Озон

Озон, аллотропия, модификация кислорода; частица его принимается состоящей из 3 атомов, что и выражается ф-лой 0₃. В технике О. находит применение как энергичный окислитель.

Физические свойства. О. газообразен при обычных t° и давлении и почти бесцветен, но в более толстом слое (1 м) имеет синеватый цвет; обладает характерным спектром поглощения. В жидком виде О. имеет темносинюю окраску. Обладает своеобразным запахом, к-рый чувствуется еще при концентрации ί : 500 000. Уд. в О. в газообразном состоянии 1,5 по отношению к кислороду или 1,62 по отношению к воздуху; 1 л О. при 0° и 760 миллиметров весит 2,1445 г. Уд. в жидкого О. при —183° 1,71; 112° и

ί°„_, — 251,5°; критич. давление (по Пикерингу) 92,3 aim; критич. плотность 0,54 г/см³; теплота испарения 4,88 kj на г-атом; теплота образования—24 600 cal на г-мол. (по Вертело) или (по позднейшим данным Яна) — 34 100 cal. Растворимость О. в воде при 0° 0,49:1 по объёму.

I Химические свойства. О. является гораздо более энергичным окислителем, чем кислород. Он при обыкновенной t° энергично действует на большинство металлов и на многие металлоиды, окисляя их; например одного пузырька озонированного кислорода (с содержанием 2% О.) достаточно, чтобы ясно изменились физич. свойства нескольких кг ртути—она тускнеет и начинает прилипать к стеклу. Серебро окисляется О. в перекись серебра. Органич. вещества энергично окисляются озоном; ненасыщенные органич. соединения способны присоединять О., образуя продукты, названные Гарриесом озонидами (смотрите)· Вообще же при окислении О. реакция может идти тремя способами: 1) О. присоединяется к окисляемому веществу; 2) О. разлагается по ур-ию 0₃ -> 3 О;

3) О.разлагается по ур-ию 0₃ -* 0₂ + 0.Йодистый калий, KJ, разлагает О., выделяя иод и образуя щелочь (отличие от хлора и окислов азота, которые щелочи не образуют); поэтому для качественного определения озона может служить иодокрахмальная бумажка или нейтральная лакмусовая бумага, смоченная раствором KJ.

Физиологические свойства. В малых концентрациях (1—2 мг/м³) О. безвреден для организма; при больших же концентрациях он действует раздражающе на слизистые оболочки и с дальнейшим увеличением концентрации может вызвать даже смертельный исход. Особенно же сильно его действие на микроорганизмы и бактерии, чем и обусловливается применение О. для стерилизации. По опытам Ольмюллера, бактерии в воде быстро убиваются О., но на высушенные бактерии озон не оказывает действия. Однако Гейзе удалось показать, что в известных условиях и сухие бактерии убиваются им. Производятся опыты над действием О. на легочных больных; опыты эти пока нельзя считать законченными.

Исто р п я. Впервые па О. обратил внимаппе Ван-Марум (1785 г.), заметивший, что под действием электрических искр кислород приобретает характерный запах и способность окислять ртуть. Дальнейшие исследования над О. производил Шенбейн (1840 г.); он же и дал ему название. В 1857 г. В. Сименсом сконструирована «озоппрующап трубка·—прибор для получения Оз при помощи тихого электрич. разряда. В 1891 г. фирма Сименс и Гальске предложила аппарат для техпич. получения О.

Нахождение О. в природе. О. содержится в незначительном количестве в атмосферном воздухе, причем в верхних слоях атмосферы содержание его значительно выше, чем в нижних. Так например, в нижних слоях (в населенных местах) содержание О. определяется в несколько мг на 100 м³воздуха (4,3 мг по Шенбейну), а на высоте 2 000—3 600 метров (в Альпах) примерно в 2¹ ₂раза больше—4,7 · 10~® объёмных % (Принг). В верхних, еще неисследованных, слоях атмосферы нек-рые авторы принимают содержание О. значительно ббльшим. Содержание О. в нижних слоях атмосферы изменяется в различные часы дня и времена года: так, количество О. утром меньше, чем вечером, причем весной оно достигает максимума, а в июле минимума.

