Озон – химическое газообразное вещество, которое является сильным окислителем. Какими свойствами обладает газ, и для каких целей его получают?

Общая информация

Озон впервые был обнаружен в 1785 году голландским физиком М. ван Марумом. Он заметил, что при пропускании через воздух электрических разрядов, воздух приобретает специфический запах. Однако термин «озон» был введен позже немецким химиком Х. Ф. Шенбейном в 1840 году.

Рис. 1. Х. Ф. Шенбейн.

Формула озона – О 3 , то есть озон состоит из трех молекул кислорода. Озон – это аллотропное видоизменение кислорода. О 3 – газ светло-синего цвета, с характерным запахом, нестойкий, токсичный. При температуре -111,9 градусов этот газ сжижается. Растворимость озона в воде больше, чем у кислорода: 100 объемов воды растворяют 49 объемов озона.

Рис. 2. Формула озона.

Это вещество образуется в атмосфере при электрических разрядах. Озоновый слой в стратосфере (25 км. от поверхности) поглощает ультрафиолетовое излучение, опасное для всех живых организмов.

Озон – сильный окислитель, даже более сильный, чем кислород. Он способен окислять такие металлы, как золото и платина.

Особая химическая активность озона объясняется тем, что его молекула легко распадается на молекулу кислорода и атомарный кислород. Образовавшийся атомарный кислород более активно реагирует с веществами, чем молекулярный.

Озон способен из раствора йодистого калия выделять йод:

2Kl+2H 2 O+O 3 =I 2 +2KOH+O 2

Бумага, смоченная йодистым калием и крахмалом в воздухе, содержащем озон, синеет. Эта реакция используется для обнаружения озона.

В 1860 году ученые Эндрюс и Тэт экспериментально доказали при помощи стеклянной трубки с манометром, наполненной чистым кислородом, что при превращении кислорода в озон происходит уменьшение объема газа

Получение и применение озона

Получают озон при действии электрических разрядов на кислород в озонаторах.

Озон применяют для обеззараживания питьевой воды, для обезвреживания промышленных сточных вод, в медицине – в качестве дезинфицирующего средства. Также как и хлорирование, озонирование обладает обеззараживающим эффектом, но его плюсом является то, что при использовании озона в обработанной воде не образуется токсинов. Озон также эффективно борется с плесенью и бактериями.

Рис. 3. Озонирование.

При остром отравлении озон поражает органы дыхания, раздражает слизистые глаз, вызывает головную боль. Токсичность озона резко возрастает при одновременном воздействии оксидов азота.

Что мы узнали?

Озон – газ, который был обнаружен в конце XVIII века, а свое современное название получил только в середине XIX века. В отличие от кислорода этот газ имеет характерный запах и отличается светло-синим цветом.

Озон - слово греческого происхождения, которое в переводе означает “пахучий”. Что такое озон? По своей сути, озон О3 - это газ голубого цвета с характерным запахом, который ассоциируется с запахом воздуха после грозового дождя. Особенно ощущается вблизи источников электрического тока.

История обнаружения озона учеными

Что такое озон? Как он был открыт? В 1785 физиком из Голландии Мартином ван Марумом было проведено несколько экспериментов, направленных на исследование воздействия электрического тока на кислород. По их результатам ученый исследовал появление специфической "электрической материи". Продолжая работать в данном направлении, в 1850 году ему удалось определить способность озона взаимодействовать с органическими соединениями и его свойство в качестве окислителя.

Впервые дезинфицирующие свойства озона были применены в 1898 году на территории Франции. В городке Бон Вояж был построен завод, который осуществлял обеззараживание и дезинфекцию воды из реки Вазюби. В России первый завод по озонированию был запущен в Санкт-Петербурге в 1911 году.

Широкое применение озон получил в годы Первой мировой войны в качестве антисептического средства. Озонокислородная смесь применялась для лечения заболеваний кишечника, пневмонии, гепатита и практиковалась при инфекционных поражениях после хирургического вмешательства. Особенно активно озонированием начали заниматься с 1980 года, толчком к этому стало появление на рынке надежных и энергосберегающих В настоящее время с помощью озона очищают около 95% воды в США и по всей Европе.

Технология образования озона

Что такое озон? Как он образуется? В естественной среде озон находится в атмосфере Земли на высоте 25 км. По сути, это газ, который образуется в результате ультрафиолетового излучения Солнца. На поверхности он образует слой толщиной 19-35 км, который защищает Землю от проникновения солнечной радиации. Согласно трактовке химиков, озон - это активный кислород (соединение трех атомов кислорода). В газообразном состоянии он голубой, в жидком имеет оттенок индиго, а в твердом - это темно-синие кристаллы. О3 - это его молекулярная формула.

Каков вред озона? Он относится к самому высокому классу опасности - это очень ядовитый газ, токсичность которого приравнивается к категории боевых отравляющих веществ. Причиной его появления являются электрические разряды в атмосфере (3O2 = 2O3). В природе почувствовать его можно после сильных вспышек молний. Озон хорошо взаимодействует с другими соединениями и считается одним из Поэтому его используют для уничтожения бактерий, вирусов, микроорганизмов, для очистки воды и воздуха.

Негативное влияние озона

На что влияет озон? Характерной особенностью этого газа является способность быстро взаимодействовать с другими веществами. Если в природе наблюдается превышение нормативных показателей, то в результате его взаимодействия с тканями человека могут возникнуть опасные вещества и заболевания. Озон - сильнодействующий окислитель, при взаимодействии с которым быстро разрушаются:

• натуральная резина;
• металлы, за исключением золота, платины и иридия;
• бытовые приборы;
• электроника.

При больших концентрациях озона в воздухе происходит ухудшение здоровья и самочувствия человека, в частности:

• раздражается слизистая оболочка глаз;
• нарушается функционирование органов дыхания, которое приведет к параличу легких;
• наблюдается общая усталость организма;
• появляются головные боли;
• возможно появление аллергических реакций;
• жжение в горле и тошнота;
• происходит негативное влияние на нервную систему.

Полезные свойства озона

Очищает ли озон воздух? Да, несмотря на свою газ является очень полезным для человека. В небольших концентрациях он отмечается отличными дезинфицирующими и дезодорирующими свойствами. В частности, он губительно действует на вредные микроорганизмы и производит к уничтожению:

• вирусов;
• различных видов микробов;
• бактерий;
• грибков;
• микроорганизмов.

Чаще всего озон используют во время эпидемии гриппа и вспышек опасных инфекционных заболеваний. С его помощью очищают воду от разного рода примесей и соединений железа, при этом обогащают ее кислородом и минералами.

Интересная информация об озоне, сфера его применения

Отличные дезинфицирующие свойства и отсутствие побочных эффектов привели к появлению спроса на озон и его широкому применению в различных отраслях экономики. В наши дни озон успешно используется для:

• удовлетворения потребностей фармацевтической отрасли;
• очистки воды в аквариумах и рыбных хозяйствах;
• дезинфекции бассейнов;
• медицинских целей;
• косметических процедур.

В медицинской отрасли озонирование практикуется при язвах, ожогах, экземах, варикозе, ранах и дерматологических заболеваниях. В косметологии озон применяют для борьбы со старением кожи, целлюлитом и лишним весом.

Влияние озона на жизнедеятельность живых существ

Что такое озон? Как он влияет на жизнь на Земле? Согласно исследованиям ученых, 10% озона находится в тропосфере. Этот озон является составным компонентом смогов и выполняет роль загрязнителя. Он негативно сказывается на дыхательных органах людей, животных и замедляет рост растений. Однако его количество очень мало, чтобы существенно вредить здоровью. Значительная часть вредного озона в составе смогов - это продукты функционирования автомобилей и электростанций.

Значительно больше озона (около 90%) находится в стратосфере. Этот поглощает биологически вредное ультрафиолетовое излучение Солнца, тем самым защищая людей, флору и фауну от негативных последствий.

Ниже мы еще остановимся на получении кислорода из воздуха, а пока зайдем в помещение, где работают электродвигатели и в котором мы умышленно выключили вентиляцию.

Сами по себе эти двигатели не могут служить источником загрязнения воздуха, так как они ничего из воздуха не потребляют и ничего в воздух не отдают. Однако при дыхании здесь чувствуется некоторое раздражение в горле. Что произошло с воздухом, который был чист до пуска двигателей?

В этом помещении работают так называемые коллекторные моторы. На подвижных контактах мотора - ламелях - часто образуется искра. В искре при высокой температуре молекулы кислорода соединяются между собой, образуя озон (O 3).

Молекула кислорода состоит из 2 атомов, которые всегда проявляют две валентности (0 = 0).

Как же представить себе строение молекулы озона? Валентность кислорода измениться не может: атомы кислорода в озоне должны также иметь двойную связь. Поэтому молекулу озона обычно изображают в виде треугольника, в углах которого расположены 3 атома кислорода.

Озон - газ голубоватого цвета с резким специфическим запахом. Образование озона из кислорода происходит с большим поглощением тепла.

Слово «озон» взято из греческого «аллос» - другой и «тропос» - поворот и означает образование простых веществ из одного и того же элемента.

Озон является аллотропическим видоизменением кислорода. Это простое вещество. Его молекула состоит из 3 атомов кислорода. В технике озон получают в специальных приборах, называемых озонаторами.

В этих приборах кислород пропускают через трубку, в которой помещен электрод, подключенный к источнику тока высокого напряжения. Вторым электродом служит проволока, намотанная на наружной части трубки. Между электродами создается электрический разряд, в котором из кислорода образуется озон. Кислород, выходящий из озонатора, содержит около 15 процентов озона.

Озон образуется также при действии на кислород лучей радиоактивного элемента радия или сильного потока ультрафиолетовых лучей. Кварцевые лампы, которые широко применяются в медицине, излучают ультрафиолетовые лучи. Вот почему в помещении, где долго работала кварцевая лампа, воздух становится удушающим.

Можно получить озон и химическим путем - действием концентрированной серной кислоты на марганцевокислый калий или окислением влажного фосфора.

Молекулы озона очень неустойчивы и легко распадаются с образованием молекулярного и атомарного кислорода (О 3 = O 2 + O). Так как атомарный кислород чрезвычайно легко окисляет различные соединения, озон является сильным окислителем. При комнатной температуре он легко окисляет ртуть и серебро, которые в атмосфере кислорода достаточно устойчивы.

Под действием озона органические красители обесцвечиваются, а каучуковые изделия разрушаются, теряют эластичность и трескаются при легком сжатии.

Такие горючие вещества, как эфир, спирт, светильный газ, воспламеняются при соприкосновении с сильно озонированным воздухом. Вата, через которую пропускают озонированный воздух, также воспламеняется.

Сильные окислительные свойства озона применяются для обеззараживания воздуха и воды. Озонированный воздух, пропущенный через воду, уничтожает в ней болезнетворные бактерии и несколько улучшает ее вкус и цвет.

Озонирование воздуха с целью уничтожения вредоносных бактерий не находит широкого применения, так как для эффективной очистки воздуха необходима значительная концентрация озона, а в большой концентрации он вреден для здоровья человека - вызывает сильное удушье.

В малых концентрациях озон даже приятен. Так бывает, например, после грозы, когда в огромной электрической искре блеснувшей молнии из кислорода воздуха образуется озон, который постепенно распределяется в атмосфере, вызывая легкое, приятное ощущение при дыхании. То же мы испытываем в лесу, особенно в густом сосновом бору, где под воздействием кислорода происходит окисление различных органических смол с выделением озона. Скипидар, который входит в состав смолы хвойного дерева, окисляется особенно легко. Вот почему в хвойных лесах воздух всегда содержит некоторое количество озона.

У здорового человека воздух соснового бора вызывает приятное ощущение. А для человека с больными легкими этот воздух полезен и необходим для лечения. Советское государство использует богатые сосновые леса в различных районах нашей родины и создает там лечебные санатории.

В 1785 г. голландский физик Ван Марум, проводя опыты с электричеством, обратил внимание на запах при образовании искр в электрической машине и на окислительные способности воздуха после пропускания через него электрических искр.

В 1840 г. немецкий ученый Шейнбейн, занимаясь гидролизом воды, пытался с помощью электрической дуги разложить её на кислород и водород. И тогда он обнаружил, что образовался новый, доселе неизвестный науке, газ со специфическим запахом. Имя «озон» было присвоено газу Шейнбейном из-за характерного запаха и происходит оно от греческого слова «озиен», что значит «пахнуть».

В 1857 г. с помощью созданной Вернером фон Сименсом «совершенной трубки магнитной индукции» удалось построить первую техническую озоновую установку. В 1901 г. фирмой «Сименс» построена первая гидростанция с озонаторной установкой в Висбанде.

Исторически применение озона началось с установок по подготовке питьевой воды, когда в 1898 году в городе Сан Мор (Франция) прошли испытания первой опытно-промышленной установки. Уже в 1907 году был построен первый завод по озонированию воды в городе Бон Вуаяж (Франция), для нужд города Ниццы. В 1911 г. была пущена в эксплуатацию станция озонирования питьевой воды в Санкт-Петербурге (в настоящее время не действует). В 1916 г. действовало уже 49 установок по озонированию питьевой воды.

К 1977 г. во всем мире действует уже более 1000 установок. Широкое же распространение озон получил только в течение последних 30 лет, благодаря появлению надежных и компактных аппаратов для его синтеза — озонаторов (генераторов озона).

В настоящее время 95% питьевой воды в Европе проходит озонную подготовку. В США идет процесс перевода с хлорирования на озонирование. В России действуют несколько крупных станций (в Москве, Нижнем Новгороде и других городах).

2. Озон и его свойства

Механизм образования и молекулярная формула озона

Известно, что молекула кислорода состоит из 2-х атомов: O2 . При определенных условиях молекула кислорода может диссоциировать, т.е. распадаться на 2 отдельных атома. В природе эти условия создаются во время грозы при разрядах атмосферного электричества, и в верхних слоях атмосферы, под воздействием ультрафиолетового излучения солнца (озоновый слой Земли). Механизм образования и молекулярная формула озона. Однако, атом кислорода не может существовать отдельно и стремится сгруппироваться вновь. В ходе такой перегруппировки образуются 3-х атомные молекулы.

Молекула озона Молекула, состоящая из 3-х атомов кислорода, называется озон или активированный кислород, представляет собой аллотропную модификацию кислорода и имеет молекулярную формулу O3 (d = 1.28 A, q = 116.5°).

Следует отметить, что связь третьего атома в молекуле озона относительно непрочна, что обуславливает нестабильность молекулы в целом и ее склонность к самораспаду.

Свойства озона

Озон O3 — голубоватый газ с характерным резким запахом, молекулярная масса 48 г/моль; плотность относительно воздуха 1,657 (озон тяжелее воздуха); плотность при 00С и давлении 0,1 МПа 2,143 кг/м3. Получение озона

В малых концентрациях на уровне 0,01-0,02 мг/м3 (в пять раз ниже предельно допустимой для человека концентрации), озон придает воздуху характерный запах свежести и чистоты. Так, например, после грозы едва уловимый запах озона неизменно ассоциируется с чистым воздухом.

