НЭС/Озон
Озон — особая неустойчивая аллотропическая модификация кислорода, отличающаяся от обыкновенного кислорода (Шаблон:Хим2), содержащегося в воздухе, более сложным составом молекулы —Шаблон:Хим2—, повышенной химической активностью и другими свойствами. О. был открыт Шенбейном в 1840 г., но только благодаря Делариву, Мариньяку, Эндрюсу и др. было выяснено, что в этом газе не содержится ничего, кроме кислорода. Шенбейну мы обязаны подробным исследованием условий образования и химических свойств О. Ничтожные следы О. содержатся в воздухе, при чем в высших слоях атмосферы его больше, нежели близ земной поверхности (повидимому, он возникает при действии ультра-фиолетовых лучей на кислород воздуха; см. ниже). На высоте 8000 фут. над уров. земли 1 объем озона содержится в 4000000000 объемах воздуха; на высоте 10 миль — 1 объем в 9000000 объемах. Воздух населенных местностей, вообще воздух испорченный, содержащий летучие органические соединения, совершенно свободен от О., так как последний разрушается примесями, обусловливающими порчу воздуха. О. образуется из обыкновенного или «молекулярного» кислорода Шаблон:Хим2 при различных условиях, как-то: при действий тихого электрического разряда, при освещении ультра-фиолетовыми лучами, под влиянием очень высокой темп. (если затем следует весьма быстрое охлаждение). С другой стороны, О. образуется при многих химических реакциях: при медленном окислении фосфора на воздухе, при действии свободного фтора на воду (Шаблон:Хим2 = 2HF + O), при разложении многих перекисей крепкой серной кислотой (напр., из перекиси бария Шаблон:Хим2), а по Брунку также при разложении многих солеобразных окислов (особенно Шаблон:Хим2, HgO и Шаблон:Хим2) действием высокой темп. Во всех этих случаях всегда только некоторая и по большей части небольшая часть кислорода превращается в О.; получается так назыв. озонированный кислород. Удобнее всего О. получать действием на обыкновенный кислород (или на воздух) тихого электрического разряда, что достигается пропусканием тока подлежащего озонизации газа между двумя проводящими, но изолированными друг от друга поверхностями. Для этой цели служат особые приборы, носящие название озонизаторов. На рисунке изображен озонизатор Бертло, в котором кислород проходит через стеклянную трубочку O в концентрическое пространство между внутренним сосудом g (имеющим форму пробирки) и наружным OS. Сосуды эти сверху соединены шлифом или впаяны один в другой. Весь прибор погружается в цилиндр W. В этот последний, а также во внутренний сосуд g наливают серной кислоты или просто воды, и погружают в них проволоки dd, соединенные с противоположными полюсами индуктора или иного генератора тока высокого напряжения. Таким образом тихий разряд происходит между обеими жидкостями через толщу стеклянных стенок и через газ, проходящий в пространстве между сосудами g и OS. Выходящий через S кислород оказывается «озонированным». В зависимости от условий опыта концентрация О. в кислороде колеблется в широких пределах. Чаще всего она лежит в пределах 5—10% по объему, но может быть и больше (до 20%) и меньше. Будучи газом при обыкновенной темп., О. при сильном охлаждении сгущается в темносинюю жидкость, кипящую при −119°. Газообразный О. также обладает синим цветом, но соответственно ослабленным, а спектр его показывает ряд характерных полос поглощения. В 1 объеме воды при 0° и 760 мм. растворяется 0,49 объемов озона (т.-е. примерно в 10 раз больше, нежели кислорода). Характернейшим свойством О. является его крайняя неустойчивость. Он медленно переходит в кислород Шаблон:Хим2 уже при обыкновенной темп., быстрее при нагревании. Весьма быстро О. разлагается в водном растворе. При пропускании тока озонированного кислорода через трубку, нагретую, примерно, до 260°, разрушение О. совершается полностью (Шаблон:Хим2), и в выходящем газе нельзя открыть даже следов О. О. разлагается также под влиянием освещения ультрафиолетовыми лучами определенной длины волны. По исследованиям Регенера, длина волны разлагающих О. лучей лежит в пределах от 300 до 185 μμ. В этой области как-раз лежит одна из полос поглощения О. (λ = 257 μμ). Интересно, что Шаблон:Razr О. из Шаблон:Хим2 происходит при действии другой группы ультрафиолетовых лучей с более короткой длиной волны (меньше 200 μμ), при чем эти лучи (начиная с 193 μμ) сильно поглощаются кислородом (Шаблон:Хим2). Газообразный О., не разбавленный другим газом, обладает сильно-взрывчатыми свойствами. В соответствии с малой стойкостью О. стоит и его эндотермическая природа, и условия его образования и большая химическая активность. При образовании из обыкновенного кислорода 1-грамм-молекулы О. поглощается 34,5 б. калории. Отсюда понятно, почему О. возникает из Шаблон:Хим2 при очень высокой темп. (по закону Вант-Гоффа равновесие между кислородом и О. Шаблон:Хим2 сдвигается в сторону образования О. с повышением температуры). Вообще О. образуется из Шаблон:Хим2 при действии энергии в «концентрированной» форме. О. является сильным окислителем, так как многие реакции окисления, не идущие с обыкновенным кислородом, легко совершаются при участии О. При этом часто, но не всегда, активную роль играет только один из трех атомов О., а два других дают молекулу обыкн. кислорода. Особенно характерны следующие реакции. О. вытесняет иод из Шаблон:Razr или слабощелочного раствора иодистого калия или натрия:
