A frase "camada de ozônio", que ficou famosa nos anos 70. no século passado, há muito está no limite. Ao mesmo tempo, poucas pessoas realmente entendem o que esse conceito significa e por que a destruição da camada de ozônio é perigosa. Um mistério ainda maior para muitos é a estrutura da molécula de ozônio, e ainda assim está diretamente relacionada aos problemas da camada de ozônio. Vamos aprender mais sobre ozônio, sua estrutura e aplicações industriais.
O que é ozônio
Ozônio, ou, como também é chamado, oxigênio ativo, é um gás azul com odor metálico pungente.
Esta substância pode existir em todos os três estados de agregação: gasoso, sólido e líquido.
Ao mesmo tempo, na natureza, o ozônio ocorre apenas na forma de gás, formando a chamada camada de ozônio. É por causa de sua cor azul que o céu parece azul.
Como é uma molécula de ozônio
Seu apelido é ativooxigênio” recebido devido à sua semelhança com o oxigênio. Assim, o principal elemento químico ativo nessas substâncias é o oxigênio (O). No entanto, se uma molécula de oxigênio contém 2 de seus átomos, então a molécula de ozônio (fórmula - O3) consiste em 3 átomos desse elemento.
Devido a essa estrutura, as propriedades do ozônio são semelhantes às do oxigênio, porém mais pronunciadas. Em particular, como O2, O3é o oxidante mais forte.
A diferença mais importante entre essas substâncias "relacionadas", que é vital para todos lembrarem, é a seguinte: o ozônio não pode ser respirado, é tóxico e, se inalado, pode danificar os pulmões ou até matar uma pessoa. Ao mesmo tempo, O3 é perfeito para limpar o ar de impurezas tóxicas. Aliás, é justamente por isso que é tão fácil respirar depois da chuva: o ozônio oxida as substâncias nocivas contidas no ar e é purificado.
O modelo da molécula de ozônio (composta por 3 átomos de oxigênio) se parece um pouco com a imagem de um ângulo, e seu tamanho é 117°. Esta molécula não tem elétrons desemparelhados e, portanto, é diamagnética. Além disso, possui polaridade, embora seja constituído por átomos do mesmo elemento.
Dois átomos de uma dada molécula estão firmemente ligados um ao outro. Mas a conexão com o terceiro é menos confiável. Por esse motivo, a molécula de ozônio (foto do modelo pode ser vista abaixo) é muito frágil e logo após a formação ela se decompõe. Como regra, em qualquer reação de decomposição O3 oxigênio é liberado.
Devido à instabilidade do ozônio, não pode ser produzidocolheita e armazenamento, bem como o transporte, como outras substâncias. Por esta razão, sua produção é mais cara que outras substâncias.
Ao mesmo tempo, a alta atividade das moléculas O3permite que esta substância seja o agente oxidante mais forte, mais poderoso que oxigênio e mais seguro que o cloro.
Se uma molécula de ozônio se decompõe e libera O2, essa reação é sempre acompanhada pela liberação de energia. Ao mesmo tempo, para que ocorra o processo inverso (a formação de O3 a partir de O2), é necessário gastar não menos.
No estado gasoso, a molécula de ozônio se decompõe a uma temperatura de 70°C. Se for aumentada para 100 graus ou mais, a reação acelerará significativamente. A presença de impurezas também acelera o período de decaimento das moléculas de ozônio.
propriedades do O3
Não importa em qual dos três estados o ozônio está, ele mantém sua cor azul. Quanto mais dura a substância, mais rico e escuro é esse tom.
Cada molécula de ozônio pesa 48 g/mol. É mais pesado que o ar, o que ajuda a separar essas substâncias.
O3 capaz de oxidar quase todos os metais e não metais (exceto ouro, irídio e platina).
Além disso, esta substância pode participar da reação de combustão, mas isso requer uma temperatura mais alta do que para O2.
Ozone é capaz de se dissolver em H2O e freons. Em estado líquido, pode misturar-se com oxigênio líquido, nitrogênio, metano, argônio,tetracloreto de carbono e dióxido de carbono.
Como a molécula de ozônio é formada
O3 moléculas são formadas pela ligação de átomos de oxigênio livre a moléculas de oxigênio. Eles, por sua vez, aparecem devido à divisão de outras moléculas O2 devido ao impacto sobre elas de descargas elétricas, raios ultravioleta, elétrons rápidos e outras partículas de alta energia. Por esta razão, o cheiro específico de ozônio pode ser sentido perto de aparelhos elétricos ou lâmpadas que emitem luz ultravioleta.
Em escala industrial, O3 é isolado usando geradores elétricos de ozônio ou ozonizadores. Nesses dispositivos, uma corrente elétrica de alta tensão é passada através de uma corrente de gás contendo O2, cujos átomos servem como “material de construção” para o ozônio.
Às vezes, oxigênio puro ou ar comum é injetado nessas máquinas. A qualidade do ozônio resultante depende da pureza do produto inicial. Assim, o O3 médico, destinado ao tratamento de feridas, é extraído apenas do O2 quimicamente puro.
História da descoberta do ozônio
Tendo descoberto como é a molécula de ozônio e como ela é formada, vale a pena conhecer a história dessa substância.
Foi sintetizado pela primeira vez pelo pesquisador holandês Martin Van Marum na segunda metade do século XVIII. O cientista notou que depois de passar faíscas elétricas através de um recipiente com ar, o gás nele mudou suas propriedades. Ao mesmo tempo, Van Marum não entendeu que ele havia isolado as moléculas de um novosubstâncias.
Mas seu colega alemão chamado Sheinbein, tentando decompor H2O em H e O2 com a ajuda da eletricidade, percebeu à liberação de novo gás com odor pungente. Depois de muita pesquisa, o cientista descreveu a substância que descobriu e deu-lhe o nome de "ozônio" em homenagem à palavra grega para "cheiro".
A capacidade de matar fungos e bactérias, bem como reduzir a toxicidade de compostos nocivos, que a substância aberta possuía, interessou muitos cientistas. 17 anos após a descoberta oficial do O3, Werner von Siemens projetou o primeiro aparelho para sintetizar ozônio em qualquer quantidade. E 39 anos depois, o brilhante Nikola Tesla inventou e patenteou o primeiro gerador de ozônio do mundo.
Foi este dispositivo que foi usado pela primeira vez na França em estações de tratamento de água potável após 2 anos. Desde o início do século XX. A Europa está começando a adotar a ozonização da água potável para sua purificação.
O Império Russo usou essa técnica pela primeira vez em 1911 e, após 5 anos, quase 4 dúzias de instalações para purificação de água potável com ozônio foram equipadas no país.
Hoje, a ozonização da água está substituindo gradualmente a cloração. Assim, 95% de toda a água potável na Europa é purificada usando O3. Esta técnica também é muito popular nos EUA. No CEI, ainda está em estudo, pois, embora seja mais seguro e conveniente, esse procedimento é mais caro que a cloração.
Aplicações de ozônio
Além do tratamento de água, O3 tem vários outros usos.
- O ozônio é usado como alvejante na fabricação de papel e tecidos.
- O oxigênio ativo é usado para desinfetar vinhos, bem como para acelerar o processo de envelhecimento de conhaques.
- Vários óleos vegetais são refinados usando O3.
- Muitas vezes essa substância é usada para processar produtos perecíveis, como carne, ovos, frutas e legumes. Este procedimento não deixa vestígios químicos, como o cloro ou formaldeído, e os produtos podem ser armazenados por muito mais tempo.
- Ozone esteriliza equipamentos médicos e roupas.
- O também purificado3 é usado para vários procedimentos médicos e cosméticos. Em particular, com a ajuda da odontologia, desinfetam a cavidade oral e as gengivas e também tratam várias doenças (estomatite, herpes, candidíase oral). Nos países europeus O3 é muito popular para desinfecção de feridas.
- Nos últimos anos, os eletrodomésticos portáteis para filtrar o ar e a água usando ozônio tornaram-se muito populares.
Camada de ozônio - o que é?
A uma distância de 15-35 km acima da superfície da Terra está a camada de ozônio, ou, como também é chamada, a ozonosfera. Nesse local, o O3 concentrado serve como uma espécie de filtro para a radiação solar nociva.
De onde vem tal quantidade de uma substância se suas moléculas são instáveis? Não é difícil responder a esta pergunta, se lembrarmos o modelo da molécula de ozônio e o método de sua formação. Assim, o oxigênio, composto por 2moléculas de oxigênio, entrando na estratosfera, são aquecidas pelos raios do sol. Essa energia é suficiente para dividir O2 em átomos, dos quais O3 é formado. Ao mesmo tempo, a camada de ozônio não só utiliza parte da energia solar, mas também a filtra, absorvendo a perigosa radiação ultravioleta.
Foi dito acima que o ozônio é dissolvido pelos freons. Essas substâncias gasosas (usadas na fabricação de desodorantes, extintores de incêndio e refrigeradores), uma vez lançadas na atmosfera, afetam o ozônio e contribuem para sua decomposição. Como resultado, surgem buracos na ozonosfera através dos quais os raios solares não filtrados entram no planeta, que têm um efeito destrutivo sobre os organismos vivos.
Após considerar as características e estrutura das moléculas de ozônio, podemos concluir que esta substância, embora perigosa, é muito útil para a humanidade se usada corretamente.
