Озон — химическое вещество и озоновый слой¶
Озон — трёхатомная молекула кислорода (O₃), аллотропная форма кислорода, представляющая собой сине-голубой газ с резким запахом. Озон является сильным окислителем, в природе образуется в стратосфере под действием ультрафиолетового излучения Солнца и формирует озоновый слой, защищающий биосферу от жёсткого УФ-излучения. В тропосфере озон считается загрязнителем воздуха и компонентом фотохимического смога.
¶Свойства озона
Озон относится к нестабильным соединениям: молекула O₃ неустойчива и при нормальных условиях постепенно распадается на кислород O₂. Плотность озона в 1,5 раза выше плотности воздуха. Газ имеет характерный запах, ощущаемый уже при концентрациях около 0,01 мг/м³. Озон — один из самых сильных окислителей, уступающий по этому показателю лишь фтору и пероксиду водорода.
| Свойство | Значение |
|---|---|
| Молекулярная формула | O₃ |
| Молярная масса | 48 г/моль |
| Температура кипения | −111,9 °C |
| Температура плавления | −192,2 °C |
| Структура молекулы | угловая, угол ≈ 116,8° |
¶Образование в атмосфере
Основной механизм образования озона в стратосфере связан с фотодиссоциацией молекулярного кислорода: под действием ультрафиолетового излучения с длиной волны менее 240 нм молекула O₂ распадается на два атомарных кислорода, один из которых соединяется с другой молекулой O₂ с образованием O₃. Этот цикл описан Джоном Чапменом в 1930 году и называется озоновым циклом Чапмена.
Пик концентрации озона приходится на высоту 20–30 км, где содержание газа достигает 8–10 частей на миллион. Совокупность слоёв атмосферы с повышенным содержанием озона образует озоновый слой, толщина которого при пересчёте на нормальные условия составляет около 3 мм.
¶Разрушение озонового слоя
В 1974 году Марином Молиной и Шерером Роландом было показано, что хлорфторуглероды (фреоны), попадая в стратосфере, под действием УФ-излучения высвобождают атомарный хлор, катализирующий разрушение озоновых молекул. Одна атомарная частица хлора способна разрушить до 100 000 молекул озона.
В 1985 году британские учёные Джозеф Фарман, Брайан Гардинер и Джон Шанклин обнаружили аномальное снижение концентрации озона над Антарктидой — так называемую «озоновую дыру». Этот факт стал основанием для принятия в 1987 году Монреальского протокола, ограничившего производство и потребление озоноразрушающих веществ. К 2020-м годам концентрация озоноразрушающих веществ в атмосфере начала снижаться, а восстановление озонового слоя прогнозируется к середине XXI века.
¶Озон в тропосфере
В нижних слоях атмосферы озон образуется в результате фотохимических реакций с участием оксидов азота, летучих органических соединений и солнечного излучения. Тропосферный озон — один из компонентов фотохимического смога, негативно влияющий на растения и органы дыхания человека. Максимальные концентрации озона в городах фиксируются в жаркие солнечные дни.
¶Применение
Озон широко используется в промышленности и медицине:
- Водоочистка — озонирование применяется для обеззараживания питьевой воды и сточных вод, уничтожения бактерий, вирусов и разложения органических загрязнителей.
- Пищевая промышленность — хранение продуктов, обеззараживание упаковки.
- Медицина — озонотерапия, стерилизация медицинского инструмента.
- Химическое производство — окислитель в синтезе ряда соединений.
¶Озон в культуре и науке
Название «озон» происходит от греческого слова ozein — «пахнуть». Термин ввёл в 1840 году немецкий химик Кристиан Шёнбейн, обнаруживший характерный запах при электролизе воды. Шёнбейн также предложил использовать озон как индикатор чистоты воздуха, связывая его наличие с «здоровым» запахом после грозы.
Источники:
- «Химическая энциклопедия»
- Молина М., Роланд Ш. «Стратосферное разрушение озонового слоя»
- Farman J. C. et al. «Large losses of total ozone in Antarctica» (Nature, 1985)
- «Большая советская энциклопедия», статья «Озон»
- WMO/UNEP Scientific Assessment of Ozone Depletion