Ózon | ||
Azonosítás | ||
---|---|---|
IUPAC név | Trioxigen | |
Szinonimák |
ózon |
|
N o CAS | ||
N o ECHA | 100.030.051 | |
N o EC | 233-069-2 | |
Mosolyok |
[O +] (= O) [O-] , |
|
InChI |
InChI: InChI = 1 / O3 / c1-3-2 |
|
Megjelenés | jellegzetes szagú színtelen vagy kékes gáz | |
Kémiai tulajdonságok | ||
Brute formula |
O 3 [izomerek] |
|
Moláris tömeg | 47,9982 ± 0,0009 g / mol O 100%, |
|
Dipoláris pillanat | 0,533 73 D | |
Fizikai tulajdonságok | ||
T ° fúzió | -192,5 ° C | |
T ° forráspontú | -111,9 ° C | |
Oldékonyság | 0 ° C-os vízben : 1 g / l | |
Térfogat | 2,144 g / l ( 0 ° C ) | |
Kritikus pont | 55,7 bar, -12,05 ° C | |
Termokémia | ||
Δ f H 0 gáz | 142,67 kJ / mol | |
Elektronikus tulajdonságok | ||
1 re ionizációs energia | 12,43 eV (gáz) | |
Óvintézkedések | ||
WHMIS " Ozone " a vegyipari termékek adatbázisában Reptox of the CSST (quebeci munkavédelemért felelős szervezet), hozzáférés: 2009. április 25. | ||
A, C, D1A, D2A, D2B, F, A : Sűrített gáz kritikus hőmérséklet = -12,1 ° C C : Oxidáló anyag okok vagy kedvez az égés a másik anyag felszabadításával oxigén D1A : Nagyon mérgező anyagot, aminek következtében azonnal súlyos hatások Akut letalitás: LC50 belégzés / 4 óra (egér) = 5,9 ppm D2A : Egyéb mérgező hatású, nagyon mérgező anyag Krónikus toxicitás: maradandó tüdőkárosodás D2B : Egyéb mérgező hatású mérgező anyag Mutagén hatás állatoknál F : A veszélyes reakcióképes anyag sokk hatására önreaktívvá válik; a nyomás növekedése hatására önreaktívvá válik; hőmérséklet-emelkedés hatására önreaktívvá válik . Az összetevők közzétételi listája szerint 1,0% -os közzététel |
||
67/548 / EGK irányelv | ||
Indikatív jelzések, amelyeket a jogszabályok nem írnak elő, mivel az ózon mindig a felhasználás helyén termelődik: | ||
T + VS O Jelképek : T + : Nagyon mérgező C : Maró O : Oxidáló |
||
Ökotoxikológia | ||
CL 50 | 8-12 mg / m 3 | |
Szagküszöb | alacsony: 0,007 6 ppm magas: 0,03 ppm |
|
Egység SI és STP hiányában. | ||
A ózon (német Ozon , nyert a görög OZO „kilégzés szag”), vagy a trioxygen , egy anyag, a kémiai képlet O 3 : Annak molekulák vannak háromatomos , alkotja három oxigén atomok . Az ózon tehát az oxigén allotróp fajtája , de sokkal kevésbé stabil, mint az oxigén O 2, amelybe természetesen hajlamos bomlani. Ez elfolyósodik 161,3 K ( -111,9 ° C ) sötét kék folyadék és megszilárdul a 80,7 K ( -192,5 ° C ) egy bíborszínű szilárd anyagot kapunk. Szobahőmérsékleten halványkék vagy akár színtelen gáz, amelyet szaga különböztet meg. A ózon eléri a kritikus pontot a 5460 kPa és -12,05 ° C .
Stabilitása kondenzált állapotban a robbanás hajlamával nyilvánul meg, ha koncentrációja jelentős. Az ózon oxigénre bomlik O 2szobahőmérsékleten: a reakció sebességét függ a hőmérséklet , a páratartalom, a levegő , a jelenléte katalizátorok ( hidrogén , vas , réz , króm , stb ), vagy érintkezik egy szilárd felületre.
A szagtalan oxigéntől eltérően az ózont az emberi szaglás érzékeli (0,01 ppm koncentrációból kimutatható ); fehérítőre emlékeztető jellegzetes szaga olyan zárt helyeken érzékelhető, ahol erős elektromos mező van (nagyfeszültségű transzformátor, Jacob-skála, UV-csövek, gázgyújtó ). Nagy mennyiségben lélegezve mérgező és köhögést okoz.
Az ózon természetesen jelen a Föld légkörébe , alkotó egy ózonréteg a sztratoszféra 13 és 40 km magasságban, amely elfogja a több mint 97% -át a Nap ultraibolya sugárzás , de egy szennyező anyag , az alsó réteg a légkör (a troposzférában ), ahol megtámadja a légzőszerveket az állatok és éget a legérzékenyebb növényekre . Ez az energetikai oxidálószer megtámadja az élő sejteket, és felelős lehet a gyorsított polimer korróziós jelenségekért („ az elasztomerek ózon általi repedése ”).
Az ózont 1789-ben fedezte fel Martin van Marum holland vegyész azáltal, hogy elektromos áramot vezetett át egy kémcsőbe zárt oxigénen keresztül. Megjegyzi a kénsav vagy a foszfor szagához hasonló sajátos szagot. A higanyba mártott kémcső lehetővé teszi számára, hogy megfigyelje, hogy az oxigén térfogata majdnem a felére csökken, és hogy a higany nagyon gyorsan oxidálódik. Anélkül, hogy tudta volna, mit mutatott ki munkája, úgy határozta meg ezt az illatot, mint az elektromosság és a nitrogénsavként létrehozott elem szagát.
Ezt a tanulmányt 1840-ben Christian Friedrich Schönbein német vegyész vette át, aki Van Marum kutatásának elmélyítésével sikerült elkülöníteni a molekulát. Így nevezte el, utalva az ozein görög gyökérre (szag kilégzésére, szaglásra). Az ózon képlete, O 3, csak 1865-ben határozta meg Jacques-Louis Soret , majd 1867-ben Christian Friedrich Schönbein megerősítette. Ezt követően sok kutatás folyt az ózonfertőtlenítés mechanizmusáról. Werner von Siemens gyártotta a legelső ózongenerátort. Ez a gyártó könyvet írt az ózon vízben történő alkalmazásáról, amely az ózonfertőtlenítéssel kapcsolatos kutatási projektek sokaságához fog vezetni.
1907-ben Marius-Paul Otto francia vegyész , aki doktori fokozatot kapott az ózonért végzett munkájáért, létrehozta a Compagnie des Eaux et de l'Ozone nevű céget.
A kapcsolat a ózon és a nitrogén-oxidok kimutatható volt a 1970-es években a Paul Josef Crutzen , 1995 Kémiai Nobel-díj .
A redox-potenciál ózon 2.07 V .
A képződés entalpiája: Δ f H 0 gáz = 142,67 kJ mol −1
Az első ionizációs energia egyenlő 12,43 eV (gáz)
Az ózonnal kapcsolatos szag az ózon pusztulása következtében bekövetkező ionizációból származik. Színe a Rayleigh-féle szóródásnak köszönhető, amely kékes árnyalatot ad a molekula nagy koncentrációinak jelenlétében.
Az ózonmolekula molekulárisan szimmetrikusan hajlított C2v molekula (hasonló a vízmolekulához ). Az oxigénatomok szöge 116,78 °. Az ózon egy poláris molekula egy dipólus momentum a 0,533 73 D .
Az ózon nagyon erős oxidálószer , erősebb, mint az oxigén vagy a klór. Mivel nagyon instabil, O 2-re degradálódik elég gyors :
2 O 3 → 3 O 2
Reakciók fémekkel
Nedvesség jelenlétében az ózon az összes fémet oxidálja, kivéve az aranyat , a platinát és az irídiumot . Az alábbiakban például a réz oxidációja :
2 Cu + + 2 H 3 O + + O 3 → 2 Cu 2+ + 3 H 2 O + O 2
Reakciók alkálifémekkel
Az ózon alkálifémekkel és alkáliföldfémekkel reagálva ózonidokat képez (M + O 3→ MO 3) , instabil és vízzel reagálva oxigént képez. A kémiai reakciók ez a sorozata nagyrészt megmagyarázza azt a szennyező jelleget, amelyet az ózonnak tulajdonítanak, ha ez utóbbi a föld közelében található légkörben van.
Reakciók nitrogénvegyületekkel
Az ózon nitrogén-monoxidot (NO) oxidál nitrogén- dioxiddá (NO 2)):
NO + O 3 → NO 2 + O 2
Nitrogén-dioxid (NO 2) pedig nitráttá (NO 3):
NO 2 + O 3 → NO 3 + O 2
Az ózon képes oxidálni az ammóniát (NH 3) ammónium-nitrátban (NH 4 NO 3):
2 NH 3 + 4 O 3 → NH 4 NO 3 + 4 O 2 + H 2 O
Reakciók szénvegyületekkel
Az ózon a szénnel reagálva szén-dioxidot képez :
C + 2 O 3 → CO 2 + 2 O 2
Reakciók kénvegyületekkel
Az ózon a szulfidokat (S 2- ) szulfátokká oxidálja (SO 4 2- ). Példa ólom (II) -szulfiddal :
PbS + 4 O 3 → PbSO 4 + 4 O 2
A kénsav (H 2 SO 4) ózonnal, vízzel, kénnel vagy kén- dioxiddal előállítható :
S + H 2 O + O 3 → H 2 SO 4 vagy 3 SO 2 + 3 H 2 O + O 3 → 3 H 2 SO 4
A gázfázisú, az ózon reakcióba lép a hidrogén-szulfid a formában a kén-dioxid :
H 2 S + O 3 → SO 2 + H 2 O
Vizes oldatban két egyidejű reakció lép fel. Az első ként , a második kénsavat állít elő :
H 2 S + O 3 → S + O 2 + H 2 O és 3 H 2 S + 4 O 3 → 3 H 2 SO 4
Az ózonnak meglehetősen rövid a felezési ideje , még inkább a vízben (ahol -OH gyökökre bomlik ), mint a levegőben. Különböző tényezők befolyásolják az ózon bomlási sebességét:
Levegőben | Vízben (pH 7) | ||
---|---|---|---|
Hőmérséklet (° C) | Fél élet | Hőmérséklet (° C) | Fél élet |
–50 |
3 hónap |
15 |
30 perc |
–35 |
18 nap |
20 |
20 perc |
–25 |
8 nap |
25 |
15 perc |
20 |
3 nap |
30 |
12 perc |
120 |
1 óra 30 perc |
35 |
8 perc |
250 |
1,5 másodperc |
Az ózon rendkívül káros a tüdőre , a vesére , az agyra és a szemre . Például a levegőben lévő 9 ppm ózonkoncentráció tüdőödémát okoz . Ezen érték és a szaglás észlelésének átlagos küszöbértéke ( átlagosan 0,1 ppm ) között szájszárazságot, köhögést , bronchiális hiperszekréciót, nehézlégzést , retrosternális fájdalmat és a légzőrendszer rendellenességeit találjuk . Az ózon puszta 0,2–0,5 ppm koncentrációja a levegőben már olyan látászavarokat okozhat, mint az éjszakai látás csökkenése és a fényhez való rossz alkalmazkodóképesség, a perifériás látás fokozódása és a látás romlása . Ezenkívül vannak vese ( akut nephritis ) és neurológiai ( szédülés , aszténia , ízváltozás, beszédzavar, rossz mozgáskoordináció stb. ) Rendellenességek .
A francia rendeletek és európai irányelvek napi maximális minőségi célt határoznak meg, amely 8 órán át átlagosan 120 µg / m 3 (60 ppb vagy 0,06 ppm ), a riasztási küszöbérték pedig 240 µg / m 3 . Ez a minőségi cél megfelel az 5. (francia index) vagy 50. (európai index) információnak, amelyet olyan szervezetek terjesztenek, mint az Airparif, az Airpaca, az Atmo stb.
