วลี "ชั้นโอโซน" ซึ่งเริ่มโด่งดังในยุค 70. ศตวรรษที่ผ่านมาได้ถูกตั้งค่าบนขอบ ในขณะเดียวกัน มีเพียงไม่กี่คนที่เข้าใจว่าแนวคิดนี้หมายถึงอะไร และเหตุใดการทำลายชั้นโอโซนจึงเป็นอันตราย ความลึกลับที่ยิ่งใหญ่กว่าสำหรับหลาย ๆ คนคือโครงสร้างของโมเลกุลโอโซน และยังเกี่ยวข้องโดยตรงกับปัญหาของชั้นโอโซน มาเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับโอโซน โครงสร้าง และการประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมกัน
โอโซนคืออะไร
โอโซนหรือที่เรียกกันว่าออกซิเจนที่ใช้งานคือก๊าซสีฟ้าที่มีกลิ่นโลหะฉุน
สารนี้สามารถอยู่ในสถานะการรวมตัวทั้งสามสถานะ: ก๊าซ ของแข็ง และของเหลว
ในเวลาเดียวกัน โดยธรรมชาติแล้ว โอโซนจะเกิดขึ้นในรูปของก๊าซเท่านั้น ทำให้เกิดชั้นโอโซนที่เรียกว่า เป็นเพราะสีฟ้าที่ทำให้ท้องฟ้าเป็นสีฟ้า
โมเลกุลโอโซนหน้าตาเป็นอย่างไร
ชื่อเล่นของคุณคือ ใช้งานอยู่ออกซิเจน” โอโซนได้รับเนื่องจากมีความคล้ายคลึงกับออกซิเจน ดังนั้นองค์ประกอบทางเคมีหลักในสารเหล่านี้คือออกซิเจน (O) อย่างไรก็ตาม หากโมเลกุลออกซิเจนประกอบด้วยอะตอม 2 อะตอม ดังนั้นโมเลกุลโอโซน (สูตร - O3) จะประกอบด้วย 3 อะตอมของธาตุนี้
เนื่องจากโครงสร้างนี้ คุณสมบัติของโอโซนจึงคล้ายกับคุณสมบัติของออกซิเจน แต่เด่นชัดกว่า โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เช่น O2 O3เป็นตัวออกซิไดเซอร์ที่แรงที่สุด
ความแตกต่างที่สำคัญที่สุดระหว่างสาร "ที่เกี่ยวข้อง" เหล่านี้ซึ่งจำเป็นสำหรับทุกคนที่ต้องจดจำ มีดังต่อไปนี้: โอโซนไม่สามารถหายใจได้ เป็นพิษ และหากสูดดมเข้าไปอาจทำลายปอดหรือแม้กระทั่งฆ่าคนได้. ในเวลาเดียวกัน O3 เหมาะสำหรับทำความสะอาดอากาศจากสิ่งสกปรกที่เป็นพิษ อย่างไรก็ตาม ด้วยเหตุผลนี้เองที่ทำให้หายใจได้ง่ายหลังฝนตก โอโซนออกซิไดซ์สารอันตรายที่อยู่ในอากาศและทำให้บริสุทธิ์
แบบจำลองโมเลกุลโอโซน (ประกอบด้วยออกซิเจน 3 อะตอม) มีลักษณะเหมือนรูปมุมเล็กน้อย และมีขนาด 117° โมเลกุลนี้ไม่มีอิเลคตรอนที่ไม่มีการจับคู่ ดังนั้นจึงเป็นไดอะแมกเนติก นอกจากนี้ยังมีขั้วแม้ว่าจะประกอบด้วยอะตอมของธาตุเดียวกัน
สองอะตอมของโมเลกุลที่กำหนดจะยึดติดกันอย่างแน่นหนา แต่การเชื่อมต่อกับบุคคลที่สามนั้นน่าเชื่อถือน้อยกว่า ด้วยเหตุผลนี้ โมเลกุลโอโซน (สามารถดูรูปแบบจำลองได้ที่ด้านล่าง) จึงเปราะบางมากและไม่นานหลังจากการก่อตัวก็จะสลายตัว ตามกฎแล้ว ในปฏิกิริยาการสลายตัวใดๆ O3 ออกซิเจนจะถูกปล่อยออกมา
