โอโซนเป็นแก๊ส ไม่โปร่งใส แต่มีสีเฉพาะตัวและมีกลิ่นไม่เหมือนกับที่อื่น ๆ มีอยู่ในบรรยากาศของเราและเป็นองค์ประกอบที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่ง ความหนาแน่นของโอโซน มวลของโอโซน และคุณสมบัติอื่นๆ คืออะไร? บทบาทในชีวิตของโลกคืออะไร
บลูแก๊ส
ในวิชาเคมี โอโซนไม่มีที่แยกจากตารางธาตุ เพราะมันไม่ใช่องค์ประกอบ โอโซนเป็นการดัดแปลงแบบ allotropic หรือการแปรผันของออกซิเจน เช่นเดียวกับใน O2 โมเลกุลของมันประกอบด้วยอะตอมออกซิเจนเท่านั้น แต่ไม่มีสอง แต่มีสาม ดังนั้นสูตรเคมีของมันจึงดูเหมือน O3
โอโซนเป็นก๊าซสีน้ำเงิน มีกลิ่นฉุนชัดเจนชวนให้นึกถึงคลอรีนหากความเข้มข้นสูงเกินไป จำกลิ่นความสดชื่นกลางสายฝนกันได้ไหม? นี่คือโอโซน ต้องขอบคุณคุณสมบัตินี้ ที่ได้ชื่อมาจากภาษากรีกโบราณว่า "โอโซน" คือ "กลิ่น"
โมเลกุลของแก๊สมีขั้ว อะตอมในโมเลกุลเชื่อมต่อกันที่มุม 116, 78° โอโซนเกิดขึ้นเมื่ออะตอมออกซิเจนอิสระถูกยึดติดกับโมเลกุล O2 มันเกิดขึ้นในเวลาของปฏิกิริยาต่างๆ เช่น การเกิดออกซิเดชันของฟอสฟอรัส การปล่อยไฟฟ้า หรือการสลายตัวของเปอร์ออกไซด์ ในระหว่างที่อะตอมออกซิเจนถูกปลดปล่อย
คุณสมบัติของโอโซน
ภายใต้สภาวะปกติ โอโซนมีอยู่ในรูปของก๊าซที่มีน้ำหนักโมเลกุลเกือบ 48 กรัม/โมล มันเป็นแม่เหล็กไดอะแมกเนติก กล่าวคือ มันไม่สามารถดึงดูดแม่เหล็กได้ เช่นเดียวกับเงิน ทอง หรือไนโตรเจน ความหนาแน่นของโอโซนคือ 2.1445 g/dm³.
ในสถานะของแข็ง โอโซนได้สีน้ำเงิน-ดำ ในสถานะของเหลว เป็นสีครามใกล้เคียงกับสีม่วง จุดเดือดคือ 111.8 องศาเซลเซียส ที่อุณหภูมิศูนย์องศา มันจะละลายในน้ำ (เฉพาะในน้ำบริสุทธิ์) ได้ดีกว่าออกซิเจนถึงสิบเท่า ผสมได้ดีกับมีเทนเหลว ไนโตรเจน ฟลูออรีน อาร์กอน และภายใต้เงื่อนไขบางประการกับออกซิเจน
ภายใต้การกระทำของตัวเร่งปฏิกิริยาจำนวนหนึ่ง มันถูกออกซิไดซ์ได้ง่ายและปล่อยอะตอมออกซิเจนอิสระออกมา เมื่อเชื่อมต่อกับมันจะจุดไฟทันที สารนี้สามารถออกซิไดซ์โลหะเกือบทั้งหมด เฉพาะแพลตตินัมและทองคำเท่านั้นที่ไม่คล้อยตามการกระทำของมัน มันทำลายสารประกอบอินทรีย์และอะโรมาติกต่างๆ สร้างแอมโมเนียมไนไตรต์เมื่อสัมผัสกับแอมโมเนีย ทำลายพันธะคาร์บอนคู่
อยู่ในบรรยากาศที่มีความเข้มข้นสูง โอโซนสลายตัวตามธรรมชาติ ในกรณีนี้ ความร้อนจะถูกปลดปล่อยออกมาและเกิดโมเลกุล O2 ยิ่งความเข้มข้นสูงเท่าไร ปฏิกิริยาการปลดปล่อยความร้อนก็จะยิ่งแรงขึ้น เมื่อปริมาณโอโซนมากกว่า 10% จะเกิดการระเบิดตามมา โดยการเพิ่มอุณหภูมิและลดความดัน หรือโดยการสัมผัสกับสารอินทรีย์ย่อยสลาย O3 เร็วขึ้น
ประวัติการค้นพบ
ในวิชาเคมี โอโซนไม่เป็นที่รู้จักจนกระทั่งศตวรรษที่ 18 มันถูกค้นพบในปี 1785 ด้วยกลิ่นที่นักฟิสิกส์ Van Marum ได้ยินข้างเครื่องไฟฟ้าสถิตที่ใช้งานได้ อีก 50 ปีหลังจากนั้น ก๊าซก็ไม่ปรากฏในการทดลองทางวิทยาศาสตร์และการวิจัย
นักวิทยาศาสตร์ Christian Schonbein ในปี 1840 ได้ศึกษาการเกิดออกซิเดชันของฟอสฟอรัสขาว ในระหว่างการทดลอง เขาได้แยกสารที่ไม่รู้จักออกมา ซึ่งเขาเรียกว่า "โอโซน" นักเคมีได้ศึกษาคุณสมบัติของมันและอธิบายวิธีหาก๊าซที่เพิ่งค้นพบ
