Молекула озону: будова, формула, модель. Як виглядає молекула озону?

Фраза «озоновий шар», яка стала відомою у 70-ті рр. минулого століття, давно вже набила оскому. При цьому мало хто дійсно розуміє, що означає це поняття і чим небезпечне руйнування озонового шару. Ще більшою загадкою для багатьох є будова молекули озону, а адже вона безпосередньо пов'язана з проблемами озонового шару. Давайте дізнаємося більше про озон, його будову та застосування цієї речовини в промисловості.

Що таке озон

Озон, або, як його ще називають, активний кисень, – це газ блакитного кольору з різким металевим запахом. Дана речовина може існувати у всіх трьох агрегатних станах: газоподібному, твердому і рідкому. При цьому в природі озон зустрічається тільки у вигляді газу, утворюючи так званий озоновий шар. Саме за його лазурного кольору небо здається блакитним.

Як виглядає молекула озону

Своє прізвисько «активний кисень» озон отримав з-за свого подібності з киснем. Так головною дійовою хімічним елементом цих речовин є оксиген (О). Однак якщо в молекулі кисню міститься 2 його атома, то молекула озону (формула - Про 3 ) складається з 3 атомів цього елемента.


Завдяки такій будові, властивості озону подібні кисневим, однак більш виражені. Зокрема, як і Про 2 Про 3 є сильним окислювачем. Найголовніша відмінність між цими «спорідненими» речовинами, яке пам'ятати життєво важливо для кожного, наступне: озоном не можна дихати, він токсичний і при вдиханні здатний пошкодити легені або навіть вбити людину. При цьому Про 3 чудово підходить для очищення повітря від токсичних домішок. До речі, саме з-за цього після дощу так легко дихається: озон окисляє шкідливі речовини, що містяться в повітрі, і він очищається.


Модель молекули озону (складається з 3 атомів оксигена) трохи нагадує зображення кута, причому його розмір - 117°. Ця молекула не має неспарених електронів, тому є диамагнитной. Крім цього, вона має полярність, хоча і складається з атомів одного елемента. Два атома даної молекули міцно скріплені між собою. А ось зв'язок з третім менш надійна. З цієї причини молекула озону (фото моделі можна побачити нижче) вельми нетривкою і незабаром після утворення розпадається. Як правило, при будь-реакції розпаду Про 3 виділяється кисень. Через нестабільність озону його не виходить заготовляти і зберігати, а також перевозити, як інші речовини. З цієї причини його виробництво більш затратно, ніж інших речовин. При цьому висока активність молекул Про 3 дозволяє цьому речовини бути найсильнішим окислювачем, більш потужним, ніж кисень, і більш безпечним, ніж хлор. Якщо молекула озону руйнується і виділяється Про 2 ця реакція завжди супроводжується виділенням енергії. У той же час, щоб відбувся зворотний процес (освіта Про 3 з Про 2 ), необхідно затратити її не менше. В газоподібному стані молекула озону розпадається при температурі 70° С . Якщо її підвищити до 100 градусів і більше, реакція значно прискориться. Також прискорює період розпаду молекул озону наявність домішок.

Властивості О3

В якому б з трьох станів ні перебував озон, він зберігає синій колір. Чим твердіше речовина, тим більш насиченим і темніше цей відтінок. Кожна молекула озону важить 48 г/моль. Вона є більш важкою, ніж повітря, що допомагає розділяти ці речовини між собою. Про 3 здатний окислювати практично всі метали і неметали (крім золота, іридію і платини). Ця речовина також може брати участь у реакції горіння, однак для цього потрібна більш висока температура, ніж для 2 . Озон здатний розчинятися в Н 2 Про і фреони. У рідкому стані він може змішуватися з рідким киснем, азотом, метаном, аргоном, тетрахлоруглеродом і вуглекислотою.

Як утворюється молекула озону

Молекули Про 3 утворюються з допомогою прикріплення до молекул кисню вільних атомів оксигена. Вони, в свою чергу, з'являються завдяки розщепленню інших молекул Про 2 з-за впливу на них електричних розрядів, ультрафіолетових променів, швидких електронів і інших частинок високої енергії. З цієї причини специфічний запах озону можна відчути біля искрящих електричних приладів або ламп, що випромінюють ультрафіолет. У промислових масштабах Про 3 виділяють за допомогою електричних генераторів озону або озонаторів. У цих приладах електричний струм високої напруги пропускається через газовий потік, в якому знаходиться справа Про 2 , атоми якого і слугують «будівельним матеріалом» для озону. Іноді в ці апарати запускають чистий кисень чи звичайне повітря. Від чистоти вихідного продукту залежить якість одержуваного озону. Так, медичний Про 3 , призначений для обробки ран, видобувають лише з хімічно чистого Про 2 .

