Хімія. Повторне видання. 8 клас. Григорович (2025)

§ 12. Озон

Озон — проста речовина

Хімічний елемент Оксиген утворює дві прості природні речовини: кисень і озон.

Озон:

• блакитний газ із різким характерним «металічним» запахом, через який він дістав свою назву (від грец. озо — пахучий);

• рідкий озон має темно-синій колір, твердий — темно-синій, майже чорний;

• розчинність у воді: за 0 °С в 1 л води розчиняється 49,4 мл озону, за 25 °С — 45,4 мл;

• густина за 0 °С та нормального атмосферного тиску — 2,14 г/л;

• t_кип. = -112 °С, t_пл. = -197 °С;

• у рідкому стані виявляє слабкі парамагнітні властивості.

Кисень О₂

Озон О₃

Озон виявляє майже такі самі хімічні властивості, як і кисень, але озон хімічно значно активніший. Він також підтримує горіння та реагує з більшістю простих речовин.

Звідки береться озон?

Поміркуйте

Якщо озон хімічно активніший за кисень, то молекула якої речовини буде стійкішою?

Поглинаючи енергію ультрафіолетового випромінювання або електричного розряду, молекула кисню розкладається з утворенням двох хімічно дуже активних атомів Оксигену:

Ці атоми Оксигену «атакують» сусідні молекули кисню з утворенням молекули озону:

О₂ + О = О₃

Сумарне рівняння реакції:

3О₂ = 2О₃

Отже, озон утворюється з кисню за наявності ультрафіолету або під дією електричного розряду.

У природі озон утворюється в атмосфері на висоті 20-40 км під дією ультрафіолетового випромінювання Сонця, формуючи озоновий шар.

У приземних шарах атмосфери озон утворюється в електричному розряді блискавки під час грози.

Озон може утворитися внаслідок роботи лазерного принтера або фотокопіювального апарата під дією лазерного випромінювання.

У приміщеннях лікарень або продуктових магазинів озон утворюється під дією кварцових ламп, які є джерелом ультрафіолету.

У лабораторії озон одержують у спеціальному пристрої — озонаторі.

Чи можна дихати озоном?

Поміркуйте

Кисень і озон утворені одним хімічним елементом. Чи можна припустити, що озоном можна дихати так само, як і киснем? Поясніть свою думку.

Мал. 12.1. Антибактеріальну дію озону використовують для дезінфекції в лікарнях (а) та для знезараження води (б)

Попри те, що озон за властивостями подібний до кисню, його хімічна активність набагато вища. Саме тому озон окиснює майже все, зокрема тканини в легенях. Озон — токсична, канцерогенна й мутагенна речовина, за надмірного вмісту в повітрі він може спричинити смерть людини.

Утім токсичну дію озону можна спрямувати на користь. Він пригнічує життєдіяльність бактерій, окиснюючи біологічно активні речовини в них. Навіть за низького вмісту в повітрі озон убиває хвороботворні мікроорганізми, тому його застосовують для обробки овочесховищ, холодильних камер, дезінфекції приміщень у лікарнях, стерилізації посуду (мал. 12.1, а). На деяких водоочисних станціях перед подачею води у водогін крізь воду пропускають потужний струмінь збагаченого озоном повітря (мал. 12.1, б). Озонування води значно безпечніше за хлорування, але набагато дорожче, тому поки не дуже поширене.

Чому стан озону в атмосфері турбує людство?

Поміркуйте

Якими, на вашу думку, можуть бути наслідки руйнування озонового шару?

Якщо в приземних шарах озон завдає шкоди живим організмам, то у стратосфері він, навпаки, захищає все живе на Землі.

Від Сонця до Землі разом зі світлом прямує ультрафіолетове випромінювання. Ультрафіолет згубний і для рослин, і для тварин, і для бактерій. Утім життя на Землі захищене від небезпечного ультрафіолету озоновим шаром — шаром атмосфери на висоті 20-40 км із помітним умістом озону. Цей шар поглинає майже весь ультрафіолет, що надходить від Сонця (мал. 12.2).

Мал. 12.2. Озоновий шар у стратосфері захищає життя на Землі від шкідливого ультрафіолетового випромінювання Сонця

Поміркуйте

Поблизу екватора поверхні Землі досягає лише 1 % усього ультрафіолету, що випромінює Сонце. А на географічних широтах України влітку — майже вдвічі менше. Що відбувається з вашою шкірою, якщо ви тривалий час перебуваєте на відкритому сонці без захисту, наприклад, на пляжі чи на городі? Спрогнозуйте, що сталося б у разі зникнення озонового шару.

Уміст озону в озоновому шарі дуже малий. Якщо можна було б зібрати весь озон понад поверхнею Землі, то ми б отримали шар завтовшки лише 3 мм. Але без нього життя на суходолі було б неможливим. Саме тому людству треба дбати про озоновий шар.

