عبارة "طبقة الأوزون" التي اشتهرت في السبعينيات. القرن الماضي ، منذ فترة طويلة على حافة الهاوية. في الوقت نفسه ، قلة من الناس يفهمون حقًا معنى هذا المفهوم ولماذا يعد تدمير طبقة الأوزون أمرًا خطيرًا. اللغز الأكبر بالنسبة للكثيرين هو بنية جزيء الأوزون ، ومع ذلك فهو مرتبط ارتباطًا مباشرًا بمشاكل طبقة الأوزون. دعونا نتعلم المزيد عن الأوزون وهيكله والتطبيقات الصناعية.
ما هو الأوزون
الأوزون ، أو كما يطلق عليه أيضًا الأكسجين النشط ، هو غاز أزرق سماوي ذو رائحة معدنية نفاذة.
يمكن أن توجد هذه المادة في جميع حالات التجميع الثلاث: الغازية والصلبة والسائلة.
في نفس الوقت ، في الطبيعة ، يحدث الأوزون فقط في شكل غاز ، مكونًا ما يسمى بطبقة الأوزون. تبدو السماء زرقاء بسبب لونها السماوي.
كيف يبدو جزيء الأوزون
لقبك هو "نشطالأكسجين "الأوزون الذي تم استقباله بسبب تشابهه مع الأكسجين. لذا فإن العنصر الكيميائي النشط الرئيسي في هذه المواد هو الأكسجين (O). ومع ذلك ، إذا كان جزيء الأكسجين يحتوي على 2 من ذراته ، فإن جزيء الأوزون (الصيغة - O3) يتكون من 3 ذرات من هذا العنصر.
بسبب هذه البنية ، فإن خصائص الأوزون تشبه خصائص الأكسجين ، ولكنها أكثر وضوحًا. على وجه الخصوص ، مثل O2، O3 هو أقوى مؤكسد.
أهم فرق بين هذه المواد "ذات الصلة" ، وهو أمر حيوي يجب أن يتذكره الجميع ، هو ما يلي: الأوزون لا يمكن استنشاقه ، فهو سام ، وفي حالة استنشاقه ، يمكن أن يتلف الرئتين أو حتى يقتل شخصًا.. في نفس الوقت ، O3مثالي لتنظيف الهواء من الشوائب السامة. بالمناسبة ، لهذا السبب بالتحديد يسهل التنفس بعد المطر: الأوزون يؤكسد المواد الضارة الموجودة في الهواء ، ويتم تنقيته.
نموذج جزيء الأوزون (المكون من 3 ذرات أكسجين) يشبه إلى حد ما صورة زاوية ، وحجمها 117 درجة. لا يحتوي هذا الجزيء على إلكترونات غير متزاوجة ، وبالتالي فهو غير مغناطيسي. بالإضافة إلى ذلك ، لديها قطبية ، على الرغم من أنها تتكون من ذرات من نفس العنصر.
ذرتان من جزيء معين مرتبطة بقوة ببعضها البعض. لكن الاتصال بالثالث أقل موثوقية. لهذا السبب ، يكون جزيء الأوزون (يمكن رؤية صورة النموذج أدناه) هشًا للغاية وبعد فترة وجيزة يتحلل. كقاعدة عامة ، في أي تفاعل تحلل ، يتم إطلاق O3الأكسجين.
بسبب عدم استقرار الأوزون ، لا يمكن إنتاجهالحصاد والتخزين والنقل مثل المواد الأخرى. لهذا السبب ، فإن إنتاجه أغلى من المواد الأخرى.
في نفس الوقت ، النشاط العالي للجزيئات O3 يسمح لهذه المادة بأن تكون أقوى عامل مؤكسد ، أقوى من الأكسجين ، وأكثر أمانًا من الكلور.
إذا تحطم جزيء الأوزون وأطلق O2، يكون هذا التفاعل دائمًا مصحوبًا بإطلاق الطاقة. في نفس الوقت ، لكي تتم العملية العكسية (تشكيل O3من O2) ، من الضروري الإنفاق انها لا تقل.
