الأوزون هو جزيء أكسجين ثلاثي الذرات (ا3) يلعب دورا مهما في الغلاف الجوي للأرض. يعد إنشاء الأوزون عملية معقدة ومثيرة للاهتمام ، وإحدى طرق الحصول عليه هي تسخين النيتروجين بالأكسجين.
مبدأ إنتاج الأوزون هو كما يلي: عند التعرض لدرجة حرارة عالية ، الأكسجين (س2) يتحلل إلى ذرتين من الأكسجين (س) ، والتي ترتبط بعد ذلك بالأكسجين (س2) وتشكل الأوزون (س3). وهكذا ، يتكون جزيء الأوزون من ثلاث ذرات أكسجين.
يمكن أن يحدث تسخين النيتروجين بالأكسجين باستخدام طرق مختلفة ، على سبيل المثال ، أنبوب التفريغ أو التفريغ الكهربائي في الغلاف الجوي. ومع ذلك ، تحدث هذه العملية أيضا بشكل طبيعي في الغلاف الجوي تحت تأثير أشعة الشمس.
جزيء الأوزون له خصائص خاصة ويستخدم على نطاق واسع في مختلف المجالات ، بدءا من العمليات الصناعية إلى العلاج بالأوزون. للأوزون أيضا أهمية كبيرة لطبقة الأوزون ، حيث يمنع تغلغل الأشعة فوق البنفسجية الضارة على سطح الأرض.
- جزيء الأوزون: التوليف عن طريق تسخين النيتروجين بالأكسجين
- مبدأ التوليف
- ردود الفعل أثناء التوليف
- الخصائص الفيزيائية للأوزون
- تطبيق الأوزون
جزيء الأوزون: التوليف عن طريق تسخين النيتروجين بالأكسجين
يحدث تخليق الأوزون عندما نتروجين (ن2) مع الأكسجين (س2) في الغلاف الجوي. تسمى هذه العملية بدورة النيتروجين والأكسجين وهي تفاعل معقد يحدث على عدة مراحل.
- في المرحلة الأولى ، تتصادم ذرات الأكسجين في الهواء ، المتحمسة للأشعة فوق البنفسجية من الشمس ، مع جزيئات النيتروجين ، وتكسر الروابط داخل هذه الجزيئات. ثم تتحد الجذور الحرة الناتجة مع جزيئات الأكسجين لتكوين ثاني أكسيد النيتروجين (لا2).
- علاوة على ذلك ، يتحلل ثاني أكسيد النيتروجين (رقم 2) إلى ذرات نيتروجين (ن) وأكسجين (س). يمكن أن تتفاعل ذرات النيتروجين (ن) مع الأكسجين (ا2) الجزيئات وتشكل أكسيد النيتريك (لا).
- أكسيد النيتريك (نو) يمكن أن تتفاعل مع الأكسجين (س2) الجزيئات وتشكل الأوزون.
تستغرق هذه العملية برمتها وقتا ، وبالتالي يتركز الأوزون في الستراتوسفير ، حيث تكون أشعة الشمس فوق البنفسجية أكثر نشاطا.
من المثير للاهتمام ملاحظة أنه يمكن أيضا تصنيع الأوزون في بعض العمليات الصناعية ويستخدم كمؤكسد قوي ومطهر. ومع ذلك ، فإن الأوزون هو غاز غير مستقر في الغلاف الجوي ويمكن أن يتلف رئتي الكائنات الحية عند استنشاقه ، لذلك يجب التحكم بدقة في تركيزه على سطح الأرض.
مبدأ التوليف
يمكن تصنيع جزيء الأوزون (س3) عن طريق تسخين خليط من النيتروجين (ن2) والأكسجين (س2) في منطقة ذات درجة حرارة عالية ، على سبيل المثال ، في أنبوب تفريغ كهربائي.
في البداية ، يتم تحويل النيتروجين (ن2) إلى نيتروجين ذري (ن) تحت تأثير طاقة البلازما عالية الحرارة. ثم تتحد بقايا الكربون من مصادر مختلفة مع النيتروجين الذري لتكوين أكاسيد النيتروجين (لا و لا2).
علاوة على ذلك ، تتفاعل أكاسيد النيتروجين مع الأكسجين لتكوين الأوزون (س3). هذه العملية طاردة للحرارة ، وتطلق كمية كبيرة من الحرارة. يمكن أن يحدث تخليق الأوزون أيضا على نطاق صناعي باستخدام مفاعلات خاصة حيث يتم توفير الطاقة من خلال الأقطاب الكهربائية أو البلازما.
يمكن أن يكون تخليق الأوزون عملية خاضعة للرقابة والتنظيم تسمح بالحصول على كمية كبيرة من الأوزون بدرجة عالية من النقاء. وهذا يجعلها واحدة من أكثر الطرق فعالية لإنتاج الأوزون لمختلف الأغراض الصناعية والعلمية.
ردود الفعل أثناء التوليف
المرحلة الأولى من تخليق الأوزون هي تكوين الأكسجين الذري (س) الراديكالي. يتم تشكيله نتيجة لتفكك جزيء الأكسجين (س2) تحت تأثير طاقة درجة الحرارة العالية. يمكن كتابة رد الفعل هذا على النحو التالي:
سين 2-2 سين
تستمر جذور الأكسجين الذرية الناتجة (س) في التفاعل مع جزيئات الأكسجين (س2) في المرحلة الثانية من التفاعل. نتيجة لذلك ، أ الأوزون ثلاثي الذرات (ا3) جزيء يتكون. مخطط هذا التفاعل هو كما يلي: