Здавалка
Главная | Обратная связь

Химические свойства

Стр 1 из 2Следующая ⇒

Озон

Озо́н (от др.-греч. ὄζω — пахну) — состоящая из трёхатомных молекул O3 аллотропная модификация кислорода. При нормальных условиях — голубой газ. При сжижении превращается в жидкость цвета индиго. В твёрдом виде представляет собой тёмно-синие, практически чёрные кристаллы.

Строение озона

Обе связи O-O в молекуле озона имеют одинаковую длину 1,272 Å. Угол между связями составляет 116,78°.[1] Центральный атом кислорода sp²-гибридизован, имеет одну неподелённую пару электронов. Порядок каждой связи 1,5, резонансные структуры — с локализованной одинарной связью с одним атомом и двойной с другим и наоборот. Молекула полярна, дипольный момент 0.5337 D.[2]

История открытия

Впервые озон обнаружил в 1785 г. голландский физик М. ван Марум по характерному запаху и окислительным свойствам, которые приобретает воздух после пропускания через него электрических искр. Однако как новое вещество он описан не был, ван Марум считал, что образуется особая «электрическая материя».

Термин озон предложен немецким химиком X.Ф. Шёнбейном в 1840 г., вошёл в словари в конце XIX века. Многие источники именно ему отдают приоритет открытия озона в 1839 г.

Физические свойства

  • Молекулярная масса — 48 а.е.м.
  • Плотность газа при нормальных условиях — 2,1445 мкг/м³. Относительная плотность газа по кислороду 1,5; по воздуху — 1,62 (1,658[3]).
  • Плотность жидкости при −183 °C — 1,71 г/см³
  • Температура кипения — −111,9 °C. Жидкий озон — тёмно-фиолетового цвета.
  • Температура плавления — −197,2 ± 0,2 °С (приводимая обычно т.пл. −251,4 °C ошибочна, так как при её определении не учитывалась большая способность озона к переохлаждению)[4]. В твёрдом состоянии — чёрного цвета с фиолетовым отблеском.
  • Растворимость в воде при 0 °С — 0,394 кг/м³ (0,494 л/кг), она в 10 раз выше по сравнению с кислородом.
  • В газообразном состоянии озон диамагнитен, в жидком — слабопарамагнитен.
  • Запах — резкий, специфический «металлический» (по Менделееву — «запах раков»). При больших концентрациях напоминает запах хлора. Запах ощутим даже при разбавлении 1 : 100000.

Химические свойства

Образование озона проходит по обратимой реакции:

3O2 + 68 ккал/моль (285 кДж/моль) ⇄ 2O3.

Молекула О3 неустойчива и при достаточных концентрациях в воздухе при нормальных условиях самопроизвольно за несколько десятков минут[5] превращается в O2 с выделением тепла. Повышение температуры и понижение давления увеличивают скорость перехода в двухатомное состояние. При больших концентрациях переход может носить взрывной характер. Контакт озона даже с малыми количествами органических веществ, некоторых металлов или их окислов резко ускоряет превращение.

В присутствии небольших количеств HNO3 озон стабилизируется, а в герметичных сосудах из стекла, некоторых пластмасс или чистых металлов озон при низких температурах (—78 °С) практически не разлагается.

Озон — мощный окислитель, намного более реакционноспособный, чем двухатомный кислород. Окисляет почти все металлы (за исключением золота, платины и иридия) до их высших степеней окисления. Окисляет многие неметаллы. Продуктом реакции в основном является кислород.

2 Cu2+(aq) + 2 H3O+(aq) + O3(g) → 2 Cu3+(aq) + 3 H2O(l) + O2(g)

Озон повышает степень окисления оксидов:

NO + O3 → NO2 + O2

Эта реакция сопровождается хемилюминесценцией. Двуокись азота может быть окислена до трёхокиси азота:

NO2 + O3 → NO3 + O2

с образованием азотного ангидрида N2O5:

NO2 + NO3 → N2O5

Озон реагирует с углеродом при нормальной температуре с образованием двуокиси углерода:

C + 2 O3 → CO2 + 2 O2

Озон не реагирует с аммониевыми солями, но реагирует с аммиаком с образованием нитрата аммония:

