Ozon
Ozon
Ozon (Trisauerstoff) O3, eine der beiden stabilen Modifikationen des Sauerstoffes, wurde 1839 durch Christian Schönbein entdeckt. J.L. Soret bewies 1863 die Strukturformel O3, Werner von Siemens stellte ab 1857 größere Mengen Ozon her. Der Name ist abgeleitet vom griechischen (oxein, ozein = riechen). O3 ist ein instabiles, blaues, diamagnetisches Gas von charakteristischen, stechendem Geruch: es wurde erstmals anhand seines Geruches erkannt.
Ozon kann an seinem Geruch bis zu Konzentrationen von 0,01 ppm noch wahrgenommen werden; die maximal zulässige Konzentration bei fortgesetzter Einwirkung beträgt 0,1 ppm, doch sollen auch Mengen von 1 ppm unbedenklich sein, sofern diese Luft nicht länger als 10 min lang eingeatmet wird.
Nun zu den physikalischen Eigenschaften des Ozons:
Dichte, gasförmig: 0,00214 g/cm³
flüssig: 1,46 g/cm³
fest: 1,571 g/cm³
Siedepunkt: -111,9 °C
Schmelzpunkt: -192,5 °C
Das Molekül ist gewinkelt. Bei 253,7 nm weist es ein starkes optisches Absorptionsmaximum auf. O3 ist kinetisch metastabil, bei Energiezufuhr (z.b.: UV – Strahlung, Erwärmung) zerfällt es rasch:
2O3 ® 3 O2
O2/O3-Gemische sind hochexplosiv.
Ozon ist nur wenig wasserlöslich: 0,57g/l bei 20°C. Durch die Abgabe von atomarem Sauerstoff ist O3 ein sehr starkes Oxidationsmittel und wirkt keimtötend. Luft/Ozon – Gemische greifen Metalle an.
O3 – Konzentrationen von rund 10-6 Vol. -% führen zu Schleimhautreizungen, höhere zu Lungenödemen. Der qualitative Nachweis erfolgt über die Blaufärbung einer wäßrigen KI-Stärkelösung:
2KI + O3 + H2O ® 2KOH +I2 + O2
Quantitativer Nachweis mit Hilfe der UV – Spektrometrie.
Vorkommen:
Die Luft enthält rund 3 * 10-6 Vol.-% O3, in 25km Höhe erreicht die Ozon – Konzentration einen Maximalwert: 2* 10-5 Vol.-%. In Bodennähe wird O3 rasch durch Reduktion zerstört. Das atmosphärische Ozon entsteht durch Spaltung von O2 – Molkülen durch die ultavioleten Strahlen der Sonne:
O2 ® 2O und anschließende Reaktionen des atomaren Sauerstoffes mit den O2 – Molekülen:
O2 + O ® O3
Das in der Atmosphäre ständig gebildete Ozon absorbiert die langwellige UV – Komponente des Sonnenlichtes, spielt eine wichtige Rolle im Wärmehaushalt der Atmosphäre und schützt die Organismen an der Erdoberfläche vor dieser lebensgefährdenden Strahlung. Seit 1986 werden über den Polen großflächige Löcher in der Ozonschicht beobachtet.
Erhöhte O3 – Konzentrationen treten in Gebieten mit starker Abgasentwicklung (Stickstoff – und Schwefeloxide) auf. Gewinnung im Ozonisator durch elektrische Entladungen in Sauerstoff und anschließende Trennung der Gase durch fraktionierte Verflüssigung. Die theoretische Ausbeute beträgt 1,22 kg O3/kWh, doch liegt der erreichbare Wirkungsgrad zwischen 10 und 20%. Ozon entsteht teilweise auch als Nebenprodukt bei der Elektrolyse von Wasser. Der Strompreis bestimmt weitgehend den Ozonpreis.
OZON
Winkler Felix, Wieser Wolfgang03.
06.1997
Chemische Schreibweise: O³
Ozon [griech. »das Duftende«] aus dreiatomigen Molekülen (O3) bestehende Form des Sauerstoffes; in hoher Konzentration tiefblaues Gas (Siedetemperatur –111,9°C, Schmelztemperatur –192,5°C ) mit durchdringendem Geruch, das sich unter Einwirkung von atomaren Sauerstoff auf molekularen Sauerstoff bildet, aber leicht wieder gemäß O3 Õ O2 + O und 2O Õ O2 zerfällt. Durch das Auftreten atomaren Sauerstoffs ist Ozon eines der stärksten Oxidationsmittel und in höheren Konzentrationen stark giftig. Ozon wird als Oxidations- und Bleichmittel sowie bei der Wasseraufbereitung anstelle von Chlor als Desinfektionsmittel verwendet. Im unteren Teil der Stratosphäre, in einer Höhe von etwa 12 – 40 km, der Ozonschicht, bildet sich Ozon aus molekularem Sauerstoff unter dem Einfluß der kurzwelligen UV-Strahlung der Sonne.
Diese Ozonschicht ist äußerst wichtig, weil sie den größten Teil der UV-Strahlung zurückhält. Wesentlich erhöhte O.Konzentrationen (»O.smog«) können v.a. über Gebieten mit starker Abgasentwicklung auftreten, wo O.
aus Stick- und Schwefeloxiden unter der Einwirkung des Sonnenlichtes entsteht. Ozon führt zu gesundheitlichen Schädigungen bei Mensch und Tier. (v.a. Reizung der Schleimhäute; bei hohen Konzentrationen erhöhtes Krebsrisiko und Defektmutationen) und Pflanzen (Bleichflecken), ferner zu Schäden an organ. Substanzen wie u.
a. an Textilien, Leder, Anstrichen.
Ozonloch: Bezeichnung für die bes. über der Antarktis stark zerstörte Ozonschicht der Erdatmosphäre. Die Ozonschicht wird durch chem. Oder physikal.
Einwirkungen von der Erde aus nachteilig beeinflußt. Als Hauptursache für die Schädigungen gelten die Fluorkohlenwasserstoffe (FCKW). Sie steigen nach ihrer Freisetzung langsam in die Atmosphäre auf und erreichen nach 10 – 15 Jahren die Stratosphäre; dort zerbrechen sie schließlich und setzten reaktionsfreudige Chloratome und –oxide frei, die mit dem Ozon reagieren und es zu zweiatomigen, molekularen Sauerstoff abbauen. – 1985 wurde das Ozonloch über der Antarktis entdeckt. 1992 ergaben Messungen daß auf einer Fläche von 23 Mio. km² (entspricht etwa der Fläche des nordamerik.
Kontinents) die Ozonkonzentration um mehr als die Hälfte zurückgegangen ist. Auch die Ozonschicht der nördl. Hemisphäre ist inzwischen nachweislich dünner geworden. Ein regelrechtes Ozonloch ist aber unter den nördlichen Witterungsbedingungen bislang nicht entstanden. Die Schädigung der Ozonschicht, die den kurzwelligen Teil der Sonnenstrahlung fast vollständig absorbiert, ist besonders wegen ihrer biologischen Auswirkungen (Erhöhung der Mutationsraten, Zunahme von Hautkrebserkrankungen) bedenklich.
Erklärungen:
ppm = parts per million = ein Millionstel
metastabil = Bezeichnung für einen Zustand eines Systems, der zwar nicht von sich aus in einen anderen Zustand übergeht, bei dem aber ein geringer Anstoß genügt, um diesen Übergang zu bewirken.
Quellen: dtv Chemie Atlas; das große deutschsprachige Lexikon der Chemie; Chemie leichtgemacht; Ozon - Broschüre.
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