Ozón | |||
---|---|---|---|
| |||
Všeobecné | |||
Systematický název |
trikyslík | ||
Tradiční jména | Ozón | ||
Chem. vzorec | O 3 | ||
Fyzikální vlastnosti | |||
Stát | modrý plyn | ||
Molární hmotnost | 47,998 g/ mol | ||
Hustota |
0,0021445 g/cm3 (plyn při 0 °C); 1,59(7) g/cm3 (kapalina při 85,2 K); 1,73(2) g/cm³ (pevná látka při 77,4 K) [1] |
||
Povrchové napětí |
43,8 N/m (77,4 K); 38,4 N/m (90,2 K) [1] N/m |
||
Dynamická viskozita |
4,17 mPa s (77,6 K); 1,56(2) mPa s (90,2 K) [1] |
||
Ionizační energie | 12,52 ± 0,01 eV | ||
Tepelné vlastnosti | |||
Teplota | |||
• tání | -197,2 °C | ||
• vroucí | -111,9 °C | ||
Kritický bod | |||
• teplota | -12,0 °C (261,1 K) [1] °C | ||
• tlak | 54,6 atm. [jeden] | ||
Mol. tepelná kapacita | 85,354 − 0,2812 ( T − 90) (l., při T od 90 do 160 K) [1] J/(mol K) | ||
Entalpie | |||
• vzdělávání | 144,457 (při 0 K, rel. O 2 ) [1] kJ/mol | ||
Coeff. tepl. rozšíření |
2,0 10 −3 K −1 (kapalina, 90,1 K) 2,5 10 −3 K −1 (kapalina, 161 K) [1] |
||
Tlak páry | 1 ± 1 atm | ||
Chemické vlastnosti | |||
Rozpustnost | |||
• ve vodě | 1,06 g/l (při 0 °С) [2] | ||
Dielektrická konstanta | 1,0019 (d), 4,79 (w) [1] | ||
Optické vlastnosti | |||
Index lomu |
1,0533 (plyn, 480 nm) 1,0520 (plyn, 546 nm) 1,0502 (plyn, 671 nm) 1,2236 (kapalina, 535 nm) 1,2226 (kapalina, 589 nm) [1,2213 (kapalina, 589 nm) 1,2213 (kapalina, 5 nm ] |
||
Struktura | |||
Dipólový moment | 0,5337 D | ||
Klasifikace | |||
Reg. Číslo CAS | 10028-15-6 | ||
PubChem | 24823 | ||
Reg. číslo EINECS | 233-069-2 | ||
ÚSMĚVY | [O-][O+]=O | ||
InChI | InChI=lS/03/cl-3-2CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N | ||
RTECS | RS8225000 | ||
CHEBI | 25812 | ||
ChemSpider | 23208 | ||
Bezpečnost | |||
LD 50 | 4,8 str./min _ | ||
piktogramy GHS | |||
NFPA 704 | 0 2 čtyřiVŮL | ||
Údaje jsou založeny na standardních podmínkách (25 °C, 100 kPa), pokud není uvedeno jinak. | |||
Mediální soubory na Wikimedia Commons |
Ozon (z jiného řeckého ὄζω - cítím) - skládající se z tříatomových molekul O 3 , alotropní modifikace kyslíku . Za normálních podmínek - modrý plyn . Vůně je ostře specifická. Po zkapalnění se změní na indigovou kapalinu . V pevné formě jsou to tmavě modré, šedé, téměř černé krystaly.
Obě vazby O–O v molekule ozonu mají stejnou délku 1,278 Á . Úhel mezi vazbami je 116,8° [3] . Centrální atom kyslíku je sp² -hybridizovaný, má jeden osamocený pár elektronů . Řád každé vazby je 1,5, rezonanční struktury jsou s lokalizovanou jednoduchou vazbou s jedním atomem a dvojnou vazbou s jiným a naopak. Molekula je polární, elektrický dipólový moment je 0,5337 D [4] .
Ozon byl poprvé objeven v roce 1785 holandským fyzikem M. van Marumem díky charakteristickému zápachu a oxidačním vlastnostem , které vzduch získává po průchodu elektrických jisker , a také díky schopnosti působit na rtuť při běžné teplotě v důsledku které ztrácí lesk a začíná se lepit na sklo [5] . Nebyl však popsán jako nová látka , van Marum věřil, že se vytvořila zvláštní „elektrická hmota“.
Termín ozon navrhl německý chemik X. F. Schönbein v roce 1840 pro svůj zápach, do slovníků se dostal koncem 19. století. Mnoho zdrojů dává přednost objevu ozónu v roce 1839 jemu . V roce 1840 Schonbein ukázal schopnost ozonu vytěsňovat jód z jodidu draselného [5] :
Tato reakce slouží ke kvalitativnímu stanovení ozonu pomocí filtračního papíru napuštěného směsí roztoků škrobu a jodidu draselného (škrobový jodidový papír) - v ozonu se barví do modra vlivem interakce uvolněného jódu se škrobem [6] .
Skutečnost poklesu objemu plynu při přeměně kyslíku na ozón experimentálně prokázali v roce 1860 Andrews a Tet pomocí skleněné trubice s tlakoměrem naplněným čistým kyslíkem, do které byly připájeny platinové vodiče pro vytvoření elektrického výboje. [5] .
Tvorba ozonu probíhá vratnou reakcí:
Molekula O 3 je nestabilní a při dostatečných koncentracích ve vzduchu za normálních podmínek se spontánně přeměňuje na O 2 během několika desítek minut [9] za uvolňování tepla. Zvýšení teploty a snížení tlaku zvyšují rychlost přechodu do dvouatomového stavu. Při vysokých koncentracích může být přechod výbušný . Kontakt ozonu i s malým množstvím organických látek, některých kovů nebo jejich oxidů , přeměnu prudce urychluje.
V přítomnosti malého množství kyseliny dusičné se ozon stabilizuje a v hermetických nádobách ze skla, některých plastů nebo čistých kovů se ozón při nízkých teplotách (-78 °C) prakticky nerozkládá.
Ozon je silné oxidační činidlo , mnohem reaktivnější než dvouatomový kyslík. Oxiduje téměř všechny kovy (s výjimkou zlata , platiny [10] a iridia ) do nejvyšších oxidačních stavů (po povrchové oxidaci odolává ozónu Ni, Cu, Sn docela dobře) [11] . Oxiduje mnoho nekovů. Reakčním produktem je převážně kyslík.
Ozon zvyšuje oxidační stav oxidů:
Tato reakce je doprovázena chemiluminiscencí . Oxid dusičitý lze oxidovat na anhydrid dusnatý:
Ozon nereaguje s molekulárním dusíkem při pokojové teplotě, ale při 295°C s ním reaguje:
Ozon reaguje s uhlíkem za normální teploty za vzniku oxidu uhličitého :
Ozon nereaguje s amonnými solemi, ale reaguje s amoniakem za vzniku dusičnanu amonného :
Ozon reaguje s vodíkem za vzniku vody a kyslíku:
Ozon reaguje se sulfidy za vzniku síranů :
Pomocí ozonu lze kyselinu sírovou získat jak z elementární síry , tak z oxidu siřičitého a sirovodíku :
V plynné fázi ozon reaguje se sirovodíkem za vzniku oxidu siřičitého:
Ve vodném roztoku probíhají dvě konkurenční reakce se sirovodíkem, jedna s tvorbou elementární síry a druhá s tvorbou kyseliny sírové:
Všechny tři atomy kyslíku v ozonu mohou reagovat jednotlivě při reakci chloridu cínatého s kyselinou chlorovodíkovou a ozonem:
Zpracováním roztoku jódu ve studené bezvodé kyselině chloristé ozonem lze získat chloristan jodný :
Pevný chloristan nitroniumlze získat reakcí plynného NO 2 , ClO 2 a O 3 :
Ozon se může účastnit spalovacích reakcí , přičemž spalovací teploty jsou vyšší než u dvouatomového kyslíku:
Ozon může při nízkých teplotách vstupovat do chemických reakcí. Při 77 K (-196 °C, bod varu kapalného dusíku ) interaguje atomární vodík s ozonem za vzniku hydroperoxidového radikálu s dimerizací posledně jmenovaného [12] :
Ozon může tvořit anorganické ozonidy obsahující anion O 3 − . Tyto sloučeniny jsou výbušné a lze je skladovat pouze při nízkých teplotách. Známé jsou ozonidy všech alkalických kovů (kromě Francie). KO 3 , RbO 3 a CsO 3 lze získat z odpovídajících superoxidů :
Ozonid draselný lze získat jiným způsobem z hydroxidu draselného [13] :
NaO 3 a LiO 3 lze získat působením CsO 3 v kapalném amoniaku NH 3 na iontoměničové pryskyřice obsahující ionty Na + nebo Li + [14] :
Úprava roztoku vápníku v čpavku ozonem vede k tvorbě ozonidu amonného , nikoli vápníku [12] :
Ozon lze použít k odstranění železa a manganu z vody za vzniku sraženiny (respektive hydroxidu železitého a dioxyhydrátu manganu ), kterou lze oddělit filtrací:
V kyselém prostředí může oxidace manganu přejít na manganistan .
Ozon přeměňuje toxické kyanidy na méně nebezpečné kyanáty :
Ozon dokáže močovinu úplně rozložit [15] :
Interakce ozonu s organickými sloučeninami s aktivovaným nebo terciárním atomem uhlíku při nízkých teplotách vede k odpovídajícím hydrotrioxidům . Při analýze organických látek se využívá reakce ozonu s nenasycenými sloučeninami za vzniku organických ozonidů .
Ozon vzniká v mnoha procesech doprovázených uvolňováním atomárního kyslíku, například při rozkladu peroxidů, oxidaci fosforu atd.