Історія відкриття озону

Розібравшись з тим, як виглядає молекула озону і як вона утворюється, варто познайомитися з історією цієї речовини. Вперше воно було синтезовано нідерландським дослідником Мартіном Ван Марумом у другій половині XVIII ст. Учений помітив, що після пропускання електричних іскор через ємність з повітрям газ в ній змінював свої властивості. При цьому Ван Марум так і не зрозумів, що виділив молекули нової речовини.
А ось його німецький колега по прізвища Шейнбейн, намагаючись з допомогою електрики розкласти Н 2 О Н и Про 2 , звернув увагу на виділення нового газу з їдким запахом. Провівши безліч досліджень, вчений описав відкритий ним речовина і дав йому ім'я «озон» на честь грецького слова «пахнути». Здатність вбивати грибки і бактерії, а також знижувати токсичність шкідливих сполук, якою володіло відкрите речовина, зацікавила багатьох вчених. Через 17 років після офіційного відкриття Про 3 Вернером фон Сіменсом був сконструйований перший апарат, що дозволяє синтезувати озон в будь-якій кількості. А ще через 39 років геніальний Нікола Тесла винайшов і запатентував перший у світі генератор озону. Саме цей апарат вже через 2 роки вперше був використаний у Франції на очисних спорудах для питної води. З початком XX ст. Європа починає переходити на озонування питної води для її очищення. Російська імперія вперше використала цю методику в 1911 р., а через 5 років в країні було обладнано майже 4 десятки установок для очищення питної води за допомогою озону. Сьогодні озонування води поступово витісняє хлорування. Так, 95% всієї питної води в Європі очищається з допомогою Про 3 . Також вельми популярна дана методика та в США. В СНД поки вона ще на стадії вивчення, оскільки, хоча дана процедура і більш безпечна і зручна, вона обходиться дорожче, ніж хлорування.

Сфери застосування озону

Крім очищення води, Про 3 має ряд інших сфер застосування.

Озон використовується в якості відбілювача при виробництві паперу і тканини.

Активний кисень застосовується для дезінфекції вин, а також для прискорення процесу «старіння» коньяків.

З допомогою Про 3 рафінуються різні рослинні олії.

Дуже часто це речовина застосовують для обробки швидкопсувних продуктів, на зразок м'яса, яєць, фруктів та овочів. При цій процедурі не залишається слідів хімічних, як при використанні хлору або формальдегідів, а продукти можуть зберігатися значно довше.

Озоном стерилізують медичне обладнання і одяг.

Також очищений Про 3 застосовують для різних медичних і косметичних процедур. Зокрема, з його допомогою в стоматології дезінфікують ротову порожнину й десни, а також лікують різні захворювання (стоматит, герпес, оральний кандидоз). В європейських країнах Про 3 вельми популярний для дезінфекції ран.

В останні роки величезну популярність набувають портативні домашні прилади для фільтрації повітря і води за допомогою озону.

Озоновий шар - що це?

На відстані 15-35 км над поверхнею Землі знаходиться озоновий шар, або, як його ще називають, озоносфера. У цьому місці концентрований Про 3 служить своєрідним фільтром для шкідливого сонячного випромінювання. Звідки береться така кількість речовини, якщо його молекули нестабільні? Відповісти на це питання не важко, якщо згадати модель молекули озону і спосіб її утворення. Отже, кисень, що складається з 2 молекул оксигена, потрапляючи в стратосферу, нагрівається там сонячними променями. Цієї енергії достатньо, щоб розщепити Про 2 на атоми, з яких утворюється Про 3 . При цьому озоновий шар не тільки використовує частину сонячної енергії, але і фільтрує її, поглинає небезпечний ультрафіолет. Вище було сказано, що озон розчиняється фреонами. Ці газоподібні речовини (застосовуються при виготовленні дезодорантів, вогнегасників і холодильників), потрапивши в атмосферу, впливають на озон і сприяють його розкладання. Внаслідок цього у озоносфере виникають дірки, крізь які потрапляють на планету нефильтрирование сонячні промені, які руйнівно діють на живі організми. Розглянувши особливості і будова молекул озону, можна прийти до висновку, що це речовина, хоч і небезпечно, але дуже корисно для людства, якщо його правильно використовувати.