الأوزون

الأوزون

الأسماء
اسم الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية الأوزون
الاسم المنهجي للاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية ثلاثي الأكسجين
أسماء أخرى 2λ 4- ثلاثي أكسيدين؛ كاتينا- ثلاثي أكسجين
المعرفات
رقم CAS	10028-15-6 ي
نموذج ثلاثي الأبعاد ( JSmol )	صورة تفاعلية
تشيبي	تشيبي:25812 ي
كيم سبايدر	23208 ي
بطاقة معلومات وكالة المواد الكيميائية الأوروبية	100.030.051
رقم EC	233–069–2
مرجع جملين	1101
IUPHAR/BPS	6297
شبكة	الأوزون
معرف PubChem	24823
رقم RTECS	RS8225000
جامعة يوني	66H7ZZK23N ي
لوحة معلومات CompTox ( EPA )	رقم تعريف DTXSID0021098
إنتشي إنشي = 1S/O3/c1-3-2 ي المفتاح: CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N ي إنشي = 1/O3/c1-3-2 المفتاح: CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYAY
الابتسامات [O-][O+]=O
ملكيات
الصيغة الكيميائية	أ 3
الكتلة المولية	47.997  جرام مول -1
مظهر	غاز عديم اللون إلى أزرق باهت [1]
رائحة	لاذع [1]
كثافة	2.144 جرام/لتر (عند 0 درجة مئوية)
نقطة الانصهار	-192.2 درجة مئوية؛ -313.9 درجة فهرنهايت؛ 81.0 كلفن
نقطة الغليان	-112 درجة مئوية؛ -170 درجة فهرنهايت؛ 161 كلفن
الذوبان في الماء	1.05 جم لتر -1 (عند 0 درجة مئوية)
الذوبان في المذيبات الأخرى	قابل للذوبان بشكل كبير في CCl4 وحمض الكبريتيك
ضغط البخار	55.7 ضغط جوي [2] (−12.15 درجة مئوية أو 10.13 درجة فهرنهايت أو 261.00 كلفن) [أ]
حمض مترافق	الأوزون البروتوني
القابلية المغناطيسية (χ)	+6.7·10 −6 سم 3 /مول
معامل الانكسار ( nD )	1.2226 (سائل)، 1.00052 (غاز، STP، 546 نانومتر - لاحظ التشتت العالي) [3]
بناء
مجموعة الفضاء	ج 2 ف
هندسة الإحداثيات	ديجونال
الشكل الجزيئي	ثنائي السطوح
التهجين	sp 2 لـ O1
عزم ثنائي القطب	0.53 د
الكيمياء الحرارية
الإنتروبيا المولية القياسية ( S ⦵ 298 )	238.92 JK −1 مول −1
المحتوى الحراري الانحرافي للتكوين (Δ f H ⦵ 298 )	142.67 كيلوجول مول -1
المخاطر
تصنيف GHS :
الصور التوضيحية
كلمة الإشارة	خطر
بيانات المخاطر	ح270 ، ح314 ، ح330 ، ح335 ، ح341 ، ح361 ، ح370 ، ح410
بيانات تحذيرية	P203 ، P220 ، P244 ، P260 ، P264+P265 ، P270 ، P271 ، P273 ، P280 ، P284 ، P301+P330+P331 ، P302+P361+P354 ، P304+P340 ، P305+P351+P338 ، P308+P316 ، P362+P364 ، P370+P376 ، P391 ، P403+P233 ، P405
NFPA 704 (الماس الناري)	4 0 4 ثور
الجرعة القاتلة أو التركيز (LD, LC):
LC Lo ( أقل إصدار منشور )	12.6 جزء في المليون (الفأر، 3 ساعات) 50 جزء في المليون (الإنسان، 30 دقيقة) 36 جزء في المليون (الأرنب، 3 ساعات) 21 جزء في المليون (الفأر، 3 ساعات) 21.8 جزء في المليون (الجرذ، 3 ساعات) 24.8 جزء في المليون (خنزير غينيا، 3 ساعات) 4.8 جزء في المليون (الجرذ، 4 ساعات) [4]
المعهد الوطني للسلامة والصحة المهنية (حدود التعرض الصحي في الولايات المتحدة):
PEL (مسموح به)	TWA 0.1 جزء في المليون (0.2 مجم/م 3 ) [1]
REL (موصى به)	C 0.1 جزء في المليون (0.2 ملغ/م 3 ) [1]
IDLH (خطر فوري)	5 جزء في المليون [1]
المركبات ذات الصلة
المركبات ذات الصلة	ثاني أكسيد الكبريت ثلاثي الكبريت أول أكسيد الكبريت الأوزون الدوري
باستثناء ما هو مذكور خلافًا لذلك، يتم تقديم البيانات للمواد في حالتها القياسية (عند 25 درجة مئوية [77 درجة فهرنهايت]، 100 كيلو باسكال). ي التحقق  ( ما هو   ؟) ين مراجع صندوق المعلومات

الأوزون ( / ˈoʊzoʊn / ) ( أو ثلاثي الأكسجين ) هو جزيء غير عضوي له الصيغة الكيميائية O
₃إنه غاز أزرق باهت ذو رائحة نفاذة مميزة. وهو شكل متآصل للأكسجين أقل استقرارًا بكثير من الشكل المتآصل ثنائي الذرة O.
₂، تتحلل في الغلاف الجوي السفلي إلى O
₂( ثنائي الأكسجين ). يتكون الأوزون من ثنائي الأكسجين نتيجة لتأثير الأشعة فوق البنفسجية والتفريغات الكهربائية داخل الغلاف الجوي للأرض . وهو موجود بتركيزات منخفضة للغاية في جميع أنحاء الغلاف الجوي، مع أعلى تركيز له في طبقة الأوزون في الستراتوسفير ، والتي تمتص معظم الأشعة فوق البنفسجية للشمس .

رائحة الأوزون تذكرنا بالكلور ، ويمكن للعديد من الأشخاص اكتشافها بتركيزات تصل إلى0.1  جزء في المليون في الهواء. تم تحديد بنية الأوزون O ₃ في عام 1865. ثبت لاحقًا أن الجزيء له بنية منحنية وأنه ضعيف المغناطيسية . في الظروف القياسية ، يكون الأوزون غازًا أزرق باهتًا يتكثف عند درجات حرارة منخفضة للغاية إلى سائل أزرق داكن وأخيرًا مادة صلبة بنفسجية سوداء . إن عدم استقرار الأوزون فيما يتعلق بالأكسجين الأكثر شيوعًا هو أن كل من الغاز المركز والأوزون السائل قد يتحللان بشكل انفجاري عند درجات حرارة مرتفعة أو صدمة فيزيائية أو ارتفاع سريع في درجة الحرارة إلى نقطة الغليان. ^{[5] [6]} لذلك يتم استخدامه تجاريًا فقط في تركيزات منخفضة.

الأوزون مؤكسد قوي (أقوى بكثير من ثنائي الأكسجين) وله العديد من التطبيقات الصناعية والاستهلاكية المتعلقة بالأكسدة. ومع ذلك، فإن نفس القدرة العالية على الأكسدة تتسبب في إتلاف الأوزون للأنسجة المخاطية والتنفسية في الحيوانات، وكذلك الأنسجة في النباتات، فوق تركيزات تبلغ حوالي0.1 جزء في المليون . وفي حين أن هذا يجعل الأوزون خطرًا قويًا على الجهاز التنفسي وملوثًا بالقرب من مستوى الأرض ، فإن التركيز الأعلى في طبقة الأوزون (من 2 إلى 8 أجزاء في المليون) مفيد، حيث يمنع الأشعة فوق البنفسجية الضارة من الوصول إلى سطح الأرض.

الاسم التافه الأوزون هو الاسم الأكثر استخدامًا وتفضيلًا في الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية . الأسماء المنهجية 2λ ^4- ثلاثي أوكسيدين ^{[ مشكوك فيه - ناقش ]} و catena-trioxygen ، أسماء الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية الصالحة ، مبنية وفقًا للتسميات البديلة والجمعية ، على التوالي. اسم الأوزون مشتق من ozein (ὄζειν)، وهو المضارع اليوناني المحايد للرائحة، ^[7] في إشارة إلى الرائحة المميزة للأوزون.

في السياقات المناسبة، يمكن النظر إلى الأوزون باعتباره ثلاثي أوكسيدان مع إزالة ذرتي هيدروجين، وعلى هذا النحو، يمكن استخدام ثلاثي أوكسيدانيليدين كاسم منهجي، وفقًا للتسمية البديلة. بشكل افتراضي، لا تأخذ هذه الأسماء في الاعتبار جذرية جزيء الأوزون. في سياق أكثر تحديدًا، يمكن أن يطلق هذا أيضًا على الحالة الأساسية المفردة غير الجذرية، بينما تسمى الحالة ثنائية الجذرية ثلاثي أوكسيدانيدييل .

يستخدم مصطلح Trioxidanediyl (أو ozonide ) بشكل غير منهجي للإشارة إلى المجموعة البديلة (-OOO-). يجب توخي الحذر لتجنب الخلط بين اسم المجموعة والاسم المحدد للسياق للأوزون المذكور أعلاه.

في عام 1785، كان الكيميائي الهولندي مارتينوس فان ماروم يجري تجارب تتضمن شرارات كهربائية فوق الماء عندما لاحظ رائحة غير عادية، والتي نسبها إلى التفاعلات الكهربائية، دون أن يدرك أنه في الواقع قد خلق الأوزون. ^{[8] [9]}

بعد نصف قرن من الزمان، لاحظ كريستيان فريدريش شونباين نفس الرائحة النفاذة وتعرف عليها على أنها الرائحة التي غالبًا ما تتبع صاعقة البرق . في عام 1839، نجح في عزل المادة الكيميائية الغازية وأطلق عليها اسم "الأوزون"، من الكلمة اليونانية ozein ( ὄζειν ) والتي تعني "الشم". ^{[10] [11]} لهذا السبب، يُنسب إلى شونباين عمومًا اكتشاف الأوزون. ^{[12] [13] [14] [8]} كما لاحظ تشابه رائحة الأوزون مع رائحة الفوسفور، وفي عام 1844 أثبت أن ناتج تفاعل الفوسفور الأبيض مع الهواء متطابق. ^[10] سخر من جهد لاحق لتسمية الأوزون "الأكسجين المكهرب" باقتراح تسمية الأوزون من الفوسفور الأبيض "الأكسجين المفسفر". ^[10] لم يتم تحديد صيغة الأوزون، O _{3 ، حتى عام 1865 بواسطة} جاك لويس سوريت ^[15] وأكدها شونباين في عام 1867. ^{[10] [16]}

خلال معظم النصف الثاني من القرن التاسع عشر وحتى أواخر القرن العشرين، كان علماء الطبيعة والباحثون عن الصحة يعتبرون الأوزون مكونًا صحيًا للبيئة. كان شعار مدينة بومونت في كاليفورنيا الرسمي "بومونت: منطقة الأوزون"، كما يتضح من البطاقات البريدية وأوراق غرفة التجارة. ^[17] غالبًا ما اعتبر علماء الطبيعة الذين يعملون في الهواء الطلق أن الارتفاعات العالية مفيدة بسبب محتواها من الأوزون. كتب عالم الطبيعة هنري هينشو ، الذي يعمل في هاواي، "هناك جو مختلف تمامًا [على ارتفاع أعلى] مع ما يكفي من الأوزون لدعم الطاقة اللازمة [للعمل]". ^[18] كان هواء البحر يُعتبر صحيًا بسبب محتواه المزعوم من الأوزون. الرائحة التي أدت إلى هذا الاعتقاد هي في الواقع رائحة نواتج أيض الأعشاب البحرية المهلجنة ^[19] وكبريتيد ثنائي الميثيل . ^[20]

يبدو أن جاذبية الأوزون كانت ناشئة عن رائحته "المنعشة"، والتي استحضرت ارتباطات بخصائصه المنقية. لاحظ العلماء آثاره الضارة. في عام 1873، وثق جيمس ديوار وجون جراي ماكيندريك أن الضفادع أصبحت بطيئة، وأن الطيور كانت تلهث بحثًا عن الهواء، وأن دم الأرانب أظهر مستويات منخفضة من الأكسجين بعد التعرض لـ "الهواء المؤكسد"، والذي "مارس تأثيرًا مدمرًا". ^{[21] [12]} ذكر شونباين نفسه أن آلام الصدر وتهيج الأغشية المخاطية وصعوبة التنفس حدثت نتيجة لاستنشاق الأوزون، وأن الثدييات الصغيرة ماتت. ^[22] في عام 1911، ذكر ليونارد هيل ومارتن فلاك في وقائع الجمعية الملكية ب أن التأثيرات الصحية للأوزون "أصبحت، بمجرد التكرار، جزءًا لا يتجزأ من الاعتقاد الشائع؛ ومع ذلك، فإن الأدلة الفسيولوجية الدقيقة لصالح تأثيراته الجيدة كانت مفقودة بالكامل تقريبًا ... المعرفة الوحيدة المؤكدة تمامًا فيما يتعلق بالتأثير الفسيولوجي للأوزون، والتي تم التوصل إليها حتى الآن، هي أنه يسبب تهيجًا ووذمة في الرئتين، والوفاة إذا تم استنشاقه بتركيز قوي نسبيًا لأي وقت." ^{[12] [23]}

خلال الحرب العالمية الأولى ، تم اختبار الأوزون في مستشفى الملكة ألكسندرا العسكري في لندن كمطهر محتمل للجروح. تم تطبيق الغاز مباشرة على الجروح لمدة تصل إلى 15 دقيقة. أدى هذا إلى تلف الخلايا البكتيرية والأنسجة البشرية. تم العثور على تقنيات تعقيم أخرى، مثل الري بالمطهرات ، مفضلة. ^{[12] [24]}