เนื่องจากโอโซนไม่เสถียรจึงผลิตไม่ได้การเก็บเกี่ยวและการจัดเก็บ ตลอดจนการขนส่ง เช่นเดียวกับสารอื่นๆ ด้วยเหตุนี้การผลิตจึงมีราคาแพงกว่าสารอื่นๆ
ในขณะเดียวกันกิจกรรมสูงของโมเลกุล O3 ยอมให้สารนี้เป็นสารออกซิไดซ์ที่แรงที่สุด มีพลังมากกว่า ออกซิเจนและปลอดภัยกว่าคลอรีน
ถ้าโมเลกุลของโอโซนแตกตัวและปล่อย O2 ปฏิกิริยานี้จะมาพร้อมกับการปล่อยพลังงานเสมอ ในเวลาเดียวกัน เพื่อให้กระบวนการย้อนกลับเกิดขึ้น (การก่อตัวของ O3 จาก O2) จำเป็นต้องใช้ มันไม่น้อย
ในสถานะก๊าซ โมเลกุลโอโซนจะสลายตัวที่อุณหภูมิ 70°C หากเพิ่มขึ้นเป็น 100 องศาขึ้นไป ปฏิกิริยาจะเร่งความเร็วอย่างมาก การปรากฏตัวของสิ่งสกปรกยังช่วยเร่งระยะเวลาการสลายตัวของโมเลกุลโอโซน
คุณสมบัติ O3
ไม่ว่าจะอยู่ในสถานะใดในสามสถานะโอโซน มันก็ยังคงเป็นสีฟ้า ยิ่งสารแข็ง เฉดสีนี้ยิ่งเข้มและเข้มขึ้น
โอโซนแต่ละโมเลกุลมีน้ำหนัก 48 กรัม/โมล มันหนักกว่าอากาศซึ่งช่วยแยกสารเหล่านี้
O3 สามารถออกซิไดซ์โลหะและอโลหะเกือบทั้งหมด (ยกเว้นทองคำ อิริเดียม และแพลตตินั่ม)
นอกจากนี้ สารนี้สามารถมีส่วนร่วมในปฏิกิริยาการเผาไหม้ แต่สิ่งนี้ต้องการอุณหภูมิที่สูงกว่าสำหรับ O2.
โอโซนสามารถละลายใน H2O และฟรีออน ในสถานะของเหลว สามารถผสมกับออกซิเจนเหลว ไนโตรเจน มีเทน อาร์กอนคาร์บอนเตตระคลอไรด์และคาร์บอนไดออกไซด์
โมเลกุลของโอโซนก่อตัวอย่างไร
O3 โมเลกุลถูกสร้างขึ้นโดยการยึดอะตอมของออกซิเจนอิสระเข้ากับโมเลกุลของออกซิเจน ในทางกลับกัน พวกมันก็ปรากฏขึ้นเนื่องจากการแตกตัวของโมเลกุลอื่นๆ O2 เนื่องจากผลกระทบของการปล่อยไฟฟ้า รังสีอัลตราไวโอเลต อิเล็กตรอนเร็ว และอนุภาคพลังงานสูงอื่นๆ ด้วยเหตุนี้ คุณจึงสามารถสัมผัสกลิ่นเฉพาะของโอโซนได้ใกล้กับอุปกรณ์ไฟฟ้าที่เกิดประกายไฟหรือโคมไฟที่ปล่อยแสงอัลตราไวโอเลต
ในระดับอุตสาหกรรม O3 ถูกแยกออกโดยใช้เครื่องผลิตโอโซนไฟฟ้าหรือเครื่องผลิตโอโซน ในอุปกรณ์เหล่านี้ กระแสไฟฟ้าแรงสูงจะถูกส่งผ่านกระแสก๊าซที่มี O2 ซึ่งอะตอมทำหน้าที่เป็น "วัสดุก่อสร้าง" สำหรับโอโซน
บางครั้งออกซิเจนบริสุทธิ์หรืออากาศธรรมดาก็ถูกฉีดเข้าไปในเครื่องเหล่านี้ คุณภาพของโอโซนที่เกิดขึ้นนั้นขึ้นอยู่กับความบริสุทธิ์ของผลิตภัณฑ์ตั้งต้น ดังนั้น ทางการแพทย์ O3 ที่มีไว้สำหรับรักษาบาดแผล ถูกสกัดจาก O2 เท่านั้น
ประวัติการค้นพบโอโซน
เมื่อได้รู้ว่าโมเลกุลโอโซนเป็นอย่างไรและก่อตัวอย่างไร ก็ควรค่าแก่การทำความคุ้นเคยกับประวัติของสารนี้
ถูกสังเคราะห์ขึ้นครั้งแรกโดย Martin Van Marum นักวิจัยชาวดัตช์ในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ 18 นักวิทยาศาสตร์สังเกตว่าหลังจากส่งประกายไฟผ่านภาชนะที่มีอากาศ ก๊าซในนั้นก็เปลี่ยนคุณสมบัติของมัน ในเวลาเดียวกัน Van Marum ไม่เข้าใจว่าเขาได้แยกโมเลกุลของโมเลกุลใหม่ออกสาร.
แต่เพื่อนร่วมงานชาวเยอรมันของเขาชื่อ Sheinbein พยายามย่อยสลาย H2O เป็น H และ O2 ด้วยความช่วยเหลือของไฟฟ้า สังเกตเห็น เพื่อปล่อยก๊าซใหม่ที่มีกลิ่นฉุน หลังจากการวิจัยอย่างหนัก นักวิทยาศาสตร์ได้อธิบายสารที่เขาค้นพบและตั้งชื่อให้ว่า "โอโซน" เพื่อเป็นเกียรติแก่คำว่า "กลิ่น" ในภาษากรีก
ความสามารถในการฆ่าเชื้อราและแบคทีเรีย รวมถึงการลดความเป็นพิษของสารอันตรายซึ่งมีสารเปิดอยู่ ทำให้นักวิทยาศาสตร์หลายคนสนใจ 17 ปีหลังจากการค้นพบ O3 อย่างเป็นทางการ แวร์เนอร์ ฟอน ซีเมนส์ได้ออกแบบเครื่องมือชุดแรกเพื่อสังเคราะห์โอโซนในปริมาณเท่าใดก็ได้ และอีก 39 ปีต่อมา นิโคลา เทสลา ผู้ฉลาดหลักแหลมได้คิดค้นและจดสิทธิบัตรเครื่องกำเนิดโอโซนเครื่องแรกของโลก
เป็นอุปกรณ์ที่ใช้ครั้งแรกในฝรั่งเศสในโรงบำบัดน้ำดื่มหลังจากผ่านไป 2 ปี ตั้งแต่ต้นศตวรรษที่ XX ยุโรปเริ่มเปลี่ยนไปใช้โอโซนในน้ำดื่มเพื่อทำให้บริสุทธิ์
จักรวรรดิรัสเซียใช้เทคนิคนี้ครั้งแรกในปี 1911 และหลังจาก 5 ปี การติดตั้งเกือบ 4 โหลสำหรับการกรองน้ำดื่มโดยใช้โอโซนได้รับการติดตั้งในประเทศ
วันนี้โอโซนของน้ำค่อยๆเข้ามาแทนที่คลอรีน ดังนั้น 95% ของน้ำดื่มทั้งหมดในยุโรปจึงทำให้บริสุทธิ์โดยใช้ O3 เทคนิคนี้ยังเป็นที่นิยมอย่างมากในสหรัฐอเมริกา ใน CIS ยังอยู่ระหว่างการศึกษา เพราะแม้ว่าขั้นตอนนี้จะปลอดภัยและสะดวกกว่า แต่ก็มีราคาแพงกว่าคลอรีน
การใช้โอโซน
นอกจากการบำบัดน้ำแล้ว O3 ยังมีประโยชน์อื่นๆ อีกมากมาย
- ใช้โอโซนเป็นสารฟอกขาวในการผลิตกระดาษและสิ่งทอ
- ใช้ออกซิเจนในการฆ่าเชื้อไวน์ เช่นเดียวกับการเร่งกระบวนการชราของคอนญัก
- น้ำมันพืชหลายชนิดกลั่นโดยใช้ O3.
- มักใช้สารนี้ในการแปรรูปผลิตภัณฑ์ที่เน่าเสียง่าย เช่น เนื้อสัตว์ ไข่ ผลไม้และผัก ขั้นตอนนี้ไม่ทิ้งร่องรอยของสารเคมีไว้ เช่นเดียวกับคลอรีนหรือฟอร์มัลดีไฮด์ และสามารถเก็บผลิตภัณฑ์ได้นานกว่ามาก
- โอโซนฆ่าเชื้ออุปกรณ์และเสื้อผ้าทางการแพทย์
- ยังทำให้บริสุทธิ์ O3 ใช้สำหรับขั้นตอนทางการแพทย์และเครื่องสำอางต่างๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งด้วยความช่วยเหลือด้านทันตกรรมพวกเขาฆ่าเชื้อช่องปากและเหงือกและยังรักษาโรคต่าง ๆ (เปื่อย, เริม, เชื้อราในช่องปาก) ในประเทศแถบยุโรป O3 เป็นที่นิยมอย่างมากในการฆ่าเชื้อบาดแผล
- ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เครื่องใช้ในบ้านแบบพกพาสำหรับการกรองอากาศและน้ำโดยใช้โอโซนได้กลายเป็นที่นิยมอย่างมาก
ชั้นโอโซน - มันคืออะไร?
ที่ระยะทาง 15-35 กม. เหนือพื้นผิวโลกคือชั้นโอโซนหรือที่เรียกกันว่าโอโซน ในที่นี้ O3 เข้มข้นทำหน้าที่เป็นตัวกรองรังสีแสงอาทิตย์ที่เป็นอันตราย
ปริมาณของสารดังกล่าวมาจากไหนหากโมเลกุลของสารไม่เสถียร? ตอบคำถามนี้ไม่ยาก หากเราจำแบบจำลองของโมเลกุลโอโซนและวิธีการก่อตัวได้ ดังนั้นออกซิเจนประกอบด้วย2โมเลกุลของออกซิเจนเข้าสู่สตราโตสเฟียร์ได้รับความร้อนจากแสงอาทิตย์ พลังงานนี้เพียงพอที่จะแยก O2 ออกเป็นอะตอม ซึ่ง O3 จะก่อตัวขึ้น ในเวลาเดียวกัน ชั้นโอโซนไม่เพียงแต่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์เพียงบางส่วน แต่ยังกรองมัน ดูดซับรังสีอัลตราไวโอเลตที่เป็นอันตราย
กล่าวไว้ข้างต้นว่าโอโซนถูกฟรีออนละลาย สารที่เป็นก๊าซเหล่านี้ (ใช้ในการผลิตสารระงับกลิ่นกาย ถังดับเพลิง และตู้เย็น) เมื่อปล่อยสู่บรรยากาศจะส่งผลต่อโอโซนและมีส่วนทำให้เกิดการสลายตัว เป็นผลให้มีรูปรากฏขึ้นในโอโซนสเฟียร์ซึ่งแสงอาทิตย์ที่ไม่มีการกรองเข้าสู่โลกซึ่งมีผลทำลายล้างต่อสิ่งมีชีวิต
หลังจากพิจารณาคุณสมบัติและโครงสร้างของโมเลกุลโอโซนแล้ว ก็สรุปได้ว่าสารนี้ถึงแม้จะเป็นอันตราย แต่ก็มีประโยชน์มากสำหรับมนุษยชาติหากใช้อย่างถูกต้อง