Условия образования озона. Т. к. О. есть активная модификация кислорода с большим запасом энергии, то условиями для образования его являются: 1) возможность распада 0₂ на атомы и 2) получение извне энергии в той или иной форме, а именно в виде: а) теплоты (образование О. при очень высоких t°) б) лучистой энергии (особенно лучей с короткими волнами — ультрафиолетовых и рентгеновых); в) электрич. энергии (искровой разряд и особенно— тихий разряд), или г) химической энергии (образование озона при медленном окислении белого фосфора, при действии II₂S0₄ на Ва0₂ и др.).

Получение О. в технике. Для получения О. в настоящее время пользуются исключительно аппаратами, основанными на превращении кислорода в О. под влиянием тихого электрического разряда — так называемым озонаторами. Принцип их устройства состоит в следующем. Между двумя проводящими электрический ток поверхностями (обкладками), соединенными с источником переменного тока высокого напряжения, пропускается с определенной скоростью воздух (или кислород); расстояние между поверхностями берется в соответствии с напряжением тока такое, чтобы происходил не искровой разряд, а лишь тихий (тлеющий). Под влиянием этого разряда кислород, содержащийся в воздухе, превращается в озон.

Из применяемых на практике систем аппаратов употребительны следующие: 1) фирмы Сименс и Гальске; 2) Тинда-ля-Шнеллера; 3)Аб-рагама-Мармье и

4) Мариуса Отто.

Устройство прибора фирмы Сименс и Гальске см. Вода, фигура 17. Прибор состоит из помещенной в герметический железный, выложенный внутри стеклом, ящик батареи озонаторов—металлических труб, изнутри ташке покрытых стеклом, и из вставленных в них с небольшим зазором концентрических алюминиевых обкладок. Внутренние обкладки соединяются с одним полюсом источника переменного тока, а внешние—с другим (или заземляются). Через зазор между алюминиевыми обкладками и стеклянной трубкой прогоняется воздух, где он под влиянием тихого разряда и озонируется. Трубки охлаждаются водой. Для питания аппарата служит переменный ток напряжением 6 000—8 000 V. Вследствие того что наружные обкладки (ящик) заземлены, аппарат, несмотря на пользование током высокого напряжения, совершенно безопасен для обслуживающего персонала. Аппарат, потребляющий 2 kW, дает в 1 воздуха с концентрацией в 12—13 г О. на 1 .и⁸, то есть дает выход 30 г О. на 1 kWh. Фирма выпускает ташке аппараты несколько иной конструкции, в частности аппараты, в которых обе обкладки закрыты стеклом и не соприкасаются с озоном.

В аппаратах Тин-даля-Шнеллера, в отличие от аппаратов Сименса и Гальске, разряд προικ между металлич. поверхностями (не прикрытыми стеклом). Аппарат состоит (фигура 1) из чугунного жолоба а с двойными стенка-

Фигура 1.

час 5 м“ озонированного

ΛI л,.

τψτ

Фигура 2.

входит непосредственно

885

Озон

886

Hill

Фигура 3.

ми, между к-рыми циркулирует охлаждающая вода; в жолобе установлено несколько перцендикулярных к оси жолоба металлич. пластинок б, соединенных с одним полюсом источника переменного тока; жолоб соединен с другим полюсом или заземляется. Воздух продувается в зазор между обеими поверхностями. Сверху жолоб прикрыт стеклянной пластиной в,сквозь которую проходят провода к пластинам. Для устранения коротких заземлений и искровых разрядов, в подводку тока к пластинам включают сопротивление г; сопротивление представляет сбой наполненную глицерином стеклянную трубку.

В аппарате" Абрагама-Мармье разряд в газе происходит между двумя стеклянными пластинками а, поверхностью каждая по t .η-, охлаждаемых снаружи водой б (фигура 2), протекающей через металлический кожух, в который заключен весь аппарат. Из таких аппаратов составляется батарея, заключенная в закрытый ящик, через который пропускается подлежащий озонированию воздухе. Применяемое напряжение—12 000—15 000V.

В аппарате Мариуса Отто (фигура 3) разрядник имеет вид железного цилиндрического кожуха, внутри которого на оси его расположен ряд алюминиевых пластин, вырезанных в форме круга. Ось может вращаться. Кожух является одним полюсом, а внутренние пластины—другим. Для работы на всех этих аппаратах необходимо пользоваться тщательно высушенным воздухом, в противном случае возможны искровые разряды. Осушение достигается либо с помощью хлористого кальция либо (при больших установках) специальными холодильными машинами. В отношении выходов О. надо заметить, что с помощью тихого разряда нельзя достигнуть произвольно высокой концентрации: вначале концентрация О. повышается быстро (быстрее, чем следовало бы по закону Фарадея), затем все .медленнее и наконец достигает высшей точки —«предела концентрации», величина которого изменяется в зависимости от условий(<°, частоты тока, его напряжения и т. д.). На практике предельная концентрация озона бывает порядка 3—4% (при пользовании чистым кислородом—10%). Графически увеличение концентраций м. б. представлено некоторой кривой (фигура 4).