حتى عشرينيات القرن العشرين، لم يكن من المؤكد ما إذا كانت كميات صغيرة من الأوكسوزون والأكسجين
₄، كانت موجودة أيضًا في عينات الأوزون بسبب صعوبة تطبيق تقنيات الكيمياء التحليلية على المادة الكيميائية المركزة المتفجرة. ^{[25] [26]} في عام 1923، كان جورج ماريا شواب (الذي كان يعمل على أطروحته للدكتوراه تحت إشراف إرنست هيرمان ريزنفيلد ) أول من نجح في تجميد الأوزون وإجراء تحليل دقيق دحض بشكل قاطع فرضية الأكسوزون. ^{[25] [26]} تم تحديد المزيد من الخصائص الفيزيائية غير المقاسة حتى الآن للأوزون المركز النقي بواسطة مجموعة ريزنفيلد في عشرينيات القرن العشرين. ^[25]

الأوزون هو غاز عديم اللون أو أزرق باهت، قابل للذوبان قليلاً في الماء وأكثر قابلية للذوبان في المذيبات غير القطبية الخاملة مثل رباعي كلوريد الكربون أو الفلوروكربونات، حيث يشكل محلولًا أزرق. عند 161 كلفن (−112 درجة مئوية؛ −170 درجة فهرنهايت)، يتكثف ليشكل سائلًا أزرق داكنًا. من الخطر السماح لهذا السائل بالتسخين إلى نقطة الغليان، لأن كل من الأوزون الغازي المركز والأوزون السائل يمكن أن ينفجر. عند درجات حرارة أقل من 80 كلفن (−193.2 درجة مئوية؛ −315.7 درجة فهرنهايت)، يشكل مادة صلبة بنفسجية سوداء . ^[27]

يمكن لمعظم الناس اكتشاف حوالي 0.01 ميكرومول/مول من الأوزون في الهواء حيث يكون له رائحة حادة محددة جدًا تشبه إلى حد ما مبيض الكلور . يؤدي التعرض لـ 0.1 إلى 1 ميكرومول/مول إلى حدوث صداع وحرقان في العينين وتهيج في الممرات التنفسية. ^[28] حتى التركيزات المنخفضة من الأوزون في الهواء مدمرة للغاية للمواد العضوية مثل اللاتكس والبلاستيك وأنسجة رئة الحيوانات.

جزيء الأوزون مضاد للمغناطيسية. ^[29]

وفقًا للأدلة التجريبية من مطيافية الميكروويف ، فإن الأوزون عبارة عن جزيء منحني، مع تماثل C _2v (مشابه لجزيء الماء ). ^[30] تبلغ مسافات O-O 127.2  بيكومتر (1.272  Å ). تبلغ زاوية O-O-O 116.78 درجة. [ ^31] الذرة المركزية مهجنة sp² مع زوج وحيد واحد. الأوزون هو جزيء قطبي بعزم ثنائي القطب 0.53  D. ^[32] يمكن تمثيل الجزيء على أنه هجين رنيني مع بنيتين مساهمتين، كل منهما برابطة واحدة على جانب واحد ورابطة مزدوجة على الجانب الآخر. يمتلك الترتيب ترتيب رابطة إجمالي 1.5 لكلا الجانبين. إنه متساوي إلكترونيًا مع أنيون النتريت . يمكن أن يتكون الأوزون الطبيعي من نظائر مستبدلة ( ¹⁶ O، ¹⁷ O، ¹⁸ O). تم التنبؤ بالشكل الدوري ولكن لم يتم ملاحظته.

يحتاج هذا القسم إلى مصادر إضافية للتحقق . يُرجى المساعدة في تحسين هذه المقالة عن طريق إضافة مصادر موثوقة في هذا القسم. قد يتم الطعن في المواد غير الموثقة وإزالتها. ( مارس 2022 ) ( تعرف على كيفية ومتى يمكنك إزالة هذه الرسالة )

يعد الأوزون من أقوى العوامل المؤكسدة المعروفة، فهو أقوى بكثير من O _2. كما أنه غير مستقر عند تركيزات عالية، حيث يتحلل إلى أكسجين ثنائي الذرة العادي. ويختلف عمر النصف له وفقًا للظروف الجوية مثل درجة الحرارة والرطوبة وحركة الهواء. وفي ظل الظروف المعملية، يبلغ متوسط ​​عمر النصف حوالي 1500 دقيقة (25 ساعة) في الهواء الساكن عند درجة حرارة الغرفة (24 درجة مئوية)، ورطوبة صفرية مع تغيرات هواء صفرية في الساعة. ^[33]

${\displaystyle {\ce {2 O3 -> 3 O2}}}$

يتطور هذا التفاعل بشكل أسرع مع زيادة درجة الحرارة. يمكن أن يحدث اشتعال الأوزون عن طريق شرارة ويمكن أن يحدث في تركيزات الأوزون بنسبة 10 % أو أعلى. ^[34]

يمكن أيضًا إنتاج الأوزون من الأكسجين عند القطب الموجب للخلية الكهروكيميائية. يمكن أن يؤدي هذا التفاعل إلى إنتاج كميات أصغر من الأوزون لأغراض البحث. ^[35]

${\displaystyle {\ce {O3_{(g)}{}+ 2H+{}+ 2e- <=> O2_{(g)}{}+ H2O}}\quad (E^{\circ }={\text{2.075 V}})}$^[36]

يمكن ملاحظة ذلك كتفاعل غير مرغوب فيه في جهاز غاز هوفمان أثناء التحليل الكهربائي للماء عندما يتم ضبط الجهد فوق الجهد اللازم.

يؤدي الأوزون إلى أكسدة معظم المعادن (باستثناء الذهب والبلاتين والإيريديوم ) إلى أكاسيد المعادن في أعلى حالة أكسدة لها . على سبيل المثال :

${\displaystyle {\begin{aligned}&{\ce {Cu + O3 -> CuO + O2}}\\&{\ce {Ag + O3 -> AgO + O2}}\end{محاذاة}}}$

كما يقوم الأوزون أيضًا بأكسدة أكسيد النيتريك إلى ثاني أكسيد النيتروجين :

${\displaystyle {\ce {NO + O3 -> NO2 + O2}}}$

يصاحب هذا التفاعل تفاعل كيميائي ضوئي . يمكن أكسدة NO ₂ بشكل أكبر إلى جذر نترات :

${\displaystyle {\ce {NO2 + O3 -> NO3 + O2}}}$

_يمكن أن يتفاعل NO ₃ المتكون مع NO 2 لتكوين خماسي أكسيد ثنائي النيتروجين ( N ₂ O ₅ ).

يمكن تصنيع بيركلورات النيترونيوم الصلبة من غازات NO ₂ وClO ₂ و O _{3 :}

${\displaystyle {\ce {NO2 + ClO2 + 2 O3 -> NO2ClO4 + 2 O2}}}$

لا يتفاعل الأوزون مع أملاح الأمونيوم ، ولكنه يؤكسد الأمونيا إلى نترات الأمونيوم :

${\displaystyle {\ce {2 NH3 + 4 O3 -> NH4NO3 + 4 O2 + H2O}}}$

يتفاعل الأوزون مع الكربون لتكوين ثاني أكسيد الكربون ، حتى في درجة حرارة الغرفة:

${\displaystyle {\ce {C + 2 O3 -> CO2 + 2 O2}}}$

يؤكسد الأوزون الكبريتيدات إلى كبريتات . على سبيل المثال، يتأكسد كبريتيد الرصاص (II) إلى كبريتات الرصاص (II) :

${\displaystyle {\ce {PbS + 4 O3 -> PbSO4 + 4 O2}}}$

يمكن إنتاج حمض الكبريتيك من الأوزون والماء والكبريت العنصري أو ثاني أكسيد الكبريت :

${\displaystyle {\begin{aligned}&{\ce {S + H2O + O3 -> H2SO4}}\&{\ce {3 SO2 + 3 H2O + O3 -> 3 H2SO4}}\end{aligned}}}$

في الطور الغازي ، يتفاعل الأوزون مع كبريتيد الهيدروجين لتكوين ثاني أكسيد الكبريت:

${\displaystyle {\ce {H2S + O3 -> SO2 + H2O}}}$

ومع ذلك، في المحلول المائي ، تحدث تفاعلان متنافسان في وقت واحد، أحدهما لإنتاج الكبريت العنصري، والآخر لإنتاج حمض الكبريتيك :

${\displaystyle {\begin{aligned}&{\ce {H2S + O3 -> S + O2 + H2O}}\&{\ce {3 H2S + 4 O3 -> 3 H2SO4}}\end{aligned}}}$

يمكن تقسيم الألكينات أكسدة بواسطة الأوزون، في عملية تسمى التحلل الأوزوني ، مما يعطي الكحولات، والألدهيدات، والكيتونات، والأحماض الكربوكسيلية، اعتمادًا على الخطوة الثانية من المعالجة.

يمكن للأوزون أيضًا أن يشق الألكينات لتكوين أنهيدريد حمضي أو منتج ثنائي كيتون . ^[37] إذا تم إجراء التفاعل في وجود الماء، يتحلل الأنهيدريد لإعطاء حمضين كربوكسيليين .

عادة ما يتم إجراء عملية التحليل بالأوزون في محلول ثنائي كلورو الميثان ، عند درجة حرارة -78 درجة مئوية. بعد سلسلة من الانقسام وإعادة الترتيب، يتم تكوين أوزونيد عضوي. مع المعالجة الاختزالية (مثل الزنك في حمض الأسيتيك أو ثنائي ميثيل الكبريتيد )، ستتشكل الكيتونات والألدهيدات، مع المعالجة المؤكسدة (مثل بيروكسيد الهيدروجين المائي أو الكحولي )، ستتشكل الأحماض الكربوكسيلية. ^[38]

يمكن أن تتفاعل أيضًا جميع ذرات الأوزون الثلاثة، كما في تفاعل كلوريد القصدير (II) مع حمض الهيدروكلوريك والأوزون:

${\displaystyle {\ce {3 SnCl2 + 6 HCl + O3 -> 3 SnCl4 + 3 H2O}}}$

يمكن تصنيع بيركلورات اليود عن طريق معالجة اليود المذاب في حمض البيركلوريك اللامائي البارد مع الأوزون:

${\displaystyle {\ce {I2 + 6 HClO4 + O3 -> 2 I(ClO4)3 + 3 H2O}}}$

يمكن أن يتفاعل الأوزون أيضًا مع يوديد البوتاسيوم لإنتاج غاز الأكسجين واليود الذي يمكن معايرته للتحديد الكمي: ^[39]

${\displaystyle {\ce {2KI + O3 + H2O -> 2KOH + O2 + I2}}}$

يمكن استخدام الأوزون في _{تفاعلات} الاحتراق والغازات القابلة للاحتراق؛ حيث يوفر الأوزون درجات حرارة أعلى من الاحتراق في ثنائي الأكسجين ( O2 ). وفيما يلي تفاعل لاحتراق نترات الكربون الفرعية والذي يمكن أن يسبب أيضًا درجات حرارة أعلى:

${\displaystyle {\ce {3 C4N2 + 4 O3 -> 12 CO + 3 N2}}}$

يمكن أن يتفاعل الأوزون عند درجات حرارة منخفضة للغاية. عند 77 كلفن (−196.2 درجة مئوية؛ −321.1 درجة فهرنهايت)، يتفاعل الهيدروجين الذري مع الأوزون السائل لتكوين جذر أكسيد الهيدروجين الفائق ، والذي يتحول إلى ثنائي : ^[40]

${\displaystyle {\begin{aligned}&{\ce {H + O3 -> HO2 + O}}\\&{\ce {2 HO2 -> H2O4}}\end{aligned}}}$

الأوزون مادة سامة، ^{[41] [42]} توجد أو تتولد بشكل شائع في البيئات البشرية (كبائن الطائرات، والمكاتب التي تحتوي على آلات النسخ، والطابعات الليزرية، والمعقمات...) وتحللها التحفيزي مهم جدًا للحد من التلوث. هذا النوع من التحلل هو الأكثر استخدامًا، وخاصة مع المحفزات الصلبة، وله العديد من المزايا مثل التحويل الأعلى بدرجة حرارة أقل. علاوة على ذلك، يمكن فصل المنتج عن المحفز على الفور، وبهذه الطريقة يمكن استعادة المحفز بسهولة دون استخدام أي عملية فصل. علاوة على ذلك، فإن أكثر المواد المستخدمة في التحلل التحفيزي للأوزون في الطور الغازي هي المعادن النبيلة مثل البلاتين أو الروثينيوم أو البالاديوم والمعادن الانتقالية مثل المنغنيز أو الكوبلت أو النحاس أو الحديد أو النيكل أو الفضة.

هناك احتمالان آخران لتحلل الأوزون في الطور الغازي:

الطريقة الأولى هي التحلل الحراري حيث يمكن تحلل الأوزون باستخدام الحرارة فقط. المشكلة هي أن هذا النوع من التحلل بطيء للغاية عند درجات حرارة أقل من 250 درجة مئوية. ومع ذلك، يمكن زيادة معدل التحلل بالعمل في درجات حرارة أعلى ولكن هذا ينطوي على تكلفة طاقة عالية.

أما الطريقة الثانية فهي التحلل الضوئي الكيميائي، والذي يتكون من إشعاع الأوزون بالأشعة فوق البنفسجية (UV) ويؤدي إلى إنتاج الأكسجين وبيروكسيد الجذور. ^[43]

إن عملية تحلل الأوزون عبارة عن تفاعل معقد يتضمن تفاعلين أوليين يؤديان في النهاية إلى الأكسجين الجزيئي، وهذا يعني أن ترتيب التفاعل وقانون المعدل لا يمكن تحديدهما بواسطة القياسات الكيميائية للمعادلة الملائمة.

