Kromě obvyklých dvouatomových molekul O2 se kyslík vyskytuje i ve formě tříatomové molekuly jako ozon O3. Za normálních podmínek je to vysoce reaktivní plyn modré barvy a charakteristického zápachu (chlór, kov, spálený drát)[2] s mimořádně silnými oxidačními účinky. Při teplotě −112 °C kondenzuje na kapalný tmavě modrý ozon a při −193 °C se tvoří červenofialový pevný ozon.
Molekuly ozonu sestávají ze tří atomů kyslíku namísto dvou, které tvoří molekuly stabilního běžnéhokyslíku. Molekula ozonu je lomená a úhel, který svírají vazby mezi atomy kyslíku, je 116,8°. Jak naznačují mezomerní strukturní vzorce (viz obrázek), představující mezní elektronové konfigurace této molekuly, je na prostředním atomu kladný náboj, zatímco na obou krajních je záporný náboj poloviční velikosti. Díky tomu a svému lomenému tvaru má molekula značnýdipólový moment. Přítomnost dipólového momentu přispívá k zesílení van der Waalsových mezimolekulových přitažlivých sil a spolu s vyšší hmotností molekuly ke snížení těkavosti ozonu ve srovnání s kyslíkem.
Ozon vzniká působením elektrických výbojů nebo krátkovlnnéhoultrafialového záření (například UV-C) na molekuly obyčejného kyslíku, přičemž tato reakce probíhá ve dvou stupních. V prvním dodaná energie rozštěpí dvouatomovou molekulu dikyslíku na dva atomy, tedy na dva vysoce reaktivní jednoatomovéradikály, které se okamžitě spojí s další molekulou dikyslíku za vzniku ozonu:
O2 +hν → 2 O,
O2 + O → O3.
Při normální teplotě a tlaku je ozon namodralýplyn s intenzivním pachem, kterýčlověk registruje při koncentraci menší než 0,1ppm (citlivost se liší podle jedince). Při ochlazování se nejprve přeměňuje na tmavě modroukapalinu, a posléze v tmavě modrou pevnou látku. Ozon je silnéoxidační činidlo. Je nestabilní a reakcí
2 O3 → 3 O2
se rozkládá na obyčejnýkyslík. Průběh reakce se zrychluje se stoupající teplotou a stoupajícím tlakem. Přeměnu ozonu na kyslík urychlují také některé chemické sloučeniny a radikály, například atomyfluoru achloru (viz hesloozonová vrstva). Ve vysokých koncentracích je jedovatý. Ve vyšších koncentracích ozon má dezinfekční účinky.[3]
Koncentrace ozónu se měří buď chemicky a nebo pomocí míryabsorpce ultrafialového záření. U měření ozónu v atmosféře se používají referenční fotometry, které ale budou od roku 2025 nahrazeny přesnějšími metrologicky navázanými metodami, čímž se v průměru zvýší indikovaná hodnota o 1,3 %.[4]
Opakem životu prospěšného ozonu vestratosféře je tzv. přízemní nebolitroposférický ozon, vyskytující se těsně nad zemským povrchem. Tento plyn je lidskému zdraví nebezpečný, působí dráždění a nemoci dýchacích cest, zvyšuje rizikoastmatických záchvatů, podráždění očí abolest hlavy.[zdroj?] Ozon ale patrně nemá vliv na rozvoj astmatu.[5]
Tento ozon je minoritní složkou nízkéatmosféry, zejménafotochemického smogu. Troposférický ozon vzniká složitými chemickými reakcemi oxidů dusíku s těkavými organickými sloučeninami za horkých letních dnů a bezvětří, a to především v městských a průmyslových oblastech.[6]
Zvýšený vznik přízemního ozonu na severní polokouli pozorujeme především za slunečných horkých letních dnů v lokalitách s vysokou koncentracívýfukových plynů - oxidůdusíku a těkavých organických látek vovzduší. Tento jev se souhrnným názvem označuje jako suchýsmog, někdy také fotochemický smog.Pevné částice ve vzduchu ale lze spojit s mnohonásobně více úmrtími.[7]
Ozon také vzniká při požárech či spalování biomasy a může se přenášet na velké vzdálenosti.[8] Hraje také roli při vytváření oblačnosti.[9]
Podrobnější informace naleznete v článku Ozonová vrstva.
Vypouštění balónu se sondou k monitorováníozonové vrstvy
Vyšší koncentrace v rozsahu 2 až 8ppm v atmosféře se nacházejí vstratosféře, ležící ve výškách mezi 10 až 50 kilometrů, která zachycuje většinuultrafialového záření (UV-B) přicházejícího zeSlunce. Kdyby se veškerý ozon ve stratosféře stlačil při tlaku cca 1000hPa (1 atmosféru), vytvořil by vrstvu tenkou 3,5mm.