A Föld felső légkörében az ózonréteg ózonkoncentráció, amely kiszűri a Nap által kibocsátott ultraibolya sugarak egy részét , amelyek különösen felelősek a bőrrákért . Ezt a védőréteget fenyegeti a szennyezés, különösen a CFC ( klór-fluor-szénhidrogén ) gázok kibocsátása miatt , amelyek a légkör felső részében emelkednek és katalizálják az ózon pusztulását azáltal, hogy oxigénné alakulnak át, így az ózonréteg lyukának eredeténél vannak. .
Ennek mérőműszer, akkor vegye figyelembe a GOMOS eszköz a ENVISAT műhold .
Az ózon az alsó légkör bizonyos küszöbén túl az egészségre nézve az egyik legveszélyesebb légszennyező anyag.
Természetes okok:
Emberi okok:
Ez a szennyezés összességében nagyon jelentős hatást gyakorol a mezőgazdaságra (a levélhagymák támadása ) a termelékenység csökkenésével és az emberi egészségre. Az ózon valóban irritálja és megtámadja a szem nyálkahártyáját, valamint a hörgőket és a hörgőket , különösen a legérzékenyebb populációkban. 2010-ben egy amerikai tanulmány megerősítette, hogy az ózon, még alacsony dózisban is, közvetlenül összefügg a gyermekek asztmás rohamaival . A szennyezés megugrása az asztmás rohamok számának és súlyosságának növekedését idézi elő. Ezek a csúcsok a légzési problémákkal küzdő emberek túlzott halálozásával is összefüggenek ( különösen hőhullámok idején , de télen napos időben is). Az asztma gyakorisága , valamint az asztma miatti halálozás 1980 és 2000 között nőtt, ugyanakkor az ózonszint emelkedett az autópályák közelében, a nagy iparosodott és urbanizált területeken, és jóval azok alatt. és az óceán felett: a Kanadában előállított ózon és troposzférikus ózon prekurzorok szél által exportálják az Atlanti-óceán északi részének középső részét. Ezek a mennyiségek nagymértékben meghaladják a sztratoszférából (az ózon fő természetes forrásából) származó mennyiségeket. Az ózon szint is meredeken emelkedik a csóva gazdag emissziós a nitrogén-oxidok a erőművek . Legalább az északi féltekén az antropogén ózonszennyezésnek olyan hatása van, amely meghaladja a kontinensek méretarányát.
A szegény városi népességből származó gyermekek gyakran kiszolgáltatottabbak. 1994-ben Atlantában egy epidemiológiai tanulmány kimutatta, hogy azokon a napokon, amikor az ózonszint elérte vagy meghaladta a levegőben a 0,11 ppm- t, és a szennyezés csúcsát követő napig az asztma vagy reaktív légzési nehézségek miatt a kórházi kezelések átlagos száma 37% -kal magasabb volt, mint a többi napon. Ezenkívül ez a tanulmány azt is kimutatta, hogy a szegény családokból származó fekete gyerekeket érinti a leginkább.
Mindezen okokból szorgalmazta a Franciaországban csaknem 2500 orvost tömörítő Környezet-egészségügyi Szövetség (ASEF) a probléma politikai kezelését.
Az ózon az 1990-es évek óta rendelkezésre álló modellek és előrejelzések tárgya.
Az ózontermelés bemutatására általánosan használt laboratóriumi készülék a Whimshurst Elektrosztatikus Gép volt : két egyforma, elszigetelt tál forgatását használta, de ellentétes irányban forgott. A kefék összegyűjtik a súrlódás által termelt statikus elektromosságot , és a lemezeket elektromos ív előállításával ürítik ki, amely körül ózon jelenik meg (majd diffundál a levegőben).
Az ózon állíthatók elő elektrolízissel használja az akkumulátor 9 V-os , egy katód a grafit , egy anód a platina és a kénsav , mint elektrolit . A félreakciók a következők:
3H 2 O→ O 3 + 6H + + 6e - Δ E o = −1,53 V 6H + + 6. - → 3H 2 Δ E o = 0 V 2H 2 O→ O 2+ 4H + + 4e - Δ E o = -1,23 VHárom ekvivalens vizet használnak egy ekvivalens ózon előállításához. Ez a reakció versenyben áll az oxigénképződés reakciójával.
