен практически сразу.

Стоит принимать во внимание тот факт, что превышение дозы данного элемента опасно и может нанести непоправимый вред здоровью и вызвать неприятные симптомы, которые довольно просто распознать даже без специализированных знаний в области медицины

Физические и химические свойства

Краткая характеристика озона в химии:Стандартное состояние: газ.Температура крепления: -111,9 °C.Температура плавления: -195,5 °C.Масса озона в химии: 48 а. е. м. (атомных единиц массы).Формула: O3.Химический цвет озона: бледно-голубой.Встречается: естественно в тропосфере.Образуется: из оксидов азота и органических оксидов, выделяющихся в результате работы двигателей внутреннего сгорания или при прохождении электрического тока через воздух.

Подробнее о свойствах озона

1. При атмосферном давлении озон может частично растворяться в воде. При стандартном давлении и температуре растворимость озона в тринадцать раз превышает растворимость кислорода. В инертных неполярных растворителях, таких как четыреххлористый углерод (CCl4) или фторуглероды, он образует синий раствор.
2. Окислительный потенциал 2,07 вольт доказывает, что озон является сильным окислителем. На самом деле озон является одним из сильнейших окислителей, доступных для очистки воды. Озон окисляет большинство металлов (за исключением золота, платины и иридия) до оксидов металлов в их наивысшей степени окисления.
3. Концентрированные смеси озона и кислорода, содержащие более 20% озона, могут стать взрывоопасными в жидкостях и газах. В коммерческих генераторах озона эти концентрации не возникают, потому что их нелегко генерировать.
4. Озон довольно нестабилен в водном растворе; его период полураспада в воде составляет около 20 минут. В воздухе период полураспада озона составляет 12 часов, что объясняет более высокую стабильность озона в воздухе.
5. Озон (O3), или триоксиген как аллотроп кислорода гораздо менее стабилен, чем двухатомный аллотроп (O2), распадающийся с периодом полураспада около получаса в нижних слоях атмосферы до O2. Озон диамагнитен, что означает, что все его электроны спарены. Напротив, O2 является парамагнитным, содержащим два неспаренных электрона.

Роль озона в биологических процессах

Озон, наряду с активными формами кислорода, такими как супероксид, перекись водорода и ионы гипохлорита, естественным образом вырабатывается лейкоцитами и другими биологическими системами в качестве средства уничтожения инородных тел. Озон непосредственно вступает в реакцию с органическими двойными связями.

Когда озон распадается на диоксигены, он производит свободные радикалы кислорода, которые обладают высокой реакционной способностью и способны повреждать многие органические молекулы. Озон является нестабильной молекулой из-за слабых связей, удерживающих третий атом кислорода, что делает озон естественным мощным окисляющим и дезинфицирующим агентом.

Озон обеспечивает окислительную способность либо непосредственно, либо за счет образования свободных от гидроксила радикалов при разложении растворенного озона в воде. Эта реакция приводит к трем одновременным процессам: окислению, дезинфекции и разложению.

В процессе окисления озон — непосредственно и через высокореактивные свободные гидроксильные радикалы — может разрушать химические связи органических соединений. Например, компоненты клеточных стенок микроорганизмов могут окисляться и разрушаться озоном. Этот процесс облегчает дезинфекцию, разрушая и лизируя клеточные стенки, подвергая содержимое клетки дальнейшему окислению и инактивации.

Таким образом, озон может уничтожить все распространенные бактерии, вирусы, плесень, цисты и паразитов. В конце концов озон разлагается до двухатомного кислорода, не оставляя нежелательного остаточного вкуса или запаха.

Виды озонаторов

Озонаторы различают по назначению: промышленные, медицинские, специальные и бытовые:

Промышленные озонаторы очищают и дезодорируют воду:

• на водозаборных станциях,
• для аквариумов и бассейнов,
• на очистных сооружениях.

С их помощью обеззараживают цеха и оборудование в пищевой промышленности, а также овощи, мясо, птицу и пр.

Медицинские озонаторы дезинфицируют помещения больниц, хирургические инструменты, бельё и одежду персонала

Важной сферой медицинского применения газа является озонотерапия, методы которой используются и в косметологии

Специальные устройства существуют для обработки торговых залов, складов, мусоросборников. В целлюлозно-бумажной промышленности озоном отбеливают бумагу.

Бытовые озонаторы разработаны для использования в домашних условиях. Они просты в управлении, надёжны в работе и очень полезны для поддержания чистоты в доме.

Устройство и принцип работы

Конструкция может различаться в зависимости от сферы применения, но обязательно в модели есть такие детали:

• вентилятор для втягивания воздуха;
• источник питания и преобразователь напряжения;/li>
• генератор озона;
• устройства управления;

Аппарат вырабатывает озон 3 способами:

1. Электрическими разрядами, которые воздействуют на молекулы воды. Самый популярный способ.
2. Воздействием на кислород ультрафиолетовых лучей. Этот метод проще и дешевле, но слабее. Чаще используется, например, в автомобильных озонаторах.
3. Электролизом или реакциями окисления веществ. Самый дорогой метод из-за применяемых реактивов, поэтому его редко применяют.