Жердің озонды қалқаны

   Жоғары концентрацияда озонның  ыдырауы жарылыс түрінде өтеді  және оның құрамындағы қоспаларға  байланысты.

   Жарылысқа сезімталдығы таза газ тәрізді озон қоспаларының оттегімен қатынасы үш жағдаймен сипатталады: концентрасы 20 салм.%-тан аз болғанда озонның ыдырауы локальды импульс орнында және бүкіл көлеміне таралмайды, ал 20-48 салм.%-те ыдырау бүкіл көлемінде өтеді, алайда аздап жарылыс болуы мүмкін, оны шыны сосудтарда жүргізуге болады, 3)концентрациясы 48 салм.%-тен жоғары болса, жарылыс болып, детонацияға өтеді.

   Озон – күшті тотықтырғыш. Тотықтырғыш қасиеті әртүрлі  байқалады.1) тотығу, онда озон молекуласындағы  тек бір оттек атомы негізгі  роль атқарады. 2) тотығуға үш оттегі атомдары қатысады. 3) бастапқы зат озон молекуласымен қосылып, тотығады, ондай заттар озонидтер деп аталады.

   Бірінші топқа өнімнің  тотығу реакциялары және озон  тотықсыздануға ұшырайтын реакциялар  жатады.

   Озон кәдімгі жағдайда  сутегі және азотқа әсер етпейді, бірақ иод, күкірт, мышьяк, сурьма  және әртүрлі мозификациядағы фосфор озонмен тотықтар береді, ал ылғал қатысында сәйкесті қышқылдар береді.

   Сутегінің озонмен тотығу  процесін сутегін сәйкесті активтендіру: платина,сәуле және т.б. қатысында  жүргізеді.

   Бір қызығы 50-ші жылдары  төменгі температурада озон азотпен әрекеттесетінін тапты:

                                         N2 + O3 → N2O + O2.

шығыны аз, бірақ озон каталитикалық ыдырауға ұшырайды.

   Ылғал озон барлық металдармен  әрекеттеседі, тек алтын және  платина тобындағы металдармен  әрекеттеспейді. Құрғақ озон көптеген металдарды тотықтырмайды.

 

-20-

   Құрамында сутегі, күкіртсутек және палладия гидриді бар қосылыстар озонмен тотыққанда су және бос күйінде элементті береді. Аммиакта озон және сутегі, озон тотығады.

   Галоидты сутектер озонмен әрекеттесіп су және бос күйінде галогенді береді.

   Күкірттің қос оксиді және азот оксиді ылғал озонды тотығып, күкірт және азот қышқылын береді. Күкірттің қос оксидінің тотығуы тотығудың екінші класына жатады, себебі онда озонның үш атомы қатысады.

                                             3SO2 + O3 = 3SO2

   Иодты калий озонмен әрекеттестіріп бос күйіндегі иодты береді:

                               2 KI + H2O + O3 = 2 KOH + O2 + I2.

   Дәл осылай KBr-і әрекеттеседі.

   Көптеген басқа неорганикалық  тұздар озонмен тотығады, мысалы  хром қышқылының тұздардың ерітінділері хром қышқылына айналады. Калийдің ферроцианиді ферроцианид темірдің (ІІ), қалайының (ІІ), висмуттың (ІІ) тұздары темірдің (ІІІ), қалайының (ІV) және висмуттың (ІІІ) гидроксидтерін береді.

   Озон суды тотықтырмайды, керісінше, судың пероксидтері тотықсыздандырғыш қызметін атқарады.

                                             H2O2 + O3 = H2О + 2O2. 

   Екінші топтағы озонның  тотығу реакциялары жатады:

                                   3 SnCI2 + 6HCI + O3 = 3 SnCI4 +  3H2O.

   Үшінші топтағы реакцияларға озонмен сілтілік металдардың озонидтер түзу реакциялары. Мысалы, КО3 калий озониді және аммоний озониді жатады.

   Сілтілік металдардың озонидтерін  көбінесе құрғақ гидроксидтерді  төменгі температурада озонмен әрекеттестіру арқылы алады:

                                   3 KOH + 2O3 = 2KO3 + KOH · H2O + 1/2 O2.

   Озон органикалық қосылыстармен  өте қуатты әрекеттеседі. Әсіресе, қос байланысы барлармен озонидтердің  түзілуі. Бұл реакциялар толық  зерттелген, бұл реакциялар 100-дан көп уақыт бұрын белгілі болды,

-21-

механизмі де жақсы зерттелген. Алдымен молозонидтер, содан соң ол ыдырап, кәдімгі озонидтер пайда болады. Озонидтер – майлы тұтқырлы сұйықтықтар, өзіндік иісі бар, 70°С-дан жоғары температурада ыдырайды.

   Озонның қос байланысы  бар қосылыстармен әрекеттесуі, әсіресе резинаның озонмен бұзылуы байқалады. Кәдімгі резина тұрақсыз және тез озон қатысында ыдырайды.

   Озон сонымен қатар ароматты  қосылыстармен бензол, ксилол, нафталин, фенантрен, хинолином, және т.б. әрекеттеседі. Ол қос байланысы барлар мен ароматты қосылыстармен озонидтер түзеді. Ароматты қосылыстардың озонидтері ерімейді және өте жарылғыш. Сондықтан озон және басқа да органикалық қосылыстармен жұмыс жасағанда өте сақ болу қажет.

                           

                                       1.4. Озонның улылығы.

 

   Бүгінгі күнге дейін әлемдік токсикологиялық әдебиеттерде озонның улылық дәрежесі туралы бір пікір жоқ.

   Көптеген зерттеушілер, озон 1-10мг/м3 (1 об. % = 21,28 мг/л) концентрациясында ағзада өзгеріс тудыратынын анықтады. Сонымен бірге жеке авторлар озон аз токсинді зат деп санайды. Бұндай қайшылықтар тәжірибелердің жүргізу жағдайына байланысты болуы мүмкін.

   Соңғы кезде озон биологиялық  әрекетін зерттеу биологтар, гигиенистер, санитарлық дәрігер және басқа мамандықтарды қызықтырады.

   Көптеген жұмыстар озонмен  улану дәрежесі мен оның белгілерін  анықтауға бағытталды.

   Жануарларға арнайы тәжірибелерде  жүргізілді. Зерттеулер, тышқандар  мен егеуқұйрықтардың өлімі озон концентрациясы мен оның әсер ету ұзақтығына қарай жүргізілді. Төмен концентрацияда жануарларда қозу байқалады, аласұру, содан соң барып қалыпты жағдайға келеді.

   Жоғары концентрацияда жануарларда  тыныс алу мүшелерінің бұзылуы  байқалған. Озонмен уланғанда жануарларда  рефлекстердің төмендеуі, қозғалыстар координациясы бұзылады.Жануарлар мүшелерін озонның

-22-

6-10мг/м3 дозасының әсерін зерттеу кезінде барлық мүшелердің сосудтардың бұзылуы, өкпе мен бауырдағы өзгерістерді байқады. Тышқандар үшін өлім дозасы болып 4 · 10-4 көлемі %. (8,4 мг/м3) саналады. Ол шамамен 12 есе фосфинге қарағанда аз болып табылады.

   Озон жоғары токсинді  зат.

   Оның ерекшелігі – жануарлардың  озонға бейімделгіштік қасиеті, одан иммунитет қалыптасады. Атмосферада 4-; 6- сағаттық уақытта 2 мг/м3 озонның әсер етуіне тышқандар үйреніп кетеді.

   Атмосфералық  ауада озон концентрациясының адам мен жануар ағзасына әсерін зерттеу өте маңызды болып табылады. Көптеген зерттеушілер  озонның биологиялық әсерінің табалдырығын анықтады. Адам үшін иіскегендегі иіс бойынша концентрациясы – 0,015 мг/м3, өте аз байқалады, ал максимальді байқалатыны – 0,01 мг/м3 . Концентрациясы 0,15 мг/м3  болғанда озон жоғарғы тыныс алу жолдарының кілегей қабықшаларына тітіркендіргіш әрекет жасайды. Құрамында 0,2 мг/м3  озоны бар атмосферада адамдардың ұзақ болуы бас ауруына, сонымен қатар көздің тітіркенуіне әкеледі. Сондықтан 0,2 мг/м3 шектік концентрацияға жатқызады.

  Озон өте тітіркендіргіш  иіске ие, оның иіс шекті концентрациядан  аз болғанда байқалады, бірақ  ол өте қауіп тудырмайды.

  Жануарларға жасалған тәжірибелер, озон концентрациясын төмендету оның үздіксіз әрекетімен бағаланады. Атмосфералық ауадағы озон мөлшері тәулік пен жыл мезгіліне байланысты атмосфералы озонның адам ағзасына әсері үзілмелі сипатта болады.,

   Зерттеулер көрсеткендей , концентрациясы 0,4 мг/м3 озоны бар ауада адамның екі сағат болуы кезінде, ауыздың құрғауы, жөтел, белсенділіктің жойылуы байқалған

0,2 – 1  мг/м3  концентрацияда көздің, тамақтың тітіркенуі байқалады. 2 – 20 мг/м3 концентрация аралығында тыныс алу мүшелеріңіз тітіркенуі, жөтел, құсу, бас ауруы, бастың айналуы, күшті шаршау, тіпті жүректің соқпай қалуы байқалады. 15-20 мг/м3 озон концентрациясында өкпе ісігі байқалған.

 

-23-

   Әртүрлі газдар аз: азот  тотықтары, көмірқышқыл газы, күкірт  қышқылының аэрозолдары қатысындағы озон токсинді әрекеті зерттелді. Озонның әртүрлі газдармен токсинділігі күшейеді.

   Бұның барлығы осы газбен  жұмыс жасау қауіпсіздік ережелерін сақтауды қажет етеді. Озон шекті концентрациясы 0,1 мг/м3 (4,7 · 10-6 көлем %) деп қабылданған.

 

                                II. Озонның атмосферада таралуы.                    

  

   Алдымен атмосфера құрылысын қарастырайық. Температураның өзгеру сипатына қарай қарай бірнеше қабаттарға бөлінеді.

   Бірінші қабат – тропосфера, деңгей көтерілген сайын температура жоғарылайды, 10-18 км-ге дейін созылады. Одан жоғары стратосфера, онда температура тұрақты болады, ол 40км биіктікке жетеді. Одан әрі мезосфера – биіктігі 80 км-ге дейін жетеді, онда температура бірте-бірте  жоғарылайды. Одан жоғары – термосферада – биіктігі шамамен 800 км температура монотонды артады. Бұл температура қабаттары: тропопауза, стратопауза және мезопаузаға бөлінеді. Кейде термосферамен 500 км-ге дейін иносфера деп атайды.

   Атмосфера биіктігі қандай  болуы керек? Егер ауа қысымын атмосферамен бірдей қылып қойсақ онда 1см3 ауада қысым 0,0013г тең болғанда және ауа бағынасының 1 см2-ның бір атмосферасы 1,03328кг/см2 тең болады, атмосфераның шекарасы 7,7км биіктікте болады, атмосферадағы ауаның тығыздығы тұрақсыз, төменгі қабат жоғарғы жағымен қысылған, сондықтан атмосфера шекарасы жоғарғы биіктікте жатады.

   ХІІ ғасырдағы араб оқымыстысы  Альгазен ауаның салмағын білмей  тұрып, атмосфера биіктігін ретін барынша дұрыс анықтай алды. Ол бақылау жүргізді. Ежелгі гректер кештің күн 18° көкжиекте байқалатынын білді. Альгазен атмосфера биіктігі 50км құраса, дәл бақылаулар 200км-ді құрады.

                                                             Mgh

                                             P=Poe         RT

-24-

Барометрлік формула, онда (P) атмосфера қысымы ол (h) биіктікке тәуелді, (М)- газдың молекулалық массасы, Т – температура, (g)- ауырлықтың үдеу күші:

   Мұндағы Ро – һ нөлге тең болғандағы атмосфера қысымы: R – газ тұрақтысы.

   Бұл формуладан біріншіден, атмосфера шектеусіз, барлық жағдайда, атмосфераның белгілері 1300-1500км. 2-шіден, атмосфера құрамы биіктігі бойынша бірдей емес, яғни газдар молекулярлық салмағы бойынша таралуы қажет: барынша ауыры төменнен, жеңілдеуі жоғарғы жағында болады. 100км биіктікке атмосфера 95,6% сутегі, 3% азот, 1,3% гелий және 0,11% оттегінен тұрады. 100 км-де атмосфера тек қана сутегінен тұруы қажет. Мысалы: солтүстік жарқырау спектрларын зерттеу кезінде, түнгі аспанда 100км биіктікте сызықтар мен жолақтар болатынды, ол азот пен оттегіне жататындығын білдіреді және сутегінің сіңірілетіндігі анықталмаған. Бұл атмосфераға тікелей анализдер, ауа ол % дәлдікпен алғанда сол құрам екендігі анықталды.

