История открытия и изучения озона¶

Озон — аллотропная модификация кислорода, состоящая из трёхатомных молекул O₃. При нормальных условиях представляет собой газ голубоватого цвета с резким характерным запахом, молекулярная масса — 47,998 а. е. м. Озон является мощным окислителем и одним из ключевых компонентов атмосферы Земли, где он образует защитный слой, поглощающий жёсткое ультрафиолетовое излучение. История изучения озона охватывает более двух столетий — от первых наблюдений запаха при электрических разрядах до понимания его роли в атмосферных процессах и промышленного применения.

¶Ранние наблюдения

Запах, сопровождающий работу электростатических машин и грозовые разряды, замечали ещё в XVIII веке, однако не связывали его с каким-либо конкретным веществом. Нидерландский физик Мартин ван Марум в 1785 году, проводя опыты с электрической машиной, обратил внимание на специфический запах вблизи искрового промежутка и предположил, что он связан с изменениями в воздухе под действием электричества. Аналогичные наблюдения делали и другие естествоиспытатели, но систематического исследования не последовало.

¶Открытие Шёнбейна

Первооткрывателем озона считается швейцарский химик Кристиан Фридрих Шёнбейн. В 1839 году, работая с электролизом воды, он обнаружил у анода газ с резким запахом, который отличался от известного тогда хлора. Шёнбейн предположил существование нового химического элемента и дал ему название «озон» (от греческого ὄζω — «пахну»). В 1840 году он опубликовал сообщение об открытии. Хотя гипотеза об элементарной природе озона позже не подтвердилась, предложенное название закрепилось.

¶Установление химической природы

В 1848 году немецкий химик Кристиан Фридрих Шёнбейн совместно с другими исследователями уточнил свойства газа. Важный вклад внёс французский химик Шарль Фредерик Жерар, который в 1840-х годах выдвинул идею, что озон является не самостоятельным элементом, а модификацией кислорода. Окончательно трёхатомная структура молекулы O₃ была установлена в 1860-х годах благодаря работам швейцарского химика Жана Шарля Галиссара де Мариньяка и немецкого физика Вильгельма Отто, определивших плотность и состав газа. К концу XIX века озон был признан аллотропной формой кислорода.

¶Изучение атмосферного озона

Во второй половине XIX века учёные начали измерять содержание озона в воздухе. Английский метеоролог Джозеф Генри Гилберт в 1870-х годах проводил систематические наблюдения и обнаружил, что концентрация озона выше в сельской местности и после гроз. В 1880-х годах французские исследователи Альберт Леви и Анри Мари использовали метод титрования для количественного анализа.

В 1913 году французские физики Шарль Фабри и Анри Буиссон с помощью спектроскопических измерений доказали, что озон присутствует в верхних слоях атмосферы и поглощает ультрафиолетовое излучение. Это открытие заложило основы учения об озоновом слое. В 1920-х годах английский метеоролог Гордон Добсон разработал спектрофотометр для измерения общего содержания озона в атмосфере и организовал сеть станций наблюдения. Его работы показали, что озоновый слой расположен в стратосфере на высоте 15–35 км.

¶Озоновые дыры и международное регулирование

В 1970-х годах появились данные о том, что хлорфторуглероды (ХФУ), используемые в холодильниках и аэрозолях, разрушают стратосферный озон. В 1974 году американские химики Марио Молина и Шервуд Роуленд опубликовали работу, объясняющую механизм каталитического разрушения озона хлором. В 1985 году британские исследователи Джозеф Фарман, Брайан Гардинер и Джонатан Шанклин обнаружили значительное истощение озонового слоя над Антарктидой — так называемую «озоновую дыру».

В 1987 году был принят Монреальский протокол — международное соглашение о поэтапном отказе от производства озоноразрушающих веществ. Впоследствии протокол был ратифицирован большинством стран мира, включая Россию. К 2000-м годам концентрация ХФУ в атмосфере начала снижаться, а восстановление озонового слоя, по оценкам Всемирной метеорологической организации, ожидается к середине XXI века.

¶Применение и значение

Озон находит применение в различных отраслях. В промышленности его используют для отбеливания бумаги и тканей, в медицине — для дезинфекции воды и помещений, в пищевой промышленности — для стерилизации упаковки. В России озон применяется на станциях водоподготовки, в частности в Москве и Санкт-Петербурге, для обеззараживания питьевой воды.

В атмосфере озон выполняет двоякую роль: в стратосфере он защищает живые организмы от ультрафиолета, тогда как в тропосфере (приземный озон) является загрязнителем и компонентом фотохимического смога. Предельно допустимая среднесуточная концентрация озона в атмосферном воздухе населённых пунктов в России составляет 0,03 мг/м³.

¶Методы получения и обнаружения

В лабораторных условиях озон получают действием тихого электрического разряда на кислород или электролизом растворов кислот. Качественная реакция на озон — посинение йодкрахмальной бумаги вследствие выделения йода. Количественное определение проводят титриметрически или спектрофотометрически.

¶Источники

• Шёнбейн К. Ф. Сообщение об озоне (1840)
• Добсон Г. М. Исследования озонового слоя (1920–1930-е)
• Молина М., Роуленд Ш. Работы по разрушению озона ХФУ (1974)
• Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой (1987)
• Всемирная метеорологическая организация. Доклады об озоновом слое