Mimořádně významnou roli pro pozemský život hrajeozonová vrstva atmosféry, která chrání planetu předultrafialovým slunečním zářením. Je to částstratosféry ve výšce 25 – 35 km nad zemským povrchem, v níž se nachází značně zvýšený poměr ozonu vůči běžnému dvouatomovému kyslíku.
Vdechování ozonu vyvolává pokles kapacityplic v závislosti na jeho koncentraci a na hloubce dýchání.[11] PodleSvětové zdravotní organizace (WHO) vdechování ozonu vede ke vzniku zánětlivých onemocnění plic, narušení vývoje plic a snížení jejich funkce. Zvyšuje počet hospitalizací, způsobuje vyšší spotřebu léčiv a zvýšenouúmrtnost.
Poškozuje rostlinná pletiva. Mimořádně negativní účinky emisí ozonu jsou známy ujasanu,buku,pajasanu aliliovníku. Příznakem jsou žluté chlorotické skvrny, nebo drobné červené skvrnky, bronzovité zbarvení horní vrstvy, zatímco žilky zůstávají zelené.[12]
V chemických laboratořích slouží jako oxidační činidlo, zejména v organické syntéze a při přípravě některých peroxidických sloučenin.
V průmyslu se používá především k bělení (například textilních látek), při dezinfekci, zejména vody[3], kde ozonizace nahrazuje běžnější a lacinější, ale zdravotně méně výhodné chlorovánípitné vody, v potravinářském průmyslu k dezinfekci provozoven a k povrchové konzervaci potravinářských výrobků a v zemědělství k povrchovému ošetření zeleniny a ovoce (zejména zabránění růstu plísní a kvasinek).
Směs asi 10 % kapalného ozonu a 90 % kapalného dikyslíku byla v průběhu 50. let 20. století testována jako okysličovadlo v raketových kapalinových motorech pro zvýšeníspecifického impulsu. Směs byla značně nebezpečná, a proto nebyla nikdy použita v praxi.
Ozon je silné oxidační činidlo.[13] Jeho desinfekční vlastnosti jsou vynikající, protože má mimořádně velkou mikrobiocidní účinnost. Využívá se vmedicíně například pro léčbu akné, atopických ekzémů a dalších kožních defektů. V posledních letech[kdy?] se ozonu využívá vestomatologii vozonoterapii.[14]
Poměrně snadno lze připravit ozon tichým elektrickým výbojem v atmosféře čistého kyslíku. Vzniká tak směs kyslíku s ozonem, kde podíl O3 dosahuje obvykle 10 %. Čistý ozon lze pak připravit frakční destilací této plynné směsi.
Praktické využití ozonu je dáno jeho silnými oxidačními účinky.
V medicíně slouží ke sterilizaci nástrojů. Poněkud diskutabilní jsou účinky ozonové terapie.[zdroj?]
Silné oxidační účinky ozonu se využívají v papírenském průmyslu k bělení celulózy při výrobě papíru.
Použití pro desinfekci v domácnostech je účinné pouze při vyšších koncentracích ozonu, které jsou ovšem nebezpečné pro výskyt osob (závisí na výkonu zdroje ozonu, objemu prostoru, ventilaci a času aktivity zdroje). Generátory ozónu či ozonizátory, které svým výkonem umožňují současný bezpečný výskyt osob, jsou pro desinfekci neúčinné.[15]
Poprvé pozoroval zápach ozonu při pokusech s elektrickými jiskrami v roce1785 nizozemský vědecMartinus van Marum. Jeho objev byl zapomenut. Znovu ozon objevil německý chemikChristian Friedrich Schönbein v roce1839. Pokládal jej za nový prvek a dal mu název ozon. Pravou podstatu ozonu odhalili v roce1845 francouzští vědciAuguste de la Rive aJean-Charles de Marignac, kteří správně předpokládali, že se jedná o formu běžného kyslíku. Jejich teorii dokázal AngličanThomas Andrews v roce1856.
↑BAILEY, David. What is the smell after quartz is rubbed together?.Physics Stack Exchange [online]. 2022-09-28 [cit. 2024-05-07].Dostupné online. (anglicky)
↑ab OZON V MODERNÍCH TECHNOLOGIÍCH ÚPRAVY PITNÉ VODY.www.szu.cz [online]. [cit. 2009-08-31].Dostupné v archivu pořízeném z originálu dne 2012-11-30.
↑ Successful collaboration with the Umweltbundesamt (UBA), Germany’s environmental protection agency.www.ptb.de [online]. [cit. 2024-08-09].Dostupné online.
Jaroslav Kadrnožka:Energie a Globální oteplování, Země v proměnách při opatřování energie (obsahuje kapitolu věnovanou ozonu a ozonové vrstvě), BEN 2006,ISBN80-214-2919-4