Применение О. в хим. промышленности как окислителя могло бы найти очень большое распространение, если бы не его сравнительная дороговизна. Промышленное значение имеют следующие области применения О.: получение ванилина окислением изоэйгенола [*]; получение искусственной камфоры из борнеола, а в последнее время также получение мыла из буроугольного дегтя окислением его; при этом находящиеся в нем ненасыщенные углеводороды переходят в озониды, которые водяными парами разлагаются на кетон или альдегидижирную к-ту; эти жирные кислоты идут для приготовления мыла. Главное же применение О. находит для озонирования (смотрите) водыи воздуха.

Озонирование воздуха производится: 1) в целях дезинфекции и 2) в целях дезодорирования (уничтожение дурного запаха). Дезинфекция воздуха применяется в местах переработки скоропортящихся продуктов, например на хладох, на консервных фабриках;озонирование воздуха повышает сохраняемость сырья и продукции. В целях дезодорации О. применяется для очистки воздуха в местах большого скопления людей: в залах заседаний, театрах и прочие Расход электрической энергии на освежение воздуха в помещении емкостью в 5 000 jh^s в течение 1 часа 300—400 W.

Экономии, данные. Средний расход энергии на получение 1 килограмм О., при пользовании воздухом, составляет 17—25 kWh, или 23—33 1Р; при замене же воздуха кислородом требуется только ок. Vs этого количества энергии. Для сравнения стоимости окисления озоном со стоимостью других окислителей могут служить следующие данные, приводимые Ультаном: 1 килограмм О. (считая стоимость тока 3 пф. за 1 kWh и учитывая прочие расходы) обходится в 1,2—2 мар. при получении О. из воздуха. Но так как в большинстве случаев при окислении О. реагирует лишь одним из своих 3 атомов кислорода, то стоимость 1 килограмм активного О. надо

Стоимость 1 килограмм а к т и в π	ого кислорода.
	Цепа окисли-	Цепа 1 килограмм
Окислитель	теля за 100 килограмм	кислорода
	в мар.	в мар.
Перекись водорода (10% Н₂0₂).	25	5
Хлорная известь (31% актнвн. С1).	12	0,86
Хлорат калия, КС10₃.. Гааообразиый хлор..	37	1,60
Хлорат калия, КС10₃.. Гааообразиый хлор..	50	2,20
Азотная кислота 36° ВО.	24	3,60
Перманганат калия, КМп0₄.	30—70	1—2
Хромпик, КоСг₂0₇ ..	112	6,90
Озон	-	4,6

принять равной 4—6 активного кислорода мар. Стоимость 1 килограмм для различных оки слителей приведена выше в таблице.

Лит.: 1) Г. П. 97620.—П у га π π Η. Λ., Влияние чистоты тока и температуры на выход озона. «Ж», 1914, т. 46, стр. 522; Е г 1 w e i n G., Herstellung π. Vorkommen d. Ozons, Lpz. 1911; Fonrobert E., Das Ozon, Chemie ii; F.inzeldarstellungen, hrsg. v. J. Schmidt, Stg., 1916, B. 8; H a г r i e s C., Untcr-suchimgen (iber das Ozon u. seine tVirkung anf orga-nische Verbindungen. B., 1916; H e i s e, Uber die Einwirkung von Ozon anf Mikroorganismcn, «Arbeiten aus dcr Kaiserlichen Gesundheitsamt», Berlin, 1916. B. 50, p. 202—418; Moeller M., Das Ozon, Eine physlkal.-chemische Darstellung, «Sammlung Vleweg.·. Brschw., 1921, II. 52; Starke, Ozondarslellung mit hoebfrequentem WechselstrOmen. «Ztschr. fiir Elektrn-cbemle», Lpz., 1923, B. 29, p. 358; Ullrn. Εηζ.,Β. 8; V o s m a e г. Ozone, lts Manufacture, Properties a. Use, London, 1916. А. Лебедев.