Унаслідок спалювання палива на ТЕС і в автівках у повітря потрапляє нітроген(ІІ) оксид (мал. 12.3). Також небезпеку становлять фреони — речовини, які використовують у холодильниках і кондиціонерах. Ці сполуки здіймаються на висоту озонового шару, де прискорюють руйнування озону та вповільнюють його утворення. Унаслідок цього може зменшитися вміст озону в озоновому шарі, що послабить захист Землі від небезпечного ультрафіолету.

Мал. 12.3. Діяльність людини негативно впливає на озоновий шар Землі

Ділянку атмосфери, у якій концентрація озону менша за нормальну, називають озоновою дірою. Велика озонова діра утворюється в серпні-вересні над Південним полюсом (мал. 12.4), але діри можуть з’явитися й над іншими ділянками Землі. Їхній розмір і вміст озону змінюється залежно від пори року.

Мал. 12.4. Озонова діра над Антарктидою (синім позначено ділянку зі зменшеним умістом озону)

1989 року набув чинності так званий «Монреальський протокол», підписаний усіма країнами-членами ООН. Згідно із цим протоколом, країни мають за певний період відмовитися від виробництва речовин, що пошкоджують озоновий шар. Завдяки цьому сьогодні їх виробництво порівняно з 1989 роком знизилося вдвічі. Але шкідливі для озонового шару речовини доволі стійкі й можуть існувати в атмосфері десятки років. За прогнозами науковців, у разі повного виконання вимог Монреальського протоколу озонові діри зникнуть приблизно через 40 років.

Робота з інформацією

125. За матеріалом цього параграфа та параграфа 8 порівняйте фізичні властивості кисню й озону.

126. Знайдіть інформацію про дослідження щодо відкриття озону.

127. На вулиці після дощу ми часто відчуваємо специфічний запах свіжості, який помилково пов’язують з озоном. Так, під час грози в нижніх шарах атмосфери кисень перетворюється на озон під дією електричних розрядів. І, справді, запах озону після сильної грози можна відчути в повітрі, але лише поблизу грозового центру й лише на короткий час після грози, оскільки озон унаслідок сильних окисних властивостей витрачається на окиснення різних домішок у повітрі. Пригадайте запах, який виникає поблизу лазерного принтера. Чи можна його назвати запахом свіжості? Знайдіть інформацію про джерело приємного запаху після дощу.

128. Ґрунтуючись на властивостях озону, спрогнозуйте його застосування в промисловості, техніці та медицині. Порівняйте свої гіпотези з інформацією з інших джерел.

Розуміння явищ природи (робота в групах)

129. Чи можна ультрафіолет або електричний розряд у реакції одержання озону назвати каталізатором? Поясніть свою думку.

130. Як ви вважаєте, що зумовлює високу вартість озону? Знайдіть інформацію, у яких містах використовують озон для знезараження води перед подачею у водогін.

131. Проаналізуйте графік і дайте відповіді на запитання.

• У якій частині атмосфери вміст озону найбільший? Унаслідок яких процесів?

• Максимальне значення об’ємної частки озону — 0,006 %. На якій висоті (за графіком) спостерігається такий уміст озону?

• У якій частині атмосфери вміст озону найменший? Поясніть, чому саме на цих висотах його вміст мінімальний.

• На якій висоті наявність озону в атмосфері корисна для людини, а на якій — становить небезпеку?

• Озон може утворюватися внаслідок процесу:

NO₂ + hv → NO + О

Зважаючи на це, поясніть, чому смоговий озон спостерігають саме на зазначених на графіку висотах. Які, на вашу думку, антропогенні фактори можуть бути джерелами смогового озону? Перевірте свою гіпотезу за додатковими джерелами інформації.

Уміст озону в атмосфері на різних висотах

• Запропонуйте ідеї, як людство може зменшити рівень смогового озону без зниження якості життя.

• Назвіть природні й антропогенні джерела тропосферного озону.

132. Під час пошуку інформації щодо вмісту озону в повітрі учні й учениці знайшли такі дані.

Критерій	Уміст озону, мг/м3
Гранично допустима концентрація озону в повітрі населених міст	0,16
Гранично допустима концентрація озону в повітрі навколо робочого місця	0,1
Мінімальна смертельна доза озону	4,8
Поріг людського нюху щодо виявлення озону	0,01

За даними в таблиці обговоріть, чи правильним є твердження: «кращий індикатор для виявлення наявності озону — це ніс: лише ви починаєте відчувати запах озону, слід негайно провітрити приміщення».

133. Створіть листівку «Способи запобігання руйнуванню озонового шару» та роздайте її вашім друзям і близьким.

134. Сформулюйте гіпотези щодо ймовірності повного зникнення озону з атмосфери Землі. Наведіть аргументи «за» і «проти».