رد الفعل العام:${\displaystyle {\ce {2 O3 -> 3 O2}}}$

قانون المعدل (الملاحظ):${\displaystyle V={\frac {K\cdot [{\ce {O3}}]^{2}}{[{\ce {O2}}]}}}$

لقد تم تحديد أن تحلل الأوزون يتبع حركية من الدرجة الأولى، ومن قانون المعدل أعلاه يمكن تحديد أن الترتيب الجزئي بالنسبة للأكسجين الجزيئي هو -1 وبالنسبة للأوزون هو 2، وبالتالي فإن ترتيب التفاعل العالمي هو 1.

يتكون تحلل الأوزون من خطوتين أساسيتين: الأولى تتوافق مع تفاعل أحادي الجزيء لأن جزيء واحد فقط من الأوزون يتحلل إلى منتجين (الأكسجين الجزيئي والأكسجين). بعد ذلك، يكون الأكسجين من الخطوة الأولى وسيطًا لأنه يشارك كمتفاعل في الخطوة الثانية، وهي تفاعل ثنائي الجزيء لأن هناك متفاعلين مختلفين (الأوزون والأكسجين) ينتج عنهما منتج واحد، وهو الأكسجين الجزيئي في الطور الغازي.

الخطوة 1: التفاعل أحادي الجزيء    ${\displaystyle {\ce {O3 -> O2 + O}}}$

الخطوة 2: التفاعل الجزيئي الثنائي     ${\displaystyle {\ce {O3 + O -> 2 O2}}}$

هاتان الخطوتان لهما معدلات تفاعل مختلفة، الأولى عكسية وأسرع من الثانية، التي تكون أبطأ، وهذا يعني أن الخطوة الحاسمة هي التفاعل الثاني ويتم استخدامها لتحديد معدل التفاعل الملحوظ. قوانين معدل التفاعل لكل خطوة هي التالية:

${\displaystyle V_{1}=K_{1}\cdot [{\ce {O3}}]\qquad V_{2}=K_{2}\cdot [{\ce {O}}]\cdot [{\ce {O3}}]}$

تسمح الآلية التالية بتفسير قانون معدل تحلل الأوزون الذي تم رصده تجريبياً، كما تسمح بتحديد ترتيب التفاعل فيما يتعلق بالأوزون والأكسجين، والذي سيتم من خلاله تحديد ترتيب التفاعل الإجمالي. الخطوة الأبطأ، التفاعل الجزيئي الثنائي، هي التي تحدد معدل تكوين المنتج، ونظرًا لأن هذه الخطوة تؤدي إلى نشوء جزيئين من الأكسجين، فإن قانون المعدل له هذا الشكل:

${\displaystyle V=2K_{2}\cdot [{\ce {O}}]\cdot [{\ce {O3}}]}$

ولكن هذه المعادلة تعتمد على تركيز الأكسجين (الوسيط) والذي يمكن تحديده باعتبار الخطوة الأولى، وبما أن الخطوة الأولى أسرع وقابلة للعكس والخطوة الثانية أبطأ فإن المتفاعلات والنواتج من الخطوة الأولى تكون في حالة توازن، وبالتالي يمكن تحديد تركيز الوسيط على النحو التالي:

${\displaystyle K_{1}={\frac {K_{1}}{K_{-1}}}={\frac {[{\ce {O2}}]\cdot [{\ce {O}}]}{[{\ce {O3}}]}}}$

${\displaystyle [{\ce {O}}]={\frac {K_{1}\cdot [{\ce {O3}}]}{K_{-1}\cdot [{\ce {O2}}]}}}$

ثم باستخدام هذه المعادلات، فإن معدل تكوين الأكسجين الجزيئي يكون كما هو موضح أدناه:

${\displaystyle V={2K_{2}\cdot K_{1}\cdot [{\ce {O_3}}]^{2} \over K_{-1}\cdot [{\ce {O_2}}]}}$

أخيرًا، تسمح الآلية المقدمة بتحديد المعدل المرصود تجريبيًا، مع ثابت المعدل ( K _obs ) والمقابل لحركية الدرجة الأولى، على النحو التالي: ^[44]

${\displaystyle V={K_{\text{obs}}\cdot [{\ce {O_3}}]^{2} \over [{\ce {O_2}}]}=K_{\text{obs}}\cdot [{\ce {O_3}}]^{2}\cdot [{\ce {O_2}}]^{-1}}$

أين${\displaystyle K_{\text{obs}}={2K_{2}\cdot K_{1} \over K_{-1}}}$

يؤدي اختزال الأوزون إلى إنتاج أنيون الأوزونيد ، O-3_{. مشتقات هذا الأنيون قابلة للانفجار} ويجب تخزينها في درجات حرارة منخفضة للغاية. الأوزونيدات لجميع _{المعادن} القلوية معروفة. يمكن تحضير KO3 وRbO3 _و CsO3 من أكسيداتها الفائقة:

${\displaystyle {\ce {KO2 + O3 -> KO3 + O2}}}$

على الرغم من أنه يمكن تكوين KO3 كما هو موضح أعلاه، إلا أنه يمكن تكوينه أيضًا من هيدروكسيد البوتاسيوم والأوزون: ^[45]

${\displaystyle {\ce {2 KOH + 5 O3 -> 2 KO3 + 5 O2 + H2O}}}$

يجب تحضير NaO3 و LiO3 عن _طريق تفاعل CsO3 في NH3 السائل _على راتنج تبادل أيوني _{يحتوي على} أيونات Na ⁺ أو Li ⁺ : ^[46]

${\displaystyle {\ce {CsO3 + Na+ -> Cs+ + NaO3}}}$

يتفاعل محلول الكالسيوم في الأمونيا مع الأوزون لإعطاء أوزونيد الأمونيوم وليس أوزونيد الكالسيوم: ^[40]

${\displaystyle {\begin{aligned}{\ce {3 Ca + 10 NH3 + 6 O3 ->\ }}&{\ce {Ca*6NH3 + Ca(OH)2 + Ca(NO3)2}}\\&+{\ce {2 NH4O3 + 2 O2 + H2}}\end{aligned}}}$

يمكن استخدام الأوزون لإزالة الحديد والمنجنيز من الماء ، مما يشكل راسبًا يمكن ترشيحه:

${\displaystyle {\begin{aligned}&{\ce {2 Fe^2+{}+ O3 + 5 H2O -> 2 Fe(OH)_3{(s)}{}+ O2{}+ 4 H+}}\\&{\ce {2 Mn^2+{}+ 2 O3 + 4 H2O -> 2 MnO(OH)_2{(s)}{}+ 2 O2{}+ 4 H+}}\end{aligned}}}$

كما أن الأوزون سوف يؤكسد كبريتيد الهيدروجين المذاب في الماء إلى حمض الكبريتيك :

${\displaystyle {\ce {3 O3 + H2S -> H2SO3 + 3 O2}}}$

وتعتبر هذه التفاعلات الثلاثة أساسية في استخدام معالجة مياه الآبار المعتمدة على الأوزون.

سوف يقوم الأوزون أيضًا بإزالة سموم السيانيد عن طريق تحويلها إلى سيانات .

${\displaystyle {\ce {CN- + O3 -> CNO- + O2}}}$

سيقوم الأوزون أيضًا بتحليل اليوريا تمامًا : ^[47]

${\displaystyle {\ce {(NH2)2CO + O3 -> N2 + CO2 + 2 H2O}}}$

الأوزون هو جزيء ثلاثي الذرات منحني بثلاثة أوضاع اهتزازية: التمدد المتماثل (1103.157 سم ^-1 ) والانحناء (701.42 سم ^-1 ) والتمدد غير المتماثل (1042.096 سم ^-1 ). ^{[48] التمدد المتماثل والانحناء عبارة عن ممتصات ضعيفة، لكن التمدد غير المتماثل قوي ومسؤول عن كون الأوزون} غازًا دفيئًا ثانويًا مهمًا . يستخدم نطاق الأشعة تحت الحمراء هذا أيضًا للكشف عن الأوزون المحيط والغلاف الجوي على الرغم من أن القياسات القائمة على الأشعة فوق البنفسجية أكثر شيوعًا. ^[49]

الطيف الكهرومغناطيسي للأوزون معقد للغاية. يمكن الاطلاع على نظرة عامة في أطلس الطيف فوق البنفسجي/البصري التابع لمعهد ماينز للفيزياء الفلكية للجزيئات الغازية ذات الأهمية الجوية. ^[50]

جميع النطاقات انفصالية، أي أن الجزيء يتفكك إلى O + O ₂ بعد امتصاص الفوتون. وأهم امتصاص هو نطاق هارتلي، الذي يمتد من أعلى قليلاً من 300 نانومتر إلى أعلى قليلاً من 200 نانومتر. وهذا النطاق هو المسؤول عن امتصاص الأشعة فوق البنفسجية C في طبقة الستراتوسفير.

على جانب الطول الموجي العالي، ينتقل نطاق هارتلي إلى ما يسمى نطاق هوجينز، الذي ينخفض ​​بسرعة حتى يختفي عند حوالي 360 نانومتر. فوق 400 نانومتر، يمتد نطاقا تشابيوس ووولف إلى ما هو أبعد من الأشعة تحت الحمراء القريبة. هناك، تكون نطاقات الامتصاص غير المنظمة مفيدة للكشف عن تركيزات عالية من الأوزون المحيط، لكنها ضعيفة للغاية بحيث لا يكون لها تأثير عملي كبير.

توجد نطاقات امتصاص إضافية في الأشعة فوق البنفسجية البعيدة، والتي تزداد ببطء من 200 نانومتر إلى أن تصل إلى الحد الأقصى عند حوالي 120 نانومتر.

الطريقة القياسية للتعبير عن مستويات الأوزون الكلية (كمية الأوزون في عمود رأسي معين) في الغلاف الجوي هي باستخدام وحدات دوبسون . يتم الإبلاغ عن القياسات النقطية ككسور مولية بوحدة نانومول/مول (أجزاء لكل مليار، ppb) أو كتركيزات بوحدة ميكروجرام/م ³ . بدأت دراسة تركيز الأوزون في الغلاف الجوي في عشرينيات القرن العشرين. ^[51]

أعلى مستويات الأوزون في الغلاف الجوي توجد في طبقة الستراتوسفير ، في منطقة تُعرف أيضًا باسم طبقة الأوزون بين حوالي 10 و50 كم فوق السطح (أو بين حوالي 6 و31 ميلاً). ومع ذلك، حتى في هذه "الطبقة"، فإن تركيزات الأوزون تتراوح فقط من اثنين إلى ثمانية أجزاء في المليون، لذا فإن معظم الأكسجين هناك عبارة عن ثنائي الأكسجين، O ₂ ، بحوالي 210000 جزء في المليون من حيث الحجم. ^[52]

يتم إنتاج الأوزون في طبقة الستراتوسفير في الغالب من الأشعة فوق البنفسجية ذات الموجة القصيرة بين 240 و 160 نانومتر. يبدأ الأكسجين في الامتصاص بشكل ضعيف عند 240 نانومتر في نطاقات هيرزبيرج، ولكن معظم الأكسجين يتفكك عن طريق الامتصاص في نطاقات شومان-رونج القوية بين 200 و 160 نانومتر حيث لا يمتص الأوزون. في حين أن الضوء ذو الطول الموجي الأقصر، والذي يمتد حتى حد الأشعة السينية، قوي بما يكفي لتفكك الأكسجين الجزيئي، إلا أنه يوجد القليل نسبيًا منه، والانبعاث الشمسي القوي عند ليمان ألفا، 121 نانومتر، يقع عند نقطة يكون فيها امتصاص الأكسجين الجزيئي في أدنى حد له. ^[53]

تسمى عملية إنشاء الأوزون وتدميره بدورة تشابمان وتبدأ بالتحلل الضوئي للأكسجين الجزيئي

${\displaystyle {\ce {O2->[{\ce {photon}}][({\ce {radiation}}\ \lambda \ <\ 240\ {\ce {nm}})]2O}}}$

يتبع ذلك تفاعل ذرة الأكسجين مع جزيء آخر من الأكسجين لتكوين الأوزون.

${\displaystyle {\ce {O + O2 + M -> O3 + M}}}$

حيث يشير "M" إلى الجسم الثالث الذي يحمل الطاقة الزائدة للتفاعل. يمكن لجزيء الأوزون بعد ذلك امتصاص فوتون الأشعة فوق البنفسجية-C وتفككه

${\displaystyle {\ce {O3 -> O + O2}}+{\text{kinetic energy}}}$

تعمل الطاقة الحركية الزائدة على تسخين طبقة الستراتوسفير عندما تتباعد ذرات الأكسجين وجزيئات الأكسجين وتصطدم بجزيئات أخرى. يعمل هذا التحويل للضوء فوق البنفسجي إلى طاقة حركية على تسخين طبقة الستراتوسفير. ثم تتفاعل ذرات الأكسجين الناتجة عن التحلل الضوئي للأوزون مرة أخرى مع جزيء أكسجين آخر كما في الخطوة السابقة لتكوين المزيد من الأوزون. في الغلاف الجوي الصافي، مع النيتروجين والأكسجين فقط، يمكن للأوزون أن يتفاعل مع الأكسجين الذري لتكوين جزيئين من O ₂ :

${\displaystyle {\ce {O3 + O -> 2 O2}}}$

يمكن إيجاد تقدير لمعدل خطوة الإنهاء هذه لدورة الأكسجين الذري مرة أخرى إلى الأوزون ببساطة عن طريق أخذ نسب تركيز O ₂ إلى O _{3. يتم} تحفيز تفاعل الإنهاء من خلال وجود بعض الجذور الحرة، وأهمها الهيدروكسيل (OH) وأكسيد النيتريك (NO) والكلور الذري (Cl) والبروم (Br). في النصف الثاني من القرن العشرين، تم اكتشاف أن كمية الأوزون في طبقة الستراتوسفير آخذة في التناقص، وذلك في الغالب بسبب زيادة تركيزات مركبات الكلورو فلورو كربون (CFC) والجزيئات العضوية المكلورة والمبرومة المماثلة . أدى القلق بشأن الآثار الصحية لهذا الانحدار إلى بروتوكول مونتريال لعام 1987 ، وحظر إنتاج العديد من المواد الكيميائية المستنفدة للأوزون ، وفي العقد الأول والثاني من القرن الحادي والعشرين بداية تعافي تركيزات الأوزون في طبقة الستراتوسفير.

يقوم الأوزون في طبقة الأوزون بتصفية أطوال موجات ضوء الشمس من حوالي 200 نانومتر من الأشعة فوق البنفسجية إلى 315 نانومتر، مع امتصاص ذروة الأوزون عند حوالي 250 نانومتر. ^[54] يعد امتصاص الأوزون للأشعة فوق البنفسجية مهمًا للحياة، لأنه يمتد امتصاص الأشعة فوق البنفسجية بواسطة الأكسجين العادي والنيتروجين في الهواء (اللذان يمتصان جميع الأطوال الموجية <200 نانومتر) عبر الأشعة فوق البنفسجية C المنخفضة (200-280 نانومتر) ونطاق الأشعة فوق البنفسجية B بالكامل (280-315 نانومتر). يتسبب الجزء الصغير غير الممتص الذي يبقى من الأشعة فوق البنفسجية B بعد المرور عبر الأوزون في حروق الشمس لدى البشر، وتلف الحمض النووي المباشر في الأنسجة الحية في كل من النباتات والحيوانات. يتضح تأثير الأوزون على الأشعة فوق البنفسجية B متوسطة المدى من خلال تأثيره على الأشعة فوق البنفسجية B عند 290 نانومتر، والتي تتمتع بكثافة إشعاعية أقوى بمقدار 350 مليون مرة في الجزء العلوي من الغلاف الجوي كما هو الحال على السطح. ومع ذلك، فإن كمية كافية من الأشعة فوق البنفسجية من النوع B بنفس التردد تصل إلى الأرض لتسبب بعض حروق الشمس، وهذه الأطوال الموجية نفسها هي أيضا من بين تلك المسؤولة عن إنتاج فيتامين د في البشر.

إن طبقة الأوزون لا تؤثر إلا قليلاً على أطوال الموجات فوق البنفسجية الأطول المسماة UV-A (315–400 نانومتر)، ولكن هذه الإشعاعات لا تسبب حروق الشمس أو تلف الحمض النووي بشكل مباشر. ورغم أن الأشعة فوق البنفسجية من النوع A ربما تسبب تلفاً جلدياً طويل الأمد لبعض البشر، فإنها ليست بنفس الخطورة على النباتات وعلى صحة الكائنات الحية التي تعيش على سطح الأرض بشكل عام (انظر الأشعة فوق البنفسجية لمزيد من المعلومات حول الأشعة فوق البنفسجية القريبة).

Part of a series on
Pollution
Air pollution from a factory
Air Acid rain Air quality index Atmospheric dispersion modeling Chlorofluorocarbon Combustion Exhaust gas Haze Global dimming Global distillation Indoor air quality Ozone depletion Particulates Persistent organic pollutant Smog Soot Volatile organic compound
Biological Biological hazard Genetic Illegal logging Introduced species Invasive species
Digital Information
Electromagnetic Light Ecological Overillumination Radio spectrum
Natural Ozone Radium and radon in the environment Volcanic ash Wildfire
Noise Transportation Health effects from noise Marine mammals and sonar Noise barrier Noise control Soundproofing
Radiation Actinides Bioremediation Depleted uranium Nuclear fission Nuclear fallout Plutonium Poisoning Radioactivity Uranium Radioactive waste
Soil Agricultural Land degradation Bioremediation Defecation Electrical resistance heating Illegal mining Soil guideline values Phytoremediation
Solid waste Advertising mail Biodegradable waste Brown waste Electronic waste Foam food container Food waste Green waste Hazardous waste Industrial waste Litter Mining Municipal solid waste Nanomaterials Plastic Packaging waste Post-consumer waste Waste management
Space Space debris
Thermal Urban heat island
Visual Air travel Advertising clutter Overhead power lines Traffic signs Vandalism
War Chemical warfare Herbicidal warfare Agent Orange Nuclear holocaust Nuclear fallout Nuclear famine Nuclear winter Scorched earth Unexploded ordnance War and environmental law
Water Agricultural wastewater Biosolids Diseases Eutrophication Firewater Freshwater Groundwater Hypoxia Industrial wastewater Marine Monitoring Nonpoint source Nutrient Ocean acidification Oil spill Pharmaceuticals Freshwater salinization Septic tanks Sewage Shipping Sludge Stagnation Sulfur water Surface runoff Turbidity Urban runoff Water quality Wastewater
Topics History Pollutants Heavy metals Paint
Misc Area source Brain health and pollution Debris Dust Garbology Legacy Midden Point source Waste Toxic Lists Diseases Law by country Most polluted cities Least polluted cities by PM2.5 Treaties Categories By country
Environment portal Ecology portal
v t e

الأوزون منخفض المستوى (أو الأوزون التروبوسفيري) هو ملوث جوي. ^[55] لا ينبعث مباشرة من محركات السيارات أو العمليات الصناعية، ولكنه يتكون من تفاعل ضوء الشمس على الهواء المحتوي على الهيدروكربونات وأكاسيد النيتروجين التي تتفاعل لتكوين الأوزون مباشرة عند مصدر التلوث أو على بعد عدة كيلومترات في اتجاه الريح.

يتفاعل الأوزون بشكل مباشر مع بعض الهيدروكربونات مثل الألدهيدات وبالتالي يبدأ إزالتها من الهواء، ولكن المنتجات هي نفسها مكونات رئيسية للضباب الدخاني . يؤدي تحلل الأوزون بواسطة الأشعة فوق البنفسجية إلى إنتاج الجذر الهيدروكسيلي HO• وهذا يلعب دورًا في إزالة الهيدروكربونات من الهواء، ولكنه أيضًا الخطوة الأولى في إنشاء مكونات الضباب الدخاني مثل نترات البيروكسي أسيل ، والتي يمكن أن تكون مهيجة قوية للعين. يبلغ العمر الجوي للأوزون التروبوسفيري حوالي 22 يومًا؛ آليات إزالته الرئيسية يتم ترسبها على الأرض، والتفاعل المذكور أعلاه يعطي HO•، ومن خلال التفاعلات مع OH والجذر البيروكسي HO2 _• . ^[56]

هناك أدلة تشير إلى انخفاض كبير في المحاصيل الزراعية بسبب زيادة الأوزون على مستوى الأرض والتلوث الذي يتداخل مع عملية التمثيل الضوئي ويعيق النمو العام لبعض أنواع النباتات. ^{[57] [58] اقترحت} وكالة حماية البيئة الأمريكية ( EPA ) لائحة ثانوية للحد من أضرار المحاصيل، بالإضافة إلى اللائحة الأساسية المصممة لحماية صحة الإنسان.

ومن الأمثلة على المدن التي سجلت مستويات مرتفعة من الأوزون مدينة دنفر بولاية كولورادو ؛ وهيوستن بولاية تكساس ؛ ومكسيكو سيتي بالمكسيك . وتبلغ قراءة الأوزون في هيوستن حوالي 41 نانومول/مول، في حين أن مدينة مكسيكو سيتي أكثر خطورة، حيث تبلغ قراءتها حوالي 125 نانومول/مول. ^[58]

يُعد الأوزون منخفض المستوى، أو الأوزون التروبوسفيري، النوع الأكثر إثارة للقلق من تلوث الأوزون في المناطق الحضرية ويتزايد بشكل عام. ^[59] يؤثر تلوث الأوزون في المناطق الحضرية على السكان الأكثر كثافة، ويتفاقم بسبب ارتفاع أعداد المركبات، التي تنبعث منها الملوثات NO ₂ والمركبات العضوية المتطايرة ، وهي المساهمات الرئيسية في مستويات الأوزون الإشكالية. ^[60] يُعد تلوث الأوزون في المناطق الحضرية مثيرًا للقلق بشكل خاص مع ارتفاع درجات الحرارة، وزيادة الوفيات المرتبطة بالحرارة أثناء موجات الحر . ^[61] أثناء موجات الحر في المناطق الحضرية، يمكن أن يكون تلوث الأوزون على مستوى الأرض أعلى بنسبة 20٪ من المعتاد. ^[62] يصل تلوث الأوزون في المناطق الحضرية إلى مستويات أعلى من التجاوز في الصيف والخريف، وهو ما يمكن تفسيره بأنماط الطقس وأنماط المرور. ^[60] يتأثر الأشخاص الذين يعانون من الفقر بشكل أكبر بالتلوث بشكل عام، على الرغم من أن هؤلاء السكان أقل عرضة للمساهمة في مستويات التلوث. ^[63]

كما ذكر أعلاه، دنفر، كولورادو، هي واحدة من العديد من المدن في الولايات المتحدة التي تحتوي على كميات عالية من الأوزون. وفقًا لجمعية الرئة الأمريكية ، فإن منطقة دنفر-أورورا هي المنطقة الرابعة عشرة الأكثر تلوثًا بالأوزون في الولايات المتحدة ^[64] مشكلة مستويات الأوزون المرتفعة ليست جديدة على هذه المنطقة. في عام 2004، خصصت وكالة حماية البيئة منطقة دنفر مترو / نورث فرونت رينج ^[ب] كمناطق غير محققة وفقًا لمعيار الأوزون لمدة 8 ساعات لعام 1997، ^[65] لكنها أرجأت هذا الوضع لاحقًا حتى عام 2007. يشير معيار عدم الإنجاز إلى أن المنطقة لا تلبي معايير جودة الهواء لوكالة حماية البيئة. تم إنشاء خطة عمل الأوزون في كولورادو استجابة لذلك، وتم تنفيذ العديد من التغييرات من هذه الخطة. كان التغيير الرئيسي الأول هو توسيع نطاق اختبار انبعاثات السيارات في جميع أنحاء الولاية ليشمل المزيد من المقاطعات التي لم تكن تلزم سابقًا باختبار الانبعاثات، مثل مناطق مقاطعة لاريمر وويلد. وقد تم أيضًا إجراء تغييرات لتقليل انبعاثات أكاسيد النيتروجين (NOx) والمركبات العضوية المتطايرة (VOC)، وهو ما من شأنه أن يساعد في خفض مستويات الأوزون.

أحد المساهمين الكبار في ارتفاع مستويات الأوزون في المنطقة هو صناعة النفط والغاز الطبيعي الواقعة في حوض دنفر-جولسبيرج (DJB) الذي يتداخل مع غالبية المناطق الحضرية في كولورادو. يتم إنشاء الأوزون بشكل طبيعي في طبقة الستراتوسفير للأرض، ولكن يتم إنشاؤه أيضًا في طبقة التروبوسفير من خلال الجهود البشرية. كما ذكرنا بإيجاز أعلاه، تتفاعل أكاسيد النيتروجين والمركبات العضوية المتطايرة مع ضوء الشمس لتكوين الأوزون من خلال عملية تسمى الكيمياء الضوئية. تحدث أحداث الأوزون المرتفعة لمدة ساعة (<75 جزء في المليار) "خلال شهري يونيو وأغسطس مما يشير إلى أن مستويات الأوزون المرتفعة مدفوعة بالكيمياء الضوئية الإقليمية". ^[66] وفقًا لمقال من جامعة كولورادو بولدر، "يلعب انبعاث المركبات العضوية المتطايرة من النفط والغاز الطبيعي دورًا رئيسيًا في إنتاج الأوزون ويحمل القدرة على المساهمة في ارتفاع مستويات O ₃ في جبهة شمال كولورادو (NCFR)". ^[66] باستخدام تحليلات معقدة لبحث أنماط الرياح والانبعاثات من عمليات النفط والغاز الطبيعي الكبيرة، خلص المؤلفون إلى أن "مستويات O ₃ المرتفعة في NCFR ترتبط بشكل أساسي بالنقل الجوي من N– ESE، وهي القطاعات المعاكسة للرياح حيث تقع عمليات النفط والغاز الطبيعي في منطقة حقل واتنبرج في DJB". ^[66]

تتضمن خطة عمل الأوزون في كولورادو، التي تم إنشاؤها في عام 2008، خططًا لتقييم "ضوابط الانبعاثات للمصادر الصناعية الكبيرة لأكاسيد النيتروجين" و"متطلبات التحكم على مستوى الولاية لخزانات مكثفات النفط والغاز الجديدة والصمامات الهوائية". ^[67] في عام 2011، تم إصدار خطة الضباب الإقليمية التي تضمنت خطة أكثر تحديدًا للمساعدة في تقليل انبعاثات أكاسيد النيتروجين. أصبحت هذه الجهود صعبة التنفيذ بشكل متزايد وتستغرق سنوات عديدة حتى تتحقق. بالطبع هناك أيضًا أسباب أخرى تجعل مستويات الأوزون تظل مرتفعة. وتشمل هذه: النمو السكاني مما يعني المزيد من انبعاثات السيارات، والجبال على طول NCFR التي يمكن أن تحبس الانبعاثات. إذا كنت مهتمًا، يمكن العثور على قراءات جودة الهواء اليومية على موقع وزارة الصحة العامة والبيئة في كولورادو على الويب. ^[68] وكما ذكرنا سابقًا، لا تزال دنفر تعاني من مستويات عالية من الأوزون حتى يومنا هذا. سوف يستغرق الأمر سنوات عديدة ونهجًا قائمًا على التفكير النظمي لمكافحة مشكلة مستويات الأوزون المرتفعة في Front Range في كولورادو.

يهاجم غاز الأوزون أي بوليمر يمتلك روابط أوليفينية أو مزدوجة داخل بنية سلسلته، مثل المطاط الطبيعي ، ومطاط النتريل ، ومطاط ستيرين-بوتادين . المنتجات المصنوعة باستخدام هذه البوليمرات معرضة بشكل خاص للهجوم، مما يتسبب في نمو الشقوق بشكل أطول وأعمق بمرور الوقت، ويعتمد معدل نمو الشقوق على الحمل الذي يحمله مكون المطاط وتركيز الأوزون في الغلاف الجوي. يمكن حماية هذه المواد عن طريق إضافة مضادات الأوزون ، مثل الشمع، والتي ترتبط بالسطح لإنشاء طبقة واقية أو تمتزج مع المادة وتوفر حماية طويلة الأمد. كان تشقق الأوزون يمثل مشكلة خطيرة في إطارات السيارات، ^[69] على سبيل المثال، لكنه ليس مشكلة مع الإطارات الحديثة. من ناحية أخرى، قد تتعرض العديد من المنتجات المهمة، مثل الحشيات والحلقات الدائرية ، للهجوم بواسطة الأوزون المنتج داخل أنظمة الهواء المضغوط. خطوط الوقود المصنوعة من المطاط المقوى معرضة أيضًا للهجوم، خاصة داخل حجرة المحرك، حيث يتم إنتاج بعض الأوزون بواسطة المكونات الكهربائية. إن تخزين المنتجات المطاطية بالقرب من محرك كهربائي يعمل بالتيار المستمر قد يؤدي إلى تسريع عملية تكسير الأوزون. حيث يقوم محول التيار في المحرك بتوليد شرارات تعمل بدورها على إنتاج الأوزون.

على الرغم من وجود الأوزون على مستوى الأرض قبل الثورة الصناعية ، إلا أن تركيزات الذروة الآن أعلى بكثير من مستويات ما قبل الصناعة، وحتى تركيزات الخلفية بعيدًا عن مصادر التلوث أعلى بكثير. ^{[71] [72]} يعمل الأوزون كغاز دفيئة ، حيث يمتص بعض طاقة الأشعة تحت الحمراء المنبعثة من الأرض. من الصعب تحديد قوة غاز الدفيئة للأوزون لأنه غير موجود بتركيزات موحدة في جميع أنحاء العالم. ومع ذلك، تشير التقييمات العلمية الأكثر قبولًا على نطاق واسع فيما يتعلق بتغير المناخ (على سبيل المثال، تقرير التقييم الثالث للهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ ) ^[73] إلى أن القوة الإشعاعية للأوزون التروبوسفيري تبلغ حوالي 25٪ من ثاني أكسيد الكربون .

تبلغ الإمكانية السنوية للاحترار العالمي لأوزون التروبوسفير ما بين 918 و1022 طنًا من مكافئ ثاني أكسيد الكربون / طن من أوزون التروبوسفير. وهذا يعني أنه على أساس كل جزيء، فإن الأوزون في التروبوسفير له تأثير إشعاعي أقوى بنحو 1000 مرة من ثاني أكسيد الكربون . ومع ذلك، فإن الأوزون التروبوسفير هو غاز دفيئة قصير العمر، يتحلل في الغلاف الجوي بسرعة أكبر بكثير من ثاني أكسيد الكربون . وهذا يعني أنه على مدى فترة 20 عامًا، تكون الإمكانية للاحترار العالمي لأوزون التروبوسفير أقل بكثير، أي ما يقرب من 62 إلى 69 طنًا من مكافئ ثاني أكسيد الكربون / طن من أوزون التروبوسفير. ^[74]

نظرًا لطبيعته قصيرة العمر، فإن الأوزون التروبوسفيري ليس له تأثيرات عالمية قوية، ولكنه له تأثيرات إشعاعية قوية جدًا على المقاييس الإقليمية. في الواقع، هناك مناطق من العالم حيث يكون للأوزون التروبوسفيري قوة إشعاعية تصل إلى 150٪ من ثاني أكسيد الكربون . ^[75] على سبيل المثال، تبين أن زيادة الأوزون في طبقة التروبوسفير مسؤولة عن حوالي 30٪ من ارتفاع درجة حرارة الجزء الداخلي من المحيط الجنوبي العلوي بين عامي 1955 و 2000. ^[76]

على مدى العقود القليلة الماضية، درس العلماء آثار التعرض الحاد والمزمن للأوزون على صحة الإنسان. تشير مئات الدراسات إلى أن الأوزون ضار بالناس عند المستويات الموجودة حاليًا في المناطق الحضرية. ^{[77] [78]} وقد ثبت أن الأوزون يؤثر على الجهاز التنفسي والقلب والأوعية الدموية والجهاز العصبي المركزي. كما ثبت أن الموت المبكر ومشاكل الصحة الإنجابية والتنمية مرتبطة بالتعرض للأوزون. ^[79]

حددت جمعية الرئة الأمريكية خمس فئات سكانية معرضة بشكل خاص لتأثيرات استنشاق الأوزون: ^[80]

1. الأطفال والمراهقون
2. الأشخاص الذين تبلغ أعمارهم 65 عامًا أو أكثر
3. الأشخاص الذين يعملون أو يمارسون الرياضة في الهواء الطلق
4. الأشخاص الذين يعانون من أمراض الرئة الحالية، مثل الربو ومرض الانسداد الرئوي المزمن (المعروف أيضًا باسم مرض الانسداد الرئوي المزمن، والذي يشمل انتفاخ الرئة والتهاب الشعب الهوائية المزمن)
5. الأشخاص الذين يعانون من أمراض القلب والأوعية الدموية

تشير الأدلة الإضافية إلى أن النساء، وأولئك الذين يعانون من السمنة، والسكان ذوي الدخل المنخفض قد يواجهون أيضًا مخاطر أعلى من الأوزون، على الرغم من الحاجة إلى مزيد من البحث. ^[80]

يتراوح التعرض الحاد للأوزون من ساعات إلى بضعة أيام. ولأن الأوزون عبارة عن غاز، فإنه يؤثر بشكل مباشر على الرئتين والجهاز التنفسي بأكمله. ويسبب الأوزون المستنشق التهابًا وتغيرات حادة -ولكن قابلة للعكس- في وظائف الرئة، فضلاً عن فرط استجابة مجرى الهواء. ^[81] تؤدي هذه التغييرات إلى ضيق التنفس والصفير والسعال مما قد يؤدي إلى تفاقم أمراض الرئة، مثل الربو أو مرض الانسداد الرئوي المزمن (COPD) مما يؤدي إلى الحاجة إلى تلقي العلاج الطبي. ^{[82] [83]} وقد ثبت أن التعرض الحاد والمزمن للأوزون يسبب زيادة خطر الإصابة بعدوى الجهاز التنفسي، بسبب الآلية التالية. ^[84]

أجريت دراسات متعددة لتحديد الآلية وراء التأثيرات الضارة للأوزون، وخاصة في الرئتين. وقد أظهرت هذه الدراسات أن التعرض للأوزون يسبب تغييرات في الاستجابة المناعية داخل أنسجة الرئة، مما يؤدي إلى تعطيل كل من الاستجابة المناعية الفطرية والتكيفية، فضلاً عن تغيير الوظيفة الوقائية للخلايا الظهارية الرئوية. ^[85] يُعتقد أن هذه التغييرات في الاستجابة المناعية والاستجابة الالتهابية المرتبطة بها هي عوامل من المرجح أن تساهم في زيادة خطر الإصابة بعدوى الرئة، وتفاقم أو إثارة الربو والمجاري الهوائية التفاعلية بعد التعرض لتلوث الأوزون على مستوى الأرض. ^{[85] [86]}

يتكون الجهاز المناعي الفطري (الخلوي) من إشارات كيميائية وأنواع مختلفة من الخلايا تعمل على نطاق واسع وضد أنواع متعددة من مسببات الأمراض، وعادة ما تكون البكتيريا أو الأجسام/المواد الغريبة في المضيف. ^{[86] [87]} تشمل خلايا الجهاز المناعي الفطري الخلايا البلعمية والعدلات، ^[87] ويعتقد أن كلاهما يساهم في آلية أمراض الأوزون في الرئتين، حيث ثبت أن عمل هذه الأنواع من الخلايا يتغير بعد التعرض للأوزون. ^[86] وقد ثبت أن الخلايا البلعمية، وهي الخلايا التي تخدم غرض القضاء على مسببات الأمراض أو المواد الغريبة من خلال عملية "البلعمة"، ^[87] تغير مستوى الإشارات الالتهابية التي تطلقها استجابة للأوزون، إما عن طريق التنظيم التصاعدي مما يؤدي إلى استجابة التهابية في الرئة، أو التنظيم التنازلي وتقليل الحماية المناعية. ^[85] تم العثور على الخلايا المتعادلة، وهي نوع آخر مهم من خلايا الجهاز المناعي الفطري الذي يستهدف في المقام الأول مسببات الأمراض البكتيرية، ^[87] في مجاري الهواء في غضون 6 ساعات من التعرض لمستويات عالية من الأوزون. ومع ذلك، على الرغم من المستويات العالية في أنسجة الرئة، فإن قدرتها على التخلص من البكتيريا تبدو ضعيفة بسبب التعرض للأوزون. ^[85]

الجهاز المناعي التكيفي هو فرع من فروع المناعة يوفر الحماية طويلة الأمد من خلال تطوير الأجسام المضادة التي تستهدف مسببات الأمراض المحددة ويتأثر أيضًا بالتعرض العالي للأوزون. ^{[86] [87]} تنتج الخلايا الليمفاوية، وهي أحد المكونات الخلوية للاستجابة المناعية التكيفية، كمية متزايدة من المواد الكيميائية الالتهابية تسمى "السيتوكينات" بعد التعرض للأوزون، مما قد يساهم في فرط تفاعل مجرى الهواء وتفاقم أعراض الربو. ^[85]

تلعب الخلايا الظهارية للمجرى الهوائي أيضًا دورًا مهمًا في حماية الأفراد من مسببات الأمراض. في الأنسجة الطبيعية، تشكل الطبقة الظهارية حاجزًا وقائيًا، وتحتوي أيضًا على هياكل هدبية متخصصة تعمل على إزالة الأجسام الغريبة والمخاط ومسببات الأمراض من الرئتين. عند التعرض للأوزون، تتلف الأهداب وتقل قدرة التطهير المخاطي الهدبي لمسببات الأمراض. علاوة على ذلك، يضعف الحاجز الظهاري، مما يسمح لمسببات الأمراض بعبور الحاجز والتكاثر والانتشار إلى أنسجة أعمق. تساعد هذه التغييرات في الحاجز الظهاري معًا في جعل الأفراد أكثر عرضة للإصابة بالعدوى الرئوية. ^[85]

لا يؤثر استنشاق الأوزون على الجهاز المناعي والرئتين فحسب، بل قد يؤثر أيضًا على القلب. يسبب الأوزون اختلالًا في التوازن اللاإرادي قصير المدى يؤدي إلى تغيرات في معدل ضربات القلب وانخفاض في تقلب معدل ضربات القلب؛ ^[88] ويؤدي التعرض لمستويات عالية لمدة ساعة واحدة فقط إلى عدم انتظام ضربات القلب فوق البطيني لدى كبار السن، ^[89] وكلاهما يزيد من خطر الوفاة المبكرة والسكتة الدماغية. قد يؤدي الأوزون أيضًا إلى تضيق الأوعية الدموية مما يؤدي إلى زيادة الضغط الشرياني الجهازي مما يساهم في زيادة خطر الإصابة بأمراض القلب والوفاة لدى المرضى الذين يعانون من أمراض القلب الموجودة مسبقًا. ^{[90] [91]}

إن استنشاق الأوزون لفترات أطول من ثماني ساعات في المرة الواحدة لأسابيع أو أشهر أو سنوات يُعَد تعرضًا مزمنًا. وتشير العديد من الدراسات إلى التأثير الخطير لهذا التعرض على صحة مختلف السكان.

