אוזון הוא גז בעל תכונות חשובות ביותר עבור כל האנושות. היסוד הכימי איתו הוא נוצר הוא חמצן O. למעשה, האוזון O3 הוא אחד מהשינויים האלוטרופיים של חמצן, המורכב משלוש יחידות נוסחה (O÷O÷O). התרכובת הראשונה והידועה יותר היא החמצן עצמו, ליתר דיוק הגז שנוצר על ידי שניים מהאטומים שלו (O=O) - O2.
אלוטרופיה היא היכולת של יסוד כימי אחד ליצור מספר תרכובות פשוטות בעלות תכונות שונות. הודות לו, האנושות למדה ומשתמשת בחומרים כמו יהלום וגרפיט, גופרית מונוקלינית ומעוינת, חמצן ואוזון. יסוד כימי בעל יכולת זו אינו מוגבל בהכרח לשני שינויים בלבד, לחלקם יש יותר.
היסטוריית פתיחת החיבור
היחידה המרכיבה של חומרים אורגניים ומינרלים רבים, כולל כגון אוזון - יסוד כימי, ייעודש-O הוא חמצן, מתורגם מיוונית "oxys" - חמוץ, ו"gignomai" - ללדת.
לראשונה, שינוי אלוטרופי חדש של חמצן במהלך ניסויים עם פריקות חשמליות התגלה בשנת 1785 על ידי ההולנדי מרטין ואן מארון, את תשומת לבו משך ריח ספציפי. ומאה שנה לאחר מכן, הצרפתי שנביין ציין את נוכחותו של אותו לאחר סופת רעמים, וכתוצאה מכך הגז נקרא "מריח". אבל מדענים הלכו שולל במקצת, והאמינו שחוש הריח שלהם הריח את האוזון עצמו. הריח שהם הריחו היה של תרכובות אורגניות שהתחמצנו על ידי תגובה עם O3 מכיוון שהגז מגיב מאוד.
מבנה אלקטרוני
O2 ו-O3, יסוד כימי, בעלי אותו שבר מבני. לאוזון מבנה מורכב יותר. בחמצן הכל פשוט - שני אטומי חמצן מחוברים בקשר כפול, המורכב ממרכיבי ϭ ו-π, לפי ערכיות היסוד. ל-O3 יש כמה מבני תהודה.
קשר כפול מחבר שני חמצן, ולשלישי יש אחד יחיד. כך, עקב הנדידה של רכיב ה-π, בתמונה הכוללת, לשלושה אטומים יש קשר של אחד וחצי. קשר זה קצר יותר מקשר יחיד אך ארוך יותר מקשר כפול. הניסויים שביצעו מדענים שוללים אפשרות של מולקולה מחזורית.
שיטות סינתזה
לצורך היווצרות גז כגון אוזון, היסוד הכימי חמצן חייב להיות בתווך גזי בצורה של אטומים בודדים. תנאים כאלה נוצרים מההתנגשותמולקולות חמצן O2 עם אלקטרונים במהלך פריקות חשמליות או חלקיקים אחרים בעלי אנרגיה גבוהה, וכן כאשר הוא מוקרן באולטרה סגול.
חלק הארי מכמות האוזון הכוללת באטמוספרה הטבעית נוצר בשיטה פוטוכימית. האדם מעדיף להשתמש בשיטות אחרות בפעילות כימית, כמו למשל סינתזה אלקטרוליטית. זה מורכב מהעובדה שאלקטרודות פלטינה ממוקמות בסביבת אלקטרוליט מימית ומתחיל זרם. ערכת תגובה:
N2O + O2 → O3 + N 2 + e-
נכסים פיזיים
חמצן (O) הוא יחידה מרכיבה של חומר כמו אוזון - יסוד כימי, שהנוסחה שלו, כמו גם המסה המולרית היחסית, מצוינות בטבלה המחזורית. יצירת O3, חמצן מקבל תכונות שונות בתכלית מאלו של O2.
הגז הכחול הוא המצב הרגיל של תרכובת כמו אוזון. היסוד הכימי, הנוסחה, המאפיינים הכמותיים - כל זה נקבע במהלך הזיהוי והמחקר של חומר זה. נקודת הרתיחה עבורו היא -111.9 מעלות צלזיוס, למצב הנוזלי יש צבע סגול כהה, עם ירידה נוספת בדרגה ל -197.2 מעלות צלזיוס, ההיתוך מתחיל. במצב צבירה מוצק, האוזון מקבל צבע שחור עם גוון סגול. המסיסות שלו גבוהה פי עשרה מהתכונה הזו של חמצן O2. בריכוזים הכי קטנים באוויר, מרגישיםריח האוזון, הוא חד, ספציפי ודומה לריח של מתכת.
מאפיינים כימיים
פעיל מאוד, מנקודת מבט ריאקציונרית, הוא גז אוזון. היסוד הכימי שיוצר אותו הוא חמצן. המאפיינים הקובעים את התנהגות האוזון באינטראקציה עם חומרים אחרים הם יכולת החמצון הגבוהה וחוסר היציבות של הגז עצמו. בטמפרטורות גבוהות הוא מתפרק בקצב חסר תקדים, התהליך מואץ על ידי זרזים כגון תחמוצות מתכות, כלור, דו תחמוצת החנקן ואחרים. תכונותיו של חומר מחמצן טבועות באוזון בשל המאפיינים המבניים של המולקולה והניידות של אחד מאטומי החמצן, אשר, בהתפצלות, הופך את הגז לחמצן: O3→ O2 + O ·
חמצן (הלבנה שממנה בנויות מולקולות של חומרים כמו חמצן ואוזון) הוא יסוד כימי. כפי שכתוב במשוואות התגובה - O. האוזון מחמצן את כל המתכות מלבד זהב, פלטינה ותתי הקבוצות שלו. הוא מגיב עם גזים באטמוספירה - תחמוצות של גופרית, חנקן ואחרים. גם חומרים אורגניים אינם נשארים אינרטיים; התהליכים של שבירת קשרים מרובים באמצעות יצירת תרכובות ביניים מהירים במיוחד. חשוב ביותר שתוצרי התגובה אינם מזיקים לסביבה ולבני אדם. אלו הם מים, חמצן, תחמוצות גבוהות יותר של יסודות שונים, תחמוצות פחמן. תרכובות בינאריות של סידן, טיטניום וסיליקון עם חמצן אינן מקיימות אינטראקציה עם אוזון.
Application
האזור העיקרי שבו נעשה שימוש בגז "מריח" הואאוזון. שיטה זו של עיקור היא הרבה יותר יעילה ובטוחה עבור אורגניזמים חיים מאשר חיטוי עם כלור. בעת טיהור מים באוזון, לא מתרחשת היווצרות של נגזרות מתאן רעילות, המוחלפות בהלוגנים מסוכנים.
יותר ויותר, שיטת עיקור ידידותית לסביבה זו נמצאת בשימוש בתעשיית המזון. ציוד קירור, מתקני אחסון מזון מטופלים באוזון, וריחות מסולקים בעזרתו.
לרפואה, תכונות החיטוי של האוזון הן גם הכרחיות. הם מחטאים פצעים, תמיסות מלח. דם ורידי עובר אוזון, ומספר מחלות כרוניות מטופלות בגז "מריח".
להיות בטבע ובמשמעות
חומר פשוט אוזון הוא מרכיב בהרכב הגז של הסטרטוספירה, אזור בחלל קרוב לכדור הארץ הממוקם במרחק של כ-20-30 ק מ מפני השטח של כוכב הלכת. שחרור תרכובת זו מתרחשת במהלך תהליכים הקשורים לפריקות חשמליות, במהלך ריתוך והפעלת מכונות צילום. אבל בסטרטוספירה נוצרת ומכילה 99% מכמות האוזון הכוללת באטמוספירה של כדור הארץ.
חשוב ביותר היה הנוכחות של גז בחלל קרוב לכדור הארץ. הוא יוצר בו את מה שנקרא שכבת האוזון, המגנה על כל היצורים החיים מפני הקרינה האולטרה סגולה הקטלנית של השמש. באופן מוזר, אבל יחד עם יתרונות גדולים, הגז עצמו מסוכן לאנשים. עלייה בריכוז האוזון באוויר שאדם נושם מזיקה לגוף, בשל פעילותו הכימית הקיצונית.
