(O3) là một dạng thù hình của ơxy, trong phân tử của nĩ chứa ba nguyên tử oxi thay vì hai như thơng thường.
Trong điều kiện nhiệt độ áp suất tiêu chuẩn ơzơn là một chât khí cĩ màu xanh nhạt. Ơzơn hĩa lỏng màu xanh thẫm ở -112°C, và hĩa rắn cĩ màu xanh thẫm ở -193°C. Ơzơn cĩ tính oxi hố mạnh hơn ơxy nhưng nĩ kém bền hơn ơxi, đễ bị phân hủy thành ơxy thường theo phản ứng:
2O3 → 3O2
Ơzơn là một chất độc cĩ khả năng ăn mịn và là một chất gây ơi nhiễm chung. Nĩ cĩ mùi hăng mạnh. Nĩ tồn tại với một tỷ lệ nhỏ trong bầu khí quyển trái đất. Nĩ cĩ thể được tạo thành từ O2 do phĩng tĩnh điện,tia cực tím, ví dụ như trong các tia chớp,cũng như bởi tác động của bức xạ điện từ trường cao năng lượng.
Một số thiết bị điện cĩ thể sản sinh ra ơzơn mà con người cĩ thể ngửi thấy dễ dàng. Điều này đặc biệt đúng với các thiết bị sử dụng điện áp cao, như ti vi và máy photocoppy. Các động cơ điện sử dụng chổi quét cũng cĩ thể sản sinh ơzơn do sự đánh lửa lặp lại bên trong khối. Các động cơ lớn, ví dụ những chiếc được sử dụng cho máy nâng hay máy bơm thuỷ lực, sản sinh nhiều ơzơn hơn các động cơ nhỏ.
Mật độ tập trung cao nhất của ơzơn trong khí quyển nằm ở tầng bình lưu(khoảng 20 đến 50 km tính từ mặt đất), trong khu vực được biết đến như là tầng ozon. Tại đây, nĩ lọc phần lớn các tia cực tím từ mặt trời, là tia cĩ thể gây hại cho phần lớn các loại hình sinh vật trên trái đất. Phương pháp tiêu chuẩn để đo lượng ơzơn trong khí quyển là sử dụng đơn vị Dobson(DU). Ơzơn sử dụng trong cơng nghiệp được đo bằng ppm(ví dụ các giới hạn phơi nắng của OSHA), và phần trăm theo khối lượng hay trọng lượng.
Ơzơn do Christian Friedrich Schonbein phát hiện năm 1840.
Ơzơn tầng bình lưu
Ơzơn được biết đến do khả năng hấp thụ bức xạ UV-B Ơzơn được tạo thành một cách tự nhiên trong tầng ozon.suh suy giảm ozon và lỗ thủng ơzơn diễn ra bởiclorofluorocacbon (CFC) và các chất gây ơ nhiễm khác trong bầu khí quyển.
Ơzơn trong bầu khis quyển Trái Đất nĩi chung được tạo thành bởi tia cực tím, nĩ phá vỡ các phân tử O2, tạo thành oxi nguyên tử. Ơxy nguyên tử sau đĩ kết hợp với phân tử ơxy chưa bị phá vỡ để tạo thành O3. Trong một số trường hợp ơxy nguyên tử kết hợp với N2 để tạo thành các nito oxit ; sau đĩ nĩ lại bị phá vỡ bởi ánh sáng nhìn thấy để tái tạo ơzơn.
Khi tia cực tím chiếu vào ơzơn, nĩ chia ơzơn thành phân tử O2 và nguyên tử của ơxy nguyên tử, quá trình liên tục này được gọi là chu trình ozon-oxi. Chu trình này cĩ thể bị phá vỡ bởi sự cĩ mặt của các nguyên tử clo,flo hay bom trong khí quyển; các ngun tố này tìm thấy trong những hợp chất bền vững, đặc biệt là clorofluorocacbon (CFC) là chất cĩ thể thấy ở tầng bình lưu và được giải phĩng dưới tác động của tia cực tím.
Chu trình nitơ ơxít để tạo thành ơzơn cũng cĩ thể bị phá vỡ do sự cĩ mặt của hơi nước trong khí quyển vì nĩ làm biến đổi các nitơ ơxít thành các dạng bền vững hơn. BÀI TỔNG QUÁT VỀ
ƠZƠN( Tác giả CHÂU VĂN CHUỔI (chauchuoi10)) Ơzơn là biến dạng thù hình của oxi. Phân tử
O3 gồm 3 nguyên tử Oxi. Ơzơn là chất oxi hố mạnh hơn Oxi. Điều này thấy rỏ ở chổ Ơzơn khơng bền, dễ dàng bị phân huỷ thành Oxi phân tử và Oxi nguyên tử: O3= O2 + O O3 dễ dàng oxihố iodua đến iot tự do: O3 + 2KI + H2O = I2 + O2 + 2 KOH Giấy tẩm dung dịch kali iodua và hồ tinh bột ( giấy iot tinh bột ) chuyển ngay thành màu xanh khi cĩ mặt Ơzơn trong khơng khí. Ơzơn được điều chế trong máy Ơzơn khi phĩng điện êm qua Ơxi hay qua khơng khí khơ, tinh khiết. Trong thiên nhiên Ơzơn được tạo thành khi cĩ sự phĩng điện trong khí quyển ( sấm, sét ), cũng như khi oxihố một số chất nhựa của các cây thơng. Lượng nhỏ Ơzơn trong khí quyển cĩ ảnh hưởng tốt đến sức khoẻ của con người, nhưng nồng độ cao cĩ thể gây ra ngộ độc. Thành phần chủ yếu của khơng khí là Ơxi ( 20,9% về thể tích, 23,2% về trọng lượng ) Nitơ ( 78,16% về thể tích, 75,5% về trọng lượng )và các khí trơ ( 0,94% về thể tích, 1.3% về trọng lượng ). Hàm lượng của các khí này thực tế khơng bị biến đổi, chúng là thành phần khơng đổi của khơng khí. Khí
Cacbonic và hơi nước là những thành phần biến đổi. Bụi và các khí khác (SO2, H2S v.v... )là những tạp chất cá biệt. Sự cĩ mặt của chúng phụ thuộc vào điều kiện của từng vùng, vào các mùa trong năm, v.v... Hàm lượng khí CO2ở những nơi xa xí nghiệp cơng nghiệp giảm xuống rất nhiều, khơng quá 0.03%.ở những nơi gần xí nghiệp cơng nghiệp hàm lượng của nĩ khá lớn. Khơng khí tinh khiết, đã loại hết bụi và các tạp chất cá biệt, hồn tồn trong suốt và khơng cĩ mùi. Tất cả các phản ứng đặc trưng của Oxi đều xãy ra rất chậm trong khơng khí. Trong khơng khí lỏng nhiều phản ứng xãy ra mãnh liệt hơn trong khơng khí thường. Chẳng hạn tàn lửa sẽ bùng cháy trong khơng khí lỏng, giống như trong khí quyển Oxi tinh khiết. Khơng khí cần cho hoạt động sống của cơ thể động vật và thực vật. Trong cơng nghiệp khơng khí được dùng điều chế Oxi, Nitơ và các khí trơ, cịn khơng khí lỏng cũng là chất làm lạnh
Sử dụng trong cơng nghiệp
Ơzơn được sử dụng để tẩy trắng đồ vật và tiêu diệt vi khuẩn. Rất nhiều hệ thống nước sinh hoạt cơng cộng sử dụng ơzơn để khử vi khuẩn thay vì sử dụng clo. Ơzơn khơng tạo thành các hợp chất hữu cơ chúa clo, nhưng chúng cũng khơng tồn tại trong nước sau khi xử lý, vì thế một số hệ thống cho thêm một chút clo vào để ngăn cản sự phát triển của vi khuẩn trong đường ống.
Trong cơng nghiệp ơzơn được sử dụng để:
• khử trùng nước uống trước khi đĩng chai,
• khử các chất gây ơ nhiễm cĩ trong nước bằng phương pháp hĩa học
(sắt,asen,hiđrosunfit,nitơrit, và các chất hữu cơ phức tạp liên kết với nhau tạo ra "màu" của nước,
• hỗ trợ trong q trình kết tụ (là quá trình kết tụ của
các phân tử, được sử dụng trong quá trình lọc để loại bỏ sắt và asen),
• hỗ trợ trong gia cơng chất dẻo (plastic) để cho phép mực kết dính,
• đánh giá tuổi thọ của mẫu cao su để xác định chu kỳ tuổi thọ của cả lơ cao su.
