Fraas "osoonikiht", mis sai kuulsaks 70ndatel. eelmisel sajandil, on juba ammu seatud servale. Samal ajal saavad vähesed inimesed õieti aru, mida see mõiste tähendab ja miks on osoonikihi hävitamine ohtlik. Veelgi suurem mõistatus paljude jaoks on osoonimolekuli struktuur ja ometi on see otseselt seotud osoonikihi probleemidega. Lisateavet osooni, selle struktuuri ja tööstuslike rakenduste kohta.
Mis on osoon
Osoon või, nagu seda nimetatakse ka aktiivne hapnik, on terava metallilise lõhnaga taevasinine gaas.
See aine võib esineda kõigis kolmes agregatsiooni olekus: gaasiline, tahke ja vedel.
Samas looduses esineb osoon ainult gaasi kujul, moodustades nn osoonikihi. Taevas paistab sinise värvi tõttu sinisena.
Kuidas näeb välja osoonimolekul
Teie hüüdnimi on aktiivnehapnik” sai osooni selle sarnasuse tõttu hapnikuga. Seega on nende ainete peamine aktiivne keemiline element hapnik (O). Kui aga hapnikumolekul sisaldab 2 aatomit, siis osoonimolekul (valem - O3) koosneb selle elemendi 3 aatomist.
Selle struktuuri tõttu on osooni omadused sarnased hapniku omadustega, kuid rohkem väljendunud. Eelkõige, nagu O2, on O3kõige tugevam oksüdeerija.
Kõige olulisem erinevus nende "seotud" ainete vahel, mida kõik peavad meeles pidama, on järgmine: osooni ei saa sisse hingata, see on mürgine ja võib sissehingamisel kahjustada kopse või isegi tappa inimese.. Samas sobib O3 suurepäraselt õhu puhastamiseks mürgistest lisanditest. Muide, just tänu sellele on pärast vihma nii lihtne hingata: osoon oksüdeerib õhus sisalduvad kahjulikud ained ja see puhastatakse.
Osoonimolekuli mudel (koosneb 3 hapnikuaatomist) näeb välja nagu nurga kujutis ja selle suurus on 117°. Sellel molekulil pole paarituid elektrone ja seepärast on see diamagnetiline. Lisaks on sellel polaarsus, kuigi see koosneb sama elemendi aatomitest.
Antud molekuli kaks aatomit on omavahel kindl alt seotud. Kuid ühendus kolmandaga on vähem usaldusväärne. Sel põhjusel on osoonimolekul (mudeli fotot näha allpool) väga habras ja varsti pärast tekkimist laguneb. Reeglina eraldub igas lagunemisreaktsioonis O3 hapnikku.
Osooni ebastabiilsuse tõttu ei saa seda tootakoristada ja ladustada, samuti transportida, nagu ka muid aineid. Sel põhjusel on selle tootmine kallim kui teiste ainete puhul.
Samal ajal võimaldab molekulide kõrge aktiivsus O3sellel ainel olla tugevaim oksüdeerija, võimsam kui hapnik ja ohutum kui kloor.
Kui osooni molekul laguneb ja vabastab O2, kaasneb selle reaktsiooniga alati energia vabanemine. Samal ajal, et toimuks pöördprotsess (O3 moodustamine O2-st), on vaja kulutada seda mitte vähem.
Gaasilises olekus osooni molekul laguneb temperatuuril 70°C. Kui seda tõsta 100 kraadini või rohkem, kiireneb reaktsioon oluliselt. Lisandite olemasolu kiirendab ka osoonimolekulide lagunemisperioodi.
O3 omadused
Ükskõik, millises kolmest olekust osoon on, säilitab see oma sinise värvi. Mida kõvem on aine, seda rikkalikum ja tumedam on see toon.
Iga osooni molekul kaalub 48 g/mol. See on õhust raskem, mis aitab neid aineid eraldada.
O3 on võimeline oksüdeerima peaaegu kõiki metalle ja mittemetalle (välja arvatud kuld, iriidium ja plaatina).
Samuti võib see aine osaleda põlemisreaktsioonis, kuid see nõuab kõrgemat temperatuuri kui O2.
Osoon suudab lahustuda H2O-s ja freoonides. Vedelas olekus võib see seguneda vedela hapniku, lämmastiku, metaani, argooni,süsiniktetrakloriid ja süsinikdioksiid.
Kuidas osooni molekul moodustub
O3 molekulid tekivad vabade hapnikuaatomite kinnitumisel hapnikumolekulidele. Need tekivad omakorda teiste molekulide O2 lõhenemise tõttu elektrilahenduste, ultraviolettkiirte, kiirete elektronide ja muude suure energiaga osakeste mõju tõttu. Sel põhjusel võib sädemeid tekitavate elektriseadmete või ultraviolettvalgust kiirgavate lampide läheduses tunda osooni spetsiifilist lõhna.
Tööstuslikus mastaabis isoleeritakse O3 elektriliste osoonigeneraatorite või osonisaatorite abil. Nendes seadmetes juhitakse kõrgepinge elektrivool läbi gaasivoo, mis sisaldab O2, mille aatomid toimivad osooni „ehitusmaterjalina”.