Az ipari ózontermelést számos technika teszi lehetővé:
Az ózon nagyon gyorsan lebomlik (lásd: az ózon lebomlása), de ennek ellenére elengedhetetlen a maradék ózon megsemmisítése, ha ezt a molekulát az iparban használják, nyilvánvaló céljuk a személyzet védelme. Az ózont különböző módon lehet oxigénre bontani:
A maradék ózon nagy mennyiségű levegőben történő hígítás után is felszabadulhat a légkörbe, ezt a műveletet hatalmas ventilátorok hajtják végre.
Az ózon vízbe injektálása meglehetősen bonyolult, mivel az ózon nagyon rosszul oldódik vízben.
A porózus diffúzoroknak nevezett diffúzorok, amelyek porózus eleme kvarcüvegből készül , 20% -os maximális hatékonyságot engednek meg. A porózus diffúzorok elve az , hogy a kezelendő vízben 0,5 és 2 mm közötti nagyságú gáznemű ózon buborékokat diffundálnak . Ezek a rendszerek ideálisak kis mennyiségű kezelendő vízhez.
A membrán kapcsolók lehetővé teszik a vízben oldott ózon nagy koncentrációjának elérését. A membrán lehetővé teszi a gáznemű ózon és a kezelendő víz közötti cseréket. A kontaktor elve Henry törvényét követi azáltal, hogy a vízzel érintkező (keresztirányban áramló) gáznemű ózon nyomását lecsökkenti, így vezető erőt hoz létre, amely lehetővé teszi az ózon vízbe való befecskendezését.
Venturi- injektort használnak leggyakrabban a vízben oldott ózon maximális koncentrációjának eléréséhez, valójában a Venturi- injektor körülbelül 90% -os hatékonyságot tesz lehetővé. A Venturi-cső elve a Bernoulli- egyenlet alkalmazása, amely az állandó állapotú csőben lévő folyadék hidraulikus egyensúlyát fejezi ki:
vagy a nyomás egy pontban (Pa vagy N / m²); a sűrűség egy pontban (kg / m³); a folyadék sebessége egy pontban (m / s); a gravitáció gyorsulása (N / kg vagy m / s²-ben); a magasság (m-ben).Állandó áramlásnál azonban: q (áramlás m³ / s-ban) = S 1 v 1 = S 2 v 2 = állandó, S: felület egy pontban (m²) és v : a folyadék sebessége egy pontban (m / s). Ez azt mutatja, hogy ha a felület csökken, mint a Venturi-befecskendezőnél, a sebesség növekszik.
Bernoulli egyszerűsített egyenletének újbóli felvételével : ha a sebesség növekszik, akkor a nyomás csökken. Ezért van egy mélyedés a Venturi-cső összehúzódott zónájában (ahol a gáz ózoncső csatlakozik), amely lehetővé teszi a gáznemű ózon vízben történő elszívását.
Az ózon erős oxidálószer és fertőtlenítőszer. Bizonyos előnyei vannak az iparban általánosan használt egyéb oxidálószerekkel, különösen a klórral szemben .
Általában a hátrányok a következők:
Az ivóvíz fertőtlenítésében az ózonnak előnyei vannak a klórral szemben : nem marad meg a vízben, ezért nem változtatja meg az ízét, és nem okoz szerves klórvegyületek megjelenését , amelyek rákkeltőek lehetnek .
Az ózon azonban nem inaktiválja a vízben található összes mikroorganizmust (például a Cryptosporidium , a Giardia és a Toxoplasma gondii parazitákat ), még akkor sem, ha bizonyos hatékonysággal rendelkezik a Cryptosporidium és a Giardia ellen .
