Такой разный озон: пять фактов о газе, который может спасать и убивать. Озон (химический элемент): свойства, формула, обозначение

Из-за неблагополучного состояния окружающей среды в России ежегодно погибают более 300 тыс. человек. К традиционным, существовавшим в нашей стране много лет экологическим проблемам прибавилась еще одна - проблема тропосферного (приземного) озона.

Озон: полезен вверху, вреден внизу

Трудно найти человека, который не знал бы о существовании в стратосфере Земли озоновых дыр, лишающих нас защиты от избыточного ультрафиолета Солнца, губительного для всего живого. На фоне этой глобальной проблемы, казалось бы, совершенно невинно выглядит влияние на наше здоровье другого озона, находящегося в приземном воздухе, которым мы дышим. Люди обращают внимание на загрязнение атмосферы выбросами промышленных предприятий и выхлопами автомобилей, но мало кто знает, как опасен приземный озон для человеческого организма.

Токсичность озона (О3) проявляется в результате его действия на дыхательную систему человека и животных. Озон обладает высокой химической активностью, для проявления его токсического действия достаточно минимальных концентраций. Он является почти идеальным боевым отравляющим веществом, и только по причине трудности его

получения он не оказался в числе примененных боевых газов в период Первой мировой войны. К числу его недостатков военные относят резкий запах.

Опасность приземного озона, условия его возникновения и необходимость разработки способов защиты давно тревожат общественность и правительства промышленно развитых стран.

Существует международный термин «доиндустриальный озон». Его концентрация в воздухе составляла 10-20 мкг/м3. Развитие автотранспорта привело к значительному увеличению концентрации озона в тропосфере. Этот приземный озон американцы называют «плохим», в отличие от хорошего - стратосферного. Индустриально развитые страны столкнулись с этой бедой несколько десятилетий назад, а Россия - только в конце 1990-х годов.

Как образуется озон?

Повышенный уровень приземного озона возникает лишь при определенных метеорологических условиях - в жаркую погоду.

В приземном слое атмосферы основным источником озона являются фотохимические реакции, в которых участвуют оксиды азота, летучие углеводороды (выхлопы автотранспорта и промышленные выбросы) и ряд других веществ. Эти компоненты называются предшественниками озона. Под действием ветра они могут распространяться на сотни километров. Когда уровень солнечной радиации мал (пасмурная летняя погода, осень, зима), фотохимические реакции в приземной атмосфере отсутствуют или потекают очень вяло. Но стоит увеличиться солнечной радиации, особенно в безветренную погоду, как воздух в городе и за его пределами становится особенно ядовитым.

Жарким летом 2002 г. в традиционном курортном месте дальнего Подмосковья мы фиксировали уровни озона, превышавшие 300 мкг/м3! Что означают эти цифры?

Озон - вещество высшего класса опасности, по токсичности он превосходит синильную кислоту и хлор, которые являются боевыми отравляющими веществами. Всемирная организация здравоохранения отнесла озон к веществам безпорогового действия, т. е. любая концентрация в воздухе этого газа, сильнейшего канцерогена, опасна для человека. Предельно допустимые концентрации озона в России составляют:
- для жилых зон 30 мкг/м3 (среднее за сутки) и 160 мкг/м3 (среднее за 30 мин и не более 1% повторяемости в год);
- для промышленных зон - не более 100 мкг/м3.

В станах Европейского Союза принят стандарт 110 мкг/м3 за 8 ч светлого времени суток.

В чем опасность озона для здоровья?

Озон попадает в организм со вдыхаемым воздухом. Озон оказывает общетоксическое, раздражающее, канцерогенное, мутагенное, генотоксическое действие; вызывает усталость, головную боль, тошноту, рвоту, раздражение дыхательных путей, кашель, расстройство дыхания, хронический бронхит, эмфизему легких, приступы астмы, отек легких, гемолитическую анемию (из справочника Я.М. Глушко «Вредные неорганические соединения в промышленных выбросах в атмосферу»; Л.,: Химия, 1987).

А эта информация взята с американского правительственного экологического сайта (www.epa.gov/air now (environmental Protection Agency). Ученые США определили, что каждый третий американец обладает повышенной чувствительностью к озону. Люди этой группы могут серьезно навредить своему здоровью, если не будут следить за сообщениями о содержании озона в приземных слоях атмосферы в районах мест их проживания. Такие сведения предоставляет ЕРА (Агентство по защите окружающей среды) совместно с Правительством США. Получая ее, люди оптимизируют свои решения.

Воздействие озона на здоровье человека:
- вызывает раздражение органов дыхания, кашель, тяжесть в груди; эти симптомы могут длиться несколько часов и переходить в хроническую фазу;
- уменьшает легочную функцию;
- способствует развитию астмы и увеличивает количество ее приступов;
- провоцирует возникновение аллергических реакций;
- повреждает ткани бронхов и легких;
- способствует возникновению бесплодия у мужчин;
- значительно понижает иммунитет;
- провоцирует канцерогенные и мутогенные процессы.

Ученые выявили четыре группы людей, которые подвергаются повышенному риску негативного воздействия озона:
- дети;
- взрослые, по роду занятий много времени проводящие в активном движении на открытом воздухе;
- люди, имеющие высокую чувствительность к озону (причину ученые определить пока не могут);
- пожилые люди. К этой же группе относятся больные с хроническими заболеваниями органов дыхания и сердечно-сосудистой системы.

Как защитить себя от действия приземного озона?

Если вы узнали о его повышенной концентрации, выход один - избегать нахождения на открытом воздухе; если это невозможно, максимально ограничить пребывание вне помещения, не двигаться при этом активно; не разрешать детям выходить на улицу.

Ученые Йельского университета США опубликовали данные о негативном воздействии озона на здоровье человека. Они сопоставили данные о смертности с данными о выбросах озона в 95 городах за период 1987-2000 гг. Повышение в воздухе концентрации озона на 20 мкг/м3 приводит к увеличению смертности на следующей неделе более чем на 0,5 % общего количества смертей.

В 2005 г. несколько европейских государств подписали Протокол об ограничении выбросов загрязняющих веществ. Европейские эксперты подсчитали, что при сокращении выбросов предшественников озона (оксидов азота и летучих углеводородов) примерно на 40% уменьшится количество дней, в которые происходит интенсивное образование тропосферного озона.

При уменьшении вредных выбросов промышленности и автомобильного транспорта (соответственно и уменьшения образования приземного озона) количество лет жизни, потерянных людьми из-за хронических болезней, в 2010 году будет на 2,3 млн лет меньше, чем в 1990. Показатели смертности среди детей и подростков, спровоцированных присутствием в атмосфере этого опасного газа и микрочастиц, могут сократиться приблизительно на 47 500 случаев. Вредное воздействие повышенной концентрации озона на процесс роста растений по сравнению с 1990 г. уменьшится на 44% .

В России в 1993 г. ущерб от повышенного озонового фона только по ржи и пшенице составил 150 млн долл., а в Европе - более 2 млрд.

Анализ, проведенный в ходе переговоров о заключении Протокола, показал, что предполагаемая польза от его реализации (улучшение здоровья населения, повышение урожайности в сельском хозяйстве, ограничение ущерба для строений и памятников) значительно превышает по стоимости прогнозируемые расходы (самое малое - в 3 раза) по претворению этого документа в жизнь.

Мы проводили эксперимент по одновременному измерению озона двумя одинаковыми газоанализаторами в Москве и в курортном районе дальнего Подмосковья. Оказалось, что за период летних измерений концентрации озона в городском воздухе были меньше, чем аналогичные показатели в атмосфере курортной зоны. Парадоксальный факт удалось объяснить с помощью модели образования этого газа в пригородах мегаполисов, которую разработали зарубежные ученые. Суть метода в следующем.

С подветренной стороны мегаполиса концентрации озона начинают расти с расстояния примерно 20 км от города и достигают максимальных значений при удалении от него на 50-60 км. В городской среде постоянно действуют мощные источники оксидов азота. Они вступают в реакцию с озоном и нейтрализуют его, а за городом таких источников нет и избыток озона остается в воздухе.

Эти реакции носят циклический характер и определяют равновесие в атмосфере. Таким образом, за городом фотохимическое равновесие устанавливается в сторону высоких значений озона, а в городской среде - более низких. Но это не значит, что воздух мегаполисе безопасней. За последние годы атмосфера Москвы превратилась в химический реактор, производящий очень ядовитые соединения. В присутствии двуокиси азота (а этого газа в городском воздухе всегда много) озон становится в 20 раз более токсичным. Москвичи, спасаясь на дачах от летней жары, не представляют, какой опасности подвергают свое здоровье. Единственное спасение - холодное, пасмурное и дождливое лето! Потепление климата в Московском регионе может привести к катастрофической ситуации с уровнем приземного озона, особенно если наши власти и дальше будут считать его полезным.

Следует сказать несколько слов еще об одном популярном мифе. В художественной литературе можно встретить фразу «после грозы чудесно пахнет озоном». Практически все люди, включая министра экологии, считают, что чем больше озона в воздухе, тем полезней для здоровья, дышать нужно как можно глубже. Между тем многолетние измерения озона в курортных зонах и городах всегда показывают одну картину: - после грозы и ливня в приземной атмосфере озон исчезает.

Как решают проблему тропосферного озона в США и странах Европейского союза? В Европе насчитывается более 10 тыс. станций контроля за предшественниками озона и за ним самим. Получаемая информация используется для оповещения населения. Самый посещаемый сайт в Германии - о содержании озона в воздухе. На основе полученных данных формируется политика в области охраны окружающей среды стран - членов ЕС. США и Европе уже удалось добиться ежегодного снижения концентраций озона в атмосферном воздухе.

В России нет ни одной станции контроля озона и его предшественников, хотя есть качественная аналитическая техника, для контроля уровня озона, специалисты, предлагающие способы решения этой проблемы. У властей нет ни воли, ни желания вникать в нее.

Как же реагируют на эту острейшую ситуацию чиновники, которые формируют политику природопользования, чиновники, которые строят дворцы на самой дорогой и самой опасной земле Подмосковья?

22 августа 2004 г. принят Федеральный закон № 12 «О внесении изменений в законодательные акты Российской Федерации и признании утратившими силу некоторых законодательных актов Российской Федерации в связи с принятием федеральных законов «О внесении изменений и дополнений в Федеральный закон «Об общих принципах организации законодательных (представительных) и исполнительных органов государственной власти субъектов Российской Федерации» и «Об общих принципах организации местного самоуправления в Российской Федерации».

Название закона, казалось бы, указывает на то, что изменения должны касаться органов государственной власти и местного самоуправления. Мы же убедились в том, что этот закон внес существенные изменения в жизнь всех граждан России, причем далеко не позитивного характера. Тенденция изменений в области природоохранного законодательства не внушает оптимизма, она демонстрирует факт самоустранения органов государственной власти от выполнения обязательств перед обществом по обеспечению экологической безопасности и ликвидации правовых гарантий и практических механизмов охраны окружающей среды. Важнейшим негативным аспектом принятых изменений является лишение природоохранной деятельности государственной финансовой поддержки, а также антиконституционные изменения в части разграничения полномочий между федеральными органами власти и органами власти субъектов РФ.

Ликвидированы правовые механизмы защиты атмосферного воздуха в городах.

Федеральные власти сняли с себя ответственность за жизнь и здоровье миллионов горожан.

Федеральный закон «Об охране атмосферного воздуха»

Качество воздушной среды является одним из определяющих факторов состояния окружающей среды. Общая тенденция развития законодательства в этой области демонстрирует отход от соблюдения конституционных гарантий права граждан на благоприятную окружающую среду.

Состояние атмосферного воздуха таких городов, как Москва, Новокузнецк, Череповец, Кемерово, Челябинск, Екатеринбург, является катастрофическим. Люди, проживающие в городах, вынуждены дышать токсичными выбросами промышленных предприятий, превышающими предельно допустимые нормы в сотни раз. Последние изменения, внесенные в Федеральный закон «Об охране атмосферного воздуха», лишают их даже теоретической возможности изменить ситуацию в будущем.

Возможно, судьба значительной части населения России, обеспечивающего благосостояние страны, не волнует ни исполнительную, ни законодательную власти. Однако собственная жизнь, казалось бы, не должна быть безразлична даже власть имущим. Существует мнение, что Москва находится в особом положении и трудности, переживаемые в регионах, москвичам не знакомы, а уж правительство, президент и депутаты Государственной думы вообще живут на другой планете. Во многом такое мнение обоснованно, но только не в ситуации с воздухом. И бомж, и президент, и председатель правительства, живя в Москве, дышат одним воздухом.

В Федеральный закон «Об охране атмосферного воздуха» внесены изменения, свидетельствующие о полной ликвидации системы защиты воздушной среды.

Статья 8 (утратила силу)

«Специально уполномоченный федеральный орган исполнительной власти в области охраны атмосферного воздуха в установленном порядке осуществляет деятельность в области охраны атмосферного воздуха совместно с другими федеральными органами исполнительной власти в пределах их компетенции и взаимодействует с органами исполнительной власти субъектов Российской Федерации».

Статья 9 (утратила силу)

«1. Юридические лица, имеющие источники выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух, а также вредного физического воздействия на атмосферный воздух, разрабатывают и осуществляют в области охраны атмосферного воздуха мероприятия по охране атмосферного воздуха.

2. С учетом мероприятий по уменьшению выбросов вредных (загрязняющих) веществ, данных мониторинга атмосферного воздуха, результатов контроля выбросов вредных (загрязняющих) веществ, результатов расчетов рассеивания выбросов вредных (загрязняющих) веществ специально уполномоченный федеральный орган исполнительной власти в области охраны атмосферного воздуха, его территориальные органы разрабатывают соответствующие федеральные целевые программы, программы субъектов Российской Федерации и местные программы охраны атмосферного воздуха.

Мероприятия по охране атмосферного воздуха не должны приводить к загрязнению других объектов окружающей природной среды.

3. Проекты программ охраны атмосферного воздуха могут выноситься на обсуждение граждан и общественных объединений в целях учета их предложений при планировании и осуществлении мероприятий по улучшению качества атмосферного воздуха.

Статья 10 (утратила силу)

«Финансирование программ охраны атмосферного воздуха и мероприятий по его охране осуществляется в соответствии законодательством Российской Федерации.»

Анализируя внесенные в законодательство изменения, можно сделать следующие выводы:

1. Ликвидирован специально уполномоченный орган по охране атмосферного воздуха, фактически снята ответственность с федеральной власти за ужасающее состояние воздушной среды огромного количества российских городов с развитой промышленностью. Состояние воздуха в них представляет угрозу не только для здоровья, но и для жизни людей (ст. 8)

2. Ликвидированы программы охраны атмосферного воздуха (ст. 9).

3. С юридических лиц, имеющих источники выбросов вредных веществ, снята обязанность по охране атмосферного воздуха.

4. С федеральных органов власти и властей субъектов Российской Федерации снята обязанность по разработке и реализации программ и проведению мероприятий по охране атмосферного воздуха.

5. Ликвидирован контроль общественности и ее участие в планировании и осуществлении программ по охране атмосферного воздуха.

6. Ликвидировано финансирование программ и мероприятий по охране атмосферного воздуха (ст. 10).

Признание указанных статей утратившими силу делает бессмысленным само существование в России Закона об охране атмосферного воздуха.

Без гарантий правовой защиты оставлено население всех промышленных городов России, проживающих в условиях катастрофического загрязнения атмосферы.

А.М.Чучалин, О.А. Яковлева, В.А. Миляев, С.Н. Котельников.

Принято различать два вида озона:

- тропосферный озон , образующийся в нижних слоях атмосферы Земли ниже 8-12 км. На тропосферный озон приходится около 10% всего атмосферного озона.

- стратосферный озон , образующийся в верхних слоях атмосферы Земли выше 12 км.

Концентрация озона в атмосфере очень незначительна: до одной тысячной доли процента от общего объема атмосферы Земли (до 0,001 %).

Озоновый слой (озоносфера) – это область атмосферы Земли , в которой происходит активное образование озона. Озоносфера начинается на уровне 10-12 км от поверхности Земли и простирается до высот 50-55 км, но больше всего озона содержится на высоте около 25 км.

Однако даже в зоне наибольшей концентрации озона в атмосфере находится не более 5-10 молекул озона на миллион молекул воздуха.

Если собрать весь озон, содержащийся в вертикальном столбе атмосферы при давлении 760 мм рт. ст. и температуре 0°С, то получится слой толщиной всего 3 мм.

При различных условиях количество озона в атмосфере может меняться примерно в 2 раза, так что высота однородной атмосферы озона может составлять то 0.2, то 0.4 см.

Концентрация озона в атмосфере и распределение озонового слоя над поверхностью Земли.

Озоносфера охватывает всю планету, но распределение озонового слоя над поверхностью Земли неравномерно. Образование большей части озона происходит над экватором, а в сторону полюсов О 3 переносится воздушными течениями. Но если взглянуть на карту распределения озонового слоя по широтам Земли, мы увидим, что как раз над экваториальными широтами содержание озона в атмосфере минимально.

На планете четко выделяется тропическая область недостаточного содержания озона в зоне от 35° с. ш. до 35° ю. ш., где средняя приведенная толщина слоя О 3 около 0,26 см. К северу и югу от нее толщина слоя больше – 0,35 см. То есть толщина озонового слоя (концентрация озона в атмосфере) растет по направлению к полюсам.

Количество озона относительно велико в северных полярных широтах, далее убывает к югу, сравнительно мало в области между 35 с.ш. и 35 ю.ш., затем нарастает, и вторичный максимум приходится на 50 - 60 ю.ш. Над Антарктидой намечается новый "провал"".

Наибольшая концентрация озона в атмосфере приходится на следующие широты:

В Северном полушарии на широте 65-75°

В Южном полушарии на широте 50-60°

Почему же так происходит?

Почему над экватором озоновый слой тоньше, концентрация озона в атмосфере меньше?

Ведь, казалось бы, вполне логично предположить, что озона должно быть больше там, где он и образуется. Для объяснения этого феномена есть несколько причин. Рассмотрим их подробнее.

Причиной малой концентрации озона над экваториальными широтами является быстрый распад молекулы озона. Время жизни молекулы озона здесь составляет всего несколько часов.

Это связано, прежде всего, с высокой интенсивностью солнечного излучения в высоких слоях атмосферы экваториальных широт. Ультрафиолетовое излучение разбивает молекулы озона, также озон разрушается вследствие реакции с атомарным кислородом.

Оставшийся озон из-за большей плотности опускается в более нижние слои атмосферы и воздушными течениями переносится по направлению к полюсам Земли. Здесь время жизни молекулы озона уже значительно выше – около 100 дней.

Таким образом, концентрация озона в атмосфере над экватором получается ниже, чем над полярными широтами.

Это правило (увеличение концентрации озона от тропических к полярным областям и от более высоких слоёв к более низким) носит название принципов Дютша–Добсона и Добсона-Норманда соответственно.

2. Концентрация озона в атмосфере в зависимости от времени года.

В предыдущем пункте мы рассмотрели изменение концентрации озона в атмосфере в зависимости от географической широты. Но на концентрацию озона влияет также и время года. Особенно это заметно в полярных широтах, в средних широтах максимум (0.43 см) приходится на март, а минимум (0.27 см) - на октябрь.

Вообще, независимо от широты, максимум содержания озона в атмосфере приходится на конец зимы и весну, а минимум – на осень и начало зимы. Но с продвижением к северу и югу наступление максимума отодвигается на более поздние месяцы. Например, в Алма-Ате максимум толщины озонового слоя наблюдается в феврале, в Санкт-Петербурге – в марте, на о. Диксон – в мае.

Максимальное значение концентрации озона в атмосфере, зарегистрированное на земном шаре, составляет 0.76 см (это рекордное значение зарегистрировано на острове Кергелен 20 октября 1967 г.), а минимальное значение (в "озонных дырах"") равно 0.09 см.

3. Концентрация озона в атмосфере в зависимости от времени суток.

Концентрация озона в атмосфере может меняться более или менее случайным образом в течение суток и амплитуда этих изменений сравнима с амплитудой широтных и сезонных вариаций.

Междусуточные изменения содержания озона могут быть очень велики. Так, на озонометрической станции на острове Кергелен в 1968 году были получены следующие данные: 22 марта - 0.583 см; 23 марта - 0.749 см; 25 марта - 0.283 см.

Это была статья о концентрации озона в атмосфере Земли и границах озонового слоя. Читайте далее: Значение озонового слоя Земли – озоносферы. Воздействие ультрафиолетовых лучей Солнца на человека и другие живые организмы.

МОСКВА, 16 сен — РИА Новости. Международный день охраны озонового слоя, тонкого "щита", защищающего все живое на Земле от губительного ультрафиолетового излучения Солнца, отмечается в понедельник, 16 сентября — в этот день в 1987 году был подписан знаменитый Монреальский протокол.

В нормальных условиях озон, или O3, — бледно-голубой газ, который по мере охлаждения превращается в темно-синюю жидкость, а затем и в иссиня-черные кристаллы. Всего на озон в атмосфере планеты приходится около 0,6 части на миллион по объему: это значит, например, что в каждом кубометре атмосферы всего 0,6 кубического сантиметра озона. Для сравнения, углекислого газа в атмосфере уже около 400 частей на миллион — то есть больше двух стаканов на тот же кубометр воздуха.

На самом деле, такую небольшую концентрацию озона можно назвать благом для Земли: этот газ, который на высоте 15-30 километров образует спасительный озоновый слой, в непосредственной близости от человека куда менее "благороден". Озон по российской классификации относится к веществам наивысшего, первого класса опасности — это очень сильный окислитель, который крайне токсичен для человека.

Разобраться в разных свойствах непростого озона РИА Новости помогал старший научный сотрудник лаборатории катализа и газовой электрохимии химического факультета МГУ имени Ломоносова Вадим Самойлович.

Озоновый щит

"Это достаточно хорошо изученный газ, практически все изучено — всего никогда не бывает, но основное все (известно)… У озона много всяких применений. Но и не забывайте, что, вообще говоря, жизнь возникла благодаря озоновому слою — это, наверное, главный момент", — говорит Самойлович.

В стратосфере озон образуется из кислорода в результате фотохимических реакций — такие реакции начинаются под воздействием солнечного излучения. Там концентрация озона уже выше — около 8 миллилитров на кубический метр. Разрушается газ при "встрече" с некоторыми соединениями, например, атомарным хлором и бромом — именно эти вещества входят в состав опасных хлорфторуглеродов, более известных как фреоны. До появления Монреальского протокола они использовались, в частности, в холодильной промышленности и как пропелленты в газовых баллончиках.

В 2012 году, когда Монреальский протокол отмечал 25-летие, эксперты Программы ООН по окружающей среде (UNEP) назвали защиту озонового слоя одной из всего четырех ключевых экологических проблем, в решении которой человечеству удалось добиться значительных успехов. Тогда же в UNEP отмечали, что содержание озона в стратосфере перестало снижаться с 1998 года, и, по прогнозам ученых, к 2050-2075 годам может вернуться к уровням, фиксировавшимся до 1980 года.

Озоновый смог

В 30 километрах от поверхности Земли озон "ведет себя" хорошо, но в тропосфере, приземном слое, он оказывается опасным загрязнителем. По данным UNEP, концентрация тропосферного озона в Северном полушарии за последние 100 лет выросла почти втрое, что к тому же делает его третьим по значимости "антропогенным" парниковым газом.

Здесь озон тоже не выбрасывается в атмосферу, а образуется под действием солнечного излучения в воздухе, который уже загрязнен "предшественниками" озона — оксидами азота, летучими углеводородами и некоторыми другими соединениями. В городах, где озон является одним из основных компонентов смога, в его появлении косвенно "виноваты" главным образом выбросы автотранспорта.

Страдают от приземного озона не только люди и климат. По оценкам специалистов UNEP, снижение концентрации тропосферного озона может помочь сохранить около 25 миллионов тонн риса, пшеницы, сои и кукурузы, которые ежегодно теряются из-за этого токсичного для растений газа.

Именно из-за того, что приземный озон уже совсем не так полезен, специалисты метеослужб и экологического мониторинга постоянно ведут наблюдение за его концентрациями в воздухе крупных городов, в том числе и Москвы.

Озон полезный

"Одно из очень интересных свойств озона — бактерицидное. Он по бактерицидности практически первый среди всех таких веществ, хлора, перекиси марганца, окиси хлора", — отмечает Вадим Самойлович.

Та же экстремальная природа озона, делающая его очень сильным окислителем, объясняет сферы применения этого газа. Озон используется для стерилизации и дезинфекции помещений, одежды, инструментов и, конечно, очистки воды — как питьевой, так и промышленной и даже сточной.

Кроме того, подчеркивает эксперт, озон во многих странах используется как заменитель хлора в установках для отбеливания целлюлозы.

"Хлор (при реакции) с органикой дает соответственно хлорорганику, которая гораздо более ядовитая, чем просто хлор. По большому счету, избежать этого (появления ядовитых отходов — ред.) можно либо резко уменьшив концентрацию хлора, либо просто устранив его. Один из вариантов — замена хлора на озон", — объяснил Самойлович.

Озонировать можно и воздух, и это тоже дает интересные результаты — так, по словам Самойловича, в Иванове специалисты ВНИИ охраны труда и их коллеги провели целую серию исследований, в ходе которых "в прядильных цехах в обычные воздуховоды вентиляции добавляли некоторое количество озона". В результате, распространенность респираторных заболеваний уменьшалась, а производительность труда, напротив, росла. Озонирование воздуха на складах пищевой продукции может повышать ее сохранность, и такие опыты в других странах тоже есть.

Озон токсичный

Подвох с использованием озона все тот же — его токсичность. В России предельно допустимая концентрация (ПДК) по озону в атмосферном воздухе составляет 0,16 миллиграмма на кубический метр, а в воздухе рабочей зоны — 0,1 миллиграмма. Поэтому, отмечает Самойлович, то же озонирование требует постоянного мониторинга, что сильно усложняет дело.

"Это все-таки техника достаточно сложная. Вылить ведро какого-нибудь там бактерицида — это проще гораздо, вылил и все, а тут следить надо, какая-то подготовка должна быть", — говорит ученый.

Озон вредит организму человека медленно, но серьезно — при длительном нахождении в загрязненном озоном воздухе возрастает риск сердечно-сосудистых заболеваний и болезней дыхательных путей. Вступая в реакцию с холестерином, он образует нерастворимые соединения, что приводит к развитию атеросклероза.

"При концентрациях выше предельно допустимых могут возникать головная боль, раздражение слизистых, кашель, головокружение, общая усталость, упадок сердечной деятельности. Токсичный приземной озон приводит к появлению или обострению болезней органов дыхания, в группе риска находятся дети, пожилые люди, астматики", — отмечается на сайте Центральной аэрологической обсерватории (ЦАО) Росгидромета.

Озон взрывоопасный

Озон вредно не только вдыхать — спички тоже стоит спрятать подальше, потому что этот газ весьма взрывоопасен. Традиционно "порогом" опасной концентрации газообразного озона считается 300-350 миллилитров на литр воздуха, хотя некоторые ученые работают и с более высокими уровнями, говорит Самойлович. А вот жидкий озон — та самая синяя жидкость, темнеющая по мере охлаждения — взрывается самопроизвольно.

Именно это мешает использовать жидкий озон как окислитель в ракетном топливе — такие идеи появились вскоре после начала космической эры.

"Наша лаборатория в университете возникла как раз на такой идее. У каждого топлива ракетного есть своя теплотворная способность в реакции, то есть сколько тепла выделяется, когда оно сгорает, и отсюда насколько мощной будет ракета. Так вот, известно, что самый мощный вариант — жидкий водород смешивать с жидким озоном… Но есть один минус. Жидкий озон взрывается, причем взрывается спонтанно, то есть без каких-либо видимых причин", — говорит представитель МГУ.

По его словам, и советские, и американские лаборатории потратили "огромное количество сил и времени на то, чтобы сделать это каким-то безопасным (делом) — выяснилось, что сделать это невозможно". Самойлович вспоминает, что однажды коллегам из США удалось получить особо чистый озон, который "вроде бы" не взрывался, "уже все били в литавры", но затем взорвался весь завод, и работы были прекращены.

"У нас были случаи, когда, скажем, колба с жидким озоном стоит, стоит, жидкий азот подливают туда, а потом — то ли азот там выкипел, то ли что — приходишь, а там половины установки нет, все разнесло в пыль. Отчего он взорвался — кто его знает", — отмечает ученый.

Озонатор воздуха – это препарат, который вырабатывает озон с помощью изменения молекулы кислорода О2 на О3 . Трехсоставный кислород назван озоном из-за его особого аромата свежести и дождя (озон в переводе с греческого означает «пахнущий»). Его свойства достаточно богаты, а исследование этого вещества началось с XIX века. За период этих исследований стали известны крайне интересные подробности, горячо обсуждаются свойства озонатора, которые стали использовать в качестве дезинфектора помещений.

Озон в природе

Всем известен приятный запах воздуха, который ощущается перед сильной грозой, когда соединения озона потоками сильного ветра частично опускаются в нижние слои атмосферы.

В лесу у реки, возле водопада, после дождя все чувствуют приятную свежесть, источник которой также является озон. Он появляется в воздухе во время разряда молнии, как источника энергии, образуя реакцию с кислородом. Озон появляется также под действием иных ультрафиолетовых лучей, которые вступают в реакцию с воздухом – например, под действием солнца.

Свойства озона уникальны. Находясь в верхних слоях атмосферы и в стратосфере, он защищает воздух от чрезмерного количества ультрафиолетовых лучей и космической радиации, губительной для здоровья человека и растительного мира .

Озон обладает высокой окисляющей способностью и при многих реакциях выделяет свободные радикалы кислорода – это позволяет обогащенному озоном воздуху обладать обеззараживающими свойствами. Но поэтому он и вреден: высокая окисляющая способность этого элемента делает озон высокотоксичным и опасным для организма. Так, если человек вдыхает высокие концентрации озона, то первым делом раздражаются его органы дыхания. Затем, при длительном воздействии на организм, происходит качественное изменение микроэлементов в составе крови человека и в первую очередь холестерина.

Под воздействием озона образуются нерастворимые формы холестерина, которые приводят к развитию атеросклероза . Вдыхание газа озона приводит также к тому, что подвергшиеся длительному воздействию его высоких концентраций особи мужского пола – как человеческие, так и животные – теряют способность к размножению из-за пагубного воздействия озона на половые клетки. Все это приводит к бесплодию.

В природе опасных доз озона для здоровья человека не концентрируется и его количество даже в самый дождливый день не превышает допустимую норму. Напротив, природный озон обогащает воздух кислородом, увеличивая его процентное соотношение, очищает его от вредных элементов. Этот газ безвреден и крайне полезен для организма при его естественной концентрации.

Но чем опасен озон для человека? Из-за его искусственного неконтролируемого добывания, в России озону присвоена первая, самая высокая категория опасности среди вредных веществ. Согласно закону, концентрация озона не должна превышать установленные нормы его содержания в воздухе до 0,16 мг/м³. Человеческое обоняние способно услышать озон в очень малых концентрациях – начиная с 0.01 мг/м³.
Обладая мощным бактериостатическим, противогрибковым и противоплесневым эффектом озон стал применяться искусственно, и разработка препаратов, вырабатывающих озон, встала на поток.

Открытые чудесные свойства озона и его добыча искусственным путем еще в XIX веке были направлены учеными в первую очередь на очищение воды. И сегодня вся Европа очищает свою водопроводную воду именно с помощью озонаторов. Со временем сфера его применения расширилась, так как стали известны новые сферы, где озон может принести пользу. Так, уже в Первую мировую войну озон применялся в роли антисептика при гнойных ранах, различных инфекциях и даже при туберкулезе .

Для добычи искусственного озона используют озонаторы, которые генерируют его с помощью электрического разряда. Его можно получить как из воздуха, так и из чистого кислорода. Добывание озона из кислорода используется не только в медицине, но и в косметологии.

Свойства искусственного озона позволяют применять его в качестве окисляющего реагента, им отбеливает бумагу, стерилизуют медицинские инструменты, используют в лабораторных условиях для получения целого ряда веществ. Озоном очищают масла, используют в качестве дезинфектора воды, воздуха, продуктов, предметов быта, одежды и проч. В медицине также используется озонирование растворов, которые применяются затем в медицинской практике как в инъекциях, так и наружно.

Повсеместное применение бытовых озонаторов стало комфортным решением в деле борьбы в загрязненных помещениях с грибком, плесенью и иными микроорганизмами, а также обработка одежды и предметов быта . В отличие от хлорирования обработка среды с помощью озона не вырабатывает токсины, однако вред озона таков, что даже незначительное превышение максимально возможной концентрации этого вещества становится крайне опасным для здоровья и может привести к преждевременной смерти. Поэтому при обработке помещений после вирусной и бактериальной инфекции, а также в других целях при использовании озонаторов следует тщательно соблюдать технику безопасности.

Если природный озон образуется при действии солнечных лучей на воздух и кислород в нем, то искусственные приборы чаще всего работают на электрическом разряде, который происходит в замкнутом пространстве. В зависимости от основного назначения прибора бывает медицинский, промышленный и бытовой озонатор. Предназначение каждого из них рассмотрим подробно.

Применение медицинского озонатора

Авторы озонотерапии убеждены, что большинство современных болезней формируется из-за нехватки в клетках кислорода, что является причиной ослабления иммунитета. Они нашли способ, как обогатить их своевременным питанием.

Для того чтобы выжить, здоровым клеткам необходим кислород в достаточном количестве, который питает их и обеспечивает существование . При неправильном образе жизни, когда отсутствует или блокируется нормальное поступление кислорода в клетки тканей – при малоподвижном образе жизни, неправильном питании, плохой экологии – развивается анаэробная инфекция. Анаэробы – это те микробы и вирусы, которые развиваются в условиях недостатка кислорода и могут существовать только в клетках и тканях, не насыщенных в достаточном количестве кислородом. Таким образом, попав в благоприятную среду, микроорганизмы начинают активно размножаться, что приводит к быстро развивающемуся поражению тканей. В клетках же в это время происходят необратимые процессы – они мутируют и погибают.

Истории наших читателей

Владимир
61 год

По версии лауреата Нобелевской премии доктора Варбурга, развитие рака может быть связано именно с таким нарушением дыхания клеток, при котором происходит их ферментация сахаром, вызванная анаэробными процессами.

По мнению некоторых исследователей, применение озонотерапии способствует заживлению даже очень сложных ран – в том числе после анаэробной инфекции, а также борьбе с онкологией.

Озонотерапия – физиотерапевтическое использование озона с помощью специальных приборов медицинского назначения – озонаторов. Приборы используются как дезинфицирующие средства. Их используют наружно, внутривенно, внутримышечно. При введении под кожу или в суставы его используют в чистом виде, но так как газ озон крайне токсичен, при других видах контакта с кровью его смешивают в физрастворами.

Медицинские озонаторы используют исключительно концентрированный кислород, добывая озон для лечебных целей. Специфическим лечебным свойством озона является его бактерицидное действие, которое действует на вирус всех групп герпеса, гепатита, СПИДа.

Но нужный эффект достигается только очень высокой концентрацией озона, которая для человека может стать опасной и даже существенно навредить – окислительная способность этого газа наносит организму непоправимый вред, а сверхсильный бактерицидный эффект способен привести к фатальному исходу. Поэтому концентрация и методы этой практики формулируются только опытными специалистами.

Применение промышленных озонаторов

Являясь в природе вторым по мощности после фтора окислителем, газ озон применяется не только в медицине, но и в промышленности.

Способность этого прибора обеззараживать широко используется, чтобы чистить воздух от микроорганизмов, содержать в чистоте оборудование и помещения. Такой озонатор отличается от бытового только своими размерами и мощностью . В зависимости от метража и уровня дезинфекции должны применяться определенные модели озонаторов.

Озонатор применяется, чтобы убрать неприятный запах и обогатить воздух кислородом. Он позволяет обеззаразить склады для продуктов питания и сами продукты, так как убивает плесень и бактерии. Это хорошая альтернатива обработке хлором, который достаточно ядовит и непригоден во многих отраслях пищевой промышленности. К тому же контактная влажная уборка намного более трудоемка и затратна, чем установка озонатора.

Применение озонатора способствует лучшему сохранению пищевых продуктов и увеличению срока их хранения за счет обеззараживающего эффекта и уничтожения тех организмов, которые вызывают гниение и порчу. Обрабатывание озоном в таких случаях дает легкий эффект консервации на ягоды, фрукты, овощи.

Еще одним немаловажным свойством озонатора является его способность уничтожать посторонние запахи. Результатом обработки этим препаратом всегда служит эффект дезодорации помещения с запахом свежего воздуха, как после дождя .

Высокая чувствительность к озону всевозможных грызунов позволяет без лишних затрат прогнать их из обрабатываемого помещения. Заслышав запах озона, они спешно бегут из зоны поражения, а те, что не убегают – погибают.

Озон используют для обработки холодильников: обеззараживают и также избавляют их от посторонних запахов. При обработке озонатором холодильника около часа достигается дезинфекция не только основной камеры, но и поддонов, решеток, крюков и прочих элементов. Это позволяет избегать частых размораживаний и обходиться без влажной механической дезинфекции небезопасным хлором, который выделяет при нанесении токсические соединения. При этом продукты, которые содержатся в камерах, можно также подвергнуть дезинфекции: например, мясные продукты увеличат свой срок годности после такой обработки и улучшится их качество.

Для увеличения срока годности продуктов также используется озонированная вода, получаемая с помощью воздействия озонатора на воду с определенной мощностью и периодичностью.

Применение бытового озонатора

В условиях малопроветриваемых, непроветриваемых помещений, где живут люди, а также в помещениях с кондиционерами и отопительными приборами существует проблема дефицита кислорода. В этих случаях на помощь приходит озонатор, который способен обогатить воздух кислородом при правильном применении. Озонаторы для дома набирают популярность, особенно когда дело касается проблемы пандемий гриппа. Дело в том, что этот прибор способен значительно упрощать жизнь простых людей в условиях плохой экологии и частых вирусных инфекций.

Озонатор уничтожает вирусы и обеззараживает предметы быта, если регулярно обрабатывать озоном комнаты, то воздух будет чистым и неопасным . К тому же помещение приобретет приятный свежий аромат. Озонатором очищают воду, продукты, решают с его помощью проблемы загрязнения стен плесенью. Неприятные запахи от табака, обуви, полотенец, занавесок и других предметов быта, загрязненных человеческой деятельностью, также устраняются с помощью этого волшебного прибора.

Озонированию можно подвергнуть все и вся – это зависит от фантазии, смекалки и желания получить полезный результат. Озонированной водой можно промывать раны, чтобы они быстрей зажили, обогащать лечебные мази, крема и прочие средства ухода за кожей, чтобы они приобрели повышенные заживляющие и регенерирующие свойства. Если выбрать озонатор с повышенной мощностью, то можно достичь более высоких концентраций озона, что позволит убивать бактерии и другие микроорганизмы наиболее быстро и тщательно. Это становится наиболее актуально, если дома находится больной человек – такая профилактика избавит от заражения и ускорит выздоровление, так как чистый воздух – это немаловажное лекарство. Также озон во время обеззараживания помещения не выделяет канцерогенных веществ, что выгодно отличает его от других, более распространенных способов дезинфекции. Распадаясь, озон превращается в молекулу кислорода, оксид углерода и другие компоненты чистого воздуха.

При озонировании воды происходит дезинфекция ее состава и нейтрализация многих вредных элементов – нефтепродуктов, пестицидов, гербицидов, моющих средств, канцерогенов . Тяжелые металлы после озонирования оседают на дно и достаточно слить воду без этого осадка, чтобы полностью избавиться от нежелательных компонентов. При этом естественный полезный состав не нарушается, а наоборот, обогащается кислородом. Такая очистка намного эффективнее фильтров, которые пропускают многие молекулы, и иных способов очищения.

Являясь сильным окислителем, озон убивает все микроорганизмы, содержащиеся в воде, не затрагивая при этом уровень pH воды и содержание минералов. Единственное, что необходимо сделать после озонирования – это подождать немного времени, чтобы дать озону распасться на безопасные соединения. Спустя минимум полчаса, а лучше через час, следует аккуратно перелить озонированную воду в чистую емкость, оставив самый нижний слой воды с осадком.

Осадок также остается на стенках емкости, в которой происходило озонирование. На глаз осадки могут быть малозаметны, однако их лучше не использовать в пищу . После всех манипуляций озонированную воду можно употреблять в сыром виде – она становится полезной для организма. В ней полностью отсутствуют органические вещества, которые отвечают за порчу воды, поэтому сроки хранения такой воды увеличиваются.

В отличие от промышленного озонатора бытовой озонатор не вырабатывает слишком высоких доз озона, что делает его сравнительно безопасным средством. Однако даже в концентрации до 5% в воздухе газ озон может оказать нежелательные воздействия и следует быть осторожным в его использовании.

Меры предосторожности

Озон в высокой концентрации крайне опасен для организма и из безобидного помощника в борьбе за здоровый образ жизни превращается в убийцу. Нельзя дышать озоном в момент, когда работает озонатор и следует тщательно соблюдать меры безопасности: выходить из обрабатываемого помещения, проветривать его после обработки. Окислительная способность озона, помимо пользы, несет с собой и огромный вред: вместе с болезнетворными бактериями и вирусами он способен уничтожить и полезные микроорганизмы, а также причинить вред слизистой и коже.

Попадание высоких концентраций озона в легкие могут спровоцировать серьезные заболевания. Поэтому принесет ли озонатор своему владельцу вред или пользу – целиком зависит от способа эксплуатации и взвешенному осторожному подходу. Необходимо хорошенько проветривать помещение после озонирования и только после этого приступать к его эксплуатации.

Озон в воздухе быстро распадается, превращаясь в кислород и насыщая им помещение . Поэтому при соблюдении необходимых мер безопасности вреда для организма можно полностью избежать. Для этого после озонирования и проветривания следует понюхать запах в комнате – если свежий аромат не достаточно сильный и не превышает концентрации выше, чем в естественных условиях – в горах, лесным утром или после сильной грозы – то опасаться нечего и можно наслаждаться чистым и свежим воздухом.

Физические свойства озона весьма характерны: это легко взрывающийся газ голубого цвета. Литр озона весит примерно 2 грамма, а воздух - 1,3 грамма. Следовательно, озон тяжелее воздуха. Температура плавления озона - минус 192,7ºС. Такой «растаявший» озон представляет собой тёмно-синюю жидкость. Озоновый «лед» имеет темно-синюю окраску с фиолетовым оттенком и при толщине свыше 1 мм становится непрозрачным. Температура кипения озона - минус 112ºС. В газообразном состоянии озон диамагнитен, т.е. не обладает магнитными свойствами, а в жидком состоянии - слабопарамагнитен. Растворимость озона в талой воде в 15 раз больше, чем у кислорода и составляет примерно 1,1 г/л. В литре уксусной кислоты при комнатной температуре растворяется 2,5 грамма озона. Он также хорошо растворяется в эфирных маслах, скипидаре, четыреххлористом углероде. Запах озона ощущается при концентрациях свыше 15 мкг/м3 воздуха. В минимальных концентрациях воспринимается как «запах свежести», в более значительных концентрациях приобретает резкий раздражающий оттенок.

Озон образуется из кислорода по следующей формуле: 3O2 + 68 ккал → 2O3. Классические примеры образования озона: под действием молнии во время грозы; под действием солнечного света в верхних слоях атмосферы. Озон также способен образовываться при любых процессах, сопровождающихся выделением атомарного кислорода, например, при разложении перекиси водорода. Промышленный синтез озона связан с использованием электрических разрядов при низких температурах. Технологии получения озона могут отличаться друг от друга. Так, для получения озона применяемого для медицинских целей используется только чистый (без примесей) медицинский кислород. Отделение образовавшегося озона от примеси кислорода обычно не составляет труда в силу различий физических свойств (озон легче сжижается). Если не требуется соблюдения определенных качественных и количественных параметров реакции, то получение озона не представляет особых трудностей.

Молекула О3 неустойчива и довольно быстро превращается в O2 с выделением тепла. При небольших концентрациях и без посторонних примесей озон разлагается медленно, при больших — со взрывом. Спирт при соприкосновении с ним моментально воспламеняется. Нагревание и контакт озона даже с ничтожными количествами субстрата окисления (органических веществ, некоторых металлов или их окислов) резко ускоряет его разложение. Озон может сохраняться длительное время при − 78ºС в присутствии стабилизатора (небольшого количества HNO3), а также в сосудах из стекла, некоторых пластмасс или благородных металлов.

Озон - сильнейший окислитель. Причина такого явления кроется в том, что в процессе распада образуется атомарный кислород. Такой кислород гораздо агрессивнее молекулярного, потому что в молекуле кислорода дефицит электронов на внешнем уровне вследствие их коллективного использования молекулярной орбитали не так заметен.

Еще в XVIII веке было замечено, что ртуть в присутствии озона теряет блеск и прилипает к стеклу, т.е. окисляется. А при пропускании озона через водный раствор йодистого калия начинает выделяться газообразный йод. Такие же «фокусы» с чистым кислородом не получались. В дальнейшем открывались свойства озона, которые сразу же были приняты на вооружение человечества: озон оказался прекрасным антисептиком, озон быстро удалял из воды органические вещества любого происхождения (парфюмерия и косметика, биологические жидкости), стал широко использоваться в промышленности и быту, прекрасно зарекомендовал себя в качестве альтернативы стоматологической бормашине.

В XXI веке применение озона во всех областях жизни и деятельности человека растет и развивается, а потому мы становимся свидетелями его превращения из экзотики в привычный инструмент для повседневной работы. ОЗОН O3, аллотропная форма кислорода.

Получение и физические свойства озона.

Впервые ученые узнали о существовании неизвестного им газа, когда начали экспериментировать с электростатическими машинами. Случилось это в 17 веке. Но начали изучать новый газ лишь в конце следующего столетия. В 1785 голландский физик Мартин ван Марум получил озон, пропуская через кислород электрические искры. Название же озон появилось лишь в 1840; его придумал швейцарский химик Кристиан Шенбейн, произведя его от греческого ozon - пахнущий. По химическому составу этот газ не отличался от кислорода, но был значительно агрессивнее. Так, он мгновенно окислял бесцветный иодид калия с выделением бурого иода; эту реакцию Шенбейн использовал для определения озона по степени посинения бумаги, пропитанной раствором иодида калия и крахмала. Даже малоактивные при комнатной температуре ртуть и серебро в присутствии озона окисляются.

Оказалось, что молекулы озона, как и кислорода, состоят только из атомов кислорода, только не из двух, а из трех. Кислород О2 и озон О3 - единственный пример образования одним химическим элементом двух газообразных (при обычных условиях) простых веществ. В молекуле О3 атомы расположены под углом, поэтому эти молекулы полярны. Получается озон в результате «прилипания» к молекулам О2 свободных атомов кислорода, которые образуются из молекул кислорода под действием электрических разрядов, ультрафиолетовых лучей, гамма-квантов, быстрых электронов и других частиц высокой энергии. Озоном всегда пахнет около работающих электрических машин, в которых «искрят» щетки, около бактерицидных ртутно-кварцевых ламп, которые излучают ультрафиолет. Атомы кислорода выделяются и в ходе некоторых химических реакций. Озон образуется в малых количествах при электролизе подкисленной воды, при медленном окислении на воздухе влажного белого фосфора, при разложении соединений с высоким содержанием кислорода (KMnO4, K2Cr2O7 и др.), при действии на воду фтора или на пероксид бария концентрированной серной кислоты. Атомы кислорода всегда присутствуют в пламени, поэтому если направить струю сжатого воздуха поперек пламени кислородной горелки, в воздухе обнаружится характерный запах озона.

Реакция 3O2 → 2O3 сильно эндотермичная: для получения 1 моль озона надо затратить 142 кДж. Обратная реакция идет с выделением энергии и осуществляется очень легко. Соответственно озон неустойчив. В отсутствие примесей газообразный озон медленно разлагается при температуре 70° С и быстро - выше 100° С. Скорость разложения озона значительно увеличивается в присутствии катализаторов. Ими могут быть и газы (например, оксид азота, хлор), и многие твердые вещества (даже стенки сосуда). Поэтому чистый озон получить трудно, а работать с ним опасно из-за возможности взрыва.

Не удивительно, что в течение многих десятилетий после открытия озона неизвестны были даже основные его физические константы: долго никому не удавалось получить чистый озон. Как писал в своем учебнике Основы химии Д.И.Менделеев, «при всех способах приготовления газообразного озона содержание его в кислороде всегда незначительно, обыкновенно лишь несколько десятых долей процента, редко 2%, и только при очень пониженной температуре оно достигает 20%». Лишь в 1880 французские ученые Ж.Готфейль и П.Шаппюи получали озон из чистого кислорода при температуре минус 23° С. Оказалось, что в толстом слое озон имеет красивую синюю окраску. Когда охлажденный озонированный кислород медленно сжали, газ стал темно-синим, а после быстрого сброса давления температура еще более понизилась и образовались капли жидкого озона темно-фиолетового цвета. Если же газ не охлаждали или сжимали быстро, то озон мгновенно, с желтой вспышкой, переходил в кислород.

Позднее разработали удобный метод синтеза озона. Если подвергнуть электролизу концентрированный раствор хлорной, фосфорной или серной кислоты с охлаждаемым анодом из платины или из оксида свинца(IV), то выделяющийся на аноде газ будет содержать до 50% озона. Были уточнены и физические константы озона. Он сжижается намного легче кислорода - при температуре -112° С (кислород - при -183° С). При -192,7° С озон затвердевает. Твердый озон имеет сине-черный цвет.

Опыты с озоном опасны. Газообразный озон способен взрываться, если его концентрация в воздухе превысит 9%. Еще легче взрываются жидкий и твердый озон, особенно при контакте с окисляющимися веществами. Озон можно хранить при низких температурах в виде растворов во фторированных углеводородах (фреонах). Такие растворы имеют голубой цвет.

Химические свойства озона.

Для озона характерна чрезвычайно высокая реакционная способность. Озон - один из сильнейших окислителей и уступает в этом отношении только фтору и фториду кислорода OF2. Действующее начало озона как окислителя - атомарный кислород, который образуется при распаде молекулы озона. Поэтому, выступая в качестве окислителя, молекула озона, как правило, «использует» только один атом кислорода, а два других выделяются в виде свободного кислорода, например, 2KI + O3 + H2O → I2 + 2KOH + O2. Так же происходит окисление многих других соединений. Однако бывают и исключения, когда молекула озона использует для окисления все три имеющиеся у нее атома кислорода, например, 3SO2 + O3 → 3SO3; Na2S + O3 → Na2SO3.

Очень важное отличие озона от кислорода в том, что озон проявляет окислительные свойства уже при комнатной температуре. Например, PbS и Pb(OH)2 в обычных условиях не реагируют с кислородом, тогда как в присутствии озона сульфид превращается в PbSO4, а гидроксид - в PbO2. Если в сосуд с озоном налить концентрированный раствор аммиака, появится белый дым - это озон окислил аммиак с образованием нитрита аммония NH4NO2. Особенно характерна для озона способность «чернить» серебряные изделия с образованием AgO и Ag2O3.

Присоединив один электрон и превратившись в отрицательный ион О3-, молекула озона становится более стабильной. Содержащие такие анионы «озонокислые соли» или озониды были известны давно - их образуют все щелочные металлы, кроме лития, причем устойчивость озонидов растет от натрия к цезию. Известны и некоторые озониды щелочноземельных металлов, например, Са(О3)2. Если направить на поверхность твердой сухой щелочи струю газообразного озона, то образуется оранжево-красная корка, содержащая озониды, например, 4КОН + 4О3 → 4КО3 + О2 + 2Н2О. При этом твердая щелочь эффективно связывает воду, что предохраняет озонид от немедленного гидролиза. Однако при избытке воды озониды бурно разлагаются: 4КО3+ 2Н2О → 4КОН + 5О2. Разложение идет и при хранении: 2КО3 → 2КО2 + О2. Озониды хорошо растворимы в жидком аммиаке, что позволило выделить их в чистом виде и изучить их свойства.

Органические, вещества, с которыми озон соприкасается, он обычно разрушает. Так, озон, в отличие от хлора, способен расщеплять бензольное кольцо. При работе с озоном нельзя использовать резиновые трубки и шланги - они моментально «прохудятся». Реакции озона с органическими соединениями идут с выделением большого количества энергии. Например, эфир, спирт, вата, смоченная скипидаром, метан и многие другие вещества самовоспламеняются при соприкосновении с озонированным воздухом, а смешение озона с этиленом приводит к сильному взрыву.

Применение озона.

Озон не всегда «сжигает» органические вещества; в ряде случаев удается провести специфические реакции с сильно разбавленным озоном. Например, при озонировании олеиновой кислоты (она в больших количествах содержится в растительных маслах) образуется азелаиновая кислота НООС(СН2)7СООН, которую используют для получения высококачественных смазочных масел, синтетических волокон и пластификаторов для пластмасс. Аналогично получают адипиновую кислоту, которую используют при синтезе найлона. В 1855 Шенбейн открыл реакцию с озоном непредельных соединений, содержащих двойные связи С=С, но только в 1925 немецкий химик Х.Штаудингер установил механизм этой реакции. Молекула озона присоединяется к двойной связи с образованием озонида - на этот раз органического, причем на место одной из связей С=С встает атом кислорода, а на место другой - группировка -О-О-. Хотя некоторые органические озониды выделены в чистом виде (например, озонид этилена), эту реакцию обычно проводят в разбавленном растворе, так как в свободном виде озониды - очень неустойчивые взрывчатые вещества. Реакция озонирования непредельных соединений пользуется у химиков-органиков большим почетом; задачи с этой реакцией часто предлагают даже на школьных олимпиадах. Дело в том, что при разложении озонида водой образуются две молекулы альдегида или кетона, которые легко идентифицировать и далее установить строение исходного непредельного соединения. Таким образом химики еще в начале 20 века установили строение многих важных органических соединений, в том числе природных, содержащих связи С=С.

Важная область применения озона - обеззараживание питьевой воды. Обычно воду хлорируют. Однако некоторые примеси в воде под действием хлора превращаются соединения с очень непpиятым запахом. Поэтому уже давно предложено заменить хлор озоном. Озонированная вода не приобретает постороннего запаха или вкуса; при полном окислении озоном многих органических соединений образуются только углекислый газ и вода. Очищают озоном и сточные воды. Продукты окисления озоном даже таких загрязнителей как фенолы, цианиды, повеpхностно-активные вещества, сульфиты, хлоpамины, представляют собой безвредные соединения без цвета и запаха. Избыток же озона довольно быстро распадается с образованием кислорода. Однако озонирование воды обходится дороже, чем хлорирование; кроме того, озон нельзя перевозить, и он должен производиться на месте использования.

Озон в атмосфере.

Озона в атмосфере Земли немного - 4 млрд. тонн, т.е. в среднем всего 1 мг/м3. Концентрация озона растет с удалением от поверхности Земли и достигает максимума в стратосфере, на высоте 20-25 км - это и есть «озоновый слой». Если весь озон из атмосферы собрать у поверхности Земли при нормальном давлении, получится слой толщиной всего около 2-3 мм. И вот такие малые количества озона в воздухе фактически обеспечивают жизнь на Земле. Озон создает «защитный экран», не пропускающий к поверхности Земли жесткие ультрафиолетовые солнечные лучи, губительные для всего живого.

В последние десятилетия большое внимание уделяется появлению так называемых «озоновых дыр» - областях со значительно уменьшенным содержанием стратосферного озона. Через такой «прохудившийся» щит до поверхности Земли доходит более жесткое ультрафиолетовое излучение Солнца. Поэтому ученые давно следят за озоном в атмосфере. В 1930 английский геофизик С.Чепмен для объяснения постоянной концентрации озона в стратосфере предложил схему из четырех реакций (эти реакции получили название цикла Чепмена, в них М означает любой атом или молекулу, которые уносят избыточную энергию):

О + О + М → О2 + М

О + О3 → 2О2

О3 → О2 + О.

Первая и четвертая реакции этого цикла - фотохимические, они идут под действием солнечной радиации. Для распада молекулы кислорода на атомы требуется излучение с длиной волны менее 242 нм, тогда как озон распадается при поглощении света в области 240-320 нм (последняя реакция как раз и защищает нас от жесткого ультрафиолета, так как кислород в этой спектральной области не поглощает). Остальные две реакции термические, т.е. идут без действия света. Очень важно, что третья реакция, приводящая к исчезновению озона, имеет энергию активации; это означает, что скорость такой реакции может увеличиваться под действием катализаторов. Как выяснилось, основной катализатор распада озона - оксид азота NO. Он образуется в верхних слоях атмосферы из азота и кислорода под действием наиболее жесткой солнечной радиации. Попадая в озоносферу, он вступает в цикл из двух реакций O3 + NO → NO2 + O2, NO2 + O → NO + O2, в результате которой его содержание в атмосфере не меняется, а стационарная концентрация озона снижается. Существуют и другие циклы, приводящие к снижению содержания озона в стратосфере, например, с участием хлора:

Cl + O3 → ClO + O2

ClO + O → Cl + O2.

Разрушают озон также пыль и газы, которые в большом количестве попадают в атмосферу при извержении вулканов. В последнее время возникло предположение, что озон также эффективно разрушает водород, выделяющийся из земной коры. Совокупность всех реакций образования и распада озона приводит к тому, что среднее время жизни молекулы озона в стратосфере составляет около трех часов.

Предполагают, что помимо природных, существуют и искусственные факторы, влияющие на озоновый слой. Хорошо известный пример - фреоны, которые являются источниками атомов хлора. Фреоны - это углеводороды, в которых атомы водорода замещены атомами фтора и хлора. Их используют в холодильной технике и для заполнения аэрозольных баллончиков. В конечном счете, фреоны попадают в воздух и медленно поднимаются с потоками воздуха все выше и выше, достигая, наконец, озонового слоя. Разлагаясь под действием солнечной радиации, фреоны сами начинают каталитически разлагать озон. Пока не известно в точности, в какой степени именно фреоны повинны в «озоновых дырах», и, тем не менее, уже давно принимают меры по ограничению их применения.

Как показывают расчеты, через 60-70 лет концентрация озона в стратосфере может уменьшиться на 25%. И одновременно увеличится концентрации озона в приземном слое - тропосфере, что тоже плохо, так как озон и продукты его превращений в воздухе ядовиты. Основной источник озона в тропосфере - перенос с массами воздуха стратосферного озона в нижние слои. Ежегодно в приземный слой озона поступает примерно 1,6 млрд. тонн. Время жизни молекулы озона в нижней части атмосферы значительно выше - более 100 суток, поскольку в приземном слое меньше интенсивность ультрафиолетового солнечного излучения, разрушающего озон. Обычно озона в тропосфере очень мало: в чистом свежем воздухе его концентрация составляет в среднем всего 0,016 мкг/л. Концентрация озона в воздухе зависит не только от высоты, но и от местности. Так, над океанами озона всегда больше, чем над сушей, так как там озон распадается медленнее. Измерения в Сочи показали, что воздух у морского побережья содержит на 20% больше озона, чем в лесу в 2 км от берега.

Современные люди вдыхают значительно больше озона, чем их предки. Основная причина этого - увеличение количества метана и оксидов азота в воздухе. Так, содержание метана в атмосфере постоянно растет, начиная с середины 19 века, когда началось использование природного газа. В загрязненной оксидами азота атмосфере метан вступает в сложную цепочку превращений с участием кислорода и паров воды, итог которой можно выразить уравнением CH4 + 4O2 → HCHO + H2O + 2O3. В роли метана могут выступать и другие углеводороды, например, содержащиеся в выхлопных газах автомобилей при неполном сгорании бензина. В результате в воздухе крупных городов за последние десятилетия концентрация озона выросла в десятки раз.

Всегда считалось, что во время грозы концентрация озона в воздухе резко увеличивается, так как молнии способствуют превращению кислорода в озон. На самом деле увеличение незначительно, причем оно происходит не во время грозы, а за несколько часов до нее. Во время же грозы и в течение нескольких часов после нее концентрация озона снижается. Объясняется это тем, что перед грозой происходит сильное вертикальное перемешивание воздушных масс, так что дополнительное количество озона поступает из верхних слоев. Кроме того, перед грозой увеличивается напряженность электрического поля, и создаются условия для образования коронного разряда на остриях различных предметов, например, кончиков ветвей. Это также способствует образованию озона. А затем при развитии грозового облака под ним возникают мощные восходящие потоки воздуха, которые и снижают содержание озона непосредственно под облаком.

Интересен вопрос о содержании озона в воздухе хвойных лесов. Например, в Курсе неорганической химии Г. Реми можно прочитать, что «озонированный воздух хвойных лесов» - выдумка. Так ли это? Ни одно растение озон, конечно, не выделяет. Но растения, особенно хвойные, выделяют в воздух множество летучих органических соединений, в том числе ненасыщенных углеводородов класса терпенов (их много в скипидаре). Так, в жаркий день сосна выделяет в час 16 мкг терпенов на каждый грамм сухой массы хвои. Терпены выделяют не только хвойные, но и некоторые лиственные деревья, среди которых - тополь и эвкалипт. А некоторые тропические деревья способны выделить в час 45 мкг терпенов на 1 г сухой массы листьев. В результате в сутки один гектар хвойного леса может выделить до 4 кг органических веществ, лиственного - около 2 кг. Покрытая лесом площадь Земли составляет миллионы гектаров, и все они выделяют в год сотни тысяч тонн различных углеводородов, в том числе и терпенов. А углеводороды, как это было показано на примере метана, под действием солнечной радиации и в присутствии других примесей способствуют образованию озона. Как показали опыты, терпены в подходящих условиях действительно очень активно включаются в цикл атмосферных фотохимических реакций с образованием озона. Так что озон в хвойном лесу - вовсе не выдумка, а экспериментальный факт.

Озон и здоровье.

Как приятно прогуляться после грозы! Воздух чист и свеж, его бодрящие струи, кажется, без всяких усилий сами втекают в легкие. «Озоном пахнет, - часто говорят в таких случаях. - Очень полезно для здоровья». Так ли это?

Когда-то озон, безусловно, считали полезным для здоровья. Но если его концентрация превышает определенный порог, он может вызывать массу неприятных последствий. В зависимости от концентрации и времени вдыхания озон вызывает изменения в легких, раздражение слизистых глаз и носа, головную боль, головокружение, снижение кровяного давления; озон уменьшает сопротивляемость организма бактериальным инфекциям дыхательных путей. Предельно допустимая его концентрация в воздухе составляет всего 0,1 мкг/л, а это означает, что озон намного опаснее хлора! Если несколько часов провести в помещении при концентрации озона всего лишь 0,4 мкг/л, могут появиться загрудинные боли, кашель, бессонница, снижается острота зрения. Если долго дышать озоном при концентрации больше 2 мкг/л, последствия могут быть более тяжелыми - вплоть до оцепенения и упадка сердечной деятельности. При содержании озона 8-9 мкг/л через несколько часов происходит отек легких, что чревато смертельным исходом. А ведь такие ничтожные количества вещества обычно с трудом поддаются анализу обычными химическими методами. К счастью, человек чувствует присутствие озона уже при очень малых его концентрациях - примерно 1 мкг/л, при которых йодкрахмальная бумажка еще и не собирается синеть. Одним людям запах озона в малых концентрациях напоминает запах хлора, другим - сернистого газа, третьим - чеснока.

Ядовит не только сам озон. С его участием в воздухе образуется, например, пероксиацетилнитрат (ПАН) СН3-СО-ООNО2 - вещество, оказывающее сильнейшее раздражающее, в том числе слезоточивое, действие, затрудняющее дыхание, а в более высоких концентрациях вызывающее паралич сердца. ПАН - один из компонентов образующегося летом в загрязненном воздухе так называемого фотохимического смога (это слово образовано от английского smoke - дым и fog - туман). Концентрация озона в смоге может достигать 2 мкг/л, что в 20 раз больше предельно допустимой. Следует также учесть, что совместное действие озона и оксидов азота в воздухе в десятки раз сильнее, чем каждого вещества порознь. Не удивительно, что последствия возникновения такого смога в больших городах могут быть катастрофическими, особенно если воздух над городом не продувается «сквозняками» и образуется застойная зона. Так, в Лондоне в 1952 от смога в течение нескольких дней погибло более 4000 человек. А смог в Нью-Йорке в 1963 убил 350 человек. Аналогичные истории были в Токио, других крупных городах. Страдают от атмосферного озона не только люди. Американские исследователи показали, например, что в областях с повышенным содержанием озона в воздухе время службы автомобильных шин и других изделий из резины значительно уменьшается.

Как уменьшить содержание озона в приземном слое? Снизить поступление в атмосферу метана вряд ли реалистично. Остается другой путь - уменьшить выбросы оксидов азота, без которых цикл реакций, приводящих к озону, идти не может. Путь это тоже непростой, так как оксиды азота выбрасываются не только автомобилями, но и (главным образом) тепловыми электростанциями.

Источники озона - не только на улице. Он образуется в рентгеновских кабинетах, в кабинетах физиотерапии (его источник - ртутно-кварцевые лампы), при работе копировальной техники (ксероксов), лазерных принтеров (здесь причина его образования - высоковольтный разряд). Озон - неизбежный спутник производства пергидроля, аргонодуговой сварки. Для уменьшения вредного действия озона необходимо оборудование вытяжки у ультрафиолетовых ламп, хорошее проветривание помещения.

И все же вряд ли правильно считать озон, безусловно, вредным для здоровья. Все зависит от его концентрации. Как показали исследования, свежий воздух очень слабо светится в темноте; причина свечения - реакции окисления с участием озона. Свечение наблюдали и при встряхивании воды в колбе, в которую был предварительно напущен озонированный кислород. Это свечение всегда связано с присутствием в воздухе или воде небольших количеств органических примесей. При смешении свежего воздуха с выдыхаемым человеком интенсивность свечения повышалась в десятки раз! И это не удивительно: в выдыхаемом воздухе обнаружены микропримеси этилена, бензола, уксусного альдегида, формальдегида, ацетона, муравьиной кислоты. Они-то и «высвечиваются» озоном. В то же время «несвежий», т.е. полностью лишенный озона, хотя и очень чистый, воздух свечения не вызывает, а человек его ощущает как «затхлый». Такой воздух можно сравнить с дистиллированной водой: она очень чистая, практически не содержит примесей, а пить ее вредно. Так что полное отсутствие в воздухе озона, по-видимому, тоже неблагоприятно для человека, так как увеличивает содержание в нем микроорганизмов, приводит к накоплению вредных веществ и неприятных запахов, которые озон разрушает. Таким образом, становится понятной необходимость регулярного и длительного проветривания помещений, даже если в нем нет людей: ведь попавший в комнату озон долго в ней не задерживается - частично он распадается, а в значительной степени оседает (адсорбируется) на стенках и других поверхностях. Сколько должно быть озона в помещении, пока сказать трудно. Однако в минимальных концентрациях озон, вероятно, необходим и полезен.

Таким образом, озон это мина замедленного действия. Если его правильно использовать, то он будет служить человечеству, но стоит его начать использовать не по назначению, как это моментально приведет к глобальной катастрофе и Земля превратится в такую планету как Марс.