استخدامات غاز الأوزون وكيفية تحضيره في المعمل

على عكس جزيئات الأكسجين الموجودة في الهواء الذي نتنفسه ، والتي تتكون من ذرتين (O ₂) ، يتكون غاز الأوزون (O ₃) من ثلاث ذرات أكسجين.وبالتالي ، لها خصائص كيميائية وفيزيائية مختلفة عن ذرة أكسجين واحدة أو جزيء أكسجين ثنائي الذرة.في حين أن طبقة الأوزون الطبيعية المرتفعة في الغلاف الجوي مهمة جدًا للحياة على الأرض ، فإن الأوزون على مستوى الأرض يعتبر سمًا بيئيًا غير مرغوب فيه.

ما هو غاز الأوزون

غاز الأوزون هو غاز مركب من ثلاث ذرات أكسجين،عديم اللون يميل الى الأزرق،وهو احد الغازات المنتشرة في الغلاف الجوي بكميات صغيرة ،مع تركيزات مكثفة في طبقة الستراتوسفير.هو غاز لاذع ومتفاعل،تم تقديمه في عام 1840 من قبل الكيميائي كريستيان شونبين.((What is Ozone? – US EPA)) كجزء طبيعي من الهواء . ويتكون الأوزون من خلال عمليات معقدة تحت تأثير ضوء الشمس من بعض المواد الأولية ، في المقام الأول أكاسيد النيتروجين والهيدروكربونات ، إلى جانب الأكسجين.

فوائده

في الطبقات العليا من الهواء ، يعتبر الأوزون أمرًا حيويًا في الطبقات العليا من الهواء لأنه يعمل كمرشح للأشعة فوق البنفسجية الضارة. نتيجة لذلك ، فهو يحمي الناس والحيوانات والنباتات من الآثار الضارة للأشعة فوق البنفسجية.((What is ozone? –Live Science)) كما يتم استخدام غاز الأوزون المحضر معملياً للعلاج،حيث يعد العلاج بالأوزون شكل من أشكال الطب البديل ، مما يساعد على التغلب على عدد كبير من المشاكل،مثل تقوية جهاز المناعة وتحفيز خلايا الدم البيضاء والوقاية من العدوى ونقص الجهاز المناعي عن طريق تدمير الفطريات والبكتيريا والفيروسات.

اقرأ ايضاً:

موضوع بحث علمي عن طبقة الأوزون،واهميتها في حماية الأرض

خصائص الأوزون

الأوزون هو غاز عديم اللون وسام للغاية وله رائحة مميزة يمكن اكتشافها في أصغر آثار.
يتحلل الأوزون ، غير المستقر بشكل خاص ، في المختبر بعمر نصف يبلغ 3 أيام (عند 20 درجة مئوية) ليشكل جزيئيًا (O 2 ) وأكسجين ذري (O).
الأوزون ، أقوى عامل مؤكسد بصرف النظر عن الفلور ، يؤكسد المعادن إلى أعلى حالة أكسدة ، الكبريتات إلى الكبريتات ، الأمونيا إلى حمض النيتريك ، الكربون إلى ثاني أكسيد الكربون .
يقتل الأوزون الكائنات الحية الدقيقة (مبيد للجراثيم) ويستخدم ، من بين أشياء أخرى ، لتنظيف الهواء وتعقيم مياه الشرب وإزالة الروائح الكريهة.
للأوزون أيضًا تأثير سلبي على تبادل الغازات في المصانع.
محتوى الأوزون الطبيعي للغلاف الجوي في حدود حوالي 10 -6 ٪ ،مع العلم أن 85-90٪ منه موجودة في الستراتوسفير (ارتفاع حوالي 12-50 كم) فوق سطح الأرض.
الأوزون هو غاز مزرق بدرجة غليان عند -112 درجة مئوية.
عند الضغط ودرجة الحرارة القياسيين ، تبلغ قابلية ذوبان الأوزون ثلاثة عشر ضعفًا للأكسجين.
يمكن أن تصبح الخلائط المركزة من الأوزون والأكسجين المحتوية على أكثر من 20٪ أوزون قابلة للانفجار في السوائل والغازات.
الأوزون غير مستقر إلى حد ما في محلول مائي ؛ نصف عمرها في الماء حوالي 20 دقيقة.بينما في الهواء ، يبلغ عمر النصف للأوزون 12 ساعة ، وهو ما يفسر زيادة ثبات الأوزون في الهواء.

اقرأ ايضاً:

انابيب الكربون النانوية ,الخصائص والتركيب

جدول معلومات عن الأوزون

الرمز الكيميائي	O ₃
الوزن الذري	48
نقطة الذوبان	-192.5 درجة مئوية
نقطة الغليان	-119.5 درجة مئوية
درجة حرارة حرجة	-12.1 درجة مئوية
الضغط الحرج	5460 كيلو باسكال
الحساسية في الهواء	1,7 kg/m ³
الذوبان	570 مجم / لتر عند 20 درجة مئوية
الطاقة	142.3 كيلو جول / مول (34.15 كيلو كالوري / مول)
اللون والرائحة	عديم اللون ذو رائحة نفاذة،يتحول الى الأزرق عند تركيزات مرتفعة.

