Жизнь замечательных веществ

Озон – ближайший родственник дикислорода, но состоящий из трёх атомов кислорода. Тем не менее такая относительно простая молекула, столь близкая по строению к дикислороду, долгое время была загадкой для химиков XIX столетия.

Озон – бледно-голубой газ с характерным, несколько резковатым запахом (этот запах можно почувствовать, понюхав воздух у работавшего продолжительное время без перерыва ксерокса или лазерного принтера).

Название «озон» происходит от греческого слово «озеин» – запах. Это имя газ получил в 1840 году, его крестным отцом стал успевший поработать и в Германии, и в Швейцарии химик Кристиан-Фридрих Шенбейн, которому часто приписывают и пальму первенства в открытии озона. Тем не менее впервые озон обнаружил не Шенбейн, а голландский физик Мартин ван Марум (в 1785 г.) – именно он описал характерный запах и окислительные свойства, которые приобретает воздух после пропускания через него электрических искр.

Однако ван Марум считал, что образуется особая «электрическая материя», на открытие нового вещества он не претендовал, и до Шенбейна общепринятым было мнение о том, что запах озона – это «запах электричества». Итак, Шенбейн первым заявил об озоне как о новом химическом веществе, но молекулярная формула озона – O₃ – была установлена позже: это было связано с трудностями при выделении и очистке озона от других газов, а эти трудности, в свою очередь, являлись результатом высокой реакционной способности озона.

При конденсации озон превращается в тёмно-синюю жидкость и фиолетово-чёрное твёрдое вещество, и то и другое – взрывчатые вещества. Цвет озона объясняется тем, что он интенсивно поглощает свет в красной области спектра. Помимо этого, озон поглощает ультрафиолетовое излучение, и именно это его свойство объясняет роль озона в окружающей среде, причем озон в верхних слоях атмосферы (стратосферный озон) и озон в нижних слоях атмосферы (тропосферный озон) играют разную роль в химии атмосферы и в экологических системах.

В нижних слоях атмосферы тропосферный озон образуется в результате комбинации таких факторов, как солнечный свет, органические кислородсодержащие вещества и оксиды азота. Этот озон часто встречается в атмосфере крупных городов и является обычным компонентом смога.

Озон токсичен для человека, в особенности – для легких и дыхательной системы (предельно допустимая концентрация озона для человека сравнима с таковой для циановодорода – в воздухе рабочей зоны – 0,1 мг/м³; в атмосферном воздухе населённых мест – 0,03 мг/м³, хотя человек распознает озон по запаху в концентрациях меньших, чем опасная). Повышенная концентрация озона может вызывать у некоторых людей поражения глаз, кашель, головную боль и боли в груди, респираторные нарушения, а также являться причиной обострения астмы и общего ослабления функции легких. Из-за этой потенциальной опасности рекомендуется хорошо проветривать помещения, в которых в течение длительного времени работает печатная или копировальная техника, а в некоторых штатах США даже объявляют «дни озоновой угрозы» – в такие дни прогнозируется увеличение содержания озона, и гражданам рекомендуют не использовать устройства, способные повысить концентрацию озона в воздухе, в первую очередь – автомобили (кстати, биоэтанол, использующийся в качестве топлива в ряде машин в США, является гораздо более опасным источником озона для смога, чем традиционный бензин, при горении которого, однако, могут образовываться канцерогены).

Если тропосферный озон опасен для здоровья, то озон стратосферный является нашим защитным «солнечным зонтиком». На высоте примерно 20 км от уровня моря озон образуется в результате воздействия ультрафиолетового излучения солнца на молекулы дикислорода, таким образом, озоновый слой является экраном, предохраняющим Землю от губительного воздействия солнечного ультрафиолета. Ультрафиолетовое излучение Солнца опасно для всего живого на Земле – ультрафиолет может повреждать ДНК, вызывая мутации, для «переоблучившихся» ультрафиолетом людей, например, повышается шанс развития рака кожи.

В конце 1970-х и начале 1980-х наблюдение за состоянием атмосферы Земли показало, что содержание озона в атмосфере падает, что приводит к истончению озонового слоя, и в 1985 году в Антарктическом регионе над Южным полюсом впервые наблюдалась дыра в озоновом слое. При этом отмечалось не только постепенное понижение содержания озона в атмосфере, но и сезонные колебания концентрации озона – с 1985 года и по наши дни каждую весну в атмосфере над Антарктикой наблюдается практически полное отсутствие озона в атмосфере – это и есть «озоновая дыра».

Было предположено, что истончение озонового слоя было обусловлено использованием хлорфторуглеводородов (фреонов), которые в то время использовались в качестве газов-пропеллентов для аэрозольных баллончиков и в системах охлаждения бытовых приборов. До детального изучения процессов, протекающих в атмосфере, фреоны казались химикам и экологам идеальными благодаря своей химической устойчивости.