Жердің озонды қалқаны

Жоспар:

 

І.     Кіріспе.

 

ІІ.   Озонның қасиеттері.

       1.Озон  молекуласының құрылысы.

       2. Озонның  түзілуі және ыдырауы.

       3. Озонның  химиялық қасиеттері.

ІІІ.  Озонның улылығы.

 

ІV.  Озонның атмосфераға таралуы.

1. Атмосфера биіктігінде озонды анықтау әдістері.
2. Озонның уақытша және кеңінен таралуы.

 

V.Озонның атмосферада  түзілу теориясы.

 

VI. Атмосферадағы озон концентрациясына қоспа газдардың әсері.

1. Атмосфера аз қоспалар.
2. Атмосфераның антропогенді ластануы.

 

VIІ. Атмосфера қабатында  озонның болуы.

 

VIІІ. Жер бетіндегі тіршіліктің экологиялық проблемалары және озон    

         атмосферасы.

ІХ. Озонның қолданылуы.

 

Х. Озонның өнеркәсіптік өндірісі.

 

Қорытынды.

 

-3-

 

        1.  Тақырыптың өзектілігі.

         Озонның азаюының әртүрлі мүмкін болатын зардаптары туралы хабарлар, адамдар денсаулығына күн сәулесінің зиянды әсері және кейбір өсімдіктердің қырылуы мысал болады. АҚШ-та озонның 5 %-ке жұқаруынан терінің рак ауруы байқалған деп көрсетілген. Сондықтан АҚШ үкіметі саяси және экологиялық қорытындылар жасауды, яғни конкорд ұшақтарының ұшуын тоқтату, аэрозольді баллондарды, фреондарды қолдануды шектеуге тырысады.

2. Ғылыми жаңалығы.

          Озон  жерде оттегі пайда болғаннан  кейін түзілуі, ультракүлгін сәулелерді  сіңіруі жердің бетіндегі тіріні қорғайды. Тірі ағзалар сулы ортадан жер бетіне шықты. Ультракүлгін сәулелер адам,жануар және құстардың Д3

витаминін сіңіруіне көмектеседі. Бұл сәуле әсерінен өсімдіктердің ауыл шаруашылық өнімдері артады. Алайда оның көп дозасы керісінше әсер береді. Адамдардың ультракүлгін сәулелерді көп сіңіруі күюге және тері рагіне соқтырады.

3. Теориялық және практикалық құндылығы.

Ал атмосферадағы озон мөлшерін қалай анықтайды? Ол үшін 2 әдісі бар: жер бетіндегі бақылаулар мен ұшатын аппараттармен бақылау. Жер бетіндегі әдіске негізінен оптикалық әдістер жатады. Мынандай аспаптар бақылайды. Мысалы, Добсонның спектрофотометрі, онда озон сіңіру немесе шығару спектрлерімен анықталады.  Добсонның спектрофотометрі озонды тікелей күн сәулесі бақыланады. Және Айдың жарық сәулесімен аспанның шашыраған сәулесі бойынша өлшейді.

Айэрозольді жоғалтуларды азайту үшін озонды жоғары таулардан бақылауға болады. Өлшеу құралдарына тәуелсіз м/й жер әдістері де қолданылады . Ол Ламберт – Бэр заңына бағынады.

4. Жұмыстың мақсаты мен міндеті.

          Барлық әлемде соңғы жылдары фреомдар өндірісінің қарқынды дамуы басталды, бұл тоңазытқыштардың, еріткіш және шашырандының яғни тұрмыстық химияның кеңінен пайдалану негізінде түзіледі.

-4-

          Фреондар  деп – метан, этан және фтор  болады. Олар төменгі қайнау температурасына ие болғандықтан ауада жақсы буланады. Казіргі кезде фреондардың атмосфераға қалай таралатыны жайлы пікір жоқ. Тропосферадан фреондар сумен кетеді гидролизденбейді, содан мұхитта жиналады. Атмосферада жинақталатын фреондардың микробиологиялық тұрақтылығы белгісіз? Анализі өте күрделі. Қолданылатын хроматографтар мен спектрометрлер өте сезімтал. Фреондардың мөлшері жергілікті қалаларға байланысты. Биіктіктің көтерілуі мен фреондардың концентрациясы бірдей келеді, бұл стратосферада фотолизбен түсіндіріледі. Фотолиз ультракүлгін сәулелердің әсерімен жүреді.