Sử dụng trong y tế
Ơzơn, cùng với các ion hypocloric, được sản xuất tự nhiên bởi các tế bào máu trắng (bạch cầu) cũng như rễ của cây cúc vạn thọ như là phương pháp để tiêu diệt các vật thể lạ. Khi ơzơn phân rã nĩ tạo thành các gốc tự do của ơxy, là những chất cĩ hoạt tính cao và gây nguy hiểm hay tiêu diệt phần lớn các phân tử hữu cơ.
Ơzơn được sử dụng trong một số trường hợp trong y tế. Nĩ cĩ thể được sử dụng để ảnh hưởng tới cân bằng chống oxi hố-hỗ trợ oxi hố của cơ thể, khi đĩ thơng thường cơ thể sẽ phản ứng với sự hiện diện của nĩ bằng cách sản sinh ra các enzym chống ơxy hĩa.
Liệu pháp zon được sử dụng trong y học thử nghiệm , việc này đang gây ra nhiều nghi vấn do nĩ chưa được nghiên cứu và kiểm nghiệm một cách khoa học và cẩn thận. Liệu pháp này là nguy hiểm bởi vì ơzơn là một chất ăn mịn rất mạnh.
Tại Mỹ , liệu pháp ơzơn là bất hợp pháp, vì FDA vẫn chưa cho phép thử nghiệm nĩ trên người. Ít nhất đã cĩ một người chết vì sử dụng nĩ tại Mỹ. Các máy "làm sạch khơng khí" để sản xuất "ơxy hoạt hĩa", tức ơzơn, vẫn được bày bán trên thị trường Mỹ.
Ơzơn được tìm thấy để chuyển đổi cholesteron trong máu thành cục (làm cứng và hẹp các động mạch). Sản phẩm cholesteron này cũng gây ra bệnh alzheimer.
Ơzơn được nghiên cứu rất nhiều và nĩ bị coi là chất gây ung thư cho một số động vật (số khác thì khơng), cũng như là tác nhân gây đột biến ở một số vi khuẩn.
Sự suy giảm tầng ơzơn
là hiện tượng giảm lượng ozon trong tầng bình lưu. Từ năm 1979 cho đến năm 1990 lượng ơzơn trong tầng bình lưu đã suy giảm vào khoảng 5%. Vì lớp ơzơn ngăn cản phần lớn các tia cực tím cĩ hại khơng cho xuyên qua bầu khí quyển Trái đất, sự suy giảm ơzơn đang được quan sát thấy và các dự đốn suy giảm trong tương lai đã trở thành một mối quan tâm tồn cầu, dẫn đến việc cơng nhận nghị định thư Montreal hạn chế và cuối cùng chấm dứt hồn tồn việc sử dụng và sản xuất các hợp chất cácbon của clo và flo (CFC - chlorofluorocacbons) cũng như các chất hĩa học gây suy giảm tầng ơzơn khác như tetraclorit cacbon, các hợp chất của brom(halon)và
metylclorofỏmSự suy giảm ơzơn thay đổi tùy theo vùng địa lý và tùy theo mùa. Lỗ thủng ơzơn dùng để chỉ sự suy giảm ơzơn nhất thời hằng năm ở hai cực trái đất, những nơi mà ơzơn bị suy giảm vào mùa Xuân (cho đến 70% ở 25 triệu km2 của Nam cực và cho đến 30% ở Bắc cực) và được tái tạo trở lại vào mùa hè. Nồng độ clo tăng cao trong tầng bình lưu, xuất phát khi các khí CFC và các khí khác do lồi người sản xuất ra bị phân hủy, chính là nguyên nhân gây ra sự suy giảm này.
Trong các thảo luận chính trị cơng khai "suy giảm tầng ơzơn" đồng nghĩa với lý thuyết cho rằng xu hướng suy giảm ơzơn tồn cầu, được gây ra vì thải các khí CFC, sẽ tạo điều kiện cho các bức xạ cực tím đến mặt đất nhiều hơn.
Cường độ gia tăng của các bức xạ cực tím đang được nghi ngờ chính là nguyên nhân gây ra nhiều hậu quả trong sinh học, thí dụ như gia tăng các khối u ác tính, tiêu hủy các sinh vật phù dutrong tầng cĩ ánh sáng của biển.
Lịch sử nghiên cứu
Năm 1970 giáo sư Paul Crutzen chỉ ra khả năng các oxitcủa nitơ,tù phân bĩn,máy bay siêu âm cĩ thể làm thâm thủng tầng ơzơn.
Năm 1974 Frank Sherwood Rowland và Mario.J.Molina nhận biết các CFC, giống như các khí khác, là chất xúc táccĩ hiệu quả cao khi phá vỡ các phân tử ozon.
James Lovelock (tác giả nổi tiếng của giả thuyết Gaia), trong chuyến đi biển Nam đại Tây
Dươngvào năm 1971, khám phá rằng phần lớn các thành phần của CFC từ khi phát minh ra chúng vào năm 1930 vẫn cịn tồn tại trong bầu khí quyển.
Crutzen, Rowland và Molina nhận giảo thưởng Nobel về Hố Học năm 1995cho những cơng trình của mình. Dựa trên các cơng trình của họ, các nhà khoa học dự tính nếu lượng sản xuất CFC tiếp tục tăng hằng năm 10% cho đến năm 1990 và sau đĩ khơng đổi, các khí CFC sẽ làm giảm 5% đến 10% lượng ơzơn tồn cầu vào năm 1995 và 30% đến 50% vào năm 2050.
Mặc dù vậy, lỗ thủng ơzơn ở Nam Cực với 91 đơn vị Dobson do Farman, Gardiner và Shanklin khám phá (đăng trên báo Nature vào tháng 5 năm 1985) vẫn là một sự kiện ngạc nhiên. Trong tầng bình lưu giá lạnh ở Nam Cực các phản ứng hĩa học trong các đám mây tầng bình lưu ở địa cực gây nên sự thâm thủng nhanh hơn dự đốn, gây sự chú ý của tồn cầu.
Cùng thời gian đĩ, đo đạc từ vệ tinh nhân tạo cho thấy ơzơn bị thâm thủng nặng ở Nam Cực. Mặc dù vậy, các dữ kiện này đầu tiên bị coi là vơ lý và bị bác bỏ bởi các thuật tốn kiểm tra chất lượng dữ kiện (chúng bị xem là lỗi và bị sàng lọc ra vì các trị nhỏ ngồi dự đốn); lỗ thủng ơzơn chỉ được khám phá qua các dữ liệu của vệ tinh khi các dữ liệu thơ được xử lý lại sau khi lỗ thủng ơzơn được chứnh minh qua quan sát tại chổ.
Thâm thủng ơzơn được quan sát thấy trên tồn cầu nhưng nhiều nhất là ở các vĩ độ cao (tức là gần các địa cực). Thí dụ được biết đến nhiều nhất là lớp ơzơn ở Nam Cực bị mỏng đi hằng năm vào mùa xuân ở địa cực.
Từ năm 1981 UNEP bảo trợ cho một loạt các báo cáo về đánh giá khoa học sự thâm thủng ơzơn. Bản mới nhất là của năm 2002.
Ơzơn trong bầu khí quyển được tạo thành khi các tia cực tím chạm phải các phân tử oxi(O2), chứa hai nguyên tử ơxy, tạo thành hai nguyên tử ơxy đơn, được gọi là oxi nguyên tử. Ơxy nguyên tử kết hợp cùng với một phân tử ơxy tạo thành ơzơn (O3). Phân tử ơzơn cĩ hoạt tính cao, khi bị tia cực tím chạm phải, lại tách ra thành phân tử ơxy và một ơxy nguyên tử, một quá trình liên tục gọi là chu kỳ ơxy-ơzơn.
Trước khi bắt đầu xu hướng suy giảm ơzơn, lượng ơzơn trong tầng bình lưu được giử ổn định nhờ vào cân bằng giữa tạo thành và phân hủy các phân tử ơzơn nhờ vào tia cực tím.
Phân hủy ơzơn
Ơzơn cĩ thể bị phá hủy bởi các nguyên tử clo,flo hay brom trong bầu khí quyển. Các nguyên tố này cĩ trong một số hợp chất bền nhất định, đặc biệt là chlorofluorocacbon (CFC), đi vào tầng bình lưu và được giải phĩng bởi các tia cực tím.
Quan trọng nhất là các nguyên tử clo được tạo thành như thế sẽ trở thành chất xúc tác hủy diệt các phân tử ơzơn trong một chu kỳ khép kín. Trong chu kỳ này, một nguyên tử clo tác dụng với phân tử ơzơn, lấy đi một nguyên tử ơxy (tạo thành ClO) và để lại một phân tử ơxy bình thường. Tiếp theo, một ơxy nguyên tử tự do sẽ lấy đi ơxy từ ClO và kết quả cuối cùng là một phân tử ơxy và một nguyên tử clo, bắt đầu lại chu kỳ. Một nguyên tử clo đơn độc sẽ phân hủy ơzơn mãi mãi nếu như khơng cĩ các phản ứng khác mang nguyên tử clo ra khỏi chu kỳ này bằng cách tạo nên các nguồn chứa khác như axitclohidric và clo nitrat (ClONO2).
Phản ứng của nguyên tử clo trong các nguồn chứa này thơng thường chậm nhưng được gia tăng khi cĩ các đám mây tầng bình lưu ở địa cực, xuất hiện trong mùa Đơng ở Nam Cực, dẫn đến chu kỳ tạo thành lỗ thủng ơzơn theo mùa.
Các quan sát
Mức ơzơn tối thiểu hằng năm trong lỗ thủng ơzơn ở Nam Cực
Phấn lớn các giảm sút ơzơn được cơng bố thuộc về phần phía dưới của tầng bình lưu. Tuy vậy, lỗ hổng ơzơn thường khơng được đo bằng nồng độ của ơzơn ở độ cao này (chỉ vào khoảng vài phần triệu – parts per million) mà qua giảm sút của cột ơzơn trên một điểm ở mặt đất, thường được thể hiện bằng đơn vị Dobson. Dùng các thiết bị như Total Ozone Mapping Spectrometer(TOMS) người ta đã quan sát thấy cột ơzơn giảm sút rõ rệt trong mùa xuân và đầu hè ở Nam cực so sánh với thập niên 1970 và trước đĩ.
Giảm sút cho đến 70% cột ơzơn được quan sát thấy vào mùa xuân ở nam bán cầu trên Nam Cực được nhắc đến lần đầu tiên vào năm 1985 vẫn đang tiếp tục.
Trong thập kỷ 1990 tổng lượng cột ơzơn vào tháng chín và tháng mười vẫn tiếp tục ít hơn các trị trước lỗ thủng ơzơn 40-50%. Ở Bắc Cực, giảm sút nhiều nhất là vào mùa đơng và xuân, lượng
giảm dao động từ năm này sang năm khác nhiều hơn ở Nam Cực: khi tầng bình lưu lạnh hơn giảm sút tăng lên đến 30%.
Các phản ứng trên mây tầng bình lưu ở địa cực rất quan trọng. Các đám mây này chỉ tạo thành trong nhiệt độ rất lạnh; tầng bình lưu ở Nam Cực lạnh hơn ở Bắc Cực vì thế mà các lỗ thủng ơzơn được hình thành trước tiên ở Nam Cực và cũng vì thế mà các lỗ thủng ở Bắc Cực khơng to bằng. Các dự đốn đầu tiên khơng tính tốn đến các đám mây này cho nên lỗ thủng thình lình ở Nam Cực thay vì một suy giảm dần trên tồn cầu đã tạo nên một bất ngờ như thế. Ở các vĩ độ trung bình, thường người ta hay nĩi giảm sút ozơn thay vì lỗ thủng ơzơn. Lượng ơzơn giảm vào khoảng 3% so với các trị trước thập kỷ 1980 ở 35-60 vĩ độ bắc và vào khoảng 6% ở 35-60 vĩ độ nam.