ОЗОН (от греческого ozon-пахнущий) О₃, аллотропная форма кислорода. Газ синего цвета, в жидком состоянии темно-синий, в твердом-сине-фиолетовый. Молекула О₃ симметричная ангулярная (уголковая); длина связи О—О 0,12717 нм, угол ООО 116,78°, m 1,78• 10^-30 Кл•м. Температура плавления 80,6 К, температура кипения 161,2 К; плотность газа при 273,2 К 2,141 г/л, при 298,2 К 1,962 г/л; плотность жидкого при 90,2 К 1,571 г/см³, при 123,2 К 1,473 г/см³, при 153,2 К 1,376 г/см³; плотность кристаллов при 77,4 К 1,728 г/см³; при 90,2 К h 1,57•10^-3 Па•с, g 3,84•10^-2 Н/м; температурная зависимость давления пара над жидкостью lg p(мм рт.ст.) = 8,25313 - 814,941587/Т-- 0,001966943Т; 39,374 ДжДмоль•К); 2,1 кДж/моль,

15,2 кДж/моль, 141,8 кДж/моль; 238,896 ДжДмоль•К). В газе ОЗОН диамагнитен, в жидком состоянии слабо парамагнитен, магн. восприимчивость + 1,8•10^-6. В УФ спектре ОЗОН имеет широкую сильную полосу поглощения в интервале 200-300 нм с максимумом при l 255 нм (полоса Гартли).

Растворимость ОЗОН в воде (0,21 объема в 1 объеме раствора при 298 К) почти в 7 раз выше растворимости О₂. В кислой среде растворимость ОЗОН падает, в щелочной-возрастает. Гораздо выше растворимость ОЗОН в хлорир. углеводородах и хладонах:

* Отношение мол. концентраций О₃ в растворе и газе над раствором.

Неограниченная взаимная растворимость в жидкой системе О₂-О₃ имеет место выше 93,2 К, в системе F₂-О₃-выше 79,3 К, в системе СF₄-О₃-выше 103 К, ниже этих температур растворы расслаиваются.

ОЗОН термически неустойчив в газе и в растворах. В водном растворе распад ОЗОН медленно идет при комнатной температуре и заметно ускоряется с ростом рН. В газе более устойчив; медленный распад идет около 70 °С, быстрый-выше 100 °С. Распад ОЗОН ускоряют примеси NO, Cl₂ и др. газов, а также гетерог. катализаторы - металлы и их оксиды (Pt, Ag, Cu, Mn, Ni, Co и др.).

В реакциях с большинством веществ ОЗОН—сильный окислитель, что обусловлено низкой энергией отрыва атома О от молекулы О₃ (107 кДж/моль) и высоким сродством молекулы ОЗОН к электрону (2,26 эВ). В водном растворе ОЗОН окисляет Fe(II) до Fe(III), Ce(III) до Ce(IV), Mn(II) до MnO^-₄, соединение Os и Ru до OsO₄ и RuO₄,I₂ до НIO₃ и т. п. В газовой фазе ОЗОН окисляет Сl₂ до Сl₂О₇ (фотохимически), SO₂ до SO₃, NO₂ до N₂O₅. Реакция с конц. водной щелочью идет через последоват. образование в растворе O^-₃, О^-₂, HO^-₂ и О₂. При взаимодействие с кристаллич. гидроксидами и супероксидами щелочных металлов образуются озониды МО₃. ОЗОН окисляет многие органическое вещества-олефины, ароматические соединение и насыщ. углеводороды, спирты и др., при этом в качестве промежуточные веществ образуются продукты присоединения ОЗОН, также называют озонидами (см. Озонирование).

Общая масса ОЗОН в атмосфере Земли 4•10⁹ т, т.е. 0,64•10^-6 от массы всей атмосферы, средняя стационарная концентрация 1 мг/м³. У поверхности Земли фоновая концентрация ОЗОН в течение суток проходит через максимум в интервале 10-18 ч и минимум ночью; летом и весной концентрация в 3,5 раза выше, чем зимой и осенью; над полярными областями Земли концентрация выше, чем над экваториальной, в атмосфере городов выше, чем в сельской местности. С удалением от поверхности Земли концентрация растет и достигает максимума на высоте 20-25 км. Концентрация ОЗОН на высоте 20-30 км каждые 11 лет проходит через максимум, вызванный циклом солнечной активности.

ОЗОН обеспечивает сохранение жизни на Земле, т. к. озоновый слой задерживает наиболее губительную для живых организмов и растений часть УФ радиации Солнца с длиной волны менее 300 нм, наряду с СО₂ поглощает ИК излучение Земли, препятствуя ее охлаждению. Содержание и перемещение ОЗОН в атмосфере влияет на метеорологич. обстановку. Образование ОЗОН в атмосфере происходит в результате реакций: О₂О + О, О + О₂О₃. Распад атмосферного ОЗОН происходит фотохимически, а также в результате его реакций с радикалами НО и НО₂, оксидами азота, хлором и его соединениями. Массовый выброс в атмосферу оксидов азота в результате развития реактивной авиации и применения удобрений, а также использование хлорсодержащих хла-донов (фреонов), может привести к убыли ОЗОН в атмосфере. Мощные вулканич. извержения, сопровождаемые выбросом аэрозоля в стратосферу, также приводят к понижению содержания ОЗОН в средних широтах на 4-8%. По оценкам ядерная война с тротиловым эквивалентом 5000 Мт приведет к 50%-ному разрушению озонового слоя, на его восстановление потребуется 5-8 лет.

ОЗОН образуется во всех процессах, сопровождаемых появлением атомарного кислорода, -при УФ облучении воздуха, в электроразрядах, при распаде пероксидов, окислении фосфора и т.п. В лабораториях и промышлености ОЗОН получают действием тихого электрич. разряда на О₂ в озонаторах. Осн. типы пром. озонаторов-трубчатые и плоские; в качестве диэлектрика применяют стекло или керамику, материал электродов - Аl или Си. Мощность озонатора пропорциональна частоте тока. Присутствие влаги в О₂ сильно снижает выход ОЗОН, поэтому исходный газ осушают до точки росы (от -40 до -60 °С), а озонатор охлаждают. Содержание ОЗОН на выходе из озонатора при использовании в качестве исходного О₂ 5-8%, воздуха-1-1,5%, расход энергии соответственно 8-18 и 10-30 кВт•ч/кг О₃. ОЗОН более высокой концентрации (до 50%) может быть получен электролизом конц. растворов НСlО₄, Н₃РО₄ или H₂SO₄ на охлаждаемом аноде из Pt или РbО₂. Др. способ получения высококонцентрированного ОЗОН-растворение его в хладонах при низкой температуре, О₂ в хладонах практически не растворяется. Наиб. удобны хладо-ны 22 и 12, растворимость ОЗОН в них при 163 К достигает 50%; при нагревании такого раствора ОЗОН испаряется первым. Растворы ОЗОН в фреонах не взрывчаты и могут длительно храниться при температуре ниже 223 К.

Для определения содержания ОЗОН используют фотометрич. (в УФ области), иодометрич., люминесцентный методы и ряд способов, основанных на измерении физических свойств ОЗОН, -e, энтальпии разложения и т.п.

ОЗОН ядовит для людей, животных и растений; ПДК в воздухе рабочей зоны 0,1 мг/м³, в атм. воздухе 0,16 мг/м³; ЛД₅₀ 0,046 мг/л (мыши, 2 ч), 3 мг/л (мыши, 5 мин). Малые концентрации ОЗОН в воздухе создают ощущение свежести, вдыхание воздуха с концентрацией ОЗОН 0,002-0,02 мг/л вызывает раздражение дыхат. путей, кашель, рвоту, головокружение, усталость. В присут. оксидов азота токсичность ОЗОН увеличивается в 20 раз.

ОЗОН взрывоопасен во всех агрегатных состояниях, примеси повышают его чувствительность. Ниж. КПВ для озоновоз-душной смеси 9%, при более высоком содержании ОЗОН смеси взрываются под влиянием внешний импульса, причем скорость детонации растет от 880 м/с при концентрации 9,2 мол. % ОЗОН до 1730 м/с при 77 мол. %.

Осн. часть производимого ОЗОН используют для обеззараживания питьевой воды, что более эффективно, чем хлорирование. ОЗОН используют также для обезвреживания сточных вод химический предприятий, особенно в случае фенольных и цианидных загрязнений. ОЗОН применяют для получения камфоры, ванилина, монокарбоновых и дикарбоновых кислот (ади-пиновой, азелаиновой и др.) путем окисления углеводородов и др. малоценного сырья, для отбеливания тканей, минеральных масел и др., в органическое химии - для определения места двойной связи в молекуле.

ОЗОН открыл и назвал X. Шёнбейн в 1840, на появление специфический запаха при электроразряде в воздухе обратил внимание М. ван Марум в 1785.

Литература: Разумовский С. Д., Заиков Г.Е., Озон и его реакции с органическими соединениями, М., 1974; Атмосферный озон и изменения глобального климата, Л., 1982. В. Я. Росоловский.

Химическая энциклопедия. Том 3 >> К списку статей