وجدت إحدى الدراسات ارتباطات إيجابية كبيرة بين الأوزون المزمن والوفيات الناجمة عن جميع الأسباب، والدورة الدموية، والجهاز التنفسي، مع زيادة المخاطر بنسبة 2% و3% و12% لكل 10 جزء في المليار ^[92] وأفادت بوجود ارتباط (95% فاصل ثقة) بين الوفيات السنوية الناجمة عن الأوزون وجميع الأسباب بنسبة خطر 1.02 (1.01-1.04)، ومع الوفيات الناجمة عن أمراض القلب والأوعية الدموية بنسبة 1.03 (1.01-1.05). ووجدت دراسة مماثلة ارتباطات مماثلة مع الوفيات الناجمة عن جميع الأسباب وتأثيرات أكبر على الوفيات الناجمة عن أمراض القلب والأوعية الدموية. ^[93] يرتبط التعرض المزمن طويل الأمد للأوزون بزيادة خطر الوفاة الناجمة عن أسباب الجهاز التنفسي. ^[94]

يؤثر الأوزون المزمن سلبًا على الأطفال، وخاصة المصابين بالربو. ويزداد خطر دخول الأطفال المصابين بالربو إلى المستشفى مع التعرض المزمن للأوزون؛ والأطفال الأصغر سنًا وأولئك الذين يعانون من وضع الدخل المنخفض هم أكثر عرضة للخطر. ^[95]

البالغون الذين يعانون من أمراض الجهاز التنفسي (الربو ^[96] ، مرض الانسداد الرئوي المزمن ^[97] ، سرطان الرئة ^[98] ) معرضون لخطر أكبر للوفاة والمرض، كما أن المرضى المصابين بأمراض خطيرة معرضون لخطر متزايد للإصابة بمتلازمة الضائقة التنفسية الحادة مع التعرض المزمن للأوزون أيضًا. ^[99]

تنتج مولدات الأوزون التي تباع على أنها منظفات للهواء غاز الأوزون عمدًا. ^[42] غالبًا ما يتم تسويقها للتحكم في تلوث الهواء الداخلي ، وتستخدم مصطلحات مضللة لوصف الأوزون. بعض الأمثلة تصفه بأنه "أكسجين نشط" أو "هواء نقي"، مما يشير إلى أن الأوزون هو نوع صحي أو "أفضل" من الأكسجين. ^[42] ومع ذلك، وفقًا لوكالة حماية البيئة ، "هناك أدلة تُظهر أنه عند تركيزات لا تتجاوز معايير الصحة العامة، فإن الأوزون غير فعال في إزالة العديد من المواد الكيميائية المسببة للرائحة"، و"إذا تم استخدامه عند تركيزات لا تتجاوز معايير الصحة العامة، فإن الأوزون المطبق على الهواء الداخلي لا يزيل الفيروسات أو البكتيريا أو العفن أو الملوثات البيولوجية الأخرى بشكل فعال". ^[42] علاوة على ذلك، يذكر تقرير آخر أن "نتائج بعض الدراسات الخاضعة للرقابة تظهر أن تركيزات الأوزون أعلى بكثير من معايير [السلامة البشرية] هذه ممكنة حتى عندما يتبع المستخدم تعليمات التشغيل الخاصة بالشركة المصنعة". ^[100]

تحتوي صفحة مجلس موارد الهواء في كاليفورنيا على قائمة بمنظفات الهواء (العديد منها مزود بمؤينات ) التي تلبي حد الأوزون الداخلي البالغ 0.050 جزء في المليون. ^[101] من تلك المقالة:

يجب أن تحصل جميع أجهزة تنقية الهواء المحمولة التي تباع في كاليفورنيا على شهادة من مجلس موارد الهواء في كاليفورنيا (CARB). للحصول على الشهادة، يجب اختبار أجهزة تنقية الهواء من حيث السلامة الكهربائية وانبعاثات الأوزون، ويجب أن تلبي حد تركيز انبعاثات الأوزون البالغ 0.050 جزء في المليون. لمزيد من المعلومات حول اللائحة، تفضل بزيارة لائحة أجهزة تنقية الهواء.

سلائف الأوزون هي مجموعة من الملوثات، وخاصة تلك التي تنبعث أثناء احتراق الوقود الأحفوري . ينشأ تلوث الأوزون على مستوى الأرض ( الأوزون التروبوسفيري ) بالقرب من سطح الأرض من خلال تأثير أشعة الشمس فوق البنفسجية على هذه السلائف. يأتي الأوزون على مستوى الأرض في المقام الأول من سلائف الوقود الأحفوري، ولكن الميثان هو سلائف طبيعية، ويعتبر المستوى الطبيعي المنخفض جدًا للأوزون على مستوى الأرض آمنًا. يفحص هذا القسم التأثيرات الصحية لحرق الوقود الأحفوري، مما يرفع مستوى الأوزون على مستوى الأرض إلى ما هو أعلى بكثير من مستويات الخلفية.

هناك قدر كبير من الأدلة التي تثبت أن الأوزون على مستوى الأرض يمكن أن يضر بوظائف الرئة ويهيج الجهاز التنفسي . ^{[55] [103]} يرتبط التعرض للأوزون (والملوثات التي تنتجه) بالوفاة المبكرة والربو والتهاب الشعب الهوائية والنوبات القلبية ومشاكل القلب والرئة الأخرى. ^{[104] [105]}

لقد ثبت أن التعرض الطويل الأمد للأوزون يزيد من خطر الوفاة بسبب أمراض الجهاز التنفسي . ^[42] وقد أظهرت دراسة أجريت على 450.000 شخص يعيشون في مدن الولايات المتحدة وجود ارتباط كبير بين مستويات الأوزون وأمراض الجهاز التنفسي على مدى فترة المتابعة التي استمرت 18 عامًا. وكشفت الدراسة أن الأشخاص الذين يعيشون في مدن ذات مستويات عالية من الأوزون، مثل هيوستن أو لوس أنجلوس، لديهم خطر متزايد بنسبة تزيد عن 30٪ للوفاة بسبب أمراض الرئة. ^{[106] [107]}

وتستند إرشادات جودة الهواء مثل تلك التي وضعتها منظمة الصحة العالمية ، ووكالة حماية البيئة الأمريكية ، والاتحاد الأوروبي، إلى دراسات مفصلة تهدف إلى تحديد المستويات التي يمكن أن تسبب تأثيرات صحية سيئة يمكن قياسها .

وفقًا لعلماء وكالة حماية البيئة، يمكن أن يتأثر الأشخاص المعرضون للخطر سلبًا بمستويات الأوزون المنخفضة التي تصل إلى 40 نانومول/مول. ^{[105] [108] [109]} في الاتحاد الأوروبي، تبلغ القيمة المستهدفة الحالية لتركيزات الأوزون 120 ميكروجرام/م ³ أي حوالي 60 نانومول/مول. ينطبق هذا الهدف على جميع الدول الأعضاء وفقًا للتوجيه 2008/50/EC. ^[110] يتم قياس تركيز الأوزون بمتوسط ​​يومي أقصى يبلغ 8 ساعات ولا ينبغي تجاوز الهدف لأكثر من 25 يومًا تقويميًا في السنة، بدءًا من يناير 2010. في حين أن التوجيه يتطلب في المستقبل الامتثال الصارم لحد 120 ميكروجرام/م ³ (أي متوسط ​​تركيز الأوزون لا يجب تجاوزه في أي يوم من أيام السنة)، لا يوجد تاريخ محدد لهذا المطلب ويتم التعامل معه كهدف طويل الأجل. ^[111]

في الولايات المتحدة، يوجه قانون الهواء النظيف وكالة حماية البيئة لوضع معايير وطنية لجودة الهواء المحيط للعديد من الملوثات، بما في ذلك الأوزون على مستوى الأرض، والمقاطعات التي لا تمتثل لهذه المعايير ملزمة باتخاذ خطوات لخفض مستوياتها. في مايو 2008، بموجب أمر قضائي، خفضت وكالة حماية البيئة معيار الأوزون من 80 نانومول/مول إلى 75 نانومول/مول. ثبت أن هذه الخطوة مثيرة للجدل، حيث أوصت هيئة علماء الوكالة ومجلسها الاستشاري بخفض المعيار إلى 60 نانومول/مول. ^[105] كما دعمت العديد من مجموعات الصحة العامة والبيئة معيار 60 نانومول/مول، ^[112] وتوصي منظمة الصحة العالمية بـ 100 ميكروجرام/م ³ (51 نانومول/مول). ^[113]

في 7 يناير 2010، أعلنت وكالة حماية البيئة الأمريكية (EPA) عن التعديلات المقترحة على المعيار الوطني لجودة الهواء المحيط (NAAQS) فيما يتعلق بالملوث الأوزون، المكون الرئيسي للضباب الدخاني:

... تقترح وكالة حماية البيئة أن يتم تحديد مستوى المعيار الأساسي لمدة 8 ساعات، والذي تم تحديده عند 0.075 ميكرومول/مول في القاعدة النهائية لعام 2008، بدلاً من ذلك عند مستوى أقل ضمن نطاق 0.060 إلى 0.070 ميكرومول/مول، لتوفير حماية متزايدة للأطفال وغيرهم من السكان المعرضين للخطر ضد مجموعة من O2.
₃- الآثار الصحية الضارة المرتبطة والتي تتراوح من انخفاض وظائف الرئة وزيادة أعراض الجهاز التنفسي إلى المؤشرات الخطيرة للأمراض التنفسية بما في ذلك زيارات قسم الطوارئ والدخول إلى المستشفى لأسباب تنفسية، وربما الأمراض المرتبطة بأمراض القلب والأوعية الدموية بالإضافة إلى إجمالي الوفيات غير العرضية وأمراض القلب والرئة ... ^[114]

في 26 أكتوبر 2015، نشرت وكالة حماية البيئة قاعدة نهائية بتاريخ سريان 28 ديسمبر 2015، والتي قامت بمراجعة مقياس جودة الهواء الجوي الأساسي لمدة 8 ساعات من 0.075 جزء في المليون إلى 0.070 جزء في المليون. ^[115]

طورت وكالة حماية البيئة مؤشر جودة الهواء للمساعدة في شرح مستويات تلوث الهواء لعامة الناس. وفقًا للمعايير الحالية، يتم وصف متوسط ​​الكسور المولية للأوزون لمدة ثماني ساعات من 85 إلى 104 نانومول/مول بأنها "غير صحية للمجموعات الحساسة"، و105 نانومول/مول إلى 124 نانومول/مول بأنها "غير صحية"، و125 نانومول/مول إلى 404 نانومول/مول بأنها "غير صحية للغاية". ^[116]

يمكن أن يتواجد الأوزون أيضًا في تلوث الهواء الداخلي ، ويرجع ذلك جزئيًا إلى المعدات الإلكترونية مثل آلات النسخ. كما عُرف وجود ارتباط بين زيادة حبوب اللقاح والجراثيم الفطرية والأوزون الناجم عن العواصف الرعدية ودخول مرضى الربو إلى المستشفيات . ^[117]

في العصر الفيكتوري ، كانت هناك أسطورة شعبية بريطانية تقول إن رائحة البحر ناتجة عن الأوزون. في الواقع، فإن "رائحة البحر" المميزة ناتجة عن ثنائي ميثيل الكبريتيد ، وهي مادة كيميائية تنتجها العوالق النباتية . اعتبر البريطانيون الفيكتوريون الرائحة الناتجة "مقوية". ^[118]

توصلت دراسة أجريت لتقييم تأثيرات الوفيات المشتركة الناجمة عن الأوزون والحرارة أثناء موجات الحر الأوروبية في عام 2003 إلى أن هذه التأثيرات تبدو مضافة. ^[119]

يتم إنتاج الأوزون، إلى جانب الأشكال التفاعلية للأكسجين مثل الأكسجين الفائق ، والأكسجين الأحادي ، وبيروكسيد الهيدروجين ، وأيونات هيبوكلوريت ، بواسطة خلايا الدم البيضاء وغيرها من الأنظمة البيولوجية (مثل جذور القطيفة ) كوسيلة لتدمير الأجسام الغريبة. يتفاعل الأوزون بشكل مباشر مع الروابط المزدوجة العضوية. أيضًا، عندما يتحلل الأوزون إلى ثنائي الأكسجين فإنه يؤدي إلى ظهور جذور الأكسجين الحرة ، والتي تكون شديدة التفاعل وقادرة على إتلاف العديد من الجزيئات العضوية . علاوة على ذلك، يُعتقد أن خصائص الأكسدة القوية للأوزون قد تكون عاملًا مساهمًا في الالتهاب . لا تزال العلاقة السببية لكيفية تكوين الأوزون في الجسم وما يفعله قيد الدراسة ولا تزال عرضة لتفسيرات مختلفة، حيث يمكن للعمليات الكيميائية الأخرى في الجسم أن تؤدي إلى بعض التفاعلات نفسها. هناك أدلة تربط بين مسار أكسدة الماء المحفز بالأجسام المضادة للاستجابة المناعية البشرية وإنتاج الأوزون. في هذا النظام، يتم إنتاج الأوزون عن طريق إنتاج ثلاثي أكسيدان محفز بواسطة الأجسام المضادة من الماء والأكسجين الأحادي المنتج بواسطة العدلات. ^[120]

عند استنشاقه، يتفاعل الأوزون مع المركبات التي تبطن الرئتين لتكوين مستقلبات محددة مشتقة من الكوليسترول والتي يُعتقد أنها تسهل تراكم اللويحات التصلبية (شكل من أشكال أمراض القلب ) وتسببها في المرض. وقد تم تأكيد حدوث هذه المستقلبات بشكل طبيعي في الشرايين التصلبية البشرية وتصنف في فئة من السيكوستيرولات تسمى الأثيرونالات ، والتي يتم إنشاؤها عن طريق تحلل الأوزون للرابطة المزدوجة للكوليسترول لتكوين سيكوستيرول 5،6 ^[121] بالإضافة إلى منتج تكثيف ثانوي عبر الألدول. ^[122]

وقد ثبت أن الأوزون له تأثير سلبي على نمو النبات: "... يقلل الأوزون من تركيز الكلوروفيل الكلي والكاروتينويد والكربوهيدرات، ويزيد من محتوى حمض 1-أمينوسيكلوبروبان-1-كربوكسيليك (ACC) وإنتاج الإيثيلين. في النباتات المعالجة، انخفض تجمع أوراق الأسكوربات، في حين كان بيروكسيد الدهون وتسرب المذاب أعلى بشكل ملحوظ من الضوابط الخالية من الأوزون. أشارت البيانات إلى أن الأوزون أطلق آليات وقائية ضد الإجهاد التأكسدي في الحمضيات." ^[123] أظهرت الدراسات التي استخدمت نباتات الفلفل كنموذج أن الأوزون قلل من إنتاج الفاكهة وتغير جودة الفاكهة. ^{[124] [125]} وعلاوة على ذلك، لوحظ أيضًا انخفاض في مستويات الكلوروفيل والدفاعات المضادة للأكسدة على الأوراق، فضلاً عن زيادة مستويات الأنواع التفاعلية من الأكسجين (ROS) وأضرار الدهون والبروتين. ^{[124] [125]}

وخلصت دراسة أجريت عام 2022 إلى أن شرق آسيا تخسر 63 مليار دولار من المحاصيل سنويًا بسبب تلوث الأوزون، وهو أحد المنتجات الثانوية لاحتراق الوقود الأحفوري. وتخسر ​​الصين حوالي ثلث إنتاجها المحتمل من القمح وربع إنتاجها من الأرز. ^{[126] [127]}

نظرًا لخواص الأوزون المؤكسدة القوية، فهو مادة مهيجة أساسية تؤثر بشكل خاص على العينين والجهاز التنفسي وقد تكون خطيرة حتى في تركيزات منخفضة. يذكر المركز الكندي للسلامة والصحة المهنية ما يلي:

حتى التركيزات المنخفضة جدًا من الأوزون قد تكون ضارة بالجهاز التنفسي العلوي والرئتين. وتعتمد شدة الإصابة على تركيز الأوزون ومدة التعرض. وقد تؤدي حتى التعرض القصير جدًا لتركيزات منخفضة نسبيًا إلى إصابة الرئة الشديدة والدائمة أو الوفاة." ^[128]

لحماية العمال المعرضين للأوزون، وضعت إدارة السلامة والصحة المهنية الأمريكية حد التعرض المسموح به (PEL) بمقدار 0.1 ميكرومول/مول (29 CFR 1910.1000 table Z-1)، محسوبًا كمتوسط ​​زمني مرجح لمدة 8 ساعات. تعتبر التركيزات الأعلى خطرة بشكل خاص وقد وضع المعهد الوطني للسلامة والصحة المهنية حدًا مباشرًا خطيرًا على الحياة والصحة (IDLH) بمقدار 5 ميكرومول/مول. ^[129] يجب أن تكون بيئات العمل التي يستخدم فيها الأوزون أو حيث من المحتمل أن يتم إنتاجه ذات تهوية كافية ومن الحكمة أن يكون لديك جهاز مراقبة للأوزون يصدر إنذارًا إذا تجاوز التركيز حد التعرض المسموح به من قِبل إدارة السلامة والصحة المهنية (OSHA). تتوفر أجهزة مراقبة مستمرة للأوزون من العديد من الموردين.

