Озонът е алотропна модификация на кислорода с триатомен молекула О3.
Озонът - форма на съществуване на елемент химически кислород в земната атмосфера. Последното се състои основно от азот и кислород. Въздухът близо до земята, както и по време на атмосфера на височина от около 150 км и азот и кислород съществува почти изключително под формата на N2 и O2 молекули. Въпреки това, при всички височини в атмосферата са процеса на дисоциация (т.е., унищожаване на молекули), което води до появата на атомите N и О. Тези процеси са компенсирани от обратни бързи реакции на атомни връзки в молекулата, така че концентрацията на О атоми и М под 100 км е много малък.
С увеличаване на височина увеличаване на скоростта на процеса на дисоциация и обратни реакции намалява, така че относителната концентрация на атомните компоненти се увеличава. Въпреки това, само около 100 km атомен кислород става един от основните компоненти на атмосферата, и на височина от около 150 km концентрацията на кислородни атоми и молекули са сравнени. При висока надморска височина кислород тя е предимно под формата на атома. Количеството на атомен кислород (макар и много малка) с увеличаване на височина над повърхността на земята се увеличава. Това обяснява увеличаването на височината на броя на O3 молекули. Но с известна степен на разграждане на молекулите О3 слънчевата радиация увеличава с височина по-бързо от образуването на О атоми, обаче, изхождайки от това ниво (т.нар максимална озоновия слой), концентрацията на озон с височина започва да намалява.
формиране на процеса на озон може да се запише в следния вид:
2O3 3O2 ® 68 ккал (1)
При образуването на озон, топлина се абсорбира, а разширението - откроява. При нормална температура и налягане, реакцията протича много бавно. Това се дължи на важната роля на атомен кислород в реакцията образуване на озон. Така че, всичко започва с дисоциацията на кислородни молекули в два атома:
Чрез HV тук означава източник на дисоциация. Най-често това е ултравиолетовото излъчване на слънцето, но може да има energitichnye частици, които изграждат космически лъчи.
Полученото кислородни атоми или са свързани заедно отново в присъствието на трета молекула М:
Или взаимодействат с молекула на O2 (в присъствието на трети тялото) образуване молекула озон:
O2 + O + M ® 3 + М, (4)
Когато М - всяка частица необходимо за разсейване на енергия, генерирана от молекулите на озон. За озон е благоприятно ниска температура и наличието на допълнителни количества от не-равновесие на атомен кислород. Източникът на последните могат да служат дисоциация на кислородни молекули под влиянието на поток частици, ултравиолетово облъчване.
Физически, молекулата на озона е стабилен, т.е.. Д. Тя не спонтанно се разлагат. При ниски концентрации, и отсъствието на примеси в газ, озон разлага бавно. Въпреки това, с увеличаване на температурата, увеличаване добавки на някои газове (например, NO, Cl2, Br2, I2, и др.), Когато са изложени на радиация и скоростта на частиците потоци от газообразен озон разлагане е значително увеличен. Една от основните функции - силно оксидиращи способността на озон (второ място F2).
Благодарение на своите изключителни свойства на озон в атмосферата е регулатор на радиация поток достига земната повърхност. Историята на появата му на Земята е както следва.
Превръщане на основните компоненти на земната атмосфера - метан
(СН4), вода (Н 2О), амоняк (NH3) - с "бульон" на органични съединения, където първият живот започва да се случи в присъствието на силна ултравиолетова радиация. Въпреки това, UV радиация е много опасно за чувствителна баланса на химичните реакции в живите клетки, и, както изглежда, на първите организми са оцелели само защото разработен под слой вода достатъчно мощен. За да ги предпази от ултравиолетова радиация. Като резултат от разлагането на водните молекули фотосинтетичния наземна атмосфера придобита свободен кислород. Само с появата на кислород, озон, а след това интензивността на UV радиация на повърхността на Земята е намаляла достатъчно, че живите организми са били в състояние да се измъкне от водата и започват колонизацията на земята. Продължаващото съществуване на земния живот стана възможно благодарение на озоновия слой - защита, което само по себе продукта на живот е бил.
Тъй като образуването на озон се появява главно в резултат на фотохимични реакции в стратосферата, където се концентрира насипно състояние (около 85-89% от атмосферния озон).
Магията щит на планетата.
В популярната литература, озоновия слой често се нарича магия щит на планетата. Това сравнение е свързан с оптичните свойства на озон молекули, които се различават от свойствата на двете съставни атоми (когато те съществуват отделно) и О2 двуатомни молекули.
Един от най-важните оптичните характеристики, всеки материал е неговата абсорбционен спектър - промяната с дължина на вълната на коефициента на абсорбция, т.е. способността да абсорбира вещество преминава през радиация.
спектър на абсорбция на озон има няколко важни функции, сред които е способността да абсорбира силно излъчване в 200-320nm на дължина на вълната.
Област на слънчевия спектър (както когато говорим за щита, след това ние имаме предвид, е защита от слънчевата радиация) 200-400 нм се наричат биологично активен ултравиолетова BAU. Така изтъкнати интервали 320-400 nm (UV-A) и 200-320nm (UV-B).
Лъчения с дължина на вълната л, 200 nm по-добре абсорбира от кислородни молекули в атмосфера на газ, чиято много. Ето защо, тази радиация не достига дори в долната част на стратосферата, "заседнали" (т.е., абсорбира молекули O2) на голяма надморска височина. С увеличаване на дължина на вълната от коефициента на поглъщане на кислород молекулно капки бързо. Молекули на азота в атмосферата, които са най-общо пасивни и в усвояването на тази радиация почти не участват.
Оказва се, че слънчевата радиация с дължина на вълната 200 - 300 нм, за да проникне през атмосферата в близост до повърхността на земята, ако не за озона. Неговият коефициент на поглъщане к е в този регион на дължина на вълната е много голям и много по-голяма в сравнение със съответните стойности на к O2 и N2. В резултат - излъчването на UV-B не преминават през стратосферата, той се абсорбира почти напълно от молекулите на О3. Без да се зарежда подробности представяне спектралните характеристики озона в дам само един пример. Максималната стойност на к за отчитане на озон L = 255 nm и възлиза на около 130 sm⁻ 1. За да се улесни въвеждането на мащаба на тази величина, се каже, че след преминаване през озоновия слой при нормално налягане в 3 mm дебелина (и това е как се говори по-горе, което е равно на "щит"), излъчването на тази дължина на вълната се редуцира до 17 10⁻.
Като цяло, ефектът е, че магически щит а именно - един много тънък (! 2-3 мм) слой на О3 молекули почти напълно абсорбира радиацията идва от слънцето в UV-B. От около L = 320nm слънчевата радиация стигна до повърхността, въпреки че точната граница по очевидни причини, не може да се нарече - прехода е постепенно и проникването на радиация зависи от много фактори - като височината на слънцето над хоризонта, чистота или прашен атмосферата, височината на пространството над морското равнище, и т.н.