הביטוי "שכבת אוזון", שהתפרסם בשנות ה-70. המאה הקודמת, כבר מזמן על הקצה. יחד עם זאת, מעטים באמת מבינים מה משמעות המושג הזה ומדוע הרס שכבת האוזון מסוכן. תעלומה גדולה עוד יותר עבור רבים היא המבנה של מולקולת האוזון, ובכל זאת היא קשורה ישירות לבעיות של שכבת האוזון. בואו ללמוד עוד על האוזון, המבנה שלו והיישומים התעשייתיים.
מהו אוזון
אוזון, או כפי שהוא נקרא גם חמצן פעיל, הוא גז תכלת בעל ריח מתכתי חריף.
חומר זה יכול להתקיים בכל שלושת מצבי הצבירה: גזי, מוצק ונוזל.
במקביל, בטבע, האוזון מתרחש רק בצורת גז, ויוצר את מה שנקרא שכבת האוזון. בגלל צבעו התכלת השמיים נראים כחולים.
איך נראית מולקולת אוזון
הכינוי שלך הוא "פעילחמצן" שהאוזון קיבל בגלל הדמיון שלו לחמצן. אז היסוד הכימי הפעיל העיקרי בחומרים אלו הוא חמצן (O). עם זאת, אם מולקולת חמצן מכילה 2 מהאטומים שלה, אז מולקולת האוזון (נוסחה - O3) מורכבת מ-3 אטומים של יסוד זה.
בשל מבנה זה, תכונות האוזון דומות לאלו של חמצן, אך בולטות יותר. בפרט, כמו O2, O3הוא המחמצן החזק ביותר.
ההבדל החשוב ביותר בין החומרים ה"קשורים" הללו, שחשוב שכולם יזכרו, הוא הבא: אוזון לא ניתן לנשימה, הוא רעיל, ובשאיפה עלול להזיק לריאות או אפילו להרוג אדם. יחד עם זאת, O3 מושלם לניקוי האוויר מזיהומים רעילים. אגב, בדיוק בגלל זה קל כל כך לנשום אחרי גשם: האוזון מחמצן חומרים מזיקים הכלולים באוויר, והוא מטוהר.
המודל של מולקולת האוזון (המורכבת מ-3 אטומי חמצן) נראה קצת כמו תמונה של זווית, וגודלה הוא 117°. למולקולה זו אין אלקטרונים בלתי מזווגים ולכן היא דיאמגנטית. בנוסף, יש לו קוטביות, למרות שהוא מורכב מאטומים של אותו יסוד.
שני אטומים של מולקולה נתונה קשורים זה לזה בחוזקה. אבל הקשר עם השלישי פחות אמין. מסיבה זו, מולקולת האוזון (תמונה של הדגם ניתן לראות למטה) שברירית מאוד וזמן קצר לאחר היווצרותה היא מתפרקת. ככלל, בכל תגובת פירוק O3 משתחרר חמצן.
בשל חוסר היציבות של האוזון, לא ניתן לייצר אותוקציר ואחסון, כמו גם הובלה, כמו חומרים אחרים. מסיבה זו, ייצורו יקר יותר מחומרים אחרים.
במקביל, הפעילות הגבוהה של מולקולות O3מאפשרת לחומר הזה להיות חומר החמצון החזק ביותר, חזק יותר מאשר חמצן, ובטוח יותר מכלור.
אם מולקולת אוזון מתפרקת ומשחררת O2, תגובה זו תמיד מלווה בשחרור אנרגיה. יחד עם זאת, על מנת שהתהליך ההפוך יתבצע (היווצרות של O3 מ-O2), יש צורך להוציא זה לא פחות.
במצב גזי, מולקולת האוזון מתפרקת בטמפרטורה של 70 מעלות צלזיוס. אם הוא מוגבר ל-100 מעלות או יותר, התגובה תואץ משמעותית. נוכחותם של זיהומים גם מאיצה את תקופת ההתפרקות של מולקולות האוזון.
O3 נכסים
לא משנה באיזה משלושת המצבים נמצא האוזון, הוא שומר על צבעו הכחול. ככל שהחומר קשה יותר, כך הגוון הזה עשיר וכהה יותר.
כל מולקולת אוזון שוקלת 48 גרם/מול. הוא כבד יותר מאוויר, מה שעוזר להפריד את החומרים האלה.
O3 מסוגל לחמצן כמעט את כל המתכות והלא-מתכות (למעט זהב, אירידיום ופלטינה).
כמו כן, חומר זה יכול להשתתף בתגובת הבעירה, אבל זה דורש טמפרטורה גבוהה יותר מאשר עבור O2.
אוזון מסוגל להתמוסס ב-H2O ובפריאון. במצב נוזלי, זה יכול להתערבב עם חמצן נוזלי, חנקן, מתאן, ארגון,פחמן טטרכלוריד ופחמן דו חמצני.
איך נוצרת מולקולת האוזון
O3 מולקולות נוצרות על ידי הצמדת אטומי חמצן חופשיים למולקולות חמצן. הם, בתורם, מופיעים עקב פיצול מולקולות אחרות O2 בשל ההשפעה עליהן של פריקות חשמליות, קרניים אולטרה סגולות, אלקטרונים מהירים וחלקיקים אחרים בעלי אנרגיה גבוהה. מסיבה זו, ניתן לחוש את הריח הספציפי של אוזון ליד מכשירי חשמל או מנורות מעוררות ניצוץ הפולטות אור אולטרה סגול.
בקנה מידה תעשייתי, O3 מבודד באמצעות מחוללי אוזון חשמליים או אוזוניזרים. במכשירים אלו מועבר זרם חשמלי במתח גבוה דרך זרם גז המכיל O2, שהאטומים שלו משמשים כ"חומר הבניין" לאוזון.
