في الكيمياء إن مركب الأوزون وفي الإنجليزية (ozone) عبارة عن مركب غير عضوي، ويمتلك الصيغة الكيميائية التالية: (O3)، وهو تآصل ثلاثي الذرات للأكسجين (شكل من أشكال الأكسجين يحتوي فيه الجزيء على ثلاث ذرات بدلاً من اثنتين كما في الشكل الشائع) الذي يمثل الرائحة المميزة للهواء بعد عاصفة رعدية أو حول المعدات الكهربائية.
ما هو مركب الأوزون
- الأوزون (O3) هو غاز عديم اللون عند درجة الحرارة والضغط المحيطين وله رائحة مميزة حتى عند التركيزات المنخفضة جدًا، يمتلك قدرة أكسدة قوية تشكل خطورة على كلا من النباتات والحيوانات، وغير مستقرة خاصة عند التراكيز العالية، وينتج التفريغ الكهربائي في الأكسجين (أو الهواء) وتشعيع الأكسجين (الهواء) بالأشعة فوق البنفسجية قصيرة الموجة (UV) الأوزون.
- وقد يكون سائل أزرق داكن، يُعرف أيضًا باسم الأكسجين المنشط وهو شكل من أشكال التآصل من الأكسجين يتكون في الطبيعة عن طريق البرق في الهواء وأثناء تبخر الماء خاصة عن طريق الرش في البحر، وهو غاز أزرق غير مستقر مع رائحة مميزة، يتكثف إلى سائل أسود أزرق أو صلب بلوري، ويمتص الأشعة فوق البنفسجية ويعمل بمثابة غطاء طبيعي يحمي الأرض من أشعة الشمس الضارة ذات الموجات القصيرة، وهو مؤكسد قوي.
- الأوزون هو شكل جزيئي متآصل من الأكسجين يحتوي على ثلاث ذرات من الأكسجين (O3) وهو عامل مؤكسد أقوى بكثير من الأكسجين ثنائي الذرة (O2) أو الأكسجين أحادي الذرة (O)، كما وأنه ثاني أقوى مؤكسد لجميع العناصر، فقط الفلور هو أقوى منه، وهو ليس عديم اللون مثل غاز الأكسجين بدلاً من ذلك يكون الأوزون مزرقًا في الحالة الغازية، ولكنه أزرق مائل إلى السواد في الحالة السائلة والصلبة (على غرار لون الحبر)، ودرجة غليان الأوزون هي -112 درجة مئوية ونقطة تجمده هي -192 درجة مئوية.
- يتكون الأوزون في الطبقات العليا من الغلاف الجوي من تفاعل (O2) مع عنصر الأكسجين المتكون من انقسام (O2) بواسطة الأشعة فوق البنفسجية، وطبقة الأوزون الموجودة في الستراتوسفير على الرغم من احتوائها على كمية منخفضة نسبيًا من (O3) بالنسبة إلى (O2)، فإنه تمتص الأشعة فوق البنفسجية وتعمل على حماية الأرض من الخصائص المدمرة والطفرة للأشعة فوق البنفسجية الشمسية.
- يتكون الأوزون الأرضي (التروبوسفير) إلى حد كبير من تفاعل المنتجات الثانوية للاحتراق غير الكامل للوقود الأحفوري مع وجود الأكسجين الأولي، والملوثات الصناعية الشائعة ومنتجات عوادم السيارات مثل أكاسيد النيتروجين وأكاسيد الكبريت وأكاسيد الكربون والهيدروكربونات يتم تشققها ضوئيًا ثم تتفاعل مع (O2)، بينما تأتي المصادر الطبيعية للأوزون التروبوسفير من هجرة الأوزون من الستراتوسفير بمتوسط تركيز يبلغ حوالي 10-20 جزء في البليون في المناطق غير الحضرية.
- الأوزون هو غاز شديد السمية ومزعج للغاية للعيون والأغشية المخاطية والجهاز التنفسي، ويمكن الكشف عن الرائحة المميزة للأوزون دون حد التعرض المسموح به، ولذلك يُنظر إلى هذا المركب على خصائص تحذيرية مناسبة، ومع ذلك في التركيزات العالية قد تنخفض القدرة على شم الأوزون، وقد يتسبب استنشاق جزء في المليون من الأوزون في حدوث صداع وتهيج في الجهاز التنفسي العلوي والسفلي.
- تشمل الأعراض الأولى للتعرض تهيج العين وجفاف الحلق والسعال، وتختفي هذه الأعراض بعد توقف التعرض، قد يؤدي التعرض لمستويات أعلى إلى تمزق وقيء واضطراب في المعدة وصعوبة في التنفس، وانخفاض معدل النبض وضغط الدم واحتقان الرئة وضيق في الصدر ووذمة رئوية والتي يمكن أن تكون قاتلة.
- كما ويمكن أن يكون التعرض لـ 100 جزء في المليون من الأوزون لمدة ساعة قاتلاً للإنسان، كما وتشير الدراسات التي أجريت على الحيوانات إلى أن التعرض المزمن للأوزون قد يؤدي إلى تلف رئوي، مما يؤدي إلى ضعف مزمن في الرئة، والتعرض اليومي المستمر للأوزون يمكن أن يسبب الشيخوخة المبكرة.
استخدامات الأوزون
- يعتبر الأوزون أكثر تفاعلاً من (O2)، مما يجعله عامل مؤكسد قوي للغاية، ويمتلك العديد من الاستخدامات التجارية، وهو عامل مؤكسد قوي خاصة للمركبات العضوية، وهو عامل تبييض قوي للمنسوجات والزيوت والشموع ومبيد قوي للجراثيم كما ويستخدم في صناعة الورق وهرمونات الستيرويد والشموع والسيانيد وفي معالجة الأحماض.
- ويستخدم الأوزون الناتج عن التفريغ الكهربائي من أجل تنقية مياه الشرب ومعالجة النفايات الصناعية ومياه الصرف الصحي، كما أنه يستخدم لإزالة الروائح الكريهة من الهواء وقتل البكتيريا عن طريق تمرير الهواء الجاف عبر الأجهزة الإلكترونية الخاصة المنتجة للأوزون.
- يستخدم الأوزون كمركب مؤكسد وكمطهر للهواء والماء ولتبييض الشمع والزيت، وفي عمليات التخليق العضوي، وهو يظهر في الغلاف الجوي عند مستوى سطح البحر إلى حوالي 0.05 جزء في المليون، ويتم إنتاجه من خلال عمل الأشعة فوق البنفسجية (UV) على الأكسجين الموجود في الهواء.
- في التوليفات العضوية، تشكل مركبات الأوزون التي تكون أحيانًا مركبات مؤكسدة مفيدة، يستخدم في صناعة الورق وهرمونات الستيرويد والشموع والسيانيد وفي معالجة الأحماض، ويستخدم كمطهر للهواء والماء، ويحلل الأوزون من الأحماض الدهنية غير المشبعة إلى أحماض بيلارجونيك وغيرها من الأحماض، وفي تصنيع الحبر كعامل محفز، وفي معالجة المياه للتحكم في الطعم والرائحة، وكمثبطات العفن والبكتيريا في التخزين البارد وكوكيل تبيض.
- يستخدم كعامل مؤكسد في صناعة المواد الكيميائية العضوية (على سبيل المثال، إنتاج حمض الأزيليك)، وكمطهر للطعام في غرف التخزين البارد، لتبييض الدقيق ولب الورق والنشا والسكر ولمعالجة بعض العطور والفانيلين والكافور، وفي معالجة النفايات الصناعية، وفي التجفيف السريع للورنيش وأحبار الطباعة، وفي إزالة الروائح الكريهة من الريش.
معلومات عامة عن الأوزون
- يظهر الأوزون على شكل غاز عديم اللون إلى مزرق يتكثف إلى سائل أزرق داكن، أو بلورات زرقاء داكنة، وله رائحة مميزة بتركيزات أقل من 2 جزء في المليون، ولقد تم الإبلاغ عن رائحة الأوزون حول الآلات الكهربائية في زمن باكر من عام 1785 ميلادي، وتم تأسيس الدستور الكيميائي للأوزون في عام 1872 ميلادي، والأوزون غاز مزعج ومتفجر وسام حتى عند التركيزات المنخفضة.
- يتم إعداد الأوزون في المعمل عن طريق تمرير الهواء الجاف بين قطبين لوحيين موصولين بمصدر تيار متناوب من عدة آلاف من الفولتات، ويكون رد الفعل قابلاً للعكس، وبعد إنتاج القليل من الأوزون فإنه يتراجع بنفس معدل إنتاجه، ويتم الحصول عليها في شكل نقي عن طريق تبريد الهواء المؤكسد إلى -180 درجة مئوية عند فصله على أنه ضوء أزرق غامق، والخليط التجاري الذي يحتوي على ما يصل إلى 2٪ من الأوزون يتم إنتاجه عن طريق الإشعاع الإلكتروني للهواء.
- والأوزون 1.5 مرة أكثر كثافة من الأكسجين، وعند −112 درجة مئوية يتكثف إلى سائل أزرق داكن والذي يتجمد عند -251.4 درجة مئوية، ويتحلل الغاز بسرعة عند درجات حرارة أعلى من 100 درجة مئوية أو في وجود محفزات معينة وفي درجات حرارة الغرفة، ويتم تحضير الأوزون عن طريق تسخين ثنائي فلوريد الفضة في حمض مائي مخفف، ويتولد الأوزون من الأكسجين عن طريق تمرير شرارة كهربائية أو تفريغ كهربائي صامت من خلال الأكسجين الجاف والنقي.
- قد ينتج الأوزون عن طريق عملية التحليل الكهربائي لحمض الكبريتيك المخفف المبرد (على سبيل المثال 2.5N H2SO4) أو حمض البيركلوريك بكثافة تيار عالية (أعلى من تلك المطلوبة لإنتاج الأكسجين وحده)، ويتطور مزيج من الأكسجين والأوزون عند الأنود.
