Сторінка
1

Озон

Як приємно прогулятися після грози! Повітря чисте й свіже, його струмені здається, без жодних зусиль проникають у легені. «Озоном пахне, — часто кажуть у таких випадках. —Дуже корисно для здоров'я» Чи це так? І взагалі, що ми знаємо про дивну речовину — озон, його властивості й застосування?

Уперше люди зустрілися з відчутними кількостями озону, коли були винай­дені електростатичні машини на зразок тих, котрі можна побачити в шкільно­му кабінеті фізики. Так що вперше з цією речовиною познайомилися не хіміки, а фізики.

У 1785 році голландський фізик Мартін ван Марум одержав озон, піддаючи кисень дії електричних іскор, і навіть подумав, що знайшов особливу «електрич­ну матерію».

Назву ж озону дав у 1840 році вже хімік, швейцарець Крістіан Шенбейн; він використовував грецьке слово ozon — «той, що пахне». Виявилося, що озон дійсно родич кисню, але значно більш агресивний. Так, він миттєво окиснює безбарвний калій йодид з виділенням бурого йоду:

2КІ + 03 + Н2О + І2 + 02 + 2КОН.

незабарв- бурий

лений

Навіть малоактивна при кімнатній температурі ртуть не може встояти під натиском цього газу — вона втрачає свій блиск і набуває здатності прилипати до скла. Окиснюється озоном і срібло:

8Ag + 2О2 → 4Ag20 + Ог

Озон і кисень — єдиний приклад утворення одним хімічним елементом двох газоподібних (за звичайних умов) простих речовин. Молекула кисню складаєть­ся, як відомо, із двох атомів, а озону — із трьох, причому ці три атоми розташо­вані не на прямій лінії, а під кутом. Це є причиною ще однієї унікальної особли­вості цього газу — із усіх газоподібних речовин тільки молекули озону полярні, тобто являють собою діполь із розділеними в просторі зарядами.

Шлях до отримання озону завжди однаковий — спочатку треба отримати вільні атоми Оксигену, наприклад, зруйнувавши молекулу кисню: О2 ↔ 20 - Q.

Потім кожен утворений атом Оксигену «прилипає» до молекули кисню з утворенням молекули озону:

О + 02 → О3 + Q.

Молекули кисню дуже міцні, для їхнього руйнування треба витратити дуже велику енергію — майже 500 кДж/моль, щоправда, при другій реакції частина її виділиться, так що для отримання 1 моль озону треба витратити 142 кДж енергії. Цю енергію простіше отримати фізичними методами — дією на кисень елект­ричних розрядів, ультрафіолетових променів, гамма-квантів, електронів, тому, наприклад, озоном завжди пахне біля увімкнутих електричних машин, у яких «іскрять» щітки. Зараз озон найчастіше отримують дією на кисень так званим «тихим» (без іскор) електричним розрядом:

Але можливі й чисто хімічні способи отримання озону, щоправда, у дуже малих кількостях. Це відбувається при електролізі підкисленої води, при по­вільному окиснюванні на повітрі вологого білого фосфору, при розкладанні сполук із високим вмістом кисню (калій перманганату КМn04, калій дихромату К2Сг207 та ін.), при дії на воду фтору або на барій пероксид концентрованої сірчаної кислоти. Атоми Оксигену завжди присутні в полум'ї, тому якщо спря­мувати струмінь стиснутого повітря поперек верхньої частини полум'я пальника, то з'явиться характерний запах озону. Зворотна реакція утворення кисню з озону відбувається з виділенням енергії, озон нестійкий.

Швидкість його розкладання значно збільшується в присутності каталіза­торів (газів — нітроген оксидів, хлору; твердих речовин — металів, оксидів).

Які ж властивості чистого озону? Скраплюється він значно легше кисню, при температурі лише -111,9 °С (кисень — при -183 °С), а твердішає при-192,7 °С. Твердий озон синьо-чорний. Інтенсивність забарвлення рідкого озону настільки велика, що вже через дуже тонкий його шар не видно нитки палаючої електрич­ної лампочки. Досліди з озоном небезпечні. Газоподібний озон здатен вибуха­ти, якщо його концентрація в повітрі перевищує 9 %.

Озон відрізняється надзвичайно високою реактивною здатністю. Він найсильніший окиснювач, і в цьому відношенні поступається тільки фтору й оксиген фториду OF2. Важлива відмінність озону від кисню в тому, що він виявляє окисні властивості вже при кімнатній температурі. Наприклад. PbS і Pb(OH)2 у звичайних умовах не реагують із киснем, тоді як у присутності озону сульфід перетворюється на PbSO4, а гідроксид - на РbО

PbS + 20, → PbSO4 + O2

Pb(OH)2 + 2O3 → РbО + Н2O + 3O2

Якщо в посуд з озоном налити концентрований розчин амоніаку, з'явиться білий дим — це озон окиснив амоніак з утворенням амоній нітриту NH4N02

2NH3 Н2О + О3→ NH4NО2 + ЗН2О

Особливо характерна для озону здатність «чорнити» срібні вироби з утворенням Ag20. Якщо спрямувати на поверхню твердого сухого лугу струмінь озону. то утвориться оранжево-червона кірка, що містить озон іди, наприклад

4КОН + 4О3 → 4КО3 + О3↑ + 2Н20

калій озонід

При цьому твердий луг ефективно зв'язує воду, що вберігає озонід від негативного гідролізу. Однак при надлишку води озоніди бурхливо розкладаються.

4КО3 + 2Н2О → 4КОН + 5О2↑.