عبارت "لایه ازن" که در دهه 70 معروف شد. قرن گذشته، مدت طولانی است که در لبه تنظیم شده است. در عین حال، تعداد کمی از مردم واقعاً درک می کنند که این مفهوم چیست و چرا تخریب لایه اوزون خطرناک است. راز بزرگتر برای بسیاری ساختار مولکول اوزون است، و در عین حال مستقیماً با مشکلات لایه اوزون مرتبط است. بیایید درباره ازن، ساختار و کاربردهای صنعتی آن بیشتر بیاموزیم.
ازن چیست
ازون یا همان طور که به آن اکسیژن فعال نیز می گویند، گازی لاجوردی با بوی تند فلزی است.
این ماده می تواند در هر سه حالت تجمع وجود داشته باشد: گاز، جامد و مایع.
در عین حال، ازن در طبیعت فقط به صورت گاز وجود دارد و به اصطلاح لایه اوزون را تشکیل می دهد. به دلیل رنگ لاجوردی آن است که آسمان آبی به نظر می رسد.
مولکول اوزون چگونه به نظر می رسد
نام مستعار شما فعال استاکسیژن» ازن دریافت شده به دلیل شباهت آن به اکسیژن. بنابراین عنصر شیمیایی فعال اصلی در این مواد، اکسیژن (O) است. با این حال، اگر یک مولکول اکسیژن حاوی 2 اتم از آن باشد، مولکول ازن (فرمول - O3) از 3 اتم از این عنصر تشکیل شده است.
به دلیل این ساختار، خواص ازن شبیه به اکسیژن است، اما بارزتر است. به ویژه، مانند O2، O3قوی ترین اکسید کننده است.
مهمترین تفاوت بین این مواد «مرتبط» که یادآوری آن برای همه ضروری است در موارد زیر است: ازن قابل تنفس نیست، سمی است و در صورت استنشاق می تواند به ریه ها آسیب برساند یا حتی انسان را بکشد.. در عین حال، O3 برای تمیز کردن هوا از ناخالصی های سمی عالی است. به هر حال، دقیقاً به همین دلیل است که نفس کشیدن پس از باران بسیار آسان است: ازن مواد مضر موجود در هوا را اکسید می کند و تصفیه می شود.
مدل مولکول ازن (متشکل از 3 اتم اکسیژن) کمی شبیه تصویر یک زاویه است و اندازه آن 117 درجه است. این مولکول الکترون جفت نشده ندارد و بنابراین دیامغناطیسی است. علاوه بر این، دارای قطبیت است، اگرچه از اتم های یک عنصر تشکیل شده است.
دو اتم از یک مولکول معین به طور محکم به یکدیگر متصل هستند. اما ارتباط با سومی کمتر قابل اعتماد است. به همین دلیل، مولکول ازن (عکس مدل را در زیر مشاهده می کنید) بسیار شکننده است و بلافاصله پس از تشکیل تجزیه می شود. به عنوان یک قاعده، در هر واکنش تجزیه O3 اکسیژن آزاد می شود.
به دلیل ناپایداری ازن، نمی توان آن را تولید کردبرداشت و ذخیره، و همچنین حمل و نقل، مانند سایر مواد. به همین دلیل تولید آن نسبت به سایر مواد گرانتر است.
در عین حال، فعالیت بالای مولکول های O3به این ماده اجازه می دهد تا قوی ترین عامل اکسید کننده، قوی تر از اکسیژن و ایمن تر از کلر.
اگر یک مولکول ازن شکسته شود و O2 آزاد کند، این واکنش همیشه با آزاد شدن انرژی همراه است. در عین حال، برای اینکه فرآیند معکوس انجام شود (تشکیل O3 از O2) باید هزینه کرد. کمتر نیست.
در حالت گازی، مولکول ازن در دمای 70 درجه سانتیگراد تجزیه می شود. اگر به 100 درجه یا بیشتر افزایش یابد، واکنش به طور قابل توجهی تسریع خواهد شد. وجود ناخالصی‌ها همچنین دوره پوسیدگی مولکول‌های ازن را تسریع می‌کند.
خواص O3
مهم نیست که ازن در کدام یک از این سه حالت باشد، رنگ آبی خود را حفظ می کند. هر چه ماده سخت‌تر باشد، این سایه غنی‌تر و تیره‌تر است.
هر مولکول ازن 48 گرم در مول وزن دارد. از هوا سنگین تر است که به جداسازی این مواد کمک می کند.
O3 قادر به اکسید کردن تقریباً تمام فلزات و غیر فلزات (به جز طلا، ایریدیوم و پلاتین) است.
همچنین، این ماده می تواند در واکنش احتراق شرکت کند، اما این به دمای بالاتری نسبت به O2 نیاز دارد.
ازون می تواند در H2O و فریون ها حل شود. در حالت مایع، می تواند با اکسیژن مایع، نیتروژن، متان، آرگون مخلوط شود.تتراکلرید کربن و دی اکسید کربن.
چگونه مولکول ازن تشکیل می شود
مولکول‌هایO3 از اتصال اتم‌های آزاد اکسیژن به مولکول‌های اکسیژن تشکیل می‌شوند. آنها به نوبه خود به دلیل شکافتن مولکول های دیگر O2 به دلیل تأثیر تخلیه الکتریکی، پرتوهای فرابنفش، الکترون های سریع و سایر ذرات پرانرژی روی آنها ظاهر می شوند. به همین دلیل، بوی خاص ازن را می توان در نزدیکی وسایل برقی جرقه زن یا لامپ هایی که نور فرابنفش ساطع می کنند، احساس کرد.
در مقیاس صنعتی، O3 با استفاده از ژنراتورهای الکتریکی ازن یا اوزون ساز جدا می شود. در این دستگاه‌ها، جریان الکتریکی با ولتاژ بالا از یک جریان گاز حاوی O2 عبور می‌کند که اتم‌های آن به عنوان "ماده ساختمانی" برای ازن عمل می‌کنند.
گاهی اوقات اکسیژن خالص یا هوای معمولی به این دستگاه ها تزریق می شود. کیفیت ازن حاصل به خلوص محصول اولیه بستگی دارد. بنابراین، O3 که برای درمان زخم ها در نظر گرفته شده است، فقط از O2 استخراج می شود.
تاریخچه کشف ازن
پس از فهمیدن اینکه مولکول ازن چگونه به نظر می رسد و چگونه تشکیل می شود، ارزش دارد با تاریخچه این ماده آشنا شوید.
برای اولین بار توسط محقق هلندی Martin Van Marum در نیمه دوم قرن هجدهم سنتز شد. این دانشمند متوجه شد که پس از عبور جرقه های الکتریکی از یک ظرف حاوی هوا، گاز موجود در آن خواص خود را تغییر می دهد. در همان زمان، ون ماروم متوجه نشد که مولکول های یک جدید را جدا کرده استمواد.
اما همکار آلمانی او به نام Sheinbein که سعی داشت H2O را با کمک الکتریسیته به H و O2 تجزیه کند، متوجه شد. به انتشار گاز جدید با بوی تند. پس از تحقیقات فراوان، دانشمند ماده ای را که کشف کرده بود توصیف کرد و به افتخار کلمه یونانی "بو" آن را "اوزون" نامید.
قابلیت کشتن قارچ ها و باکتری ها و همچنین کاهش سمیت ترکیبات مضری که این ماده باز داشت، بسیاری از دانشمندان را مورد علاقه قرار داد. 17 سال پس از کشف رسمی O3، ورنر فون زیمنس اولین دستگاهی را برای سنتز ازن در هر مقدار طراحی کرد. و 39 سال بعد، نیکولا تسلا درخشان اولین مولد ازن جهان را اختراع و ثبت کرد.
این دستگاه بود که پس از ۲ سال برای اولین بار در فرانسه در تصفیه خانه های آب آشامیدنی مورد استفاده قرار گرفت. از آغاز قرن XX. اروپا در حال روی آوردن به ازن زنی آب آشامیدنی برای تصفیه آن است.
امپراتوری روسیه اولین بار در سال 1911 از این روش استفاده کرد و پس از 5 سال، تقریباً 4 دوجین تاسیسات برای تصفیه آب آشامیدنی با استفاده از ازن در کشور تجهیز شد.
امروزه ازن زنی آب به تدریج جایگزین کلرزنی شده است. بنابراین، 95٪ از کل آب آشامیدنی در اروپا با استفاده از O3 تصفیه می شود. این تکنیک در ایالات متحده نیز بسیار محبوب است. در کشورهای مستقل مشترک المنافع، هنوز تحت مطالعه است، زیرا اگرچه این روش ایمن تر و راحت تر است، اما گران تر از کلرزنی است.
برنامه های اوزون
علاوه بر تصفیه آب، O3 کاربردهای دیگری نیز دارد.
- ازن به عنوان سفید کننده در ساخت کاغذ و منسوجات استفاده می شود.
- اکسیژن فعال برای ضد عفونی شراب ها و همچنین برای تسریع روند پیری کنیاک استفاده می شود.
- روغن‌های گیاهی مختلف با استفاده از O3 تصفیه می‌شوند.
- خیلی اوقات از این ماده برای پردازش محصولات فاسد شدنی مانند گوشت، تخم مرغ، میوه ها و سبزیجات استفاده می شود. این روش مانند کلر یا فرمالدئید آثار شیمیایی بر جای نمی گذارد و محصولات را می توان برای مدت طولانی تری نگهداری کرد.
- ازون تجهیزات و لباس های پزشکی را استریل می کند.
- همچنین O3 تصفیه شده برای روش های مختلف پزشکی و زیبایی استفاده می شود. به ویژه، با کمک آن در دندانپزشکی، حفره دهان و لثه ها را ضد عفونی می کنند و همچنین بیماری های مختلف (استوماتیت، تبخال، کاندیدیازیس دهان) را درمان می کنند. در کشورهای اروپایی O3 برای ضدعفونی زخم بسیار محبوب است.
- در سالهای اخیر، لوازم خانگی قابل حمل برای فیلتر هوا و آب با استفاده از ازن بسیار محبوب شده اند.
لایه ازن - چیست؟
در فاصله 15-35 کیلومتری از سطح زمین، لایه اوزون یا همان طور که به آن اوزونوسفر نیز می گویند قرار دارد. در این مکان، O3 غلیظ به عنوان نوعی فیلتر برای تشعشعات مضر خورشید عمل می کند.
اگر مولکول های آن ناپایدار باشند چنین مقداری از ماده از کجا می آید؟ اگر مدل مولکول اوزون و روش تشکیل آن را به یاد بیاوریم، پاسخ به این سوال دشوار نیست. بنابراین، اکسیژن، متشکل از 2مولکول های اکسیژن که وارد استراتوسفر می شوند، در آنجا توسط پرتوهای خورشید گرم می شوند. این انرژی برای تقسیم O2 به اتم ها کافی است، که از آن O3 تشکیل می شود. در عین حال، لایه اوزون نه تنها از بخشی از انرژی خورشیدی استفاده می کند، بلکه آن را فیلتر می کند، تابش خطرناک فرابنفش را جذب می کند.
در بالا گفته شد که ازن توسط فریون ها حل می شود. این مواد گازی (که در ساخت دئودورانت‌ها، کپسول‌های آتش‌نشانی و یخچال‌ها استفاده می‌شوند)، پس از رها شدن در اتمسفر، بر اوزون تأثیر می‌گذارند و به تجزیه آن کمک می‌کنند. در نتیجه، حفره‌هایی در اوزونوسفر ظاهر می‌شوند که از طریق آنها پرتوهای خورشیدی فیلتر نشده وارد سیاره می‌شوند که تأثیر مخربی بر موجودات زنده می‌گذارد.
پس از بررسی ویژگی ها و ساختار مولکول های ازن می توان به این نتیجه رسید که این ماده اگرچه خطرناک است اما در صورت استفاده صحیح برای بشریت بسیار مفید است.