5. Тақырыптың зерттеулік деңгейі

Неорганикалық синтезде озон маңызды болып қолданылады. Сілтілік металдардың озонитдері түзіледі. Әсіресе озон құрғақ күйдіргіш сілтілермен әрекеттеседі. Кәзіргі кезде жаңа реакция ашылды. Онда натрий, калий, рубидий және цезий осы элементтердің асқын тотықтары озонмен әрекеттеседі, осылайша озон халық шаруашылығының әртүрлі салаларында қолданылып, әр жылда көптеген мүмкіндіктер мен жаңа процестер ашылуда оның бәрі жемісті қолданылады.

Озонды өндірістік қолдану оның қалдықтарын тиімді жоюға мүмкіндік береді.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-5-

Атмосферада озон өте аз, барлығы 4·10-17 көлем % ді құрайды. Ол осы планетада өмірдің пайда  болып дамуына жағдай жасап отыр. Жер атмосферасында оттегі шамамен 1,8 млрд. бұрын пайда болғаннан бастап озон қабаты бар болып есептеледі. Бұл қабат ультра- күлгін сәулелерді күшті сіңіруінің нәтижесінде Жерде барлық тіршілік үшін өзіндік озонды қалқан ролін атқарады. Озон өте күшті сіңіруші, ол күннің барлық ультра-күлгін радиациясын 2900-2200 А° жолағында толықтай сіңіруге оның өте аз концентрациясы жеткілікті. Бұл энергия, қалқан атмосферадағы бүкіл энергиямен пара-пар. Сонымен қатар жердің инфрақызыл сәулелерін сіңіруде маңызы зор. Озон атмосфераның басқа компоненттері сіңірмейтін Жердің жылулық сәулелерін сіңіреді. Бұл озонның «парникті» эффектісі осы тәрізді әсерлермен атмосферадағы басқа қоспалармен Жерде  жылулық режим үшін өте қолайлы жағдай тудырады. Біздің планетамызда өмір үшін үлкен мәнге ие. Осылайша атмосферада сіңірілетін сәулелердің маңызды бөлігі озон үлесіне тиеді. Сурет 1-де Жер мен атмосфераның жылу балансы берілген. Суреттен атмосфера Күн сәулелерінің белгілі мөлшерін сіңіретіні негізінен ол жер сәулелерінің көп бөлігін сіңіретіні көрсетілген.

   Сонымен қатар жер атмосферадан  жылудың негізгі массасын алады. Сондықтан 70 жылдары озон мәселесіне қызығушылық туындады. Әсіресе атмосфераның ластануы Жердегі озонды қабаттың бұзылуын әкелуі мүмкін. Озонға деген қызығушылық атмосферада антропогенді қоспалардың табиғи озонның бұзылуына әкелген кезде байқалды.

Атап айтқанда азот тотықтарының көптеген қоспалары атомдық жарылыс негізінде, ұшақтардың бөлінетіін газдар, азотты тыңайтқыштардың ыдырауынан, сонымен қатар фреондар мен басқа көмірсутектердің хлор туындыларынан бөлінетін хлор қоспалары болуы мүмкін.

   Сонымен қатар озонның  азаюының әртүрлі мүмкін болатын  зардаптар туралы хабарлар, адамдар  денсаулығына күн сәулесінің  зиянды әсері, және кейбір өсімдіктердің  қырылуы мысал болады. АҚШ-та озонның 5%-ке жұқаруынан терінің рак ауруы байқалған деп көрсетілген. Сондықтан АҚШ үкіметі саяси және экономикалық қорытындылар жасауды, яғни ол конкорд

-6-

 

ұшақтарының ұшуын тоқтату, аэрозольды баллондарда фреондарды қолдануды шектеуге тырысады.