يمكن أن يحدث التعرض المرتفع للأوزون على متن طائرات الركاب ، حيث تعتمد المستويات على الارتفاع والاضطرابات الجوية. ^{[130] تحدد لوائح} إدارة الطيران الفيدرالية الأمريكية حدًا أقصى يبلغ 250 نانومول/مول بمتوسط ​​أقصى لمدة أربع ساعات يبلغ 100 نانومول/مول. ^[131] تم تجهيز بعض الطائرات بمحولات الأوزون في نظام التهوية لتقليل تعرض الركاب. ^[130]

تستخدم مولدات الأوزون ، أو أجهزة الأوزون ، ^[132] لإنتاج الأوزون لتنظيف الهواء أو إزالة روائح الدخان في الغرف غير المشغولة. يمكن لمولدات الأوزون هذه إنتاج أكثر من 3 جرام من الأوزون في الساعة. غالبًا ما يتكون الأوزون في الطبيعة في ظل ظروف لا يتفاعل فيها O _2. ^[28] يقاس الأوزون المستخدم في الصناعة بـ μmol / mol (ppm، أجزاء في المليون)، nmol / mol (ppb، أجزاء في المليار)، μg / m ³ ، mg / h (مليجرام في الساعة) أو النسبة المئوية للوزن. يتراوح نظام التركيزات المطبقة من 1٪ إلى 5٪ (في الهواء) ومن 6٪ إلى 14٪ (في الأكسجين) لطرق الجيل الأقدم. يمكن للطرق الكهروليتية الجديدة تحقيق تركيزات أوزون مذابة تصل إلى 20٪ إلى 30٪ في مياه الإخراج.

تلعب درجة الحرارة والرطوبة دورًا كبيرًا في تحديد كمية الأوزون التي يتم إنتاجها باستخدام طرق التوليد التقليدية (مثل تفريغ الهالة والضوء فوق البنفسجي). ستنتج طرق التوليد القديمة أقل من 50٪ من السعة الاسمية إذا تم تشغيلها في هواء محيط رطب، على عكس الهواء الجاف جدًا. يمكن للمولدات الجديدة، باستخدام الطرق الكهروليتية، تحقيق نقاء وذوبان أعلى من خلال استخدام جزيئات الماء كمصدر لإنتاج الأوزون.

هذا هو النوع الأكثر شيوعًا من مولدات الأوزون لمعظم الاستخدامات الصناعية والشخصية. في حين توجد اختلافات في طريقة التفريغ التاجي "الشرارة الساخنة" لإنتاج الأوزون، بما في ذلك مولدات الأوزون الطبية والصناعية، تعمل هذه الوحدات عادةً عن طريق أنبوب التفريغ التاجي أو لوحة الأوزون. ^{[133] [134]} وهي عادةً فعالة من حيث التكلفة ولا تتطلب مصدرًا للأكسجين بخلاف الهواء المحيط لإنتاج تركيزات الأوزون بنسبة 3-6٪. تتسبب التقلبات في الهواء المحيط، بسبب الطقس أو الظروف البيئية الأخرى، في حدوث تباين في إنتاج الأوزون. ومع ذلك، فإنها تنتج أيضًا أكاسيد النيتروجين كمنتج ثانوي. يمكن أن يؤدي استخدام مجفف الهواء إلى تقليل تكوين حمض النيتريك أو القضاء عليه عن طريق إزالة بخار الماء وزيادة إنتاج الأوزون. في درجة حرارة الغرفة، يتحول حمض النيتريك إلى بخار خطير إذا تم استنشاقه. يمكن أن تشمل الأعراض ألمًا في الصدر وضيقًا في التنفس والصداع وجفاف الأنف والحلق مما يسبب إحساسًا بالحرقان. إن استخدام جهاز تركيز الأكسجين يمكن أن يزيد من إنتاج الأوزون ويقلل من خطر تكوين حمض النيتريك عن طريق إزالة ليس فقط بخار الماء، ولكن أيضًا الجزء الأكبر من النيتروجين.

تستخدم مولدات الأوزون فوق البنفسجية، أو مولدات الأوزون فوق البنفسجية الفراغية (VUV)، مصدر ضوء يولّد ضوءًا فوق بنفسجيًا ضيق النطاق، وهو جزء من الضوء الذي تنتجه الشمس. تعمل الأشعة فوق البنفسجية للشمس على دعم طبقة الأوزون في طبقة الستراتوسفير على الأرض. ^[135]

تستخدم مولدات الأوزون فوق البنفسجية الهواء المحيط لإنتاج الأوزون، ولا تُستخدم أنظمة تحضير الهواء (مجفف الهواء أو جهاز تركيز الأكسجين)، وبالتالي تميل هذه المولدات إلى أن تكون أقل تكلفة. ومع ذلك، تنتج مولدات الأوزون فوق البنفسجية عادةً الأوزون بتركيز حوالي 0.5% أو أقل مما يحد من معدل إنتاج الأوزون المحتمل. ومن العيوب الأخرى لهذه الطريقة أنها تتطلب تعرض الهواء المحيط (الأكسجين) لمصدر الأشعة فوق البنفسجية لفترة أطول من الوقت، ولن تتم معالجة أي غاز غير معرض لمصدر الأشعة فوق البنفسجية. وهذا يجعل مولدات الأشعة فوق البنفسجية غير عملية للاستخدام في المواقف التي تتعامل مع تيارات الهواء أو الماء سريعة الحركة ( تعقيم الهواء داخل القناة ، على سبيل المثال). يعد إنتاج الأوزون أحد المخاطر المحتملة للإشعاع الجرثومي فوق البنفسجي . تُستخدم مولدات الأوزون فوق البنفسجية في حمامات السباحة وتطبيقات المنتجعات الصحية التي تتراوح في ملايين الجالونات من الماء. على عكس مولدات التفريغ التاجي، لا تنتج مولدات الأوزون VUV نواتج ثانوية ضارة للنيتروجين، وعلى عكس أنظمة التفريغ التاجي، تعمل مولدات الأوزون VUV بشكل جيد للغاية في بيئات الهواء الرطب. كما لا توجد حاجة عادةً لآليات باهظة الثمن لإخراج الغاز، ولا توجد حاجة لمجففات الهواء أو أجهزة تركيز الأكسجين التي تتطلب تكاليف إضافية وصيانة.

في طريقة البلازما الباردة، يتعرض غاز الأكسجين النقي لبلازما تم إنشاؤها بواسطة DBD . يتم تقسيم الأكسجين ثنائي الذرة إلى ذرات مفردة، والتي تتحد بعد ذلك في ثلاثيات لتكوين الأوزون. من الشائع في الصناعة تسمية بعض مولدات الأوزون DBD بشكل خاطئ كمولدات تفريغ كورونا CD. عادةً ما تنتج جميع مولدات الأوزون ذات الأقطاب المعدنية المسطحة الصلبة الأوزون باستخدام طريقة تفريغ الحاجز العازل. تستخدم آلات البلازما الباردة الأكسجين النقي كمصدر إدخال وتنتج تركيزًا أقصى يبلغ حوالي 24٪ من الأوزون. إنها تنتج كميات أكبر بكثير من الأوزون في وقت معين مقارنة بإنتاج الأشعة فوق البنفسجية التي تبلغ كفاءتها حوالي 2٪. تتجلى التفريغات على أنها نقل خيطي للإلكترونات (تفريغات دقيقة) في فجوة بين قطبين. من أجل توزيع التفريغات الدقيقة بالتساوي، يجب استخدام عازل كهربائي لفصل الأقطاب المعدنية ومنع القوس الكهربائي.

يقوم توليد الأوزون بالتحليل الكهربائي بتقسيم جزيئات الماء إلى H ₂ و O ₂ و O _3. في معظم طرق توليد الأوزون بالتحليل الكهربائي، سيتم إزالة غاز الهيدروجين لترك الأكسجين والأوزون كمنتجين وحيدين للتفاعل. لذلك، يمكن لتوليد الأوزون بالتحليل الكهربائي تحقيق ذوبان أعلى في الماء دون وجود غازات منافسة أخرى موجودة في طريقة التفريغ التاجي، مثل غازات النيتروجين الموجودة في الهواء المحيط. يمكن أن تحقق طريقة التوليد هذه تركيزات تتراوح بين 20 و 30٪ وهي مستقلة عن جودة الهواء لأن الماء يستخدم كمادة مصدر. عادةً ما يكون إنتاج الأوزون بالتحليل الكهربائي غير مواتٍ بسبب الجهد الزائد العالي المطلوب لإنتاج الأوزون مقارنة بالأكسجين. هذا هو السبب في عدم إنتاج الأوزون أثناء التحليل الكهربائي النموذجي للمياه. ومع ذلك، من الممكن زيادة الجهد الزائد للأكسجين عن طريق اختيار المحفز الدقيق بحيث يتم إنتاج الأوزون بشكل تفضيلي تحت التحليل الكهربائي. المحفزات المختارة عادةً لهذا النهج هي ثاني أكسيد الرصاص ^[136] أو الماس المشوب بالبورون. ^[137]

يتم تحسين نسبة الأوزون إلى الأكسجين عن طريق زيادة كثافة التيار عند الأنود، وتبريد الإلكتروليت حول الأنود بالقرب من 0 درجة مئوية، واستخدام إلكتروليت حمضي (مثل حمض الكبريتيك المخفف) بدلاً من المحلول القاعدي، وتطبيق تيار نبضي بدلاً من التيار المستمر. ^[138]

لا يمكن تخزين الأوزون ونقله مثل الغازات الصناعية الأخرى (لأنه يتحلل بسرعة إلى أكسجين ثنائي الذرة) وبالتالي يجب إنتاجه في الموقع. تتنوع مولدات الأوزون المتاحة في ترتيب وتصميم أقطاب الجهد العالي. عند قدرات إنتاج أعلى من 20 كجم في الساعة، يمكن استخدام مبادل حراري لأنبوب الغاز / الماء كقطب أرضي وتجميعه مع أقطاب أنبوبية عالية الجهد على جانب الغاز. نظام ضغوط الغاز النموذجية هو حوالي 2 بار (200  كيلو باسكال ) مطلق في الأكسجين و 3 بار (300 كيلو باسكال) مطلق في الهواء. يمكن تركيب عدة ميغاواط من الطاقة الكهربائية في منشآت كبيرة، وتطبيقها كتيار متردد أحادي الطور بتردد يتراوح من 50 إلى 8000 هرتز وفولتية ذروة بين 3000 و 20000 فولت. عادة ما يكون الجهد المطبق مرتبطًا عكسيًا بالتردد المطبق.

إن العامل المهيمن الذي يؤثر على كفاءة توليد الأوزون هو درجة حرارة الغاز، والتي يتم التحكم فيها من خلال درجة حرارة مياه التبريد و/أو سرعة الغاز. فكلما كان الماء أكثر برودة، كان تخليق الأوزون أفضل. وكلما انخفضت سرعة الغاز، زاد التركيز (ولكن انخفض صافي الأوزون المنتج). وفي الظروف الصناعية النموذجية، يتبدد ما يقرب من 90% من الطاقة الفعالة على شكل حرارة ويجب إزالتها من خلال تدفق مياه التبريد الكافي.

بسبب التفاعلية العالية للأوزون، لا يمكن استخدام سوى عدد قليل من المواد مثل الفولاذ المقاوم للصدأ (الجودة 316L) والتيتانيوم والألمنيوم (طالما لا توجد رطوبة) والزجاج والبولي تترافلورو إيثيلين أو فلوريد البولي فينيلدين . يمكن استخدام الفيتون مع تقييد القوى الميكانيكية الثابتة وغياب الرطوبة (تنطبق قيود الرطوبة اعتمادًا على التركيبة). يمكن استخدام الهيبالون مع القيد الذي لا يتلامس معه الماء، باستثناء المستويات الجوية الطبيعية. التقصف أو الانكماش هو الوضع الشائع لفشل الإيلاستومرات مع التعرض للأوزون. تشقق الأوزون هو الوضع الشائع لفشل أختام الإيلاستومر مثل الحلقات الدائرية .