Az ózont a vízkezelés során számos funkcióra használják:
Az ózon az ivóvíz minőségi mércéjévé vált a világ számos városában:
Az ózont a szennyvíztisztító folyamatokban használják , különösen az úgynevezett "kemény" kémiai oxigénigény (KOI) baktériumok általi emészthetővé tételére , színkezelésre és vízfertőtlenítésre. A szennyvíztisztító telepek kimeneténél (ún. Tercier) kezelés ). Ezek az alkalmazások több technika elsajátítását igénylik: az ózonizálást, de a bioreaktorokat is . Az ózon teljesítménye néha javítható az ózonozás és a nagy dózisú UV besugárzási kezelés kombinálásával . Ezeket fejlett oxidációs folyamatoknak nevezzük .
Az ózont antiszeptikus és baktériumölő szerként használják a sebek kezelésében.
Az ózon oxidáló és fertőtlenítő tulajdonságait továbbra is használják különböző helyzetekben.
Ez a legegyszerűbb és legolcsóbb módszer. Az elemzendő vízminta egy ózonreagenset tartalmazó csőbe kerül ( DPD reagens vagy dipropil-p-fenilén-diamin, más néven indigreagens ), a koncentrációt kolorimetrikus korong vagy spektrofotométer segítségével leolvassák . A probléma ezzel a technikával a pontosság hiánya. Ez a módszer emellett laboratóriumi kiképzéssel rendelkező személyzetet igényel.
Az elektrokémiai szondák elektrolitot tartalmaznak, amelyet szelektív membrán választ el a víztől. Ezután elektromos áramot mérnek a membrán két oldalán elhelyezett két elektróda között . Az ózon koncentrációja a vízben megváltoztatja ezt az elektromos áramot.
Ezek az elemzők a Beer-Lambert törvényt használják . A víz ismert hosszát ultraibolya sugár keresztezi . Mérjük a minta UV- abszorpcióját , és egy egyszerű számítással megkapjuk az ózon koncentrációját a vízben.
Elemző Henry törvénye alapjánA gáztalanító oszlop kivonja az ózont a vízből. Ezután megmérik az ózonkoncentrációt a levegőben, majd Henry törvénye alapján levezetik a víz ózonkoncentrációját . Ezen elemzők nagy előnye a kezeletlen vízen való lehetséges felhasználás.
Viszonylag kevéssé alkalmazott módszer, mert arra támaszkodik, hogy az ózon, mivel erős oxidálószer, megváltoztatja a víz redoxpotenciálját. Ez igaz, de akkor a víz minőségének tökéletesen állandónak kell maradnia. Ellenkező esetben a redoxpotenciál mérés hibás lehet. Ezen túlmenően, ez a módszer megköveteli egy előre kalibrációs egy másik módszer alkalmazásával (kolorimetriás például) annak érdekében, hogy képes legyen a gyakorlatban használható.
Ez a legegyszerűbb és legolcsóbb módszer. A vizsgálandó levegőminta egy ózonreagenset ( DPD reagens vagy dipropil-p-fenilén-diamin) tartalmazó csőbe kerül , a koncentrációt kolorimetrikus skála segítségével leolvassák . A probléma ezzel a technikával a pontosság hiánya.
Ezek az eszközök olyan félvezető anyagot használnak, amelynek elektromos jellemzői a levegőben lévő ózon koncentrációjától függően változnak.
Az ózonelemzők (vagy a gáznemű ózon ózométer) a Beer-Lambert-törvény alapján kiszámítják az ózon koncentrációját a levegőben, amely meghatározza az ózon koncentrációját az UV sugárzás abszorpciója alapján . Ezeknek az eszközöknek, amelyek rendkívül drágák a többi rendszerhez képest, számos előnye van, például nagy pontosság, nincs interferencia más elemekkel, nagyon gyors válasz és nem várható fogyóeszköz. Azt is meg kell jegyezni, hogy tekintettel a gáznemű ózon toxicitására, az ózongenerátorok többségét egy gáznemű ózonelemző készülékkel kapcsolják össze, amely leállítja az ózontermelést, amikor az ózon küszöbértékét a levegő környezeti hőmérsékletén (általában 0,3 ppm ) túllépik.
A sztratoszférikus ózonréteg koncentrációjának változását spektroszkópiával mérjük .