   Алайда басқа оқымыстылар  озон қабатының бұзылуы туралы  болжаулары қате болғандықтан көрсетілген биологиялық эффектілер қателесуіне әкеледі.

   Озонның рөлі туралы, оның  ыдырауы мен түзілуі адамзатқа  ашық болып қалады.

   Озон қоршаған ортаны  қорғау мен өндірісте күшті тотықтырғыш болып табылады.

 

I. Озонның қасиеттері.

 

   Озон (О3) – оттегі түзетін тұрақты О2 орамасының екінші салыстырмалы түрде тұрақты қосылыс.

  Озонның сипатты ерекшелігі  оттегі элементінің 2-ші жай қосылысы болып, барлық үш агрегаттық күйде бола алады. Бұл барлық элементтердің ішіндегі көп жағдайлардың бірі емес. Сондықтан, озонның кәдімгі анықтамасы оттегінің аллотропиялық модификациясы дегеніміз аз.

   Ерекше жағдай, озон басқа  жай заттардың арасында орын  алып әртүрлі мамандықтағы химиктердің қызығушылығын тудырады. Озонның ашылуын оның өзіне тән иісімен байланыстырады, оны Шонбейн «озо»-«иіс шығарамын» деген атпен атады.

   Ерте заманнан Гомердің  «Одиссия» мен «Илиадасында» айтылғандай жаңбырдан кейін байқалады.

   Күкірттің иісі көгілдір түсті, күкірттің жануы деп атады.

   1785 жылы Ван-Марум өзінің «Ғажайып үлкен электр машинаны сипаттау» деген кітабында оттегі көлемінің азаюын ескеріп және иістің машинаның маңайында шығатынын байқады.

   Сол кездегі флагистон  теориясына сүйеніп, ол электрлік материяның түзілуі және оның сынапқа әсері бар деді.

 

-8-

 

   1801 жылы дәл осындай хлордың  иісі күкірт қышқылының электролизі  кезінде байқалады.

   1840 жылы Шонбейн осы екі бақылауды біріктіріп бұл иіс тек бір жеке заттың түзілуінде байқалатындығын анықтап, оны «озон» деп атады.

   Соңынан озонның тағы да бір химиялық түзілу жолын фосфордың жәй тотығуы кезінде түзілетіндігін ашты.

   Алайда, озонның табиғаты 20 жыл бойы түсініксіз болып қалып бұл сұрақ туралы дискуссия жүргізілді. Шонбейн бұл жылдарды озон табиғаты жайлы қате көзқарастарға сүйенді. Шонбейн өз көзқарастарын айта отырып көптеген жұмыстар жүргізді, олар қате болса да ол озон табиғаты мен қасиеттерін түсіндіруге бағытталды.

   «Озон дегеніміз не?»  деген сұраққа жауап берудің қиындығы сол, сол кезде ол зат таза күйінде жоқ еді.

   Зерттеушілер газдар қоспасымен  жұмыс жүргізіп, онда озонның  аз мөлшері азот, азот тотықтары, сутегі, су булары қоспаларында  болатындығы анықталды.

   1844 жылы басында азоттың  бар екендігіне сүйене отырып, ол озон-жаңа химиялық элемент және азот озонның сутегімен қосылысы деп қорытындыға келді.

   Бұл гипотеза, соңынан қалдырылды, себебі Мариньяк электролиз кезінде және фосфордың тотығу кезінде азот қатысынсыз түзілетіндігін байқады.

  Осыдан кейін Шонбейн, озон-сутегінің жоғары тотығы деген ұйғарымды ұсынады.

  Бұл ұйғырым, озондалған газдарда  сутегі мен судың тұрақты қоспалары бар екендігіне сүйенді. Әсіресе озонды электролизбен алғанда, көптеген зерттеушілер 1845 жылы Де-ла-Рив пен Мариньяк эксперимент жүзінде, озон таза оттегінен алынатындығын байқап, озон-оттегінің ерекше күйі деп қорытындыға келді.

   Бір қызығы осыған ұқсас  нәтижені, яғни оттегінен озонды  Шонбейн тағыда 1844 жылы алды. Алайда  сол кезде озон табиғаты жайлы  қарама-қайшылықтарға сүйеніп, бұл нәтижесі мән бере қойған жоқ.