Как было сказано выше, молекула озона нестабильна и обладает свойством самораспада. Именно благодаря этому свойству озон является сильным окислителем и исключительным по эффективности дезинфицирующим средством.

Окислительный потенциал озона

Мерой эффективности окислителя служит его электрохимический (окислительный) потенциал, выраженный в вольтах. Ниже приведены значения электрохимического потенциала различных окислителей в сравнении с озоном:

Окислитель	Потенциал, В	В % от потенциала озона	Использование окислителя в водоподготовке
Фтор (F2)	2,87	139	—
Озон (O3)	2,07	100	+
Перекись водорода (H2O2)	1,78	86	+
Перманганат калия (KMnO4)	1,7	82	+
Гипобромовая кислота (HOBr)	1,59	77	+
Гипохлоровая кислота (HOCl)	1,49	72	+
Хлор (Cl2)	1,36	66	+
Диоксид хлора (ClO2)	1,27	61	+
Кислород (O2)	1,23	59	+
Хромовая кислота (H2CrO2)	1,21	58	—
Бром (Br2)	1,09	53	+
Азотная кислота (HNO3)	0,94	45	—
Йод (I2)	0,54	26	—

Из таблицы видно, что озон — самый сильный из всех окислителей, используемых в водоподготовке.

Применение на месте

Нестабильность озона обуславливает необходимость его применения непосредственно на месте получения. Озон не подлежит упаковке, хранению и транспортировке.

Растворимость озона в воде

В соответствии с законом Генри, концентрация озона в воде возрастает с увеличением концентрации озона в газовой фазе, подмешиваемой в воду. Кроме того, чем выше температура воды, тем ниже концентрация озона в воде.

Растворимость озона в воде выше, чем кислорода, но ниже, чем хлора, в 12 раз. Если рассматривать 100% озон, то его предельная концентрация в воде составляет 570 мг/л при температуре воды 20С. Концентрация озона в газе на выходе современных озонаторных установок достигает 14% по весу. Ниже приведена зависимость концентрации озона, растворенного в дистиллированной воде, от концентрации озона в газе и температуры воды.

Концентрация озона в газовой смеси	Растворимость озона в воде, мг/л
	5°C	10°C	15°C	20°C
1.5%	11.09	9.75	8.40	6.43
2%	14.79	13.00	11.19	8.57
3%	22.18	19.50	16.79	12.86

Самораспад озона в воде и в воздухе

Скорость разложения озона в воздушной или водной среде оценивается при помощи периода полураспада, т.е. времени, в течение которого концентрация озона уменьшается вдвое.

Самораспад озона в воде (pH 7)

Температура воды, °С	Период полураспада
15	30 минут
20	20 минут
25	15 минут
30	12 минут
35	8 минут

Самораспад озона в воздухе

Температура воздуха, °C	Период полураспада
-50	3 месяца
-35	18 дней
-25	8 дней
20	3 дня
120	1.5 часа
250	1.5 секунды

Из таблиц видно, что водные растворы озона намного менее стабильны, чем газообразный озон. Данные по распаду озона в воде приведены для чистой воды, не содержащей растворенных и взвешенных примесей. Скорость распада озона в воде возрастает многократно в следующих случаях:

1. при наличии в воде примесей, окисляемых озоном (химическая потребность воды в озоне)
2. при повышенной мутности воды, т.к. на границе раздела между частицами и водой реакции самораспада озона протекают быстрее (катализ)
3. при воздействии на воду УФ облучением

3. Способы получения озона

В настоящее время широкое распространение получили 2 способа выработки озона:

* УФ-облучением

* под воздействием тихого (т.е. рассеянного, без образования искр) разряда коронного типа

1. УФ-облучение

Озон может образовываться вблизи УФ ламп, однако только в маленьких концентрациях (0,1 вес.%).

2.Коронный разряд

Тем же способом, которым озон образуется под действием электрических разрядов во время грозы, большое количество озона производится в современных электрических генераторах озона. Этот метод называется коронный разряд. Высокое напряжение пропускают через газовый поток, содержащий кислород. Энергия высокого напряжения разделяет молекулу кислорода О2 на 2 атома О, которые соединяются с молекулой О2 и образуют озон О3.

Чистый кислород, поступающий в генератор озона, можно заменить окружающим воздухом, содержащим большой процент кислорода.

Данный метод повышает содержание озона до 10-15 вес.%

Потребление энергии: 20 — 30 Вт/г О3 для воздуха 10 — 15 Вт/г О3 для кислорода

4. Применение озона для очистки и обеззараживания воды

Обеззараживание воды

Озон уничтожает все известные микроорганизмы: бактерии, вирусы, простейших, их споры, цисты и т.д.; при этом озон на 51% сильнее хлора и действует в 15-20 раз быстрее. Вирус полиомиелита погибает при концентрации озона 0,45 мг/л через 2 мин, а от хлора — только за 3 ч при 1мг/л.

На споровые формы бактерий озон действует в 300-600 раз сильнее хлора.

Озон разрушает окислительно-восстановительную систему бактерий и их протоплазму.