Mõnikord süstitakse nendesse masinatesse puhast hapnikku või tavalist õhku. Saadud osooni kvaliteet sõltub esialgse toote puhtusest. Niisiis, meditsiinilist O3, mis on ette nähtud haavade raviks, ekstraheeritakse ainult keemiliselt puhtast O2.
Osooni avastamise ajalugu
Olles selgeks saanud, milline osoonimolekul välja näeb ja kuidas see moodustub, tasub tutvuda selle aine ajalooga.
Selle sünteesis esmakordselt Hollandi teadlane Martin Van Marum 18. sajandi teisel poolel. Teadlane märkas, et pärast elektrisädemete õhuga mahutist läbilaskmist muutis selles sisalduv gaas oma omadusi. Samal ajal ei saanud Van Marum aru, et ta oli eraldanud uue molekulidained.
Kuid tema saksa kolleeg nimega Sheinbein märkas, et püüdis H2O elektri abil H-ks ja O2 lagundada. uue terava lõhnaga gaasi eraldumiseni. Pärast põhjalikku uurimistööd kirjeldas teadlane oma avastatud ainet ja andis sellele kreekakeelse sõna "lõhn" auks nimeks "osoon".
Võime tappa seeni ja baktereid ning vähendada kahjulike ühendite toksilisust, mis avatud ainel oli, huvitas paljusid teadlasi. 17 aastat pärast O3 ametlikku avastamist kavandas Werner von Siemens esimese seadme mis tahes koguses osooni sünteesimiseks. Ja 39 aastat hiljem leiutas ja patenteeris geniaalne Nikola Tesla maailma esimese osoonigeneraatori.
Just seda seadet kasutati Prantsusmaal 2 aasta pärast esmakordselt joogiveepuhastusjaamades. Alates XX sajandi algusest. Euroopa hakkab selle puhastamiseks üle minema joogivee osoonimisele.
Vene impeerium kasutas seda tehnikat esmakordselt 1911. aastal ja viie aasta pärast varustati riigis peaaegu 4 tosinat joogivee puhastamise seadet osooniga.
Tänapäeval asendab vee osoonimine järk-järgult kloorimist. Seega puhastatakse 95% kogu joogiveest Euroopas kasutades O3. See tehnika on väga populaarne ka USA-s. SRÜ-s on see veel uurimisel, sest kuigi see protseduur on ohutum ja mugavam, on see kallim kui kloorimine.
Osoonirakendused
Lisaks veetöötlusele on O3-l mitmeid muid kasutusviise.
- Osooni kasutatakse valgendina paberi ja tekstiili valmistamisel.
- Aktiivset hapnikku kasutatakse veinide desinfitseerimiseks, samuti konjakite vananemisprotsessi kiirendamiseks.
- Erinevaid taimeõlisid rafineeritakse kasutades O3.
- Väga sageli kasutatakse seda ainet kiiresti riknevate toodete, näiteks liha, munade, puu- ja köögiviljade töötlemiseks. See protseduur ei jäta keemilisi jälgi, nagu kloori või formaldehüüdi puhul, ning tooteid saab säilitada palju kauem.
- Osoon steriliseerib meditsiiniseadmeid ja riideid.
- Samuti puhastatud O3 kasutatakse erinevatel meditsiinilistel ja kosmeetilistel protseduuridel. Eelkõige desinfitseerivad nad hambaravi abiga suuõõne ja igemeid ning ravivad ka mitmesuguseid haigusi (stomatiit, herpes, suu kandidoos). Euroopa riikides on O3 haavade desinfitseerimiseks väga populaarne.
- Viimastel aastatel on väga populaarseks muutunud kaasaskantavad kodumasinad õhu ja vee filtreerimiseks osooni abil.
Osoonikiht – mis see on?
15–35 km kaugusel Maa pinnast asub osoonikiht ehk, nagu seda nimetatakse ka, osonosfäär. Selles kohas toimib kontsentreeritud O3 kahjuliku päikesekiirguse filtrina.
Kust tuleb selline kogus ainet, kui selle molekulid on ebastabiilsed? Sellele küsimusele pole raske vastata, kui meenutada osoonimolekuli mudelit ja selle moodustumise meetodit. Niisiis, hapnik, mis koosneb 2-ststratosfääri sattuvad hapnikumolekulid soojendatakse seal päikesekiirte toimel. Sellest energiast piisab, et jagada O2 aatomiteks, millest moodustub O3. Samal ajal ei kasuta osoonikiht mitte ainult osa päikeseenergiast, vaid ka filtreerib seda, neelab ohtlikku ultraviolettkiirgust.
Eespool öeldi, et osooni lahustavad freoonid. Need gaasilised ained (kasutatakse deodorantide, tulekustutite ja külmikute valmistamisel) mõjutavad atmosfääri sattudes osooni ja aitavad kaasa selle lagunemisele. Selle tulemusena tekivad osonosfääri augud, mille kaudu sisenevad planeedile filtreerimata päikesekiired, millel on elusorganismidele hävitav mõju.
Osoonimolekulide omaduste ja struktuuri kaalumisel võime järeldada, et kuigi see aine on ohtlik, on õigel kasutamisel inimkonnale väga kasulik.