-9-

 

  Тек 1849 жылы оқымысты озон  тек таза оттегінен алынатын, ол оттегінің аллотропиялық модификациясы екендігін білді.

  Алайда пікірталастар бұнымен  аяқтала қойған жоқ. Сол кезде  газдардың кейбір екі атомды  молекулалары, мысалы сутегі қарама-қарсы зарядталған атомдардан тұрады деп санады. Бұл гипотезаны оттегіне пайдаланып, Шонбейн кәдімгі оттегі молекуласы екі қарама-қарсы зарядталған бөлшектерден: теріс зарядталған активті бөлшек – Озон және оң зарядталған бөлшек- антозаннан тұрады деді. Озон мен антозан бар екендігі кейбір перокси қосылыстардың қасиеттерінің әртүрлілігі, біріншіден олардың немесе қышқылы әсерінен сутек пероксидін түзу және түзбеу қабілеттілігі, сонымен қатар дымқыл озонды қоспаларда тұман түзетіндігі анықталып, бұл озонның ыдырау процесінің нәтижесі екендігі, соның ішінде оның су буы конденсациясына әсері, бұл қасиетке тек озон ғана емес, кейбір басқа тұрақсыз қосылыстар жатады.

   Бұл уақытта озон табиғаты  жайлы басқа  да көзқарастар  айтылды. Оны бөліну уақытына дейін атомарлы оттегі немесе ерекше күйдегі қозған поляризацияланған, электрленген молекула күйіндегі оттегі деп қарастырды.

   1860 жылы Эндрюс пен Тайт  оттегін иодты калий қатысында және оның қатысынсыз түзілуі мен ыдырау көлемінің өзгеруін анықтады. Олар мынадай қорытындыға келді.  Озон – оттегінің конденсирленген формасы. Алайда олардың тәжірибелерінің нәтижелері озонның дәл формуласын шығаруға келмеді. Формуласын О2+n түрінде болады деді.

   Озонның бірінші дәл формуласын 1865 жылы Сорэ ұсынды. Ол озондаған оттегінің қыздыру жолымен және озонның маймен сіңіруіндегі көлем өзгерісінің сандық қатынасын озонды-оттегі қоспасымен оттегінің өздігінен ыдырамауы байқалады. Сорэ тәжірибелерінің нәтижелері бойынша озон молекуласы оттегінің үш атомынан тұратындығы анықталды.

   1867 жылы Сорэ өзінің алған  нәтижелерін бекітіп, салыстырмалы  диффузия жылдамдығын өлшеу  жолымен  озонның молекулалық массасын  анықтады.

   Сорэ нәтижелері басқа  зерттеушілерден қолдау тауып, ХІХ ғасыр аясында

-10-

озон молекуласы үш атомнан тұрады деп қабылданды.

 

   Алайда басқа оттегі молекуласының  болу мүмкіндігі жайлы пікірталас жалғаса берді, мысалы Оn (оксозон) және т.б. Пікірталастың жаңа пәні – озонның құрылыс формуласы пайда болды.

   Қалыпты жағдайда озон - өте интенсивті (көгілдір) газ. Түсі 1 м қабатта оттегінде 10-15% мөлшерде байқалады.

   Сұйық озон – күңгірт  көк мөлдір емес сұйықтық.

   Қатты озон – күңгірт  сия көк ине тәрізді кристалдар.

   Озон өзіне тән иісі  бар озон 10-7 – 10- 8 % мөлшерінде байқалады.

   Иісті сезу шекарасы жеке  және азот тотықтары қоспасына  байланысты.

   Таза озон барлық үш  агрегаттық күйде бола алады, жарылғыш.