Биологические летальные коэффициенты (БЛК*) при использовании различных дезинфектантов

Дезинфектант	Энтеробактерии	Вирусы	Споры	Цисты
Озон О3	500	5	2	0.5
Гипохлористая кислота HOCl	20	1	0.05	0.05
Гипохлорит OCl-	0.2	<0.02	<0.0005	0.0005
Хлорамин NH2Cl	0.1	0.0005	0.001	0.02

*Чем выше БЛК, тем мощнее дезинфектант

Сравнение дезинфектантов

	ОЗОН	УФ	ХЛОР
E. coli	Да	Да	Да
Salmonella	Да	Да	Да
Giardia	Да	Да	Да
Legionnaire	Да	Нет	Нет
Crypto-sporidium	Да	Нет	Нет
Virus	Да	Нет	Нет
Микроводоросли	Да	Нет	Нет
Риск образованиея тригалометанов	Нет	Нет	Да

Дезодорация воды

При озонировании окисляются органические и минеральные примеси, являющиеся источником запахов и привкусов. Вода, прошедшая обработку озоном, содержит больше кислорода и по вкусу напоминает свежую родниковую воду.

Финишная подготовка питьевой воды на линиях розлива
Озонирование на линии розлива. Очищенная и подготовленная к розливу вода, насыщается озоном, полностью дезинфицируется и на относительно короткое время сама приобретает дезинфицирующие свойства. Благодаря этому повышается микробиологическая безопасность процесса розлива, озонированная вода надежно стерилизует стенки тары, пробку и воздушный зазор под пробкой. Срок хранения воды после озонирования увеличивается многократно. Особенно эффективна комбинированная обработка воды озоном в сочетании с ополаскиванием тары.

Окисление железа, марганца, сероводорода

Железо, марганец и сероводород легко окисляются озоном. Железо при этом переходит в нерастворимую гидроокись, которая затем легко задерживается в фильтрах. Марганец окисляется до перманганат-иона, который легко удаляется на угольных фильтрах. Сероводород, сульфиды и гидросульфиды переходят в безвредные сульфаты. Процесс окисления и формирования фильтруемых осадков при озонировании протекает в среднем в 250 раз быстрее, чем при аэрации. Особенно эффективно применение озона для обезжелезивания вод, содержащих железоорганические комплексы и бактериальные формы железа, марганца и сероводорода.

Очистка поверхностных вод от антропогенных примесей

Озонирование предварительно осветленной воды с последующей фильтрацией через активированный уголь — надежный способ очистки поверхностных вод от фенолов, нефтепродуктов, пестицидов и тяжелых металлов (окислительно-сорбционная очистка).

Очистка и обеззараживание воды на птицефабриках и фермах

Озонирование на птицефабрике. Подача воды, обеззараженной озоном, в поилки для птицы и животных не только способствует снижению заболеваемости и риска массовых эпидемий, но и вызывает ускоренную прибавку в весе птиц и животных.

Очистка и обеззараживание стоков

При помощи озона сточные воды обесцвечиваются.

При помощи озонирования сточные воды могут быть приведены в соответствие жестким требованиям рыбохозяйственных водоемов по содержанию фенолов, нефтепродуктов и ПАВ, а также микробиологическим показателям.

Озонирование воды для санитарной обработки продуктов и оборудования

Как было сказано выше, срок хранения воды, озонируемой в процессе розлива, увеличивается значительно за счет того, что продуктовая вода приобретает свойства дезинфицирующего раствора.

При переработке пищевых продуктов, на загрязненном оборудовании размножаются бактерии, являющиеся источником сильных запахов гниения и разложения. Ополаскивание оборудования озонированной водой после удаления основной массы загрязнений приводит к дезинфекции поверхностей, освежающему воздействию на воздух помещения и улучшению общего санитарного-гигиенического состояния производства.

Озонирование для санитарной обработки. В воде для санитарной обработки оборудования, в отличие от озонирования воды перед розливом, создаются более высокие концентрации озона.

Аналогично озонированной водой могут быть обработаны рыба и морепродукты, тушки птицы и овощи перед упаковкой. Срок службы обработанных перед закладкой на хранение продуктов увеличивается, а их внешний вид после хранения мало отличается от свежих продуктов.

5. Аспекты безопасности при эксплуатации озонового оборудования

Газообразный озон токсичен и способен вызывать ожог верхних дыхательных путей и отравление (как и любой другой сильный окислитель).

Предельно-допустимая концентрация (ПДК) озона в воздухе рабочей зоны регламентируется ГОСТом 12.1.005 «Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны», согласно которому она составляет 0,1мг/м3.

Запах озона фиксируется человеком в концентрациях 0,01-0,02мг/м3, что в 5-10раз меньше ПДК, поэтому появление слабого запаха озона в помещении не является тревожным сигналом. Для обеспечения надежного контроля содержания озона в производственном помещении должны быть установлены газоанализаторы, позволяющие осуществлять мониторинг концентрации озона и в случае превышения ПДК принять своевременные меры по ее снижению до безопасного уровня.

Любая технологическая схема, содержащая озоновое оборудование, должна быть оснащена газоотделителем, с помощью которого избыточный (не растворившийся) озон поступает в каталитический деструктор, где разлагается до кислорода. Подобная система позволяет исключить поступление озона в воздух производственного помещения.

Т.к. озон является сильнейшим окислителем, все газовые магистрали должны быть выполнены из озоностойких материалов таких, как нержавеющая сталь и фторопласт.

Озон - газообразное вещество, являющееся видоизменением кислорода (состоит из трех атомов его). Он всегда присутствует в атмосфере, но впервые был обнаружен в 1785 г. во время изучения действия искры на воздух голландским физиком Ван Марумом. В 1840 г. немецкий химик Кристиан Фридрих Шенбейн подтвердил эти наблюдения и предложил, что им открыт новый элемент, которому он дал название «озон» (от греческого ozon - пахнущий). В 1850 г. была определена высокая активность озона как окислителя и способность его присоединяться к двойным связям в реакциях со многими органическими соединениями. Оба эти свойства озона в дальнейшем нашли широкое практическое применение. Однако значение озона не ограничивается только этими двумя свойствами. Было установлено, что он обладает рядом ценных свойств как дезинфектанта и дезодоранта.
Впервые озон стали использовать в санитарии как средство для обеззараживания питьевой воды и воздуха. В числе первых исследователей процессов озонирования были и русские ученые. Еще в 1874 г. создатель перво" школы (русской) гигиенистов профессор А. Д. Доброе ш вин предложил озон как лучшее средство для обеззараживания питьевой воды и воздуха от патогенной микро флоры. Дозднее, в 1886 г. Н. К. Келдыш провел исследования бактерицидного действия озона и рекомендовали его как высокоэффективное дезинфицирующее средство. Особенно широко развернулись исследования озона в XX в. И уже в 1911 г. в.Петербурге была пущена в эксплуатацию первая в Европе озоноводопроводная станция. В этот же период были проведены многочисленные исследования озонирования с лечебной целью в медицине, с санитарной целью в пищевой промышленности, в окислительных процессах химической промышленности и др.
Сферы и масштабы использования озона в последнее десятилетие увеличиваются быстрыми темпами. В настоящее время наиболее важные области применения озона следующие: очистка и обеззараживание питьевой и промышленной воды, а также хозяйственно-фекальных и промышленных стоков с целью снижения биологического потребления кислорода (БПК), обесцвечивание, нейтрализация вредных ядовитых веществ (цианидов, фенолов, меркаптанов), устранение неприятных запахов, дезодорация и очистка воздуха различных производств, озонирование в системах кондиционирования воздуха, хранение пищевых продуктов, стерилизация упаковочных и перевязочных материалов в фармацевтической промышленности, терапия и медицинская профилактика различных заболеваний и др.
В последние годы установлено еще одно свойство озона - способность повышать биологическую ценность кормов для животных и продуктов питания для человека, что позволило применять озон в процессах переработки, подготовки и хранения кормов и различных продуктов. Поэтому разработка технологий озонирования в сельскохозяйственном производстве, и, в частности в птицеводстве, весьма перспективна

Физические свойства озона

Озон - это высокоактивная, аллотропная форма кислорода; при обычных температурах - это газ светло-голубого цвета с характерным острым запахом (запах органолептически ощущается при концентрации озона 0,015 мг/м3 воздуха). В жидкой фазе озон имеет индиго-голубой, а в твердой - густой фиолетово-голубоватый цвет, слой озона толщиной в 1 мм практически светонепроницаем. Озон образуется из кислорода, поглощая при этом тепло и, наоборот, при разложении переходит в кислород, выделяя тепло (подобно горению). Процесс этот можно записать в следующем виде:
Экзотермическая реакция
2Оз=ЗО2+68 ккал
Эндотермическая реакция

Скорости этих реакций зависят от температуры, давления и концентрации озона. При нормальной температуре и давлении реакции протекают медленно, но при повышенных температурах ускоряется распад озона.
Образование озона под действием энергии различных излучений довольно сложно. Первичные процессы образования озона из кислорода могут протекать по-разному в зависимости от количества приложенной энергии.
Возбуждение молекулы кислорода происходит при энергии электронов 6,1 эВ; образование молекулярных ионов кислорода - при энергии электронов 12,2 эВ; диссоциация в кислороде - при энергии электронов 19,2 эВ. Все свободные электроны захватываются молекулами кислорода, в результате чего образуются отрицательные ионы кислорода. После возбуждения молекулы наступает реакция образования озона.
При энергии электронов 12,2 эВ, когда происходит образование молекулярных ионов кислорода, выхода озона не наблюдается, а при энергии электронов 19,2 эВ, когда участвуют как атом, так и ион кислорода, образуется озон. Наряду с этим образуются положительные и отрицательные ионы кислорода. Механизм распада озона*, в котором участвуют гомогенные и гетерогенные системы, сложен и зависит от условий. Разложение озона ускоряется в гомогенных системах газообразными добавками (окислы азота, хлор и др.), а в гетерогенных системах металлами (ртуть, серебро, медь и др.) и окислами металлов (железо, медь, никель, свинец и др.). При высоких концентрациях озона реакция происходит со взрывом. При концентрации озона до 10% взрывного разложения его не происходит. Низкие температуры способствуют сохранению озона. При температурах около - 183°С жидкий озон можно хранить длительное время без заметного разложения. Быстрое нагревание до точки кипения (-119°С) или быстрое охлаждение озона могут привести к взрыву. Поэтому знание свойств озона и соблюдение мер предосторожности очень важно при работе с ним. В таблице 1 приведены основные физические свойства озона.
При газообразном состоянии озон диамагнитен, а в жидком - слабо парамагнитен. Озон хорошо растворяется в эфирных маслах, скипидаре, четыреххлористом углероде. Растворимость его в воде выше, чем кислорода, более чем в 15 раз.
Молекула озона, как уже отмечалось, состоит из трех атомов кислорода и имеет несимметричную структуру треугольника, характеризующегося тупым углом при вершине (116,5°) и равными ядерными расстояниями (1,28°А) со средней энергией связи (78 ккал/моль) и слабовыражен-ной полярностью (0,58).

Основные физические свойства озона

Показатель	Значение
Молекулярный вес	47,998
Удельный вес по воздуху	1,624
Плотность при НТД	2,1415 г/л
Объем при НТД	506 см3/г
Температура плавления	- 192,5° С
Температура кипения	-111,9°С
Критическая температура	- 12,1° С
Критическое давление	54,6 атм
Критический объем	147,1 см3/моль
Вязкость при НТД	127- КГ* пауз
Теплота образования (18° С)	34,2 ккал/моль
Теплота испарения (-112° С)	74,6 ккал/моль
Теплота растворения (НгО, 18° С)	3,9 ккал/моль
Потенциал ионизации	12,8 эВ
Сродство к электрону	1,9-2,7 эВ
Диэлектрическая постоянная Газообразного озона при НТД	1,0019
Теплопроводность (25° С)	3,3- 10~"5 кал/с- см2
Скорость детонации (25° С)	1863 м/с
Давление детонации (25° С)	30 атм
Магнитная восприимчивость
(18° С)	0,002- Ю-6 ед
Молекулярные коэффициенты
.кстинции (25° С)	3360 см""1 моль (при 252 нмУФЛ); 1,32см-1 (при 605 нм видимого света)
Растворимость в воде при ("С):
0	1,13 г/л
10	0,875 г/л
20	0,688 г/л
40	0,450 г/л
СО	0,307 г/л
Растворимость озона:
в уксусной кислоте (18,2° С)	2,5 г/л
в трихлоруксусной кислоте, 0"С)	1,69 г/л
, ангидриде уксусной кислоты (0°С)	2,15 г/л
в пропионовой кислоте (17,3° С)	3,6 г/л
в ангидриде пропионовой кислоты (18,2° С)	2,8 г/л
в четыреххлористом углероде (21° С)	2,95 г/л

Оптические свойства озона характеризуются его нестойкостью к излучениям различного спектрального состава. Излучения могут не только поглощаться озоном, разрушая его, но и образовывать озон. Образование озона в атмосфере происходит под воздействием ультрафиолетового излучения солнца в коротковолновом участке спектра 210-220 и 175 нм. При этом на поглощенный квант света образуются две молекулы озона. Спектральные свойства озона, его образование и распад под влиянием солнечной радиации обеспечивают оптимальные параметры климата в биосфере Земли.



гольника, характеризующегося тупым углом при вершине (116,5°) и равными ядерными расстояниями (1,28°А) со средней энергией связи (78 ккал/моль) и слабовыражен-ной полярностью (0,58).
Оптические свойства озона характеризуются его нестойкостью к излучениям различного спектрального состава. Излучения могут не только поглощаться озоном, разрушая его, но и образовывать озон. Образование озона в атмосфере происходит под воздействием ультрафиолетового излучения солнца в коротковолновом участке спектра 210-220 и 175 нм. При этом на поглощенный квант света образуются две молекулы озона. Спектральные свойства озона, его образование и распад под влиянием солнечной радиации обеспечивают оптимальные параметры климата в биосфере Земли.
Озон обладает хорошей способностью адсорбироваться силикагелем и алюмогелем, что позволяет использовать это явление для извлечения озона из газовых смесей и из растворов, а также для безопасного обращения с ним при высоких концентрациях. В последнее время для безопасной работы с высокими концентрациями озона широко используют фреоны. Концентрированный озон, растворенный во фреоне, может сохраняться длительное время.
При синтезе озона, как правило, образуются газовые смеси (O3+O2 или Оз + воздух), в которых содержание озона не превышает 2-5% по объему. Получение чистого озона - технически сложная задача и до настоящего времени еще нерешенная. Существует способ отделения кислорода от смесей путем низкотемпературной ректификации газовых смесей. Однако пока еще не удалось исключить опасность взрыва озона при ректификации. В исследовательской практике часто используют прием двойного намораживания озона жидким азотом, позволяющий получить концентрированный озон. Более безопасным является метод получения концентрированного озона путем адсорбции - десорбции, когда поток газовой смеси продувают через слой охлажденного (-80°С) силикагеля, а затем адсорбент продувают инертным газом (азотом или гелием). Таким методом можно получить соотношение озон: кислород =9:1, т. е. высококонцентрированный озон.
Использование в промышленных целях концентрированного озона как окислительного компонента незначительно.

Химические свойства озона

Характерными химическими свойствами озона в первую очередь следует считать его нестойкость, способность быстро разлагаться, и высокую окислительную активность.
Для озона установлено окислительное число И, которое характеризует число атомов кислорода, отдаваемых озоном окисляемому веществу. Как показали опыты, оно может быть равным 0,1, 3. В первом случае озон разлагается с увеличением объема: 2Оз--->ЗО2, во втором он отдает окисляемому веществу один атом кислорода: О3 ->О2+О (при этом, объем не увеличивается), и в третьем случае происходит присоединение озона к окисляемому веществу: О3->ЗО (при этом объем его уменьшается) .
Окислительными свойствами характеризуются химические реакции озона с неорганическими веществами.
Озон окисляет все металлы, за исключением золота и группы платины. Сернистые соединения окисляются им до сернокислых, нитриты - в нитраты. В реакциях с соединениями йода и брома озон проявляет восстановительные свойства, и на этом основан ряд методов его количественного определения. В реакцию с озоном вступают азот, углерод и их окислы. В реакции озона с водородом образуются гидроксильные радикалы: Н+О3-> HO+O2. Окислы азота реагируют с озоном быстро, образуя высшие окислы:
NO+Оз->NO2+O2;
NO2+O3----->NO3+O2;
NO2+O3->N2O5.
Аммиак окисляется озоном в азотнокислый аммоний.
Озон разлагает галогеноводороды и переводит низшие окислы в высшие. Галогены, участвующие в качестве активаторов процесса, также образуют высшие окислы.
Восстановительный потенциал озон - кислород достаточно высокий и в кислой среде определен величиной 2,07 В, а в щелочном растворе - 1,24 В. Сродство озона с электроном определено величиной в 2 эВ, и только фтор, его окислы и свободные радикалы обладают более сильным сродством к электрону.
Высокое окислительное действие озона было использовано для перевода ряда трансурановых элементов в семивалентное состояние, хотя высшее валентное состояние их равно 6. Реакция озона с металлами переменной валентности (Сг, Сог и др.) находит практическое применение при получении исходного сырья в производстве красителей и витамина PP.
Щелочные и щелочно-земельные металлы под действием озона окисляются, а их гидроокиси образуют озониды (триоксиды). Известны озониды давно, о них упоминал еще в 1886 г. французский химик-органик Шарль Адольф Вюрц. Они представляют собой кристаллическое вещество красно-коричневого цвета, в решетку молекул которого входят однократно отрицательные ионы озона (O3-), чем и обусловлены их парамагнитные свойства. Предел термической устойчивости озонидов -60±2° С, содержание активного кислорода - 46% по весу. Как многие пе-рекисные соединения озониды щелочных металлов нашли широкое применение в регенеративных процессах.
Озониды образуются в реакциях озона с натрием, калием, рубидием, цезием, которые идут через промежуточный неустойчивый комплекс типа М+ О- Н+ O3--с дальнейшей реакцией с озоном, в результате чего образуется смесь озонида и водного гидрата окиси щелочного металла.
Озон активно вступает в химическое взаимодействие со многими органическими соединениями. Так, первичным продуктом взаимодействия озона с двойной связью непредельных соединений является малозоид, который нестоек и распадается на биполярный ион и карбонильные соединения (альдегид или кетон). Промежуточные продукты, которые образуются в этой реакции, вновь соединяются в другой последовательности, образуя озо-нид. В присутствии веществ, способных вступать в реакцию с биполярным ионом (спирты, кислоты), вместо озонидов образуются различные перекисные соединения.
Озон активно вступает в реакцию с ароматическими соединениями, при этом реакция идет как с разрушением ароматического ядра, так и без его разрушения.
В реакциях с насыщенными углеводородами озон вначале распадается с образованием атомарного кислорода, который инициирует цепное окисление, при этом выход продуктов окисления соответствует расходу озона. Взаимодействие озона с насыщенными углеводородами протекает как в газовой фазе, так и в растворах.
С озоном легко реагируют фенолы, при этом происходит разрушение последних до соединений с нарушенным ароматическим ядром (типа хиноина), а также малотоксичных производных непредельных альдегидов и кислот.
Взаимодействие озона с органическими соединениями находит широкое применение в химической промышленности и в смежных отраслях. Использование реакции озона с непредельными соединениями позволяет получать искусственным путем различные жирные кислоты, аминокислоты, гормоны, витамины и полимерные материалы; реакции озона с ароматическими углеводородами - дифениловую кислоту, фталевый диальдегид и фталевую кислоту, глиоксалевую кислоту и др.
Реакции озона с ароматическими углеводородами легли в основу разработки методов дезодорации различных сред, помещений, сточных вод, абгазов, а с серосодержащими соединениями - в основу разработки методов очистки сточных вод и отходящих газов различных производств, включая сельское хозяйство, от серосодержащих вредных соединений (сероводород, меркаптаны, сернистый ангидрид).