Ozon được hình thành như thế nào

Ozone – chất diệt khuẩn mạnh mẽ của thiên nhiên. Ozone là khí tồn tại trên tầng khí quyển. Trong tự nhiên ozone được hình thành từ những cơn giông bão có sấm sét. Chúng luôn luôn dễ dàng được xác định bởi mùi độc đáo của nó, ngay cả khi ở nồng độ nhỏ nhất. Ozone trước đây vẫn được chúng ta biết đến là tầng ô zôn, tuy nhiên nhờ có sự  tham gia nghiên cứu của khoa học mà công nghệ ozone đã được xác định và đem lại rất nhiều các ứng dụng trong cuộc sống điển hình là sự ra đời và phát triển của máy ozone  công nghiệp máy ozone thông dụng

Ozon được hình thành như thế nào

Ozone được xác định là một chất khác biệt

Ozone lần đầu tiên được xác định là một chất khí khoa học riêng biệt  bởi nhà khoa học người Đức Christian Friedrich Schönbein vào năm 1840. Tại thí nghiệm của mình ông đã sử dụng điện phân tia lửa điện và ông đã nhận ra mùi giống với mùi sau khi có tia sét, ông đặt tên cho chất “ ozone” từ chữ Hy lạp” là mùi.

Tuy nhiên Schönbein không biết bản chất của chất đó là gì. Từ nghiên cứu của riêng mình, ông lưu ý rằng mùi hương ozone đã được phát hiện ngay khi điện phân nước bắt đầu. Ông đã thực hiện một số thí nghiệm bằng cách sử dụng một loạt các chất điện giải với các chất trong dung dịch, và cho tiếp xúc ozone với các hoá chất khác sau khi nó được sản xuất.

Những kết quả mà ông tìm thấy đã  mở đầu cho một cho một công nghệ mới, mặc dù tại thời điểm đó ông chưa có những lời giải thích chính xác. Ông lưu ý rằng mùi ozone không tạo ra khi sử dụng các giải pháp hoá học của ‘halogenua’. Đáng chú ý, từ những phát hiện rất sơ cấp này, ông đã lưu ý rằng mùi của chất này “ phải do một số chất khí thảnh thơi ( liên kết với oxy) từ chất lỏng do sức mạnh phân huỷ của dòng điện. “ của Mordecai Rubin trong Bản tin Lịch sử Hóa học, 2001

Tổng hợp về ozone

Tính chất, bản sắc hoá học của ozone ( O3) cuối cùng đã được Soret xác định năm  1865, và kết quả được  xác nhận ngay trước khi Schönbein qua đời vào năm 1867. Và công nghệ ozone đã không ngừng được tiến triển kể từ đó.

Ozone trong công nghiệp được tạo ra bằng cách thổi oxy giữa một cực dương tích điện cực và cặp cực âm. Điện trường phá vỡ phân tử oxy ( O2) thành hai nguyên tử Oxy, tức là tạo thành một liên kết với một phân tử oxy bình thường để tạo ra ozone ( O3). Phương pháp này tương tự tự với cách tạ ra ozone trên khí quyển bằng sự tác động luồng điện của tia sét .

Những ứng dụng vệ sinh của ozone trong cuộc sống hàng  ngày

Hầu hết chúng ta đều hưởng lợi từ việc vệ sinh bằng ozone nhiều hơn so với chúng ta tưởng tượng. Các tiêu chuẩn lịch sử sau đây cho thấy ozone đã giúp duy trì chất lượng cuộc sống của chúng ta như thế nào trong nhiều năm.

Ozon được hình thành như thế nào

♦ Năm 1906, thành phố Nice, Pháp đã xây dựng nhà máy lọc nước đầu tiên sử dụng ozone, và ozone đã được sử dụng để lọc nước uống và nước thải đô thị kể từ đó.

♦ Ozone được sử dụng làm sạch nước đóng chai từ năm 1982.

♦ Các bể bơi thi đấu thi đấu Olympic 1984 đã được vệ sinh bằng ozone, và hầu hết các địa điểm Olympic kể từ đó cũng đã sử dụng ozone.

♦ Ứng dụng ozone tại các vườn thú và các bể cá thương mại trên toàn thế giới

♦ Năm 2001, FDA chính thức cho phép ozone làm phụ gia thực phẩm trực tiếp kháng khuẩn. Ozone cũng có thể được sử dụng một cách an toàn như chất khử trùng bề mặt cho bề mặt tiếp xúc với thực phẩm và thiết bị tiếp xúc khi thực phẩm trong  hoặc sau khi sản xuất các sản phẩm an toàn thực phẩm

♦ Ứng dụng trong ngành công nghiệp hồ bơi và spa, ozone đã được sử dụng trong hơn 65 năm để khử trùng nước

Trong các câu sau đây, câu nào sai ?

Khi nói về khả năng phản ứng của oxi, nhận xét sai là

Hãy chọn phát biểu đúng về oxi và ozon:

Sự hình thành lớp ozon trên tầng bình lưu của khí quyển là do:

Những câu sau đây, câu nào sai khi nói về tính chất hóa học của ozon ?

Ứng dụng nào sau đây không phải của ozon ?

Trong phản ứng với chất nào, H2O2 thể hiện là chất oxi hoá?

Trong phản ứng nào sau đây H2O2 đóng vai trò chất khử?

Trong số các chất sau, chất nào có thể tác dụng với dung dịch KI tạo I2?

Chất nào sau đây vừa có tính oxi hoá, vừa có tính khử?

Cho m gam Fe tác dụng hết với O2 thu được 46,4 gam Fe3O4. Tìm giá trị của m

Chuyển hóa hoàn toàn 7,2 gam O3 thu được V lít O2 (đktc). Giá trị của V là

Tính thể tích O2 ở đktc cần dùng để đốt cháy hết 1,2kg C.

Ozon (O3) là một dạng thù hình của oxi, trong phân tử có chứa ba nguyên tử oxi thay vì hai như thông thường. Trong điều kiện nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn, ozon là một chất khí có màu xanh nhạt. Ozon hóa lỏng màu xanh thẫm ở -112oC, và hóa rắn có màu xanh thẫm ở -193oC. Ozon có tính oxi hóa mạnh hơn oxi, do ozon không bền, dễ bị phân hủy thành oxi phân tử và oxi nguyên tử.

Ozon có mùi hăng, tanh của cá. Ozon tồn tải với một tỉ lệ nhỏ trong bầu khí quyển Trái Đất và có thể được tạo thành từ O2 do sự phóng điện, tia cực tím, ví dụ như trong tia chớp, cũng như bởi tác động của bức xạ điện từ trường cao năng lượng. Ozon được điều chế trong máy ozon khi phóng điện êm qua oxi hay qua không khí khô, tinh khiết. Trong tự nhiên, ozon được tạo thành khi có sự phóng điện trong khí quyển (sấm, sét), cũng như khi oxi hóa một số chất nhựa của các cây thông.

Trong phòng thí nghiệm, người ta điều chế khí oxi bằng cách:

Ozon được hình thành như thế nào

Ozone trong tự nhiên và Ozone nhân tạo

a. Ozone nhân tạo

     Ozone được tạo ra bằng nhiều cách tuy  nhiên phương pháp phổ biến hơn và thường dùng trong công nghiệp là tạo ra sự phóng điện hào quang (corona) trong môi trường có oxi (Hình 1). Năng lượng phóng điện (năng lượng các điện tử được gia tốc trong điện trường) phá hủy liên kết của phân tử oxi, tạo ra đơn nguyên tử oxi:

E (

e) + O2

 -> 2O Và sau đó đơn nguyên tử oxi kết hợp với phân tử oxi tạo ra phân tử ozone (O3):

O + O

2

  -> O3

     Phóng điện corona được thực hiện nhờ lớp chắn điện môi đặt giữa hai điện cực là loại phóng điện êm, mềm (soft discharge, dielectric barrier discharge/DBD). Tia phóng điện corona lan tỏa rộng trong không gian chứa oxi giữa hai điện cực, tăng diện tiếp xúc với oxi và làm tăng hiệu suất tạo ozone.

 

Ozon được hình thành như thế nào

b. Ozone tự nhiên (ozone trên tầng bình lưu, có lợi, bảo vệ sinh vật trên mặt đất)
     Trên cao, cách mặt đất cỡ 35 km là tầng bình lưu, nơi không khí (oxi) rất loãng, cường độ tia UV rất mạnh. Tia UV-C (bước sóng 100-240 nm, có năng lượng cao) phá hủy phân tử oxi O
2 và tạo ra O3 (Hình 2):
E (UV, bước sóng 100-240 nm) + O2  ->  2O  và sau đó O +O2 -> O3

Ozon được hình thành như thế nào

     Cần lưu ý rằng tia UV bước sóng dài hơn (240-315 nm, năng lượng thấp hơn) lại phá hủy ozone tạo ra oxi: E (UV 240-315 nm) + 2O3 -> 3O2

, trong quá trình đó ozone hấp thụ tia UV 240-315 nm, ngăn không cho tia UV này đâm xuống mặt đất (tia này gây hại cho sinh vật). Khi tầng ozone mất đi (lỗ thủng ozone) tia UV 240-315 nm sẽ dễ dàng đâm xuống mặt đất và gây hại do đó chúng ta cần bảo vệ tầng ozone. Như vậy, trên tầng bình lưu xảy ra hai quá trình ngược nhau: tạo ra ozone và tầng ozone (nhờ tia UV bước sóng ngắn) và ozone này hấp thụ tia UV (bước sóng dài) để tạo ra oxi.

c. Ozone khói trên mặt đất.


     Trên mặt đất, khí thải động cơ đốt trong chứa nhiều dạng oxit nitơ (NOX) lẫn bụi, các chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC/volatile organic compound, xăng, dầu mỡ...). Dưới tác động của ánh nắng (tia cực tím UV), các chất đó tổng hợp thành rất nhiều hợp chất trong đó có ozone. Ozone tạo ra từ ống xả xe hơi gọi là ozone khói (smog ozone), ozone vô ích, không kiểm soát được và gây ô nhiễm môi trường không khí (Hình 3). Những thành phố lớn, nhiều xe (đặc biệt ở Mỹ), vào giờ cao điểm (12-15 giờ, khi cường độ tia UV trong ánh sáng Mặt Trời mạnh nhất trong ngày) nồng độ ozone khói có thể đạt mức 0,1 ppm, vượt ngưỡng cho phép.

Ozon được hình thành như thế nào