   Озонның маңызды физика  – химиялық қасиеттері төменде көрсетілген:

 

Молекула салмағы                                             48

Қайнау температурасы (760мм рт. ст.)            ―111,9°С

Балқу температурасы   (760мм рт. ст.)            ―192,7°С

Критикалық температура                                   ―12,1°С

Критикалық қысым                                             54,6 атм

Критикалық тығыздық                                        0,437 г/мл

Критикалық көлемі                                             0,147 л/моль

Газдың тығыздығы (0°С)                                     2,144 г/л

Сұйықтың тығыздығы

              (―183°С)                                                1,571 г/мл

               (―195,4°С)                                            1,614 г/мл

Жоғарғы салмақтық (―183°С)                            38,1 дн/см

Жылу сыйымдылығы Ср:

               (100°С)                                                   10,39 кал/моль· град

                (―173°С)                                               7,95 кал/моль· град 

Байланыс (сұйықтық, ―183°С)                           1,55 сПз

Булану жылылығы (―112°С)                              75,6 кал/г

-11-

 

Пайда болу жылылығы (∆ Н°, 25°С)                  34,5 ккал/моль

Еру жылылығы (Н2О, 18°С)                                3,9  ккал/моль   

Еркін энергия (∆ Ғ°, 25°С)                                    38,4 ккал/моль

Ван-дер-Ваальс константы

 

 

 

                           а                                                    3, 545 атм · л2 · моль-2

                           в                                                    0,04903 л/моль

Магнитті қабылдау (× 10-6):

                         газ                                                   0,002 ед. СGS  

                         сұйықтық                                       0,15 ед. СGS 

Жылу өлшемінің коэффициенті

  (× 103):

        ―183°С                                                          2,0

         ―112,4°С                                                       2,5

Энтропия:

             St + R                                                          56, 51 кал/моль· град

             S υ                                                                              0, 38 кал/моль· град  

Иондалу потенциялы                                           12,8 эВ

Электронға ұқсастығы                                          1,9―2,7 эВ

Дипольды момент                                                 0,53 D

Тұрақты диэлектрлі                     

                 О3 газ (О°С)                                           1,0019

                 О3 сұйықтық (- 183°С)                          4,75

 

  Осы деректерді құрастыруға соңғы әрі сенімді әдебиеттер мәліметтері қолданылды.

   Енді кейбір озонның физико-химиялық қасиеттеріне тоқталайық.

 

-12-         

1.1. Озон молекуласының құрылысы.

 

Озон молекуласы сызықты емес. Ол тең қабырғалы үшбұрыш формасына ие, үшбұрыш негізінде оттек атомдары орналасып, бір-бірімен нашар әрекеттеседі (себебі араларында кері тебу күштері әсер етеді) молекуланың геометриялық параметрлері (α-үшбұрыштың төбесіндегі бұрыш, d – бүйір қабырғасының ұзындығы, оттегінің әрекеттесуші атомдарындағы байланыстың ұзындығы) әртүрлі әдістермен анықталды. ИК спектр есептеулерінің электронографиялық әдісі бойынша       α = 127° ± 3°, d  = 1,26° ± 0,02Å. Қысқа толқынды зерттеулер бойынша  α = 116° 49 ± 30;   d  = 1,278 ± 0,003А. Осылайша, осы екі әдістермен алынған байланыс ұзындығының мәндері сәйкес келсе, ал α бұрыш мәні тек 10°-ге ауытқиды. Мүмкін бұл алшақтық қоспалардың болуымен немесе озон молекуласының қозған күйіне байланысты шығар. Геометриялық параметрлердің мәні және басқада молекула тұрақтылары, көбінесе диполь моментінің мәндеріне тәуелді болады. Егер алынған мәндердің екіншісі диполь моментінің мәндерінен алынады.

   Озон молекуласындағы О  – О байланыс ұзындығы (1,28 Å) жай  байланыс ұзындығынан аз, (1,49 Å  в (Н-О-О-Н)) және қос байланыстың ұзындығынан үлкен болады, сипаты бойынша қос байланысқа жақын деуге болады. Оны σ байланыстың екі бұлты атомдар арасында және π орбиталары делокализациялаған.