ในไม่ช้านักวิทยาศาสตร์คนอื่น ๆ ก็เข้าร่วมการวิจัยสาร นักฟิสิกส์ชื่อดัง นิโคลา เทสลา ยังสร้างเครื่องกำเนิดโอโซนขึ้นเป็นครั้งแรกอีกด้วย การใช้ O3 ในอุตสาหกรรมเริ่มขึ้นเมื่อปลายศตวรรษที่ 19 โดยมีการติดตั้งครั้งแรกเพื่อจ่ายน้ำดื่มให้กับบ้าน สารนี้ใช้สำหรับฆ่าเชื้อ
โอโซนในบรรยากาศ
โลกของเราล้อมรอบด้วยเปลือกอากาศที่มองไม่เห็น - ชั้นบรรยากาศ หากปราศจากมัน ชีวิตบนโลกใบนี้คงเป็นไปไม่ได้ ส่วนประกอบของอากาศในบรรยากาศ: ออกซิเจน โอโซน ไนโตรเจน ไฮโดรเจน มีเทน และก๊าซอื่นๆ
โอโซนไม่มีอยู่จริงและเกิดขึ้นจากปฏิกิริยาเคมีเท่านั้น ใกล้กับพื้นผิวโลก เกิดจากการปล่อยไฟฟ้าของฟ้าผ่าในช่วงพายุฝนฟ้าคะนอง ปรากฏขึ้นอย่างผิดปกติเนื่องจากการปล่อยไอเสียจากรถยนต์ โรงงาน ควันน้ำมัน และโรงไฟฟ้าพลังความร้อน
โอโซนของชั้นบรรยากาศชั้นล่างเรียกว่าพื้นผิวหรือชั้นโทรโพสเฟียร์ มีสตราโตสเฟียร์ด้วย มันเกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของรังสีอัลตราไวโอเลตที่มาจากดวงอาทิตย์ มันก่อตัวขึ้นที่ระยะทาง 19-20 กิโลเมตรเหนือพื้นผิวโลกและทอดยาวไปถึงความสูง 25-30 กิโลเมตร
สตราโตสเฟียร์ O3 ก่อตัวเป็นชั้นโอโซนของดาวเคราะห์ ซึ่งปกป้องมันจากรังสีดวงอาทิตย์ที่ทรงพลัง ดูดซับรังสีอัลตราไวโอเลตได้ประมาณ 98% โดยมีความยาวคลื่นเพียงพอที่จะทำให้เกิดมะเร็งและแผลไหม้
ใช้สาร
โอโซนเป็นตัวออกซิไดเซอร์และตัวทำลายชั้นเยี่ยม คุณสมบัตินี้มีมานานแล้วที่ใช้ในการกรองน้ำดื่ม สารนี้มีผลเสียต่อแบคทีเรียและไวรัสที่เป็นอันตรายต่อมนุษย์ และเมื่อถูกออกซิไดซ์ก็จะกลายเป็นออกซิเจนที่ไม่เป็นอันตราย
มันสามารถฆ่าสิ่งมีชีวิตที่ทนคลอรีนได้ นอกจากนี้ยังใช้เพื่อทำให้น้ำเสียบริสุทธิ์จากผลิตภัณฑ์น้ำมันที่เป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อม ซัลไฟด์ ฟีนอล ฯลฯ การปฏิบัติดังกล่าวเป็นเรื่องปกติในสหรัฐอเมริกาและบางประเทศในยุโรปเป็นหลัก
โอโซนใช้ในยาฆ่าเชื้อเครื่องมือ ในอุตสาหกรรมใช้ฟอกกระดาษ ฟอกน้ำมัน และรับสารต่างๆ การใช้ O3 เพื่อทำให้อากาศ น้ำ และสถานที่บริสุทธิ์เรียกว่าโอโซน
โอโซนกับผู้ชาย
แม้จะมีคุณสมบัติที่เป็นประโยชน์ทั้งหมด แต่โอโซนก็เป็นอันตรายต่อมนุษย์ได้ หากมีก๊าซในอากาศมากเกินกว่าที่บุคคลจะทนได้ ก็ไม่สามารถหลีกเลี่ยงพิษได้ ในรัสเซียบรรทัดฐานที่อนุญาตคือ 0.1 ไมโครกรัม/ลิตร
เมื่อเกินอัตรานี้ อาการทั่วไปของพิษจากสารเคมีจะปรากฏขึ้น เช่น ปวดศีรษะ ระคายเคืองต่อเยื่อเมือก เวียนศีรษะ โอโซนช่วยลดความต้านทานของร่างกายต่อการติดเชื้อที่ส่งผ่านทางเดินหายใจ และยังช่วยลดความดันโลหิตอีกด้วย ความเข้มข้นของก๊าซที่สูงกว่า 8–9 ไมโครกรัม/ลิตร อาจทำให้ปอดบวมน้ำและเสียชีวิตได้
ในขณะเดียวกัน การรับรู้โอโซนในอากาศค่อนข้างง่าย กลิ่นของ "ความสด" คลอรีน หรือ "กั้ง" (ตามที่ Mendeleev อ้าง) จะได้ยินชัดเจนแม้ในเนื้อหาที่มีปริมาณน้อย