Получение озона. Действие озона на биологические ткани

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ  ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО  ОБРАЗОВАНИЯ

«ПЕРМСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ  МЕДИЦИНСКАЯ АКАДЕМИЯ

ИМЕНИ АКАДЕМИКА Е.А. ВАГНЕРА»

МИНИСТЕРСТВА ЗДРАВООХРАНЕНИЯ  РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

 

Кафедра медицинской и  биологической физики

 

 

 

ПОЛУЧЕНИЕ ОЗОНА. ДЕЙСТВИЕ ОЗОНА НА БИОЛОГИЧЕСКИЕ  ТКАНИ

 

 

 

Реферат выполнила

Студентка Попова Яна Алексеевна

Факультет стоматологический группа 102

 

Преподаватель Черемных М.Р.

 

 

Пермь 2012

Содержание

Введение………………………………………………………………….…….....3

1. Общие сведения об озоне
1. Физические свойства озона….……………………………….……….….4
2. Химические свойства озона…………………………………..…….……5
3. Применение озона……………………………………………..……….…6
2. Способы получения озона
1. В электрическом разряде……………………………………….……….7
2. Под воздействием ультрафиолетового излучения………….....…..…..10
3. Электролизом…………………………………………………….……...11
4. При прохождении химической реакции……………………….….…...11
5. Под воздействием энергетических пучков………………….………....12
3. Действие озона на биологические ткани…………………………….………...12

Заключение…………………………………………………………….………...19

Список литературы……………………………………….…………….……….20

 

Введение

Озон (О₃) является трехатомной модификацией кислорода (О₂), который при нормальных условиях представляет из себя газ голубоватого цвета с характерным запахом. Молекула озона нестабильна. Благодаря свойству самораспада озон является сильным окислителем и наиболее эффективным средством для очистки и обеззараживания воды и воздуха. Сильные окислительные свойства позволяют использовать озон в промышленных целях для получения многих органических веществ, для отбеливания бумаги, масел и т.д. Широко используется озон для удаления марганца и железа, улучшения вкуса, устранения цвета и запаха, а также для удаления органических соединений, опасных для окружающей среды. Он убивает микроорганизмы, поэтому озон применяют для очистки воды и воздуха. Установки по очистке воды и озонированию воздуха получили огромное распространение не только в промышленности, но и в быту.

Озон, столь необходимый  для всего живого в стратосфере, где его слой защищает поверхность  Земли от жесткого солнечного ультрафиолета, в приземном слое воздуха скорее вреден. Озон относится к первому, самому опасному классу отравляющих  веществ. Ничтожные количества озона, возникающие при грозе, придают  воздуху запах свежести, но при  концентрации свыше половины миллиграмма  в кубометре воздуха озон вызывает раздражение дыхательных путей, головокружение, удушливый кашель, боли в сердце. Между тем, вокруг нас сейчас много источников озона: это и высоковольтные установки, и электросварка, и некоторые  химические производства, а главное - выхлопные газы автомобилей и  заводские дымы. Сами эти выбросы  озона не содержат, но имеющиеся  в них окислы азота и углеводороды под действием солнечного света  реагируют между собой с образованием озона. Следовательно, мы вдыхаем образовавшийся озон, и он оказывает какое-то воздействие на наш организм. Остается выяснить какое, положительное или же не совсем…

 

 

 

1.Общие сведения  об озоне

1.1.Физические свойства озона

        Озон  – это высокоактивная, аллотропная форма кислорода. Обе связи O-O в молекуле озона имеют одинаковую длину 1,272 Ангстрем. Угол между связями составляет 116,78°. Центральный атом кислорода sp²-гибридизован, имеет одну неподелённую пару электронов. Молекула полярна, дипольный момент 0,5337 D. Молекула озона диамагнитна и имеет угловую форму. Связь в молекуле является делокализованной, трехцентровой. ^[1]

Строение молекулы озона  можно изобразить разными способами (см. рис.1). Например, комбинацией двух крайних (или резонансных) структур. Каждая из таких структур не существует в реальности (это как бы "чертеж" молекулы), а настоящая молекула представляет собой нечто среднее между двумя резонансными структурами.

     Рис. 1 Строение  озона

• Может существовать во всех трех агрегатных состояниях.
• При нормальных условиях озон - газ голубоватого цвета. В твёрдом состоянии озон чёрного цвета с фиолетовым отблеском. Жидкий озон обладает густым синим цветом; прозрачен в слое, не превышающем 2 мм. толщины.
• 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 (1,658).
• Плотность жидкости при −183 °C — 1,71 г/см³
• Температура кипения — −111,9 °C.
• 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).
• Растворимость в воде при 0 °С — 0,394 кг/м³ (0,494 л/кг), она в 10 раз выше по сравнению с кислородом. Озон хорошо растворяется в эфирных маслах, скипидаре, четыреххлористом углероде.
• 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. ^[3]

1.2.Химические свойства озона

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.

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.

Озон повышает степень окисления  оксидов:

Озон реагирует с углеродом с образованием диоксида углерода:

Озон реагирует с аммиаком с образованием нитрата аммония:

Озон реагирует с сульфидами с образованием сульфатов:

С помощью озона можно получить серную кислоту как из элементарной серы, так и из диоксида серы:

Озон может участвовать в  реакциях горения:

Озон может образовывать озониды, содержащие анион O₃⁻:

. ^[2]

1.3.Применение озона

Исторически применение озона  началось с установок по подготовке питьевой воды. В последние 20 лет  области применения озона значительно  расширились и во всем мире ведутся  новые разработки.