לפעמים מוזרק חמצן טהור או אוויר רגיל למכונות האלה. איכות האוזון שנוצר תלויה בטוהר המוצר הראשוני. אז, O3 רפואי, המיועד לטיפול בפצעים, מופק רק מ-O2. טהור מבחינה כימית.
היסטוריה של גילוי האוזון
לאחר שהבנתי איך נראית מולקולת האוזון וכיצד היא נוצרת, כדאי להכיר את ההיסטוריה של החומר הזה.
זה סונתז לראשונה על ידי החוקר ההולנדי מרטין ואן מרום במחצית השנייה של המאה ה-18. המדען שם לב שלאחר העברת ניצוצות חשמליים דרך מיכל עם אוויר, הגז שבו שינה את תכונותיו. יחד עם זאת, ואן מרום לא הבין שהוא בודד את המולקולות של חדשחומרים.
אבל הקולגה הגרמני שלו בשם שיינביין, שניסה לפרק את H2O ל-H ו-O2 בעזרת חשמל, הבחין לשחרור גז חדש עם ריח חריף. לאחר מחקר רב, המדען תיאר את החומר שגילה ונתן לו את השם "אוזון" לכבוד המילה היוונית ל"ריח".
היכולת להרוג פטריות וחיידקים, כמו גם להפחית את הרעילות של תרכובות מזיקות, שהחומר הפתוח החזיק בהן, עניינה מדענים רבים. 17 שנים לאחר הגילוי הרשמי של O3, ורנר פון סימנס עיצב את המנגנון הראשון לסנתז אוזון בכל כמות. ו-39 שנים מאוחר יותר, ניקולה טסלה המבריק המציא ורשם פטנט על מחולל האוזון הראשון בעולם.
זה היה המכשיר הזה ששימש לראשונה בצרפת במפעלי טיהור מי שתייה לאחר שנתיים. מאז תחילת המאה העשרים. אירופה מתחילה לעבור לאוזון של מי שתייה לטיהורם.
האימפריה הרוסית השתמשה לראשונה בטכניקה זו בשנת 1911, ולאחר 5 שנים, צוידו במדינה כמעט 4 תריסר מתקנים לטיהור מי שתייה באמצעות אוזון.
היום, אוזון של מים מחליף בהדרגה את הכלור. לפיכך, 95% מכלל מי השתייה באירופה מטוהרים באמצעות O3. טכניקה זו פופולרית מאוד גם בארה ב. בחבר העמים, זה עדיין במחקר, כי למרות שהליך זה בטוח ונוח יותר, הוא יקר יותר מהכלרה.
יישומי אוזון
בנוסף לטיפול במים, ל-O3 יש מספר שימושים נוספים.
- אוזון משמש כהלבנה בייצור נייר וטקסטיל.
- חמצן פעיל משמש לחיטוי יינות, כמו גם להאצת תהליך ההזדקנות של קוניאק.
- שמנים צמחיים שונים עוברים זיקוק באמצעות O3.
- לעתים קרובות מאוד נעשה שימוש בחומר זה לעיבוד מוצרים מתכלים, כגון בשר, ביצים, פירות וירקות. הליך זה אינו משאיר עקבות כימיים, כמו עם כלור או פורמלדהיד, וניתן לאחסן מוצרים הרבה יותר זמן.
- אוזון מעקר ציוד רפואי ובגדים.
- גם מטוהר O3 משמש להליכים רפואיים וקוסמטיים שונים. בפרט, בעזרתו ברפואת שיניים, הם מחטאים את חלל הפה והחניכיים, וגם מטפלים במחלות שונות (סטומטיטיס, הרפס, קנדידה בפה). במדינות אירופה O3 פופולרי מאוד לחיטוי פצעים.
- בשנים האחרונות, מכשירי חשמל ניידים לבית לסינון אוויר ומים באמצעות אוזון הפכו פופולריים מאוד.
שכבת אוזון - מה זה?
במרחק של 15-35 ק מ מעל פני כדור הארץ נמצאת שכבת האוזון, או כפי שהיא מכונה גם האוזונוספרה. במקום הזה, O3 מרוכז משמש כמעין מסנן לקרינת שמש מזיקה.
מאיפה מגיעה כמות כזו של חומר אם המולקולות שלו אינן יציבות? לא קשה לענות על שאלה זו, אם נזכר במודל של מולקולת האוזון ובשיטת היווצרותה. אז חמצן, המורכב מ-2מולקולות חמצן, הנכנסות לסטרטוספירה, מתחממות שם על ידי קרני השמש. אנרגיה זו מספיקה כדי לפצל O2 לאטומים, שמהם נוצר O3. יחד עם זאת, שכבת האוזון לא רק משתמשת בחלק מאנרגיית השמש, אלא גם מסננת אותה, סופגת קרינה אולטרה סגולה מסוכנת.
נאמר לעיל שאוזון מומס על ידי פריאונים. חומרים גזים אלו (המשמשים לייצור דאודורנטים, מטפים ומקררים), לאחר שחרורם לאטמוספירה, משפיעים על האוזון ותורמים לפירוקו. כתוצאה מכך מופיעים חורים באוזונוספירה דרכם חודרות קרני שמש לא מסוננות לכוכב הלכת, שיש להם השפעה הרסנית על יצורים חיים.
לאחר שקילת התכונות והמבנה של מולקולות האוזון, אנו יכולים להסיק שחומר זה, למרות שהוא מסוכן, שימושי מאוד לאנושות אם משתמשים בו נכון.