   Озонның сіңіру спектрі  өте интенсивті; ол негізінен  атмосферадағы озон мөлшеріне байланысты және оның геофизикалық процестердегі роліне байланысты.Озон көптеген сіңіру жолақтарына ие болады, ол алыс инфрақызылдан қысқа толқынды ультракүлгін аймақты қамтиды. Озонның сіңіру жолақтарының жалпы түрі 2 суретте көрсетілген. Ординат өсі 10 коэффициентіне негізделген озонның сіңіру коеффициенті R (см-1), ол        J = J0 · 10 –dR , мұнда d – қ.ж. келтірілген озонның қабаты (см)

   Барлық қызық келесі сіңіру жолақтарында болып табылады. Бұл 5-15 мкм инфрақызыл аймақ. Бұл жолақтар молекуланың айнымалы- тербелмелі

-13-

өтуімен байланысты және ол озон құрылысын табуда және геофизикалық зерттеулерде ерекше орын алады. Озонның жердегі инфрақызыл сәулелерді сіңіретіндігі, сонымен бірге оның салқындап кетуінен қорғайды.

   Көрінетін және ультракүлгін аймақтарда жолақтың төрт жүйесі бар, ол зерттеушілердің атымен аталған.

   Спектрдің көрінетін аймағындағы  кең жолақ болып Шаппюи жолағы  саналады, ол 6285 және 4440 Å с аралығында кейде 6000 Å дейін барады. Бұл жолақ озонның үш агрегаттық күйіндегі көк түсті қамтиды. Ультракүлгін аймақта үш жолақ жүйесі бар: Шалона – Лефевра жолағы 3650 ден 3400 Å аралығын, Хьюггенс жолағы ол 3400 – ден 3050 Å аралығын және Хартли жолағы, ол 3200 ден 2200 Å аралығын қамтиды.

   Хартли жолағында сіңіру  энергиясы озон молекуласындағы байланысты үзу энергиясымен пара-пар:

   О3 = О2 (3Σ) + О (1D) ( ~ 4 э В, немесе 2680 Å).

   Оттегі молекуласы мен  атомдарындағы белгілеулер  (3Σ) және (1D) оның квантық күйін түсіндіреді. Атомның электрондық күйін көбінесе мLJ түрінде, ондағы L – атомның орбиталь квант саны. Оны L әріпімен белгілейді: L  = О,S; L  = 1, P; L  = 2, D және т.б.     М - термнің мультиплеттілігі; J – атомның толық квант саны.

   О (1D) – деп оттегі атомының қозған күйін мультитетті, бірге тең деп есептейді. Атомның негізгі күйі 3P2 түрінде жазылады.

   Екі атомды молекула үшін  атомдардың сәйкесті квант сандарының  қосындысы алынады. Бұл қосынды  немесе сумманы Σ, М, ∆ әріптерімен белгілейді. Сол жақ жоғарысында цифр термнің мультиплеттігін көрсетеді.

   Хартли жолағындағы күшті сіңіру Жер бетінде күн спектрінің үзілуіне әкелді. Ол 2900 Å- нен аз, бұл біздің жер планетамызды қысқа толқынды сәулелерден қорғау үшін маңызды. Үлкен сіңіру Хартли жолағын газ тәрізді және сұйық озонды анализдеуде маңызды. Ултракүлгін аймақтағы сіңіру коэффициенті температураға байланысты. (температураның өсуіне байланысты коэффициентте өседі.)

   Өте күшті сіңіру сонымен  қатар қысқа толқынды сәуле  кезінде де 

-14-

байқалады (1000-2000 Å).

   Сұйық және газ тәрізді озонның ерігіштігі және оның адсорбциясы туралы бір-екі ауыз сөз. 183°С – тан жоғары болғанда сұйық озон сұйық оттегі мен барлық қатынаста араластырады. Бұдан төменгі температурада қабатқа бөліну байқалады.

   Озон – оттегінің сұйық  қоспасы аддитивті қасиет арналған. Мысалы, тығыздық, тұтқырлық, диэлектрлік тұрақтылар озонды – оттекті қоспалар құрамының сызықты функциясы болып табылады.

   Озон, оттегіге қарағанда суда жақсы еріп, тұрақсыз ерітінділер түзеді, озонның ерітіндідегі ыдырау жылдамдығы газды фазаға қарағанда жоғары және бұл судағы қоспаларға байланысты болады.

   Озонның ыдырауы оның  ерігіштігін дәл анықтауға қиындықтар  келтіреді, сондықтан зерттеушілердің  әртүрлі алған мәліметтері бір-бірінікімен  сәйкес келмейді.

   Озонның судағы ерігіштігі  оның газды фазадағы әртүрлі мөлшеріне қарай Генри заңына бағынады.

   Судағы электролит ерітінділеріндегі  озонның ерігіштігін анықтау  қиындайды,себебі озонның ыдырау  жылдамдығына иондар әртүрлі  әсер етеді.

   Тұздар ерітінділерінде  озонның ерігіштігі суға қарағанда  аз болады.

   Суға қарағанда, органикалық  еріткіштерде озон жақсы ериді. Төртхлорлы көміртегінде озонның  ерігіштігі суға қарағанда 5 есе  жоғары. Озон хлороформда да жақсы  ериді.

   Төменгі температурады (―80°С) силикагел, алюмогел және асбесте  озон жақсы адсорбцияланады, және бірмезгілде озонның да ыдырауы байқалады.

   Озонды адсорбциялау оны  оттегінен бөліп алу үшін және  оны азот тотықтарынан және  судан тазарту үшін қолданады.

 

 

 

                   

-15-

1.2. Озонның түзілуі мен ыдырауы.

 

                                                3О2 2О3                                                                                           (1)

термодинамикалық мәліметтерді есептеулер жүргізгенде төменгі температурада газ негізінен молекулярлық оттегінен тұратындығын, ал жоғарғы температурада атомарлы оттегінен тұрады деді. Жоғары максимальды тепе теңдіктегі қысым 3500К температурада барлығы

9 · 10-7атм құрады.

   Тәжірибеде бақылаулардағы  озон концентрациясының көп болуының  себебі қандай?

   (1) тепе-теңдіктегі озонның атомарлы оттегі мен молекулярлы оттегінің түзілуі мен өнімнің ыдырау реакциясы маңызды роль атқарады.  

                                     О2 + О + М  О3 + М                                                     (2)    

   Мұндағы М жүйедегі кез-келген  бөлшекті көрсетеді. Ол түзілген озон молекуласынан энергияның шығуы үшін қажет.

   Жоғары температурада, атомарлы  оттегінің мөлшері көп болғанда (2) реакциядағы тепе-теңдік солға қарай атомарлы оттегі жағына қарай ығысып, озонның түзілуі байқалмайды. Төменгі температурада тепе-теңдік озонның түзілуі жағына ығысады, атомарлы оттегінің порцальды қысымы аз және одан әрі озонның түзілуі байқалмайды.

   Озонның белгілі мөлшердегі  концентрациясын алу үшін 2 жағдай қажет: салыстырмалы төменгі температура, реакциядағы тепе-теңдікті озонның түзілу жағына, және үлкен «жоғары тепе-теңдікті» атомарлы оттегінің концентрациясын береді.

   Бұл жағдайларды орындау, О2 молекуласының диссосациясын қамтамасыз етіп, нәтижесінде термиялық емес әрекеттердің жүйеге әсерін – сәулелену – жылдам бөлшектердің ағыны, электродты процестер, кейбір химиялық реакциялар – ол озонның әрқашан түзілуіне, ал төменгі температурада атомарлы оттегінің бөлінуі мен сипатталатын процестер жүреді.

   Озонның фотохимиялық түзілуі  газ тәрізді немесе сұйық оттегінің ультракүлгін сәулеленуі кезіне толқын ұзындығы λ < 2100 Å кіші болғанда

-17-

квантты шығыны 2 тең болған кезде байқалады.

   Квантты шығым толқын  ұзындығы, ( λ < 2000 Å), қоспа азоттың  қысымы және температураға тәуелді  емес. Озонның фотохимиялық түзілуінің механизмі әлі күнге дейін соңына дейін зерттелмеген.

   Бастапқыда квантты сіңіргенде  оттегі молекуласы атомдарға  дейін ыдырайды:

                                                О2 + hν = 2 О.

