Якщо озон хімічно активніший за кисень, то молекула якої речовини буде стійкішою?
Стійкішою буде молекула кисню ($O_2$). Вища хімічна активність означає, що речовина легше вступає в реакції, а отже, її молекула є менш стійкою. Оскільки озон ($O_3$) значно активніший за кисень, то молекула кисню є більш стабільною.
Кисень і озон утворені одним хімічним елементом. Чи можна припустити, що озоном можна дихати так само, як і киснем? Поясніть свою думку.
Ні, дихати озоном не можна. Хоча вони й утворені одним елементом, озон є токсичною, канцерогенною та мутагенною речовиною. Через свою високу хімічну активність він руйнує тканини легень і у великих концентраціях може призвести до смерті. Для дихання нам потрібен саме кисень ($O_2$), а не озон ($O_3$).
Якими, на вашу думку, можуть бути наслідки руйнування озонового шару?
Руйнування озонового шару призведе до того, що на поверхню Землі потраплятиме набагато більше шкідливого ультрафіолетового випромінювання Сонця. Це випромінювання є згубним для всього живого: воно може викликати рак шкіри та інші хвороби у людей, шкодити тваринам і знищувати рослини.
Поблизу екватора поверхні Землі досягає лише 1% усього ультрафіолету, що випромінює Сонце. А на географічних широтах України влітку — майже вдвічі менше. Що відбувається з вашою шкірою, якщо ви тривалий час перебуваєте на відкритому сонці без захисту, наприклад, на пляжі чи на городі?
Якщо тривалий час перебувати на сонці без захисту, шкіра отримує сонячний опік — вона червоніє, болить і може вкритися пухирями. Це відбувається через дію ультрафіолетового випромінювання, від якого нас захищає озоновий шар.
Спрогнозуйте, що сталося б у разі зникнення озонового шару.
Якби озоновий шар зник, життя на суходолі стало б неможливим. Увесь потік смертоносного ультрафіолетового випромінювання досягав би поверхні Землі, знищуючи рослини, тварин і роблячи неможливим існування людини поза спеціальними укриттями.
125. За матеріалом цього параграфа та параграфа 8 порівняйте фізичні властивості кисню й озону.
Кисень ($O_2$) і озон ($O_3$) — це дві прості речовини, утворені одним елементом, Оксигеном, але вони мають різні властивості. Кисень — це газ без кольору, запаху і смаку, він малорозчинний у воді. Озон, навпаки, має блакитний колір і характерний різкий «металічний» запах. Він краще розчиняється у воді, ніж кисень. У рідкому стані озон темно-синій, а у твердому — темно-синій, майже чорний, тоді як кисень у рідкому стані є блакитною рідиною.
126. Знайдіть інформацію про дослідження щодо відкриття озону.
Вперше озон виявив голландський фізик Мартін ван Марум у 1785 році, помітивши характерний запах після пропускання електричних іскор через повітря, але він не описав його як нову речовину. Офіційне відкриття часто приписують німецькому хіміку Крістіану Фрідріху Шенбейну, який у 1840 році дослідив цей газ, зрозумів, що це особлива форма кисню, і дав йому назву “озон” через сильний запах. Пізніше інші вчені підтвердили, що озон є алотропною модифікацією кисню.
127. На вулиці після дощу ми часто відчуваємо специфічний запах свіжості, який помилково пов’язують з озоном. Так, під час грози в нижніх шарах атмосфери кисень перетворюється на озон під дією електричних розрядів. І, справді, запах озону після сильної грози можна відчути в повітрі, але лише поблизу грозового центру й лише на короткий час після грози, оскільки озон унаслідок сильних окисних властивостей витрачається на окиснення різних домішок у повітрі. Пригадайте запах, який виникає поблизу лазерного принтера. Чи можна його назвати запахом свіжості? Знайдіть інформацію про джерело приємного запаху після дощу.
Запах поблизу лазерного принтера — це запах озону, який утворюється під дією лазерного випромінювання. Назвати його «запахом свіжості» складно, оскільки це різкий, специфічний запах. Помилково вважати, що приємний запах свіжості після дощу — це озон. Справжнім джерелом цього запаху є геосмін — органічна речовина, яку виробляють ґрунтові бактерії, і яка вивільняється у повітря, коли краплі дощу падають на суху землю.
128. Ґрунтуючись на властивостях озону, спрогнозуйте його застосування в промисловості, техніці та медицині. Порівняйте свої гіпотези з інформацією з інших джерел.
Завдяки своїй високій хімічній активності та токсичності для мікроорганізмів, озон використовують:
- У медицині для дезінфекції приміщень та стерилізації посуду.
- У харчовій промисловості для обробки овочесховищ та холодильних камер, щоб запобігти псуванню продуктів.
- У комунальному господарстві для знезараження питної води на водоочисних станціях (озонування).
129. Чи можна ультрафіолет або електричний розряд у реакції одержання озону назвати каталізатором? Поясніть свою думку.
Ні, ультрафіолет або електричний розряд не є каталізаторами в реакції утворення озону. Вони є джерелами енергії, яка необхідна для розриву молекули кисню ($O_2$) на атоми, з яких потім утворюється озон ($O_3$). Каталізатор — це речовина, яка прискорює реакцію, але сама в ній не витрачається. Енергія ж поглинається в процесі реакції.
130. Як ви вважаєте, що зумовлює високу вартість озону? Знайдіть інформацію, у яких містах використовують озон для знезараження води перед подачею у водогін.
Висока вартість озону зумовлена енергозатратним процесом його виробництва. Для перетворення кисню на озон потрібне спеціальне обладнання (озонатори) та значна кількість енергії у вигляді ультрафіолетового випромінювання або електричних розрядів.
Київ: Дніпровська водопровідна станція використовує озонування для знезараження питної води.
Львів: У львівському аквапарку озон застосовується в комплексі з кухонною сіллю для дезінфекції води, замість хлору.
131. Проаналізуйте графік і дайте відповіді на запитання.
У якій частині атмосфери вміст озону найбільший? Унаслідок яких процесів?
Найбільший вміст озону спостерігається у стратосфері на висоті 20-30 км. Він утворюється під дією ультрафіолетового випромінювання Сонця з молекул кисню.
Максимальне значення об’ємної частки озону — 0,006%. На якій висоті (за графіком) спостерігається такий уміст озону?
Згідно з графіком, такий вміст озону спостерігається на висоті приблизно 23 км.
У якій частині атмосфери вміст озону найменший? Поясніть, чому саме на цих висотах його вміст мінімальний.
Найменший вміст озону у приземних шарах атмосфери (2 км від поверхні). Це пояснюється тим, що тут менше ультрафіолету для його утворення.
На якій висоті наявність озону в атмосфері корисна для людини, а на якій — становить небезпеку?
Озон корисний на висоті 20-40 км (в озоновому шарі), де він захищає нас від шкідливого ультрафіолету. Він небезпечний у приземних шарах, де ми дихаємо, оскільки є токсичною речовиною.
Озон може утворюватися внаслідок процесу: $NO_2 + hv \rightarrow NO + O$. Зважаючи на це, поясніть, чому смоговий озон спостерігають саме на зазначених на графіку висотах…
Смоговий озон спостерігається у нижніх шарах атмосфери (тропосфері), оскільки тут накопичуються оксиди Нітрогену ($NO_2$) від викидів автомобілів та промисловості. Під дією сонячного світла ($hv$) $NO_2$ розкладається, утворюючи атомарний Оксиген, який реагує з киснем, створюючи озон.
Запропонуйте ідеї, як людство може зменшити рівень смогового озону без зниження якості життя.
Для зменшення смогового озону потрібно зменшити викиди оксидів нітрогену: використовувати електромобілі, розвивати громадський транспорт, встановлювати фільтри на промислових підприємствах та переходити на відновлювані джерела енергії.
Назвіть природні й антропогенні джерела тропосферного озону.
Природні джерела — це електричні розряди блискавок під час грози. Антропогенні — це викиди транспорту та промисловості, які вступають у фотохімічні реакції.
132. За даними в таблиці обговоріть, чи правильним є твердження: «кращий індикатор для виявлення наявності озону — це ніс: лише ви починаєте відчувати запах озону, слід негайно провітрити приміщення».
Так, це твердження є правильним. Згідно з таблицею, людина відчуває запах озону при концентрації 0,01 мг/м³, що в десять разів менше за гранично допустиму концентрацію на робочому місці (0,1 мг/м³). Отже, ніс попереджає про наявність озону задовго до того, як його кількість стане небезпечною, тому провітрювання приміщення є слушною порадою.
133. Створіть листівку «Способи запобігання руйнуванню озонового шару» та роздайте її вашім друзям і близьким.
Збережемо наш озоновий щит!
Озоновий шар захищає нас від шкідливого сонячного випромінювання. Що ти можеш зробити, щоб допомогти?
- Правильно утилізуй стару техніку. Не викидай старі холодильники та кондиціонери на смітник. Вони містять фреони, що руйнують озон. Звертайся до спеціальних служб утилізації.
- Обирай екологічні товари. Купуючи аерозолі чи вогнегасники, перевір, чи немає на них позначки про вміст озоноруйнівних речовин.
- Менше використовуй авто. Викиди від спалювання палива також шкодять озоновому шару. Ходи пішки, користуйся велосипедом або громадським транспортом. Разом ми можемо захистити нашу планету!
134. Сформулюйте гіпотези щодо ймовірності повного зникнення озону з атмосфери Землі. Наведіть аргументи «за» і «проти».
Гіпотеза «За» (зникнення можливе): Якби людство припинило дотримуватися міжнародних угод, як Монреальський протокол, і відновило масове виробництво фреонів та інших шкідливих речовин, швидкість руйнування озону могла б перевищити швидкість його природного утворення. Це теоретично могло б призвести до значного виснаження озонового шару.
Гіпотеза «Проти» (зникнення малоймовірне): Повне зникнення озону малоймовірне. По-перше, озон постійно утворюється в стратосфері з кисню під дією сонячного світла. По-друге, завдяки Монреальському протоколу виробництво шкідливих речовин значно скоротилося, і вчені прогнозують, що озонові діри з часом зникнуть. Тому, поки в атмосфері є кисень і сонячне світло, озон буде існувати.