Смеси жидкого кислорода с твердыми пористыми горючими органическими веществами, называемыми поглотителями, например угольным порошком, древесной мукой, торфом, мохом, соломой, серой и др., измельченными или спрессованными в брикеты, называются оксиликвитами. Они обладают очень сильными взрывчатыми свойствами, которые могут сильно различаться в зависимости от свойств поглотителя и содержания кислорода в момент взрыва (жидкий кислород очень летуч), легко готовятся на месте использования и применяются при подрывных работах, в основном при невозможности доставки других взрывчатых веществ, например, в горных и труднодоступных районах.

Велика роль кислорода в различных металлургических методах, например, при продувании в доменную печь воздуха, обогащенного кислородом, значительно повышается температура пламени, в результате чего ускоряется процесс плавки и увеличивается производительность печи. Еще больший эффект получается при полной или частичной замене воздуха кислородом в сталеплавительном производстве – мартеновском и бессемеровском процессах: это дает не только их ускорение, но и улучшение качества получаемых сталей. В цветной металлургии обогащенный воздух (до 60% О2) служит для окисления сульфидных руд цинка, меди и др.

II.2. Трикислород (озон) О3

Озоновый слой. Озон (трикислород) О3 неравномерно распределен по всей атмосфере, достигая своего максимума в стратосфере (20-30 км над поверхностью Земли). Хотя его количество мало по сравнению с кислородом воздуха (слой озона, приведенный к нормальным атмосферным условиям – 0 оС, 1 атм (760 мм рт. ст. или 101325 Па) – составит 0,4-0,6 см от поверхности Земли) озона оказывается достаточно для поглощения опасного для всех живых организмов ультрафиолетового излучения Солнца и инфракрасного излучения Земли; этим он препятствует облучению и охлаждению нашей планеты, способствуя, таким образом, стабильному развитию органической жизни на Земле. Содержание озона в воздухе зависит от географической широты и от времени года. Как правило, оно больше в высоких широтах, максимально весной и минимально осенью.

Начиная с 1976 г. обнаружено уменьшение концентрации О3, а это чревато увеличением интенсивности потока радиации и, как следствие, развитием рака у растений и животных. Созданная Всемирной метеорологической организаций (ВМО) комиссия для изучения данного явления и разработки методов по предотвращению его развития установила, что истоньшение озонового слоя напрямую связано с выбросом в атмосферу несвойственных природе фтор- и фторхлоруглеродов жирного ряда или фреонов (от лат. frigor - холод, так как эта группа соединений обладает свойствами холодильных агентов), из которых наиболее распространены так называемые фреон-12 (ССl2F2) и фреон-11 (CCl3F). Под действием УФ-излучения фреоны фотолизируют и радикалы хлора и фтора реагируют с озоном, превращая его в дикислород и образуя оксиды. Эти оксиды реагируют с атомарным кислородом, в результате реакции получаются дикислород и радикалы, готовые вновь прореагировать с трикислородом. Покажем происходящий процесс на примере CF3Cl:

CF3Cl ® CF3 + Cl*; Cl* + O3 ® ClO + O2; ClO + O* ® Cl* + O2

Таким образом, в атмосфере создается постоянная циркуляция хлора и фтора, частицы которых могут дрейфовать в воздушном пространстве от 100 до 150 лет. Обычно, эти элементы, попадая в атмосферу и распадаясь на радикалы, реагировали с метаном, а получавшийся водородные соединения выпадали на Землю с осадками:

Cl2 ® Cl* + Cl*; CH4 + Cl* ® HCl + CH3

Однако, массовое применение фторхлоруглеводородов в аэрозольных баллонах и различных холодильных установках привело к выбросу такого их количества, что пути вывода хлора и фтора из атмосферы не могут обеспечить уровень этих газов в пределах, при которых озоновый слой не подвергался бы опасности быть уничтоженным. Возникновению озоновых дыр также способствуют высотные самолеты и спутники, в топливных выбросах которых содержатся сильные окислители. В связи с нарастанием проблемы, ООН пришла к выводу о необходимости замены фреонов аналогичными по свойствам соединениями, о чем рядом стран, в том числе и бывшим СССР, был подписан международный договор. Для увеличения концентрации озона ВМО разработала программу искусственного выброса О3 в верхних слоях атмосферы.

Физические свойства озона. В обычных условиях он проявляется как газ, имеет светло-синий цвет (синий цвет становится заметен при 15-20%) и характерный «электрический» запах, обладает свойством взрываться при нагревании. Озон почти в 1,7 раз тяжелее воздуха, его растворимость в воде значительно больше, чем кислорода. Жидкая модификация трикислорода имеет темно-синий цвет, твердая (кристаллы призматической формы) – темно-фиолетовый.

Химические свойства озона. Трехатомная молекула озона построена в форме равнобедренного треугольника:

Близость угла между связями к 120о указывает на то, что центральный атом кислорода находится в состоянии sp2-гибридизации. Гибридная sp2-орбиталь перекрывается р-орбиталями и в молекуле образуются две s- и одна p-связь. s-связи соединяют крайние атомы с центральным, а p-связь делокализуется, т.е. принадлежит всем трем атомам кислорода (p-связь в молекуле озона – трехцентровая). Стандартная энтальпия образования О3 равна 142,5 кДж/моль.

Трикислород является неустойчивым соединением и самопроизвольно разлагается (при большой концентрации разложение озона может происходить со взрывом, причем взрываемость в сильной степени зависит от примесей, особенно органического происхождения):

О3 ®О2 + О*

Трикислород – один из сильнейших окислителей, более сильный, чем дикислород, но более слабый, чем атомный кислород. Например, из раствора йодида калия он выделяет йод, в то время как с О2 эта реакция не протекает (она может использоваться для обнаружения О3):

2KI + H2O + O3 ® I2 + 2KОН + О2

Он разрушает органические вещества, окисляет подавляющее большинство металлов и неметаллов до соответствующих окислов, разрушает каучук, переводит низшие оксиды в высшие, а сульфиды металлов – в их сульфаты, разлагает галогеноводороды (кроме НF) и некоторые их соли и т.п. Во всех этих реакциях озон выступает как окислитель, однако, существуют реакции, в которых он фигурирует как восстановитель, например:

Н2О2 + О3 ® Н2О + 2О2

При действии на некоторые неорганические и органические вещества О3 образует озониды. В ходе большинства реакций молекула озона теряет один атом, переходя в молекулу О2.

Обнаружение и получение озона. Так как способность к окислению у озона выше, чем у кислорода, то этим его свойством в основном и пользуются для обнаружения газа. Если поместить в воздух, содержащий озон, бумажку, смоченную растворами KI и крахмала, то она тотчас посинеет, в то время как в деозонированом воздухе изменения окраски происходить не будет. С серебром трикислород образует черный пероксид серебра (точная формула неизвестна); при его контакте с эфиром или спиртом последние загораются.

Озон образуется из обычного кислорода (в чистом виде или в воздухе) под действием тлеющего (тихого) электрического разряда или ультрафиолетового излучения: