§ 10. Озон

• До змісту відповідей

ДІЗНАЄТЕСЯ, ЗРОЗУМІЄТЕ, ВИКОРИСТАЄТЕ

Який склад молекули озону?

Молекула озону складається з трьох атомів Оксигену, що відображає її хімічна формула — $O_3$.

Які властивості озону?

Озон — це нестійкий блакитний газ із різким запахом, який є отруйним навіть у малих концентраціях. Він має бактерицидні властивості та здатність поглинати ультрафіолетове випромінювання. За хімічними властивостями озон подібний до кисню, проте є значно активнішим за нього і легко вступає в реакції окиснення.

Як можна перетворити кисень на озон?

Кисень можна перетворити на озон, пропускаючи його крізь озонатор під дією тихого електричного розряду. У природних умовах це перетворення відбувається під впливом космічної радіації або розрядів блискавок під час грози.

Змоделюйте в зошиті або на власній електронній сторінці ці перетворення за допомогою моделей частинок і складіть відповідні хімічні рівняння.

Для моделювання утворення озону можна зобразити три пари сполучених кульок (три молекули $O_2$), які під дією енергії перегруповуються у дві групи по три сполучені кульки (дві молекули $O_3$).
Рівняння реакції утворення озону:
$3O_2 \rightarrow 2O_3$

Для моделювання розкладу озону можна зобразити групу з трьох кульок ($O_3$), що розпадається на пару кульок ($O_2$) та одну окрему кульку (атом $O$).
Рівняння стадій розпаду:

1. $O_3 \rightarrow O_2 + O$
2. $O + O_3 \rightarrow 2O_2$

Висловте гіпотезу стосовно того, що відбувається з молекулами озону в цих реакціях.

Можна припустити, що молекули озону в реакціях з іншими речовинами поводяться як дуже активні окисники. Вони легко віддають один «зайвий» атом Оксигену, перетворюючись на більш стійку молекулу кисню.

Складіть хімічні рівняння обох стадій і сумарне рівняння реакції утворення озону з кисню.

Хімічні рівняння стадій та сумарний процес утворення озону записуються так:

Перша стадія (дисоціація молекули кисню):
$O_{2} \xrightarrow{\text{електричний розряд}} 2O$

Друга стадія (утворення озону):
$O + O_{2} \rightarrow O_{3}$

Сумарне рівняння:
$3O_{2} \xrightarrow{\text{електричний розряд}} 2O_{3}$

За матеріалами з інтернету з’ясуйте, які речовини руйнують озоновий шар.

Озоновий шар руйнують хлорфлуорвуглеводні (фреони), які раніше широко використовувалися в холодильних установках та аерозолях, а також галони, оксиди нітрогену ($NO_x$), метилбромід та тетрахлорометан (чотирихлористий вуглець).

За матеріалами з інтернету довідайтеся про озонування води — сучасний спосіб її знезараження перед спрямуванням у водогін. З’ясуйте, які переваги має цей спосіб порівняно з хлоруванням води.

Озонування води має суттєві переваги перед хлоруванням: воно значно ефективніше знищує хвороботворні бактерії та віруси, не залишає неприємного запаху чи присмаку, не утворює токсичних хлорорганічних сполук і додатково насичує воду киснем.

ВИОКРЕМЛЮЄМО ОСНОВНЕ

Проаналізувавши матеріал, викладений у параграфі, запишіть у зошиті висновки про озон — просту речовину Оксигену.

Озон — це алотропна модифікація Оксигену зі складом $O_{3}$, яка утворюється з кисню під дією електричних розрядів або ультрафіолетового випромінювання. Це блакитний газ із різким запахом, що характеризується високою хімічною активністю та бактерицидними властивостями. У верхніх шарах атмосфери озон захищає Землю від небезпечного сонячного випромінювання.

Сформулюйте цікаве запитання за темою параграфа і поставте його своїм однокласникам / однокласницям. Зіставте свою і їхні відповіді та оцініть їх. Поясніть, чому ваша оцінка саме така.

Приклад запитання: «Чому озон, який у стратосфері є життєво необхідним захисником, вважається небезпечним забруднювачем у приземному шарі атмосфери?»
Оцінка відповіді: Якщо у відповіді згадано лише про захисні функції озону, але не пояснено його токсичність для дихальної системи, таку відповідь можна оцінити як неповну. Озон є потужним окисником, який у високих концентраціях стає отруйним для живих організмів, пошкоджуючи тканини легенів.

