Файл: Кожинов В.Ф. Озонирование воды.pdf

Гл а в а I

ФИЗИЧЕСКИЕ, ХИМИЧЕСКИЕ И ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ОЗОНА

1. ФИЗИЧЕСКИЕ КОНСТАНТЫ ОЗОНА

Озон является аллотропической модификацией кислорода и при нормальных температуре и давлении представляет собой газ бледно-фиолетового цвета. В природном состоянии озон на­ ходится в высоких слоях атмосферы, где он возникает фотохи­ мическим путем под действием солнечной радиации.

В 1785 г. голландский химик Ван Марум обнаружил неизве­ стный ранее запах, выделяющийся из воздуха при электриче­ ском разряде; он счел это явление свойственным электричеству. В 1801 г. Крекшэнк (Англия) обнаружил тот же запах в кисло­ роде, который выделялся при электролизе воды. В 1840 г. Шенбейн (Швейцария) доказал, что запах, получаемый при электрическом разряде в кислороде, вызван возникновением но­ вого газа, который он назвал озоном (по-гречески озон — пах­ нущий).

За период 1845—1860 гг. ряд исследователей (Мариньяк и Делярив; Фреми и Бекерель; Андрюс) добились преобразова­ ния чистого кислорода в озон; они впервые охарактеризовали озон как аллотропическую модификацию кислорода. В 1867 г. Сорет путем изменения плотности при диффузии газа ввел для озона формулу Оз.

Различные методы позволяют получать озон синтетическим путем, но всегда растворенный в' воздухе или в кислороде. В производственных условиях озоно-воздушную смесь получа ют с помощью тихого электрического разряда в озонаторе. Первый такой аппарат, являющийся прототипом всех сущест­ вующих озонаторов, сконструировал в 1857 г. Сименс.

Чистый газообразный озон можно получить с помощью фрак­ ционного сжижения и дистилляции смеси кислорода й озона. При температуре —111,9°С озон сгущается и превращается в не­ стойкую жидкость темно-синего цвета. Температура плавления озона —192,5°С. Молекулярный вес озона 48, вес 1 л газа при 0°С и 1 атм составляет 2,144 г. Плотность озона в твердом со­

8

стоянии 1,738 (при температуре —195,2°С), а в жидком состоя­ нии 1,572 (при температуре—183°С).

Чистый озон взрывоопасен, так как при его разложении вы­ свобождается значительное количество тепла.

Озон токсичен и действует на органы дыхания, а также мо­ жет поражать центральную нервную систему. Предельно допус­ тимое содержание озона в воздухе помещений, где работают люди, составляет 0,0001 мг/л.

2.ПРОБЛЕМА АТМОСФЕРНОГО ОЗОНА

В1965 г. вышла в свет книга «Атмосферный озон» Арлетты

Ваоси [11], профессора Сорбонского университета в Париже. А. Басси занимается этой проблемой с 1943 г., и ее работы по­ лучили всемирное признание. В книге рассматриваются все существующие методы измерения озона, как химические, так и оптические, и устанавливается их связь с целым рядом влияю­ щих факторов, а именно: земным магнетизмом, солнечной ак­ тивностью, метеорологией и т. д.

Хотя озон составляет только 3/юоооооо часть атмосферы нашей планеты, но его наличие, а точнее поглощение озоном солнечного ультрафиолетового излучения, делает возможным су­ ществование жизни на земле.

По Исследованиям А. Ваоси, объемная концентрация озона на уровне моря составляет только 10-8 (в м3/м3) и возрастает с увеличением высоты. Наибольшее содержание озона в при­ земном слое наблюдается летом и возрастает с ускорением вет­ ра, колебание составляет от 10_1° до 10-7 (в м3/м3).

Наличие озона в атмосфере ведет к стерилизации, т. е. по­ лезному действию, и к раздражению (или даже разрушению), если его количество чрезмерно. Было замечено, что в районе Лос-Анджелеса электропровода городской сети выходят быстро из строя. Измерения показали на ненормально высокое содер­ жание озона в периоды туманов. Лос-Анджелесский «смог» действует раздражающе на глаза. Обнаружено вредное воздей­ ствие избытка озона на сельскохозяйственные культуры: табак, виноград и др., вызывающее их повреждение. Установлено, что образование озона происходит из выхлопных автомобильных газов. Между тем в Париже содержание озона из выхлопных газов не возрастает, а уменьшается. Найдено, что такое проти­ воречие обусловлено различным содержанием перекиси азота в воздухе этих двух городов.

Перекись азота является окислителем, и, если ее объемная концентрация изменяется от 10-7 до 10 4, то при ультрафиоле­ товом облучении она реагирует с ненасыщенным углеводородом. Объемная концентрация перекиси азота, преобладающая в Па­ риже, пока ниже этих пределов, но, судя по регулярным анали­ зам, медленно возрастает.

9

Проблема атмосферного озона имеет существенное значение и должна находиться в центре внимания органов здравоохра­ нения.

3. МОЛЕКУЛЯРНОЕ СТРОЕНИЕ ОЗОНА

Академик Н. Н. Семенов [12] показал, что подавляющее большинство реакций идет через атомы или радикалы. Поэто­ му химические свойства молекул определяются способностью образовывать атомы или радикалы и химической активностью этих частиц.

Газообразный кислород существует в стойком состоянии лишь в молекулярном двухатомном виде Ог. Молекула озона Оз получается в результате особого сочетания трех атомов кис­ лорода.

Суммарный состав молекулы озона известен уже давно, но приемлемое схематическое изображение молекулярного строе­

Таким образом был бы учтен тот факт, что один из атомов кислорода занимает особое место в молекуле. Действительно, в большинстве случаев молекула озона вступает в реакцию лишь с одним из этих атомов. Однако присутствие четырехвалентно­ го атома в молекуле является все же сомнительным. Если при­ нять, что молекулы кислорода под действием химических реак­

или сцепление между ними по меньшей мере ослабеет, т. е.

то атомы или образовавшиеся комплексные соединения лепсТ присоединятся к нетронутым (целым) молекулам благодаря их большому молекулярному сродству. Реакции (2) и (3) следует рассматривать как первичные, а вторичными реакциями будут:

Реакции (4) и (40 являются обратимыми и вследствие это­ го приводят к состоянию равновесия, зависящему от различных физических и химических факторов. В таком случае было бы необходимо присвоить озону циклическую структуру, т. е.

10