استخدامات غاز الأوزون

الأوزون عامل مؤكسد قوي ويمكنه حتى مهاجمة الفضة. يتم تدمير العديد من الأصباغ العضوية بواسطة الأوزون. لذلك فهو يستخدم تقنيًا لتبييض العديد من المواد (الدقيق ، الدهون ، الزيوت ، المنسوجات).
بالإضافة إلى ذلك ، يستخدم الأوزون كمطهر لحمامات السباحة ومياه الشرب ، حيث يقتل الأوزون جميع البكتيريا تقريبًا.
يستخدم الأوزون أيضًا في العديد من محطات معالجة مياه الصرف الصحي لمعالجة مياه الصرف الصحي.
مثل العديد من المواد الكيميائية الأخرى ، يستخدم البشر جزيء الأوزون بعدة طرق ويحمينا من الإشعاع الكوني. ومع ذلك ، يمكن أن يؤذينا أيضًا فوق تركيز معين.
تم استخدام غاز الأوزون في بعض الطرق العلاجية في الطب البديل ،لعلاج بعض الأمراض الجلدية والمناعية،بالإضافة الى بعض الإستخدامات التجميلية.((العِلاج الطبّي والتجميلي بالأوزون “O3”-almayadeen.net))

اقرأ ايضاً:

استخدامات النايلون الصناعي

كيفية تحضيره في المعمل

يتكون الأوزون طبيعياً في طبقة الستراتوسفير عن طريق قصف جزيئات الأكسجين بواسطة الأشعة فوق البنفسجية من الشمس ،تتفاعل ذرات الأكسجين (O) المتكونة بهذه الطريقة فورًا مع جزيء أكسجين آخر (O 2 ) لتكوين الأوزون (O 3 ).لا يمكن لأشعة الشمس توليد الأوزون من الأكسجين الجوي فحسب ، بل يمكنها أيضًا تقسيم الأوزون مرة أخرى بحيث تظل تركيزات الأوزون ثابتة.

بينما يتم تحضير الأوزون معملياً في المختبر عن طريق تمرير التفريغ الكهربائي الصامت عبر الأكسجين الجاف،من أجل إنتاج حرارة أقل .حيث أن الأوزون عرضة للتحلل مرة أخرى إلى أكسجين مع زيادة درجة الحرارة.((Ozone: Laboratory preparation, Properties, Uses, structure, layer-brainkart.com)) ما يحدث بالتفريغ الكهربائي هو أن بعض جزيئات الأكسجين تنفصل ثم يتحد الأكسجين الذري مع جزيئات الأكسجين لتكوين الأوزون. طبقاً للمعادلة الأتية:

$O_{2} \overset{e n e r g y}{\to} O + O$
$O_{2} + O \to O_{3}$
$3 O_{2} ⇌ 2 O_{3} - energy$

اضرار الأوزون على جسم الإنسان

كعامل مؤكسد قوي ، يضر الأوزون بجميع الكائنات الحية. بالرغم من أن وجود الأوزون في الهواء الجوي أمر بالغ الأهمية وله دور في حماية الحياة على الأرض ،بالإضافة الى استخدامه في بعض طرق العلاج.لكن لا عجب في أن ارتفاع مستويات الأوزون يمكن أن يسبب أمراضًا مختلفة لدى البشر.في أسوأ الحالات ، يمكن أن تؤدي تركيزات الأوزون العالية إلى ضعف وظائف الرئة وحتى أمراض الرئة.((Ozone – American Lung Association))مدى تأثير المادة على الجسم يعتمد على تركيز ومدة التعرض للأوزون.

بالمناسبة: بعض الناس حساسون بشكل خاص للأوزون. هذا يعني أنهم يعانون من الأعراض حتى بتركيزات أقل. تشير التقديرات إلى أن حوالي 10 إلى 15 في المائة من السكان حساسون بشكل خاص للأوزون.

وظيفة غاز الأوزون في طبقة الغلاف الجوي

يوجد الأوزون بشكل أساسي في طبقة الستراتوسفير على ارتفاع يتراوح بين 20 و 30 كيلومترًا فوق سطح الأرض.((الوعي بخصائص غاز الأوزون وتطبيقاته عند طلبة الكيمياء في كلية التربية-researchgate.net)) تشكل هذه الكميات الكبيرة من الأوزون الطبيعي طبقة الأوزون ، التي تعمل كمرشح للأشعة فوق البنفسجية.تعتبر طبقة الأوزون الطبيعية في الستراتوسفير مهمة جدًا للحياة على الأرض. حيث توفر الحماية من أشعة الشمس فوق البنفسجية الضارة.

بدون طبقة الأوزون الواقية ، ستصل الكثير من الأشعة فوق البنفسجية عالية الطاقة إلى سطح الأرض ، مما يزيد من خطر تلف الجلد والعين وموت النباتات.