   Атмосфераны «ығыстырудың»  себебі неліктен барометрлік формула дұрыс емес па? Мынадай пікірлер айтылуда, есептеулер Жер бетінде бар белгілі газдармен есептелген, ал жоғарыда одан жеңіл бір белгісіз газ бар. Бұл гипотезаны 1910 жылы Венегер ұсынды.Ол бұл газға λ = 5577,3Å болатын толқын ұзындығы бар жасыл сызықты көрсетіп, бұл Солтүстік жарқырауда байқалады деп, геокорон деп атады. Вегенер бойынша 100км-ден жоғары атмосферада геокоронийден тұрады деді.

   Алайда соңынан бұл жасыл  сызықты спектр оттегінен шығатыны  анықталды.

   Атмосфералық азот пен  оттегі 50км-ден жоғары күн сәулесін  жерінен атомдарға ыдырайтындығы анықталды. Осылайша толқын ұзындығы 5577,3Å солтүстік жарқырауда байқалады. Атмосфераның ең жоғары қабаттарында күннің қысқа толқындары атомдарға дейін иондалған күйге ұшырады. Демек, жоғары биіктікте иондалған газ болады, бұл плазманы еске түсіреді осылайша радиотолқындар таралады.

-25-

   Атмосфера бұл екі газдың  қоспасы емес, бұл газдардың тірі жүйесі, күн мен түнде өзгеріп отырады.

   Атмосфера – бұл иондалған, ыдыраған, және молекулярлы газдардың  қоспасы. Бұлардың арасында тұрақты  реакциялар өтіп, олардың жеңіл әрі ауыр бөлшектер пайда болады бұның бәрі атмосфераның «алмасуына» әкеледі.

   Егер тек оттегін алсақ, оның иондалуынан, 50км биіктікте диссоциация байқалады:

                                             O2 + һν = 2 O.

Оттегі атомдары, әсіресе биіктігі бойынша төменде болатыны, онда оттегі қысымы жоғары болып, оттегі молекуласымен әрекеттесіп озон түзеді:

                                        O + O2 + М = O3 + М.

  Одан да төмендеу биіктікте  озон ыдырайды:

                                             O3 + O = 2 O2.

Және Күннің ұзынтолқынды сәулелерінің әсері мен Жердің инфрақызыл сәулелерінің әсерінен де ыдырайды:

                                     O3 + һν = О2 + O (λ < 6000 Å).

Осылайша, атмосфера озон қабаты болады, әсері жәй мөлшері аз болады. Көп жақты, зерттеулер, атмосферадағы озонның мөлшері яғни озонды бір қабатқа біріктірсек, қалыпты жағдайда, 1 атм қысым мен 273°С температурада қалыңдығы 0,3см болады, ал орташа концентрациясы 4 · 10-7% көлем болады.

   Атмосферада озон қабатының оптикалық қасиеттері бар.

   Біріншіден, жоғары биіктікте (50км-ден жоғары) күн сәулесінің  толқын ұзындығы 2000 Å-нен кіші ол негізінен оттегі сіңіреді де атомдарға ыдырайды. Күннің толқын ұзындығы  2000 Å жоғары болса, оны озон сіңіреді. Бұл әсіресе, сәуленің ультракүлгін бөлігіне жатады. Спектрдің ультракүлгін бөлігі мынадай жиіліктерде болады: мысалы күн сәулесінің шырақтары 4000 Å-да-1-ге тең, ал  3000 Å – 0,61; ал 2000 Å – 0,09-ге тең болады. Осылайша күн сәулесінің ультракүлгін бөлігі энергиясының көп бөлігі 2200-2900 Å – аралығына сәйкес келеді, бұл интервалда озон дәл сіңіреді.

-26-

   Озон сәулеленуді 9,5 мкм аймағының Жердің инфрақызыл сәулелерін сіңіреді, озон өзінің өте аз мөлшеріне қарамай негізгі рольді, яғни атмосферадағы күн сәулесі мен  Жер сәулелерін жұту қызметін атқарады. Бұл негізгі кезекте Жер бетіне күн сәулесінің 2900 Å-нен қысқа толқынды Күн сәулелерінің түсуінен, яғни барлық тірі зат үшін өте қауіптіктен сақтайды.