Sousloví „ozónová vrstva“, které se proslavilo v 70. letech. minulém století, byla dlouho nastavena na okraj. Málokdo přitom skutečně chápe, co tento pojem znamená a proč je ničení ozonové vrstvy nebezpečné. Ještě větší záhadou pro mnohé je struktura molekuly ozonu, a přesto přímo souvisí s problémy ozonové vrstvy. Pojďme se dozvědět více o ozónu, jeho struktuře a průmyslových aplikacích.
Co je ozón
Ozón, nebo, jak se mu také říká, aktivní kyslík, je azurový plyn s pronikavým kovovým zápachem.
Tato látka může existovat ve všech třech stavech agregace: plynné, pevné a kapalné.
V přírodě se přitom ozon vyskytuje pouze ve formě plynu, tvořící tzv. ozonovou vrstvu. Je to kvůli své azurové barvě, že obloha vypadá modře.
Jak vypadá molekula ozonu
Vaše přezdívka je „aktivníkyslík“ozón přijatý kvůli jeho podobnosti s kyslíkem. Takže hlavním aktivním chemickým prvkem v těchto látkách je kyslík (O). Pokud však molekula kyslíku obsahuje 2 své atomy, pak molekula ozonu (vzorec - O3) se skládá ze 3 atomů tohoto prvku.
Díky této struktuře jsou vlastnosti ozonu podobné vlastnostem kyslíku, ale výraznější. Zejména jako O2, O3je nejsilnější oxidační činidlo.
Nejdůležitější rozdíl mezi těmito „příbuznými“látkami, který si každý musí zapamatovat, je následující: ozón nelze dýchat, je toxický a při vdechování může poškodit plíce nebo dokonce zabít člověka. Zároveň je O3 perfektní pro čištění vzduchu od toxických nečistot. Mimochodem, právě proto se po dešti tak snadno dýchá: ozón okysličuje škodlivé látky obsažené ve vzduchu a ten se čistí.
Model molekuly ozonu (skládající se ze 3 atomů kyslíku) vypadá trochu jako obraz úhlu a jeho velikost je 117°. Tato molekula nemá žádné nepárové elektrony a je tedy diamagnetická. Navíc má polaritu, ačkoli se skládá z atomů stejného prvku.
Dva atomy dané molekuly jsou navzájem pevně spojeny. Spojení s třetím je ale méně spolehlivé. Z tohoto důvodu je molekula ozonu (foto modelu je vidět níže) velmi křehká a brzy po svém vzniku se rozpadne. Zpravidla se při jakékoli rozkladné reakci uvolňuje kyslík O3.
Vzhledem k nestabilitě ozónu jej nelze vyrobitsklizeň a skladování, jakož i přeprava, jako jiné látky. Z tohoto důvodu je jeho výroba dražší než jiné látky.
Zároveň vysoká aktivita molekul O3umožňuje této látce být nejsilnějším oxidačním činidlem, silnějším než kyslík a je bezpečnější než chlór.
Pokud se molekula ozonu rozpadne a uvolní O2, je tato reakce vždy doprovázena uvolněním energie. Zároveň, aby proběhl opačný proces (vznik O3 z O2), je nutné vynaložit to ne méně.
V plynném stavu se molekula ozonu rozkládá při teplotě 70°C. Pokud se zvýší na 100 stupňů nebo více, reakce se výrazně zrychlí. Přítomnost nečistot také urychluje dobu rozpadu molekul ozonu.
Vlastnosti O3
Bez ohledu na to, ve kterém ze tří států se ozón nachází, zachovává si svou modrou barvu. Čím tvrdší látka, tím sytější a tmavší tento odstín.
Každá molekula ozonu váží 48 g/mol. Je těžší než vzduch, což pomáhá tyto látky oddělovat.
O3 schopné oxidovat téměř všechny kovy a nekovy (kromě zlata, iridia a platiny).
Tato látka se také může účastnit spalovací reakce, ale to vyžaduje vyšší teplotu než u O2.
Ozon je schopen se rozpouštět v H2O a freonech. V kapalném stavu se může mísit s kapalným kyslíkem, dusíkem, metanem, argonem,tetrachlormethan a oxid uhličitý.
Jak vzniká molekula ozonu
O3 molekuly vznikají připojením volných atomů kyslíku k molekulám kyslíku. Ty se zase objevují v důsledku štěpení jiných molekul O2 v důsledku dopadu elektrických výbojů, ultrafialových paprsků, rychlých elektronů a jiných vysokoenergetických částic na ně. Z tohoto důvodu je specifický zápach ozónu cítit v blízkosti jiskřících elektrických spotřebičů nebo lamp, které vyzařují ultrafialové světlo.
V průmyslovém měřítku je O3 izolován pomocí elektrických generátorů ozonu nebo ozonizátorů. V těchto zařízeních prochází vysokonapěťový elektrický proud proudem plynu obsahujícím O2, jehož atomy slouží jako „stavební materiál“pro ozón.
