озон
ОЗОН (от греч. ozon — пахнущий) O3
аллотропная форма кислорода. Газ синего цвета, в жидком состоянии темно-синий, в твердом-сине-фиолетовый. Молекула O3 симметричная ангулярная (уголковая); длина связи O—O 0,12717 нм, угол ООО 116,78°, μ 1,78∙10−30 Кл∙м. Т. пл. 80,6 К, т. кип. 161,2 К; плотн. газа при 273,2 К 2,141 г/л, при 298,2 К 1,962 г/л; плотн. жидкого при 90,2 К 1,571 г/см3, при 123,2 К 1,473 г/см3, при 153,2 К 1,376 г/см3; плотн. кристаллов при 77,4 К 1,728 г/см3; при 90,2 К h 1,57∙10−3 Па∙с, g 3,84∙10−2 Н/м; температурная зависимость давления пара над жидкостью lg p( мм рт. ст.) = 8,25313 — 814,941587/Т-- 0,001966943Т;
Растворимость О. в воде (0,21 объема в 1 объеме раствора при 298 К) почти в 7 раз выше растворимости O2. В кислой среде растворимость О. падает, в щелочной-возрастает. Гораздо выше растворимость О. в хлорир. углеводородах и хладонах:
* Отношение мол. концентраций O3 в растворе и газе над раствором.
Неограниченная взаимная растворимость в жидкой системе O2-O3 имеет место выше 93,2 К, в системе F2-O3-выше 79,3 К, в системе CF4-O3-выше 103 К, ниже этих температур растворы расслаиваются.
О. термически неустойчив в газе и в растворах. В водном растворе распад О. медленно идет при комнатной температуре и заметно ускоряется с ростом pH. В газе более устойчив; медленный распад идет ок. 70 °C, быстрый-выше 100 °C. Распад О. ускоряют примеси NO, Cl2 и др. газов, а также гетерог. катализаторы — металлы и их оксиды (Pt, Ag, Cu, Mn, Ni, Co и др.).
В реакциях с большинством веществ О.—сильный окислитель, что обусловлено низкой энергией отрыва атома О от молекулы O3 (107 кДж/моль) и высоким сродством молекулы О. к электрону (2,26 эВ). В водном растворе О. окисляет Fe(II) до Fe(III), Ce(III) до Ce(IV), Mn(II) до MnO−4, соед. Os и Ru до OsO4 и RuO4,I2 до НIO3 и т. п. В газовой фазе О. окисляет Cl2 до Cl2O7 (фотохимически), SO2 до SO3, NO2 до N2O5. Реакция с конц. водной щелочью идет через последоват. образование в растворе O−3, О−2, HO−2 и O2. При взаимодействии с кристаллич. гидроксидами и супероксидами щелочных металлов образуются озониды MO3. О. окисляет мн. орг. вещества-олефины, ароматич. соед. и насыщ. углеводороды, спирты и др., при этом в качестве промежут. веществ образуются продукты присоединения О., также наз. озонидами (см. озонирование).
Общая масса О. в атмосфере Земли 4∙109 т, т. е. 0,64∙10−6 от массы всей атмосферы, средняя стационарная концентрация 1 мг/м3. У поверхности Земли фоновая концентрация О. в течение суток проходит через максимум в интервале 10–18 ч и минимум ночью; летом и весной концентрация в 3,5 раза выше, чем зимой и осенью; над полярными областями Земли концентрация выше, чем над экваториальной, в атмосфере городов выше, чем в сельской местности. С удалением от поверхности Земли концентрация растет и достигает максимума на высоте 20–25 км. Концентрация О. на высоте 20–30 км каждые 11 лет проходит через максимум, вызванный циклом солнечной активности.
О. обеспечивает сохранение жизни на Земле, т. к. озоновый слой задерживает наиб. губительную для живых организмов и растений часть УФ радиации Солнца с длиной волны менее 300 нм, наряду с CO2 поглощает ИК излучение Земли, препятствуя ее охлаждению. Содержание и перемещение О. в атмосфере влияет на метеорологич. обстановку. Образование О. в атмосфере происходит в результате реакций: O2
О. образуется во всех процессах, сопровождаемых появлением атомарного кислорода, — при УФ облучении воздуха, в электроразрядах, при распаде пероксидов, окислении фосфора и т. п. В лабораториях и промышленности О. получают действием тихого электрич. разряда на O2 в озонаторах. Осн. типы пром. озонаторов-трубчатые и плоские; в качестве диэлектрика применяют стекло или керамику, материал электродов — Al или Cu. Мощность озонатора пропорциональна частоте тока. Присутствие влаги в O2 сильно снижает выход О., поэтому исходный газ осушают до точки росы (от −40 до −60 °C), а озонатор охлаждают. Содержание О. на выходе из озонатора при использовании в качестве исходного O2 5–8%, воздуха-1–1,5%, расход энергии соотв. 8–18 и 10–30 кВт∙ч/кг O3. О. более высокой концентрации (до 50%) м. б. получен электролизом конц. растворов HClO4, H3PO4 или H2SO4 на охлаждаемом аноде из Pt или PbO2. Др. способ получения высококонцентрированного О. — растворение его в хладонах при низкой температуре, O2 в хладонах практически не растворяется. Наиб. удобны хладо-ны 22 и 12, растворимость О. в них при 163 К достигает 50%; при нагр. такого раствора О. испаряется первым. Растворы О. в фреонах не взрывчаты и могут длительно храниться при температуре ниже 223 К.
Для определения содержания О. используют фотометрич. (в УФ области), иодометрич., люминесцентный методы и ряд способов, основанных на измерении физ. свойств О., -e, энтальпии разложения и т. п.
О. ядовит для людей, животных и растений; ПДК в воздухе рабочей зоны 0,1 мг/м3, в атм. воздухе 0,16 мг/м3; ЛД50 0,046 мг/л (мыши, 2 ч), 3 мг/л (мыши, 5 мин). Малые концентрации О. в воздухе создают ощущение свежести, вдыхание воздуха с концентрацией О. 0,002–0,02 мг/л вызывает раздражение дыхат. путей, кашель, рвоту, головокружение, усталость. В присут. оксидов азота токсичность О. увеличивается в 20 раз.
О. взрывоопасен во всех агрегатных состояниях, примеси повышают его чувствительность. Ниж. КПВ для озоновоз-душной смеси 9%, при более высоком содержании О. смеси взрываются под влиянием внеш. импульса, причем скорость детонации растет от 880 м/с при концентрации 9,2 мол. % О. до 1730 м/с при 77 мол. %.
Осн. часть производимого О. используют для обеззараживания питьевой воды, что более эффективно, чем хлорирование. О. используют также для обезвреживания сточных вод хим. предприятий, особенно в случае фенольных и цианидных загрязнений. О. применяют для получения камфоры, ванилина, монокарбоновых и дикарбоновых кислот (ади-пиновой, азелаиновой и др.) путем окисления углеводородов и др. малоценного сырья, для отбеливания тканей, минер. масел и др., в орг. химии — для определения места двойной связи в молекуле.
О. открыл и назвал Х. Шёнбейн в 1840, на появление специфич. запаха при электроразряде в воздухе обратил внимание М. ван Марум в 1785.
Лит.: Разумовский С. Д., Заиков Г.Е., Озон и его реакции с органическими соединениями, М., 1974; Атмосферный озон и изменения глобального климата, Л., 1982.
В. Я. Росоловский
Химическая энциклопедия