Содан соң екі түзілген оттегі атомдардың әрбіреуі молекулалармен әрекеттесіп, озон береді.

                                             О + О2 + М = О3 + М.

Осылайша, әрбір сіңірілген жарық квантынан екі озон молекуласы пайда болады, яғни квантты шығым 2-ге тең болады.

   Сол уақытта молекула  диссоцияциясы үшін екі қалыпты атомға энергия қажет етіледі λ = 2430 Å.

   Осы қайшылықты  жою мен  озонның 1750 Å < λ < 2100 Å-де түзілуін  түсіндірді және активті қозған  оттегі молекуласы болу мүмкіндігі  туралы сөздер болды.

   Термиялық емес, фотохимиялық  реакциялардың жалпы механизмі екі типтегі процестермен түсіндіріледі.

   Біріншілік процестердің  нәтижесінде химиялық активті бөлшектер пайда болады.

   Активті бөлшектер екіншілік  реакцияларға түсіп соңғы өнімдерді  түзуі мүмкін.

   Екіншілік процестер кәдімгі термиялық сипатқа ие болады. Реакциялардың жүруі термодинамика заңдарына бағынбайды, себебі біріншілік процестердің нәтижесінде жоғары тепе-теңдіктегі активті бөлшектер концентрациясы пайда болып және сәйкесті жоғары тепе-теңдікті концентрациялы өнімдер пайда болады.

   Озонның фотохимиялық түзілуі  мен оның ыдырауы өтеді.

   Бұл реакциядан максимальды  концентрация көлемі бойынша 2%-ке тең болады. Озон өндірісіне кететін энергия мөлшері өте жоғары.

  -18-

 Атмосферада озонның түзілуіне  фотохимиялық реакциялардың ролі өте жоғары.

   Озонды синтездеудің келесі  әдісі – бұл оның тез бөлшектердің  ағынында алу. Бөлшектердің ағыны  деп, біріншіден радиакциялық сәулелену, екіншіден, электр разрядындағы электрондар ағыны.

   Озон сонымен бірге атомарлы  оттегін бөлетін химиялық реакциялар кезінде түзіледі. Озон мынадай жағдайда, фосфор тотыққанда, оттекті қосылыстардың айырылу реакциясы тұздар ерітіндісіне фтордың әсері және т.б. түзілуі мүмкін.

   Озон молекулярлық оттегі  жылуды сіңіру кезінде түзіледі, ол үш агрегаттық күйінде де тұрақсыз қосылыс болады.

   Озон жарылғыш зат, оның  қасиеттері зерттелмеген.Сұйық және  газ тәрізді озонның қасиеттері  толық зерттелген.

 

1.3.Озонның химиялық қасиеттері.

 

   Екі негізгі белгісімен: біріншіден, тұрақсыздығы және тотықтырғыш әрекетімен сипатталады.

   Аз концентрацияда және  каталитикалық қоспалар жоқ болғанда  озон жәй бұзылады. Температураны 100-150°С-ге дейін көтергенде озонның  ыдырау жылдамдығы барынша жоғарылайды. Активтену энергиясы 18-ден 30 ккаль/моль-ға дейін жетіп, бұл жүйенің құрамының өзгеруін байланыстырады.

   Озонның ыдырау механизмі, гомогенді және гетерогенді стадияларға қатысып, сыртқы жағдайдың өзгеруімен бірге өзгереді. Атап айтқанда термиялық ыдыраудың механизмі қысымға байланысты болады.

   Газ тәрізді озонның ыдырау  жылдамдығы кейбір газдарды қосқанда, мысалы NO, CI2 , Br2, I2 және т.б. Мұндай қоспалардың әсер ету механизмі тізбекті процестерден тұрады.

   Гетерогенді реакциялар жағдайында мынадай катализаторлар активті көмір ауыспалы валентті металдар (марганец, кобальт, темір және т.б.) көптеген

-19-

тотықтар (күміс тотығы, темір, никель, фосфордың бес валентті оксиді және т.б.), BaO2  барий перекисі және гидроперекистерін қосса, озонның ыдырау жылдамдығы артады.