2 NH3 + 4 O3 → NH4NO3 + 4 O2 + H2O

Озон реагирует с водородом с образованием воды и кислорода:

O3 + H2 → H2O + O2

Озон реагирует с сульфидами с образованием сульфатов:

PbS + 2O3 → PbSO4 + O2

С помощью озона можно получить Серную кислоту как из элементарной серы, так и из двуокиси серы:

S + H2O + O3 → H2SO4

3 SO2 + 3 H2O + O3 → 3 H2SO4

Все три атома кислорода в озоне могут реагировать по отдельности в реакции хлорида олова с соляной кислотой и озоном:

3 SnCl2 + 6 HCl + O3 → 3 SnCl4 + 3 H2O

В газовой фазе озон взаимодействует с сероводородом с образованием двуокиси серы:

H2S + O3 → SO2 + H2O

В водном растворе проходят две конкурирующие реакции с сероводородом, одна с образованием элементарной серы, другая с образованием серной кислоты:

H2S + O3 → S + O2 + H2O

3 H2S + 4 O3 → 3 H2SO4

Обработкой озоном раствора йода в холодной безводной хлорной кислоте может быть получен перхлорат йода (III):

I2 + 6 HClO4 + O3 → 2 I(ClO4)3 + 3 H2O

Твёрдый нитрилперхлорат может быть получен реакцией газообразных NO2, ClO2 и O3:

2 NO2 + 2 ClO2 + 2 O3 → 2 NO2ClO4 + O2

Озон может участвовать в реакциях горения, при этом температуры горения выше, чем с двухатомным кислородом:

3 C4N2 + 4 O3 → 12 CO + 3 N2

Озон может реагировать при низких температурах. При 77 K (-196 °C), атомарный водород взаимодействует с озоном с образованием супероксидного радикала с димеризацией последнего[6] :

H + O3 → HO2 + O

2 HO2 → H2O2+O2

Озон может образовывать озониды, содержащие анион O3−. Эти соединения взрывоопасны и могут храниться при низких температурах. Известны озониды всех щелочных металлов. KO3, RbO3, и CsO3 могут быть получены из соответствующих супероксидов:

KO2 + O3 → KO3 + O2

Озонид калия может быть получен и другим путём из гидроокиси калия[7]:

2 KOH + 5 O3 → 2 KO3 + 5 O2 + H2O

NaO3 и LiO3 могут быть получены действием CsO3 в жидком аммиаке NH3 на ионообменные смолы, содержащие ионы Na+ или Li+[8]:

CsO3 + Na+ → Cs+ + NaO3

Обработка озоном раствора кальция в аммиаке приводит к образованию озонида аммония, а не кальция[6]:

3 Ca + 10 NH3 + 6 O3 → Ca•6NH3 + Ca(OH)2 + Ca(NO3)2 + 2 NH4O3 + 2 O2 + H2

Озон может быть использован для удаления марганца из воды с образованием осадка, который может быть удалён фильтрованием:

2 Mn2+ + 2 O3 + 4 H2O → 2 MnO(OH)2 (s) + 2 O2 + 4 H+

Озон превращает цианиды во много раз менее токсичные цианаты:

CN− + O3 → CNO− + O2

Озон может полностью разлагать мочевину[9] :

(NH2)2CO + O3 → N2+ CO2 + 2 H2O

Взаимодействие озона с органическими соединениями с активированным или третичным атомом углерода при низких температурах приводит к соответствующим гидротриоксидам.

Получение озона

Основная статья: Озонатор

Озон образуется во многих процессах, сопровождающихся выделением атомарного кислорода, например при разложении перекисей, окислении фосфора и т. п.

В промышленности его получают из воздуха или кислорода в озонаторах действием электрического разряда. Сжижается O3 легче, чем O2, и потому их несложно разделить. Озон для озонотерапии в медицине получают только из чистого кислорода. При облучении воздуха жёстким ультрафиолетовым излучением образуется озон. Тот же процесс протекает в верхних слоях атмосферы, где под действием солнечного излучения образуется и поддерживается озоновый слой.

В лаборатории озон можно получить реакциями пентафторида висмута и некоторых сильных окислителей с водой.

12Следующая ⇒






©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.