ВАШІ ДОСЯГНЕННЯ І ВІДКРИТТЯ. ПЕРЕВІРМО СЕБЕ

99. У лабораторії з кисню одержали суміш кисню з озоном. Маса суміші обох газів виявилася: а) більшою за масу використаного кисню; б) меншою за масу використаного кисню; в) такою самою, що й маса використаного кисню. Укажіть правильну відповідь.

Правильна відповідь: в). Згідно із законом збереження маси речовин, маса продуктів реакції у замкненій системі дорівнює масі реагентів, незалежно від хімічних перетворень ($3O_2 \rightarrow 2O_3$).

100. У скільки разів молекула озону важча за молекулу кисню?

Молекула озону важча за молекулу кисню у 1,5 раза.
Розрахунок:
Відносна молекулярна маса озону: $M_r(O_3) = 16 \cdot 3 = 48$.
Відносна молекулярна маса кисню: $M_r(O_2) = 16 \cdot 2 = 32$.
Співвідношення: $\dfrac{48}{32} = 1.5$.

ПОМІРКУЙМО

101. Чому, на вашу думку, озон є шкідливим газом, хоча його молекули, як і молекули кисню, складаються з атомів Оксигену?

Озон є шкідливим через свою надзвичайно високу хімічну активність та окиснювальну здатність. На відміну від стабільної молекули кисню $O_2$, молекула озону $O_3$ легко відщеплює атомарний кисень, який активно руйнує органічні речовини та пошкоджує клітини живих організмів (слизові оболонки, легені).

102. Скориставшись інтернетом, продовжте речення: «Використання побутового озонатора дає змогу …».

Використання побутового озонатора дає змогу очищувати повітря від бактерій, вірусів та грибків, усувати стійкі неприємні запахи, а також знезаражувати воду та продукти харчування (овочі, фрукти) від хімікатів та мікроорганізмів.

РОЗВ’ЯЗУЙМО ЗАДАЧУ

103. Обчисліть масову частку озону в його суміші з киснем, якщо молекул озону в ній уп’ятеро менше, ніж молекул кисню.

Нехай кількість речовини озону становить $\nu(O_3) = 1$ моль.
Тоді, за умовою, кількість речовини кисню в 5 разів більша: $\nu(O_2) = 5$ моль.

1. Обчислимо масу компонентів:
   $m(O_3) = \nu(O_3) \cdot M(O_3) = 1 \cdot 48 = 48 \text{ г}$
   $m(O_2) = \nu(O_2) \cdot M(O_2) = 5 \cdot 32 = 160 \text{ г}$

2. Обчислимо загальну масу суміші:
   $m_{\text{суміші}} = 48 + 160 = 208 \text{ г}$

3. Обчислимо масову частку озону:
   $w(O_3) = \dfrac{m(O_3)}{m_{\text{суміші}}} = \dfrac{48}{208} \approx 0.231$

Відповідь: Масова частка озону становить приблизно 23,1 %.

СТВОРЮЙМО ПРОЄКТ

104. Скориставшись інтернетом, підготуйте повідомлення на тему: «Відкриття і перші дослідження озону».

Короткий зміст повідомлення:
У 1785 році голландський фізик Мартінус ван Марум вперше описав характерний запах, що виникає при роботі електричних машин, проте він помилково вважав це запахом самої «електричної матерії». Офіційне відкриття речовини належить німецькому хіміку Крістіану Фрідріху Шенбейну, який у 1840 році виділив цей газ і дав йому назву «озон», що з грецької означає «пахучий». У 1865 році Жак-Луї Соре довів, що молекула озону складається з трьох атомів Оксигену, встановивши його хімічну формулу — $O_3$. Перші дослідження озону були зосереджені на вивченні його надзвичайно сильних окиснювальних та бактерицидних властивостей.

ФОРМУЙМО СЛОВНИЧОК

105. Випишіть ключові слова і словосполучення з тексту параграфа для укладання двомовного словничка.

• Озон — Ozone
• Проста речовина — Simple substance
• Кисень — Oxygen
• Озоновий шар — Ozone layer
• Озонатор — Ozonizer
• Ультрафіолетові промені — Ultraviolet rays
• Монреальський протокол — Montreal Protocol
• Бактерицидні властивості — Bactericidal properties

ОЦІНЮЙМО СВОЇ ЗНАННЯ

106. Створіть у зошиті таблицю оцінювання ваших знань і заповніть її.

Приклад заповненої таблиці: