3 つの酸素原子は、反応性の高いガスであるオゾン (O3) を構成します。それは、地球の上部（成層圏）と下部（対流圏）の大気（対流圏）に存在する自然および人工の産物です。オゾンは、大気中の位置に応じて、地球上の生命にプラスまたはマイナスの影響を与えます。太陽の紫外 (UV) 光と分子状酸素との相互作用により、成層圏オゾン (O2) が生成されます。地表から約 6 ～ 30 マイル上にある「オゾン層」は、地表に到達する危険な紫外線の量を減らします。オゾンは強力な酸化剤 (二酸素よりもはるかに強力) であり、幅広い産業用途および消費者用途があります。
大気汚染物質の 2 つの主要なグループである揮発性有機化合物 (VOC) と窒素酸化物の間の光化学反応により、対流圏または地上レベルのオゾンが生成され、私たちはそれを呼吸します (NOx)。伝統的に、これらのプロセスは熱と日光の存在に依存していると考えられており、その結果、夏の間、周囲のオゾン濃度が上昇します。しかし、過去 10 年間、米国西部の特定の寒冷気候条件で高いオゾン濃度が観察されました。この地域では、局所的な VOC と NOx の排出レベルが高いいくつかの標高の高い地域で、雪が降るとオゾンが形成されます。地面と気温が氷点下かそれ以下。オゾンは、私たちがしばしば「スモッグ」または「もや」と呼ぶものの一因となっており、これは夏の間も依然として蔓延しています。
成層圏オゾンの一部は対流圏に運ばれ、一部の VOC と NOx は自然に生成されますが、地上レベルのオゾンの大部分は VOC と NOx の相互作用によって生成されます。化学工場、燃料ポンプ、油性塗料、車体工場、印刷工場も VOC の重要な原因です。高温燃焼は、窒素酸化物の主な発生源です。発電所、工業炉とボイラー、自動車も重要な要因です。
構造:
マイクロ波分光法による実験的証拠によると、オゾンは C2v 対称性を持つ曲がった分子です (水分子と同様)。 127.2 pm は O – O 距離です。角度 O – O – O は 116.78° です。孤立電子対の 1 つは、中心原子と sp² 混成しています。双極子モーメントが 0.53 D のオゾンは極性分子です。この分子は共鳴ハイブリッドであり、2 つの寄与構造があり、一方には単結合があり、もう一方には二重結合があります。配列の両側の全体的な結合次数は 1.5 です。亜硝酸アニオンと同じ等電子特性を持っています。置換同位体は、自然界のオゾン (16O、17O、18O) に含まれています。
物理的および磁気的特性:
- オゾンの色は淡い青色で、水にやや溶けやすいガスですが、四塩化炭素やフルオロカーボンなどの非極性の不活性溶媒にはかなり溶けやすく、青色の溶液を形成します。凝縮すると、161 K (112 °C; 170 °F) で濃い青色の液体が生成されます。この液体が沸点に達するのを許すことは、濃縮された気体オゾンと液体オゾンの両方が爆発する可能性があるため危険です。 80 K (193.2 °C; 315.7 °F) 未満の温度で紫黒色の固体を形成します。
- ほとんどの人は、空気中に 0.01 μmol/mol のオゾンを感知することができます。このオゾンは、塩素系漂白剤に似た独特の不快な臭いを持っています。頭痛、目の灼熱感、気道の炎症はすべて、0.1 ～ 1 μmol/mol の暴露の症状です。
- 空気中のわずかなレベルのオゾンでも、ラテックス、ポリマー、動物の肺組織などの有機物には非常に有害です。
- オゾンには弱い反磁性があります。
オゾン分解:
オゾンは、人間の周囲 (航空機のキャビン、コピー機のあるオフィス、レーザー プリンター、滅菌器など) で広く遭遇または生成される有害なガスであり、その触媒分解は公害の削減に重要です。これは、特に固体触媒の場合の最も一般的な種類の分解であり、低温での変換率が向上するなど、多くの利点があります。さらに、生成物と触媒を瞬時に分離できるため、分離工程を必要とせずに触媒を回収することができます。さらに、Pt、Rh、または Pd などの貴金属、および Mn、Co、Cu、Fe、Ni、または Ag などの遷移金属は、気相でのオゾンの接触分解で最も一般的に使用される材料です。
気相では、オゾン分解には 2 つの代替オプションがあります。
1つ目は、熱の作用だけでオゾンを分解する熱分解です。問題は、250 °C 未満の温度では、この種の分解が非常に遅くなることです。ただし、より高い温度で作業することにより、かなりのエネルギー消費が発生しますが、分解率を高めることができます.
2 つ目は光化学分解で、オゾンが紫外線 (UV) にさらされると発生し、酸素とラジカル過酸化物が形成されます。
周囲のオゾン濃度が高いのは人口密度の高い地域だけであるというのは本当ですか?
多くの人々は、高い対流圏オゾン濃度は主要都市でのみ見られると信じていますが、高い大気オゾン濃度はどこにでも存在する可能性があり、実際に存在します。オゾンが発生する場所は、ロサンゼルス、ヒューストン、アトランタ、ニューヨークなどの大都市だけではありません。また、ノースカロライナ州ローリーやオハイオ州シンシナティなどの小規模な場所でも製造されており、風下に何百マイルも運ばれて他の都市や農村地域の大気の質を損なっています。オゾンのピーク量は、日光が最も強い午後の時間帯により一般的です。
オゾンの最大値は、主な VOC および NOx 発生源の風下の場所で、風がオゾンとその VOC および NOx 前駆物質をその発生源から何マイルも離れた場所に運んだ後、午後と夕方に発生する可能性があります。その結果、かなりのオゾン濃度が、孤立した地域で、夕方や夜など、1 日のさまざまな時間帯に発生する可能性があります。
オゾンの用途:
<オール>結論:
オゾンは強力な酸化剤 (二酸素よりもはるかに強力) であり、産業用および消費者用に幅広く使用されています。オゾンの高い酸化力は、約 0.1 ppm の濃度を超えると、植物の組織だけでなく、動物の粘膜や呼吸組織を傷つけます。オゾンは重大な呼吸器系の危険物であり、地表近くの汚染物質ですが、オゾン層の濃度が高い (2 ～ 8 ppm) と有利です。これは、有害な紫外線が地表に到達するのを防ぐためです。
自動車の排出ガスなど、対流圏の人為的発生源によって生成されたオゾンは、長距離を移動できます。オゾン生成と NO などの他の化合物による掃気の 1 日の流れは一定です。