Někdy je do těchto strojů vstřikován čistý kyslík nebo obyčejný vzduch. Kvalita výsledného ozonu závisí na čistotě výchozího produktu. Takže lékařský O3, určený k léčbě ran, se získává pouze z chemicky čistého O2.
Historie objevu ozonu
Když jsme zjistili, jak molekula ozonu vypadá a jak vzniká, stojí za to se seznámit s historií této látky.
Poprvé byl syntetizován holandským badatelem Martinem Van Marumem ve druhé polovině 18. století. Vědec si všiml, že po průchodu elektrických jisker nádobou se vzduchem změnil plyn v ní své vlastnosti. Van Marum zároveň nechápal, že izoloval molekuly novéholátky.
Jeho německý kolega jménem Sheinbein, který se snaží pomocí elektřiny rozložit H2O na H a O2, si všiml k uvolnění nového plynu se štiplavým zápachem. Po mnoha výzkumech vědec popsal látku, kterou objevil, a dal jí jméno „ozón“na počest řeckého slova pro „vůni“.
Schopnost zabíjet houby a bakterie a také snižovat toxicitu škodlivých sloučenin, které otevřená látka obsahovala, zajímala mnoho vědců. 17 let po oficiálním objevu O3 navrhl Werner von Siemens první přístroj na syntézu ozonu v libovolném množství. A o 39 let později vynalezl a patentoval skvělý Nikola Tesla první generátor ozonu na světě.
Právě toto zařízení bylo po 2 letech poprvé použito ve Francii v úpravnách pitné vody. Od počátku XX století. Evropa začíná přecházet na ozonizaci pitné vody za účelem jejího čištění.
Ruské impérium poprvé použilo tuto techniku v roce 1911 a po 5 letech byly v zemi vybaveny téměř 4 desítky instalací na čištění pitné vody pomocí ozónu.
Ozonizace vody dnes postupně nahrazuje chloraci. 95 % veškeré pitné vody v Evropě je tedy čištěno pomocí O3. Tato technika je také velmi populární v USA. V SNS se stále studuje, protože ačkoli je tento postup bezpečnější a pohodlnější, je dražší než chlorace.
Aplikace ozonu
Kromě úpravy vody má O3 řadu dalších využití.
- Ozón se používá jako bělidlo při výrobě papíru a textilií.
- Aktivní kyslík se používá k dezinfekci vín a také k urychlení procesu stárnutí koňaků.
- Různé rostlinné oleje se rafinují pomocí O3.
- Velmi často se tato látka používá ke zpracování produktů podléhajících zkáze, jako je maso, vejce, ovoce a zelenina. Tento postup nezanechává chemické stopy jako u chlóru nebo formaldehydu a produkty lze skladovat mnohem déle.
- Ozón sterilizuje lékařské vybavení a oblečení.
- Také čištěný O3 se používá pro různé lékařské a kosmetické procedury. Zejména s jeho pomocí ve stomatologii dezinfikují dutinu ústní a dásně a také léčí různá onemocnění (stomatitida, herpes, kandidóza úst). V evropských zemích je O3 velmi oblíbený pro dezinfekci ran.
- V posledních letech se staly velmi populární přenosné domácí spotřebiče pro filtrování vzduchu a vody pomocí ozónu.
Ozónová vrstva – co to je?
Ve vzdálenosti 15-35 km nad zemským povrchem se nachází ozonová vrstva, nebo, jak se jí také říká, ozonosféra. V tomto místě slouží koncentrovaný O3 jako jakýsi filtr pro škodlivé sluneční záření.
Odkud se bere takové množství látky, když jsou její molekuly nestabilní? Na tuto otázku není těžké odpovědět, připomeneme-li si model molekuly ozonu a způsob jejího vzniku. Takže kyslík, skládající se z 2molekuly kyslíku, které se dostávají do stratosféry, se tam ohřívají slunečními paprsky. Tato energie stačí k rozdělení O2 na atomy, ze kterých vzniká O3. Ozonová vrstva přitom část sluneční energie nejen využívá, ale také ji filtruje, pohlcuje nebezpečné ultrafialové záření.
Výše bylo řečeno, že ozón rozpouštějí freony. Tyto plynné látky (používané při výrobě deodorantů, hasicích přístrojů a ledniček), jakmile se uvolní do atmosféry, ovlivňují ozón a přispívají k jeho rozkladu. V důsledku toho se v ozonosféře objevují díry, kterými na planetu pronikají nefiltrované sluneční paprsky, které mají destruktivní účinek na živé organismy.
Po zvážení vlastností a struktury molekul ozonu můžeme dojít k závěru, že tato látka, přestože je nebezpečná, je pro lidstvo velmi užitečná, pokud je používána správně.
