2.Физико-химические свойства озона
2.1 Общие сведения об озоне.
Его молекулярные и термодинамические константы
Химический элемент кислород существует в атмосфере в виде трех аллотропических видоизменений: О₂— молекулярном, О — атомарном и О₃ — трехатомном, называемом озоном и образуемом при химическом соединении первых двух. Поэтому многие свойства молекулы озона могут быть лучше поняты, исходя из свойств молекулярного и атомарного кислорода. Это в особенности относится к реакциям чепменовского цикла, в которых участвуют все три разновидности кислорода О, О₂, О₃.
На основании изучения спектральных свойств озона были получены сведения о строении его молекулы. Согласно общепринятой в настоящее время модели молекулы О₃, атомы в ней располагаются в вершинах равнобедренного тупоугольного треугольника, причем расстояния между атомами равны (1,278 ± 0,003)-10¯⁸ см, а значение центрального утла составляет 116°50' ±30'. Масса молекулы О₃¹⁶ составляет 7,97* 10¯²³ г.
В молекулу озона могут входить атомы более тяжелых изотопов кислорода О¹⁷ и О¹⁸. По приближенным оценкам в атмосферном озоне содержится около 0,21 % молекул О¹⁶О¹⁸О¹⁶ и 0,41% молекул ¹⁶О¹⁶О¹⁸. Учет кроме основного и других изотопов делается при расчете параметров тонкой структуры полос поглощения озоном в ИК области.
Газообразный озон при стандартных температуре и давлении имеет плотность р₃₀ =2,144-10¯³ г*см¯3. Теплоемкость газа сᵨ уменьшается с понижением температуры: при 473 К сᵨ = 904 Дж*кг¯¹*К¯¹, при 273 К сᵨ = 795 Дж*кг¯¹*К¯¹, при 100 К сᵨ = 690 Дж*кг¯¹*К¯¹.
Озон сжижается при температуре 161,3 К (температура кипения) в темно-синюю жидкость плотностью 1,46 г*см¯³. Удельная теплота испарения жидкости 316 000 Дж/кг¯¹. При температуре 90 К жидкий озон имеет плотность 1,57 г/см¯³, а непосредственно перед затвердеванием его плотность составляет 1,614 г*см¯³. Температура затвердевания, по данным разных авторов, отличается на 2—3 К и составляет около 78 К. Твердая кристаллическая структура озона имеет темно-фиолетовый цвет.
Характерный запах озона ощущается при концентрации 10¯⁴ %.
Некоторые считают присутствие запаха озона чуть ли не показателем чистоты воздуха. В действительности, как показывают биологические и медицинские исследования, озон — сильнодействующий яд, обладающий, помимо общетоксического действия, такими свойствами, как мутагенность, канцерогенность, радиомиметический эффект (действие на кровь подобно ионизирующей радиации). По токсичности озон превосходит, например, синильную кислоту.
Озоно-кислородные смеси взрывоопасны при концентрациях озона от 20 до 100%. Именно взрывоопасность концентрированных смесей озона долгое время была основным препятствием к исследованию его физических и химических свойств. Несмотря на то, что промышленное производство озона существовало еще с начала XX в., наиболее фундаментальные свойства его молекулы были исследованы в 50-х гг., когда во многих странах были предприняты попытки использования концентрированного озона в качестве окислителя в ракетных системах.
Потенциал ионизации озона 12,8 эВ, сродство к электрону по разным данным 1,9 ... 2,7 эВ, т. е. достаточно сильно (более сильным сродством обладают только фтор и его окисды, а также нестабильные частицы — атомы и свободные радикалы).