Шаблон:NoindentПри этом выделяется свободная едкая щелочь, а потому О. окрашивает в синий цвет не только «иодокрахмальную» бумажку (KJ + крахмал), но и красную лакмусовую. Весьма характерна для О. способность вызывать чернобурое окрашивание (тщательно очищенной) серебряной пластинки. Реакция эта, вероятно обусловленная образованием малых количеств перекиси Шаблон:Хим2, хорошо идет вблизи 160°, а потому для того, чтобы ее воспроизвести, довольно сильно нагретую (на голом огне) чистую серебряную пластинку вносят в атмосферу О.-содержащего газа: темные пятна окисла появляются по мере охлаждения пластинки (эта реакция не особенно чувствительна, но зато весьма характерна, так как не получается ни с одним из других известных газообразных окислителей). Далее, О. вызывает окисление ртути (которая в начале воздействия О. утрачивает блестящий вид и прилипает к стеклу); превращает закись таллия Шаблон:Хим2 — в черную окись Шаблон:Хим2, серу в присутствии воды — в серную кислоту, азотистую кислоту — в азотную и т. д. Равным образом О. действует окисляющим образом на многие органические соединения: так, он окисляет метан до формальдегида, этиловый спирт — до уксусного альдегида, индиго — до изатина (поэтому О. обесцвечивает разбавл. раствор индиго) и пр. Каучук, поглощая О., очень быстро теряет эластичность и легко рвется на куски. Особенно характерно действие О. на непредельные органические соединения, подробно изученное Гарриесом. В простейшем случае молекула Шаблон:Хим2 присоединяется к ненасыщенной молекуле по месту двойной (этиленной) связи, образуя так наз. Шаблон:Razr, тела неустойчивые, иногда взрывчатые; водою они разлагаются по месту бывшей этиленной связи, при чем образуются одновременно две молекулы альдегида (или кетона) и одна молекула перекиси водорода. Напр., из триметилэтилена образуется ацетон, ацетальдегид и Шаблон:Хим2:
На этом свойстве О. основан простой и удобный метод как для определения числа этиленовых связей в частице органических соединений, ибо на каждую такую связь присоединяется (особенно в случае углеводородов и спиртов) по 1 молекуле О., так и для изучения химической структуры непредельных соединений по продуктам их окислительного распада, ибо распад озонидов совершается, по большей части, гладко и не сопровождается процессами изомеризации. Будучи сильным окислителем, О. является ядом для живых организмов вообще и в частности для микробов. На этом основано применение его в качестве дезинфецирующего средства, в особенности — для обезвреживания питьевой воды. Приведенные в соприкосновение с водой, содержащей микробов-возбудителей холеры, тифа, дизентерии, О. быстро убивает их и делает воду годной для питья. Большие озоновые установки (источником тока для озонизаторов служат мощные динамо) имеются во многих крупных городах Европы, в том числе в Петрограде. Молекулярный вес О. был определен Соре, Ладенбургом и др. Он оказался отвечающим молекуле Шаблон:Хим2, состоящей из трех атомов кислорода. Чтобы определять необходимую для этого вывода плотность газообразного О., по недоступности последнего в чистом состоянии, Соре воспользовался способностью некоторых жидкостей целиком поглощать О. из смеси его с обыкн. кислородом. К таким жидкостям относятся скипидар, коричное масло и др. тела, в состав которых входят непредельные соединения, образующие озониды (см. выше). Пусть объем некоторого количества озонированного кислорода после встряхивания с подобного рода поглотителем сократился с V куб. с. до V1 куб. см., тогда V − V1 будет объем О., заключавшегося в данной смеси, a V1 — объем кислорода. Если теперь, взяв тот же объем V первоначальной смеси, разрушим в нем О. нагреванием, то объем соответственно увеличится. Пусть он сделается = V2. Тогда V2 − V1 будет объем той части кислорода (Шаблон:Хим2), которая образовалась из V − V1 куб. см. О., а потому отношение будет показывать, во сколько раз О. будет тяжелее кислорода при равных объемах. Подобные опыты в руках различных авторов дали практически один и тот же результат. Отношение оказалось близким к 1,5, а так как, по закону Авогадро, оно есть в то же время и отношение между молекулярными весами О. (x) и кислорода (32), то молекула О. должна быть = 48 и состоять из трех атомов О. Структурно-химически молекулу О. можно представить так:
«Шаблон:Razr». Недавно Гарриес показал, что при действии тихого разряда из обыкновенного кислорода кроме О. Шаблон:Хим2 получается еще другой «озон» более сложного состава, вероятно Шаблон:Хим2, или «оксозон», менее стойкий по сравнению с обыкновенным О. и разрушающийся при пропускании над едкими щелочами. С другой стороны, Дж. Томсон с помощью своего метода положительных лучей доказал образование при действии на разреженный Шаблон:Хим2 электрического разряда кроме молекул O, Шаблон:Хим2 и Шаблон:Хим2 еще и более сложных Шаблон:Хим2. Таким образом, повидимому, существует целый ряд уплотненных аллотропических модификаций кислорода или надозонов.