1. Физико-химические свойства озона

Физические свойства:

• Молекулярная масса — 48 а.е.м.

• Плотность газа при нормальных условиях — 2,1445 г/дм³. Относительная плотность газа по кислороду 1,5; по воздуху — 1,62.

• Растворимость в воде при 0 °С — 0,394 кг/м³ (0,494 л/кг), она в 10 раз выше по сравнению с кислородом.

Химические свойства:

Образование озона проходит по обратимой реакции:

Молекула О₃ неустойчива и при достаточных концентрациях в воздухе при нормальных условиях самопроизвольно за несколько десятков минут 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 многие неметаллы до их высших степеней окисления. Продуктом реакции в основном является атомарный кислород.

2. Способы получения озона

В промышленности озон добывают в озонаторах, в которых используются множество способов получения озона.

Наиболее предпочтительным фактором для выбора способа получения озона является: высокая КПД, простота конструкции озонатора, себестоимость изготовления самого озонатора, способность конструкции в необходимости к охлаждению.

Различают следующие способы получения озона

1) В электрическом разряде

Синтез из газообразного кислорода под воздействием тихого электрического разряда. С этой целью в зазор между электродами, подключёнными к источнику высокого напряжения, пропускается воздух или чистый кислород. Напряжение, подающееся на электроды, обычно составляет от нескольких тысяч до нескольких десятков тысяч вольт.

2) Барьерный разряд

Барьерный разряд — разряд, возникающий между двумя диэлектриками или диэлектриком и металлом в цепи переменного тока, является эффективным и экономичным генератором озона.

3) Дуговой разряд

При получении озона, возможно, использовать так же и дуговой разряд. Термическая диссоциация молекул резко возрастает с ростом температуры. Так, при Т=3000К — содержание атомарного кислорода составляет ~10 %. Такие температуры (несколько тысяч градусов) можно получить в дуговом разряде атмосферного давления. Однако образование O₃ неосуществимо при высоких температурах, поскольку озон разлагается быстрее молекулярного кислорода.

4) Коронный разряд

Коронный разряд образуется, когда электрическое поле вокруг проводника сильно неоднородно, в воздухе происходит ионизация, сопровождаемая свечением, проводник при этом, окружен как бы короной. Свечение короны не достигает противоположного электрода, затухая в окружающем газе. В зависимости от коронирующего электрода различают отрицательную и положительную корону, а в зависимости от способа питания — корону постоянного и переменного тока, импульсную и т. п. Количество озона, образующееся в коронном разряде, колеблется от 15 до 25 г на кВт⋅ч. Преимуществом озонаторов на основе коронного разряда является в первую очередь простота конструкции и неограниченность «разрядного промежутка». Газ можно прокачивать без дополнительного сопротивления, например, по широкой трубе с проволокой вдоль оси. Озонаторы на основе коронного разряда применяют чаще всего в вентиляционных сооружениях. Энергетический выход озона в коронном разряде может доходить до 200—250 г О₃ на кВт⋅ч при применении электропитания с короткими импульсами, с крутым фронтом нарастания напряжения. Однако, создание таких сложных генераторов электропитания, каких требует наносекундный импульсный разряд, является слишком дорогостоящим усложнением системы получения озона.

5) Под воздействием ультрафиолетового излучения

Синтез под воздействием ультрафиолетового излучения более прост в реализации, но значительно менее производителен. Он состоит в том, что кислородсодержащий газ пропускается через охлаждаемый и прозрачный для ультрафиолетового излучения (например, кварцевый) реактор, облучаемый источником ультрафиолетового излучения, имеющим подходящий спектр

6) Под воздействием энергетических пучков

В таких устройствах озон образуется при воздействии на кислород различных потоков частиц: электронов, рентгеновских лучей и радиационных потоков: α-частиц, γ-квантов и т. д. Озон при этом образуется, начиная с энергии монохроматического пучка электронов ~6 эВ, что соответствует диссоциации молекулы О₂. Это подтверждает принятый в настоящее время механизм образования озона.

Из всех выше перечисленных способов получения озона, выбирю вариант №6 (получения озона под воздействием энергетических пучков), т.к. в отличие от вышеперечисленных способов, в варианте №6, мы получаем озон непосредственно сообща энергию в ~6 эВ, и в данном способе исключается побочные эффекты в виде: теплоты и света.