Ниже классифицированы основные технологические применения озона.

1. Очистка природных и сточных вод

• Централизованные системы подготовки питьевой воды

• Автономные системы подготовки питьевой воды
• Очистка промышленных сточных вод
• Очистка биологически загрязненных вод
• Бытовые применения

2. Очистка газовых выбросов

• Очистка газовых выбросов ТЭС от оксидов азота и серы
• Очистка воздуха помещений лакокрасочного и др. производств
• Санация воздуха помещений промышленных предприятий
• Дезинфекция и дезодорация воздуха помещений

3. Сельское хозяйство и пищевая промышленность

• Подготовка воды и кормов для животноводства
• Дезинфекция тары, помещений и оборудования
• Хранение и транспортировка продуктов питания
• Промышленное интенсивное рыбоводство
• Очистка воды в плавательных бассейнах

4. Медицина и ветеринария

• Озонотерапия и профилактика проф. заболеваний
• Применение в хирургии и послехиругической профилактике
• Стерилизация медицинского инструмента и оборудования
• Санация воздуха помещений для борьбы с внутрибольничными инфекциями
• Консервирование пищевых продуктов

5. Химическая промышленность

• Добыча редких металлов и их выделение из сточных вод
• Синтез новых полимеров
• Органический синтез и биотехнологии
• Отбеливание целлюлозы и тканей
• Дезодорирование воздуха в рефрижераторах, пылесосах и т.д.

 

 Следует обратить внимание на то, что столь бурному развитию технологий с использованием озона  способствует его экологическая  чистота. В отличие от других окислителей  озон в процессе реакций разлагается  на молекулярный и атомарный кислород и предельные оксиды. Все эти продукты, как правило, не загрязняют окружающую среду и не приводят к образованию канцерогенных веществ, как например, при окислении хлором или фтором. ^[5]

2.Способы получения озона

2.1. В электрическом разряде

Тихий разряд

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. Лучшая производительность достигается при использовании чистого кислорода, максимально низкой температуры газа и применении пульсирующего постоянного тока. Зазор между электродами и эффективная площадь электродов определяются рабочим напряжением и скоростью подачи кислородсодержащего газа. Металлические электроды могут каталитически разлагать соприкасающийся с ними озон, поэтому их часто помещают внутрь тонкой стеклянной оболочки. Иногда в качестве своеобразных электродов выступают трубки, заполненные проводящей жидкостью, например, серной кислотой. Электродные пары для повышения производительности аппарата часто собирают в большие пакеты, охлаждаемые проточной водой. Концентрация озона на выходе из таких реакторов (в зависимости от их конструкции и содержания кислорода в исходной газовой смеси) обычно не превышает нескольких процентов, а при использовании атмосферного воздуха составляет лишь доли процента. Кроме того, озонсодержащая газовая смесь, получаемая в тихом разряде из атмосферного воздуха, содержит значительное количество оксидов азота, обладающих высокой реакционной способностью, что является неприемлемым для многих технологических процессов. Поэтому, применение в качестве исходного сырья для синтеза озона чистого кислорода (который может быть легко рекуперирован) часто бывает рентабельнее, чем применение атмосферного воздуха

Барьерный разряд

Барьерный разряд — разряд, возникающий между двумя диэлектриками или диэлектриком и металлом в цепи переменного тока, является эффективным и экономичным генератором озона. К барьерному разряду можно отнести несколько типов разрядных ячеек:

1. Объемный барьерный разряд
2. Поверхностный разряд
3. Разряд в ячейках копланарной геометрии: этот тип барьерного разряда занимает промежуточное положение между объёмным и поверхностным разрядами и широко используется в качестве генераторов ультрафиолетового излучения для возбуждения люминофоров в плазменных разрядных панелях (плазменных телевизорах). В таких разрядных ячейках электроды расположены вдоль поверхности на равных расстояниях и сверху закрыты слоем диэлектрика, напряжение прикладывается к каждой паре электродов, и между всеми соседствующими электродами возникает разряд.

Подобные разрядные ячейки очень заманчиво применить для  синтеза в них озона, особенно учитывая хорошо отработанную технологию создания разрядных панелей, однако, копланарная газоразрядная панель создавалась для работы в инертных средах, поэтому работа ячейки с заполнением ее кислородом или атмосферным воздухом может осуществляться только при пониженном давлении. Попытка получить устойчивый разряд при атмосферном давлении приводит к пробою диэлектрического покрытия. В экспериментальной установке, на описанной выше разрядной ячейке, были получены концентрации озона до 25 мг/л, при давлениях от 0,2 до 0,5 бар.

Практическое применение ячеек копланарной геометрии  в качестве озонаторов вызывает сомнение, несмотря на достаточно высокий выход  озона. Эти ячейки очень дороги, недостаточно прочны и способны работать только при пониженном давлении.

Дуговой разряд

При получение 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, но можно создать неравновесные условия: нагреть газ в высокотемпературной камере, а затем резко его охладить. Это дает возможность сверхравновесного образования озона. Озон получается как промежуточный продукт при переходе смеси O₂+O к молекулярному кислороду. Максимальная концентрация O₃ в таком варианте плазмотрона достигает 1 %, она вполне достаточна для многих промышленных целей, и, к тому же, сравнима по величине с получаемой в озонаторах использующих тихий разряд (чаще всего барьерный). К явным недостаткам данного метода относится нестабильное горение разряда, перегрев, избыточное давление, большое потребление электроэнергии, большие габариты установок на его основе.