في الحالة الغازية ، يتحلل جزيء الأوزون عند درجة حرارة 70 درجة مئوية. إذا زادت إلى 100 درجة أو أكثر ، فسوف يتسارع التفاعل بشكل ملحوظ. يؤدي وجود الشوائب أيضًا إلى تسريع فترة تحلل جزيئات الأوزون.
خصائص O3
بغض النظر عن أي من حالات الأوزون الثلاث ، فإنه يحتفظ بلونه الأزرق. كلما كانت المادة أكثر صلابة ، كان هذا الظل أكثر ثراءً وأكثر قتامة.
يزن كل جزيء من الأوزون 48 جم / مول. وهو أثقل من الهواء مما يساعد على فصل هذه المواد.
O3قادرة على أكسدة جميع المعادن وغير المعدنية تقريبًا (باستثناء الذهب والإيريديوم والبلاتين).
أيضًا ، يمكن لهذه المادة أن تشارك في تفاعل الاحتراق ، لكن هذا يتطلب درجة حرارة أعلى من درجة حرارة O2.
الأوزون قادر على الذوبان في H2O والفريونات. في الحالة السائلة ، يمكن مزجه مع الأكسجين السائل والنيتروجين والميثان والأرجون ،رابع كلوريد الكربون وثاني أكسيد الكربون.
كيف يتكون جزيء الأوزون
O3تتشكل الجزيئات عن طريق ربط ذرات الأكسجين الحرة بجزيئات الأكسجين. تظهر ، بدورها ، بسبب انقسام الجزيئات الأخرى O2بسبب تأثير التصريفات الكهربائية والأشعة فوق البنفسجية والإلكترونات السريعة والجسيمات الأخرى عالية الطاقة عليها. لهذا السبب ، يمكن الشعور برائحة الأوزون المحددة بالقرب من الأجهزة الكهربائية أو المصابيح التي تنبعث منها الأشعة فوق البنفسجية.
على نطاق صناعي ، يتم عزل O3باستخدام مولدات الأوزون الكهربائية أو أجهزة الأوزون. في هذه الأجهزة ، يتم تمرير تيار كهربائي عالي الجهد عبر تيار غاز يحتوي على O2، التي تعمل ذراتها كـ "مادة بناء" للأوزون.
في بعض الأحيان يتم حقن الأكسجين النقي أو الهواء العادي في هذه الآلات. تعتمد جودة الأوزون الناتج على نقاء المنتج الأولي. لذلك ، O3الطبي ، المخصص لعلاج الجروح ، يتم استخراجه فقط من O2.
تاريخ اكتشاف الأوزون
بعد معرفة شكل جزيء الأوزون وكيفية تكوينه ، يجدر التعرف على تاريخ هذه المادة.
تم تصنيعه لأول مرة من قبل الباحث الهولندي مارتن فان ماروم في النصف الثاني من القرن الثامن عشر. لاحظ العالم أنه بعد تمرير الشرر الكهربائي في وعاء به هواء ، تغير الغاز الموجود فيه خصائصه. في الوقت نفسه ، لم يفهم فان ماروم أنه عزل جزيئات جديدةالمواد.
لكن زميله الألماني المسمى Sheinbein ، حاول تحلل H2O إلى H و O2بمساعدة الكهرباء ، لاحظ لإطلاق غاز جديد برائحة نفاذة. بعد الكثير من البحث ، وصف العالم المادة التي اكتشفها وأطلق عليها اسم "أوزون" تكريما للكلمة اليونانية التي تعني "رائحة".
القدرة على قتل الفطريات والبكتيريا ، وكذلك تقليل سمية المركبات الضارة التي تمتلكها المادة المفتوحة ، أثار اهتمام العديد من العلماء. بعد 17 عامًا من الاكتشاف الرسمي لـ O3، صمم Werner von Siemens أول جهاز لتصنيع الأوزون بأي كمية. وبعد 39 عامًا ، اخترع اللامع نيكولا تيسلا أول مولد أوزون في العالم وسجل براءة اختراعه.
هذا الجهاز تم استخدامه لأول مرة في فرنسا في محطات معالجة مياه الشرب بعد عامين. منذ بداية القرن العشرين. بدأت أوروبا التحول إلى استخدام الأوزون لمياه الشرب لتنقيتها.
استخدمت الإمبراطورية الروسية هذه التقنية لأول مرة في عام 1911 ، وبعد 5 سنوات ، تم تجهيز ما يقرب من 4 دزينة من المنشآت لتنقية مياه الشرب باستخدام الأوزون في البلاد.
اليوم ، تحل عملية معالجة المياه بالأوزون محل الكلورة تدريجياً. وبالتالي ، يتم تنقية 95٪ من مياه الشرب في أوروبا باستخدام O3. تحظى هذه التقنية أيضًا بشعبية كبيرة في الولايات المتحدة الأمريكية. في رابطة الدول المستقلة ، لا يزال قيد الدراسة ، لأنه على الرغم من أن هذا الإجراء أكثر أمانًا وملاءمة ، إلا أنه أغلى من الكلورة.
تطبيقات الأوزون
بالإضافة إلى معالجة المياه ، O3لديها عدد من الاستخدامات الأخرى.
- يستخدم الاوزون كمبيض في صناعة الورق والمنسوجات.
- يستخدم الأكسجين النشط لتطهير الخمور ، وكذلك لتسريع عملية شيخوخة الكونياك.
- يتم تكرير الزيوت النباتية المختلفة باستخدام O3.
- في كثير من الأحيان تستخدم هذه المادة لمعالجة المنتجات القابلة للتلف ، مثل اللحوم والبيض والفواكه والخضروات. هذا الإجراء لا يترك آثارًا كيميائية ، كما هو الحال مع الكلور أو الفورمالديهايد ، ويمكن تخزين المنتجات لفترة أطول.
- الاوزون يعقم الاجهزة الطبية والملابس
- المنقى أيضًا O3يستخدم في مختلف الإجراءات الطبية والتجميلية. على وجه الخصوص ، بمساعدتها في طب الأسنان ، يقومون بتطهير تجويف الفم واللثة ، وكذلك يعالجون أمراضًا مختلفة (التهاب الفم ، والهربس ، وداء المبيضات الفموي). في البلدان الأوروبية O3تحظى بشعبية كبيرة لتطهير الجروح.
- في السنوات الأخيرة ، أصبحت الأجهزة المنزلية المحمولة لفلترة الهواء والماء باستخدام الأوزون شائعة جدًا.
طبقة الأوزون - ما هي؟
على مسافة 15-35 كم فوق سطح الأرض توجد طبقة الأوزون ، أو كما يطلق عليها أيضًا طبقة الأوزون. في هذا المكان ، يعمل المركز O3كنوع من المرشح للإشعاع الشمسي الضار.
من أين تأتي هذه الكمية من مادة إذا كانت جزيئاتها غير مستقرة؟ ليس من الصعب الإجابة على هذا السؤال إذا تذكرنا نموذج جزيء الأوزون وطريقة تكوينه. لذلك ، يتكون الأكسجين من 2جزيئات الأكسجين ، التي تدخل الستراتوسفير ، يتم تسخينها هناك بواسطة أشعة الشمس. هذه الطاقة كافية لتقسيم O2إلى ذرات ، والتي تتكون منها O3. في الوقت نفسه ، لا تستخدم طبقة الأوزون جزءًا من الطاقة الشمسية فحسب ، بل ترشحها أيضًا ، وتمتص الأشعة فوق البنفسجية الخطيرة.
قيل أعلاه أن الأوزون يذوب بواسطة الفريونات. هذه المواد الغازية (المستخدمة في صناعة مزيلات العرق وطفايات الحريق والثلاجات) ، بمجرد إطلاقها في الغلاف الجوي ، تؤثر على طبقة الأوزون وتساهم في تحللها. نتيجة لذلك ، تظهر ثقوب في طبقة الأوزون تدخل من خلالها الأشعة الشمسية غير المفلترة إلى الكوكب ، والتي لها تأثير مدمر على الكائنات الحية.
بعد النظر في ميزات وبنية جزيئات الأوزون ، يمكننا أن نستنتج أن هذه المادة ، على الرغم من كونها خطيرة ، مفيدة جدًا للبشرية إذا تم استخدامها بشكل صحيح.