V průmyslu se získává ze vzduchu nebo kyslíku v ozonizátorech působením elektrického výboje. O 3 zkapalňuje snadněji než O 2 , a proto se snadno odděluje. Ozon pro ozonoterapii v lékařství se získává pouze z čistého kyslíku. Při ozařování vzduchu tvrdým ultrafialovým zářením vzniká ozón. Stejný proces probíhá ve vyšších vrstvách atmosféry , kde se vlivem slunečního záření tvoří a udržuje ozónová vrstva .
Laboratorně lze ozon získat interakcí ochlazené koncentrované kyseliny sírové s peroxidem barnatým [6] :
Ve středních koncentracích není ozón toxický. Vysoká oxidační síla ozonu a tvorba volných kyslíkových radikálů v mnoha reakcích s jeho účastí však určují jeho toxicitu (ve vysokých koncentracích). Nadměrná expozice ozónu v těle může vést k předčasné smrti.
Nejnebezpečnější expozice vysokým koncentracím ozónu ve vzduchu:
Ozon je v Ruské federaci klasifikován jako první, nejvyšší třída nebezpečnosti škodlivých látek. Pokyny pro ozon:
Práh lidského čichu je přibližně 0,01 mg/m³ [17] .
Ozón účinně ničí plísně , bakterie a viry.
Použití ozonu je způsobeno jeho vlastnostmi:
Podstatnými výhodami ozonizace ve srovnání s chlorací je nepřítomnost [17] toxinů (kromě formaldehydu) v upravované vodě (přičemž při chloraci je možné vytvářet značné množství organochlorových sloučenin, z nichž mnohé jsou toxické, například dioxin ) a lepší než kyslík , rozpustnost ve vodě.
Podle ozonoterapeutů se při léčbě ozonem (lokálně, perorálně , intravenózně a mimotělně ) výrazně zlepšuje lidské zdraví, ale ani jedna objektivní klinická studie nepotvrdila žádný výrazný terapeutický účinek. Navíc při použití ozonu jako léku (zejména při přímém kontaktu s pacientovou krví ) prokázané riziko karcinogenních a toxických účinků převažuje nad teoreticky možnými pozitivními účinky, proto téměř ve všech vyspělých zemích není ozonoterapie uznávána jako léčivá metoda a její použití na soukromých klinikách možné pouze s informovaným souhlasem pacienta [18] .
V 21. století začalo mnoho společností vyrábět tzv. ozonizéry pro domácnost, určené také k dezinfekci prostor (sklepy, místnosti po virových onemocněních, sklady kontaminované bakteriemi a plísněmi), často mlčící o preventivních opatřeních při používání této techniky. .
O využití ozonu jako vysokoenergetického a zároveň ekologického okysličovadla v raketové technice se dlouho uvažovalo [19] . Celková chemická energie uvolněná při spalovací reakci za účasti ozonu je více než u jednoduchého kyslíku, asi o jednu čtvrtinu (719 kcal / kg). Více bude, respektive, a konkrétní impuls . Kapalný ozon má vyšší hustotu než kapalný kyslík (1,35, resp. 1,14 g/cm³) a jeho bod varu je vyšší (-112 °C, resp. -183 °C), proto je v tomto ohledu výhoda jako oxidační činidlo v raketové technologii, kapalný ozón má více. Překážkou je však chemická nestabilita a výbušnost kapalného ozonu s jeho rozkladem na O a O 2 , při kterém vzniká detonační vlna pohybující se rychlostí asi 2 km/s a ničivý detonační tlak větší než 3 10 7 dynů . / cm² (3 MPa) se vyvíjí, což znemožňuje použití kapalného ozonu na současné úrovni technologie, s výjimkou použití stabilních směsí kyslík-ozon (až 24 % ozonu). Výhodou takové směsi je také větší specifický impuls pro vodíkové motory oproti ozonovo-vodíkovým motorům [20] . K dnešnímu dni tak vysoce účinné motory jako RD-170 , RD-180 , RD-191 , stejně jako akcelerační vakuové motory dosahují parametrů blízkých limitu z hlediska UI a pro zvýšení měrného impulsu je nutné najít příležitost k přechodu na nové druhy paliva.
Kapalný ozón při nízkých teplotách (v kapalném dusíku) se také někdy používá v organické syntéze k jemnému rozbití dvojné vazby uhlík-uhlík.
Atmosférický ( stratosférický ) ozón je produktem působení slunečního záření na atmosférický (O 2 ) kyslík. Troposférický ozon je však znečišťující látkou, která může ohrozit zdraví lidí a zvířat a také poškodit rostliny.
Catatumbo je považován za největší generátor troposférického ozonu na Zemi.
Když sluneční světlo interaguje s oxidem dusičitým a uhlovodíky uvolňovanými do atmosféry z výfuků automobilů , vzniká fotochemický smog . Oxid dusičitý se pod vlivem ultrafialového záření ze slunce rozkládá a tvoří oxid dusnatý a volné atomy kyslíku (ozón). Fotochemický smog byl poprvé objeven ve 40. letech 20. století v Los Angeles . Vedou u člověka k podráždění očních sliznic a nosohltanu, dále k odumírání vegetace a poškození pryžových výrobků [21] [22] .
Slovníky a encyklopedie |
| |||
---|---|---|---|---|
|