عادةً ما تكون المطاطات السيليكونية مناسبة للاستخدام كحشوات في تركيزات الأوزون أقل من 1% بالوزن، كما هو الحال في المعدات المستخدمة لتسريع شيخوخة عينات المطاط.

يمكن أن يتكون الأوزون من الأكسجين
₂عن طريق التفريغات الكهربائية وعن طريق عمل الإشعاع الكهرومغناطيسي عالي الطاقة . يؤدي القوس الكهربائي غير المكبوت في جهات الاتصال الكهربائية أو فرش المحرك أو المفاتيح الميكانيكية إلى تحلل الروابط الكيميائية للأكسجين الجوي المحيط بجهات الاتصال [ O2]
₂→ 2O]. تتحد الجذور الحرة للأكسجين في القوس وحوله لتكوين الأوزون [ O
₃]. ^[139] تولد بعض المعدات الكهربائية مستويات كبيرة من الأوزون. وينطبق هذا بشكل خاص على الأجهزة التي تستخدم الفولتية العالية ، مثل أجهزة تنقية الهواء الأيونية ، والطابعات الليزرية ، وآلات النسخ ، وأجهزة الصعق الكهربائي، وأجهزة اللحام بالقوس الكهربائي . يمكن للمحركات الكهربائية التي تستخدم الفرش أن تولد الأوزون من الشرارات المتكررة داخل الوحدة. ستولد المحركات الكبيرة التي تستخدم الفرش، مثل تلك المستخدمة في المصاعد أو المضخات الهيدروليكية، أوزونًا أكثر من المحركات الأصغر.

يتشكل الأوزون بشكل مماثل في ظاهرة العواصف الرعدية كاتاتومبو على نهر كاتاتومبو في فنزويلا ، على الرغم من أن عدم استقرار الأوزون يجعل من المشكوك فيه أن يكون له أي تأثير على طبقة الأوزون. ^[140] إنه أكبر مولد طبيعي للأوزون في العالم، مما يدعو إلى تصنيفه كموقع للتراث العالمي لليونسكو . ^[141]

في المختبر، يمكن إنتاج الأوزون عن طريق التحليل الكهربائي باستخدام بطارية 9 فولت ، وكاثود قضيب الجرافيت من قلم رصاص ، وأنود سلكي من البلاتين ، وإلكتروليت حمض الكبريتيك بتركيز 3 مول . ^[142] تفاعلات نصف الخلية التي تحدث هي:

${\displaystyle {\begin{aligned}&{\ce {3 H2O -> O3 + 6 H+ + 6 e-}}&&(\Delta E^{\circ }=-{\text{1.53 V}})\\&{\ce {6 H+ + 6 e- -> 3 H2}}&&(\Delta E^{\circ }={\text{0 V}})\\&{\ce {2 H2O -> O2 + 4 H+ + 4 e-}}&&(\Delta E^{\circ }={\text{1.23 V}})\end{aligned}}}$

حيث E° يمثل جهد القطب الكهربائي القياسي .

في التفاعل الصافي، يتم تحويل ثلاثة مكافئات من الماء إلى مكافئ واحد من الأوزون وثلاثة مكافئات من الهيدروجين . تكوين الأكسجين هو تفاعل تنافسي.

يمكن أيضًا توليده بواسطة قوس كهربائي عالي الجهد . في أبسط أشكاله، يتم توصيل التيار المتردد عالي الجهد، مثل خرج محول لافتة النيون، بقضيبين معدنيين مع وضع الطرفين بالقرب من بعضهما البعض بما يكفي للسماح بقوس كهربائي. سيحول القوس الناتج الأكسجين الجوي إلى أوزون.

غالبًا ما يكون من المرغوب فيه احتواء الأوزون. يمكن القيام بذلك بجهاز يتكون من أنبوبين زجاجيين متحدين المركز مغلقين معًا في الأعلى مع وجود منافذ غاز في أعلى وأسفل الأنبوب الخارجي. يجب إدخال قطعة من رقاقة معدنية في القلب الداخلي متصلة بجانب واحد من مصدر الطاقة. يجب توصيل الجانب الآخر من مصدر الطاقة بقطعة أخرى من الرقاقة ملفوفة حول الأنبوب الخارجي. مصدر الأوزون الجاف
₂يتم تطبيقه على المنفذ السفلي. عند تطبيق الجهد العالي على أسلاك الرقائق، يتم تفريغ الكهرباء بين ثنائي الأكسجين الجاف في المنتصف وتكوين O
₃و ا
₂والتي سوف تتدفق من المنفذ العلوي. وهذا ما يسمى بموزع الأوزون من شركة سيمنز. ويمكن تلخيص التفاعل على النحو التالي: ^[28]

${\displaystyle {\ce {3O2->[{\text{electricity}}]2O3}}}$

أكبر استخدام للأوزون هو في تحضير المستحضرات الصيدلانية ومواد التشحيم الاصطناعية والعديد من المركبات العضوية الأخرى المفيدة تجاريًا ، حيث يتم استخدامه لقطع الروابط بين الكربون والكربون. ^[28] يمكن استخدامه أيضًا لتبييض المواد وقتل الكائنات الحية الدقيقة في مصادر الهواء والماء. ^[143] تقتل العديد من أنظمة مياه الشرب البلدية البكتيريا بالأوزون بدلاً من الكلور الأكثر شيوعًا . ^[144] يتمتع الأوزون بإمكانية أكسدة عالية جدًا . ^[145] لا يشكل الأوزون مركبات الكلور العضوي ، ولا يبقى في الماء بعد المعالجة. يمكن للأوزون أن يشكل مادة البرومات المشتبه بها المسببة للسرطان في مياه المصدر ذات التركيزات العالية من البروميد . ينص قانون مياه الشرب الآمنة في الولايات المتحدة على أن هذه الأنظمة تقدم كمية من الكلور للحفاظ على حد أدنى 0.2 ميكرومول / مول من الكلور الحر المتبقي في الأنابيب، بناءً على نتائج الاختبارات المنتظمة. في الأماكن التي تتوفر فيها الطاقة الكهربائية بكثرة، يعتبر الأوزون وسيلة فعالة من حيث التكلفة لمعالجة المياه، حيث يتم إنتاجه عند الطلب ولا يتطلب نقل وتخزين المواد الكيميائية الخطرة. وبمجرد تحلله، لا يترك أي طعم أو رائحة في مياه الشرب.

على الرغم من الإعلان عن أن المستويات المنخفضة من الأوزون قد تكون مفيدة كمطهر في المنازل السكنية، فإن تركيز الأوزون في الهواء الجاف المطلوب لإحداث تأثير سريع وملموس على مسببات الأمراض المحمولة جوًا يتجاوز المستويات الآمنة التي أوصت بها إدارة السلامة والصحة المهنية الأمريكية ووكالة حماية البيئة . يمكن للتحكم في الرطوبة أن يحسن بشكل كبير كل من قوة قتل الأوزون ومعدل تحلله مرة أخرى إلى أكسجين (تسمح الرطوبة العالية بمزيد من الفعالية). إن أشكال الجراثيم لمعظم مسببات الأمراض متسامحة جدًا مع الأوزون الجوي في التركيزات التي يبدأ عندها مرضى الربو في مواجهة مشاكل.

في عام 1908، تم إدخال الأوزون الاصطناعي للخط المركزي لمترو أنفاق لندن لتطهير الهواء. وقد تبين أن هذه العملية جديرة بالاهتمام، ولكن تم التخلص منها تدريجيًا بحلول عام 1956. ومع ذلك، فقد تم الحفاظ على التأثير المفيد من خلال الأوزون الناتج عن التفريغات الكهربائية لمحركات القطارات (انظر أعلاه: الإنتاج العرضي). ^[146]

تم توفير مولدات الأوزون للمدارس والجامعات في ويلز للفصل الدراسي الخريفي لعام 2021، لتطهير الفصول الدراسية بعد تفشي مرض كوفيد-19 . ^[147]

يستخدم الأوزون صناعيًا في:

• تطهير الغسيل في المستشفيات ومصانع الأغذية ودور الرعاية وما إلى ذلك؛ ^[148]
• تطهير المياه بدلا من الكلور ^[28]
• إزالة الروائح الكريهة من الهواء والأشياء، مثل تلك التي تحدث بعد الحريق. تُستخدم هذه العملية على نطاق واسع في ترميم الأقمشة
• القضاء على البكتيريا الموجودة على الطعام أو على الأسطح الملامسة؛ ^[149]
• يمكن للصناعات التي تعتمد على المياه بشكل مكثف مثل مصانع الجعة ومصانع الألبان أن تستخدم الأوزون المذاب بشكل فعال كبديل للمطهرات الكيميائية مثل حمض البيروكسي أسيتيك أو هيبوكلوريت أو الحرارة.
• تطهير أبراج التبريد والسيطرة على البكتيريا المسببة للليجيونيلا من خلال تقليل استهلاك المواد الكيميائية وتنقية المياه وتحسين الأداء.
• تعقيم حمامات السباحة والمنتجعات الصحية
• قتل الحشرات في الحبوب المخزنة ^[150]
• تنظيف جراثيم الخميرة والعفن من الهواء في مصانع تجهيز الأغذية؛
• اغسل الفواكه والخضروات الطازجة لقتل الخميرة والعفن والبكتيريا؛ ^[149]
• مهاجمة الملوثات الموجودة في الماء كيميائيًا ( الحديد ، والزرنيخ ، وكبريتيد الهيدروجين ، والنتريت ، والمواد العضوية المعقدة التي يتم تجميعها معًا على شكل "لون")؛
• توفير المساعدة في عملية التكتل (تجمع الجزيئات، مما يساعد في الترشيح، حيث يتم إزالة الحديد والزرنيخ)؛
• تصنيع المركبات الكيميائية عن طريق التخليق الكيميائي ^[151]
• تنظيف وتبييض الأقمشة (يتم استخدام الاستخدام الأول في ترميم الأقمشة؛ والاستخدام الأخير حاصل على براءة اختراع)؛ ^[152]
• يعمل كمضاد للكلور في التبييض المعتمد على الكلور؛
• المساعدة في معالجة البلاستيك للسماح بالالتصاق بالحبر؛
• قياس عمر عينات المطاط لتحديد العمر الإنتاجي لدفعة من المطاط؛
• القضاء على الطفيليات التي تنتقل عن طريق المياه مثل الجيارديا لامبليا والكريبتوسبوريديوم في محطات معالجة المياه السطحية.

الأوزون هو مادة تفاعلية في العديد من التفاعلات العضوية في المختبرات وفي الصناعة. إن عملية الأوزون هي انقسام الألكين إلى مركبات كربونيلية .

تستخدم العديد من المستشفيات حول العالم مولدات الأوزون الكبيرة لتطهير غرف العمليات بين العمليات الجراحية. يتم تنظيف الغرف ثم إغلاقها بإحكام قبل ملئها بالأوزون الذي يقتل أو يحيد جميع البكتيريا المتبقية بشكل فعال. ^[153]

يستخدم الأوزون كبديل للكلور أو ثاني أكسيد الكلور في تبييض لب الخشب . ^[154] وغالبًا ما يستخدم بالاشتراك مع الأكسجين وبيروكسيد الهيدروجين للتخلص من الحاجة إلى المركبات المحتوية على الكلور في تصنيع الورق الأبيض عالي الجودة . ^[155]

يمكن استخدام الأوزون لإزالة سموم نفايات السيانيد (على سبيل المثال من تعدين الذهب والفضة ) عن طريق أكسدة السيانيد إلى سيانات وفي النهاية إلى ثاني أكسيد الكربون . ^[156]

منذ اختراع مفاعلات البلازما ذات التفريغ الحاجز العازل (DBD)، تم استخدامها لمعالجة المياه بالأوزون. ^[157] ومع ذلك، مع المطهرات البديلة الأرخص مثل الكلور، كانت مثل هذه التطبيقات لتطهير المياه بالأوزون DBD محدودة بسبب استهلاك الطاقة العالي والمعدات الضخمة. ^{[158] [159]} وعلى الرغم من ذلك، مع الكشف عن الأبحاث للتأثيرات السلبية للمطهرات الشائعة مثل الكلور فيما يتعلق بالمخلفات السامة وعدم الفعالية في قتل بعض الكائنات الحية الدقيقة، ^[160] فإن تطهير الأوزون القائم على بلازما DBD أمر مهم في التقنيات المتاحة حاليًا. على الرغم من أن أوزون الماء بتركيز عالٍ من البروميد يؤدي إلى تكوين منتجات ثانوية غير مرغوب فيها للتطهير المبروم، إلا أنه ما لم يتم إنتاج مياه الشرب عن طريق تحلية المياه، يمكن تطبيق الأوزون بشكل عام دون القلق بشأن هذه المنتجات الثانوية. ^{[159] [161] [162] [163]} تشمل مزايا الأوزون إمكانات الأكسدة الديناميكية الحرارية العالية، وحساسية أقل للمواد العضوية وتحمل أفضل لتغيرات الرقم الهيدروجيني مع الاحتفاظ بالقدرة على قتل البكتيريا والفطريات والفيروسات، وكذلك الجراثيم والأكياس. ^{[164] [165] [166]} على الرغم من أن الأوزون مقبول على نطاق واسع في أوروبا منذ عقود، إلا أنه يستخدم بشكل نادر للتطهير في الولايات المتحدة بسبب قيود استهلاك الطاقة العالية والتركيب الضخم والوصمة المرتبطة بسمية الأوزون. ^{[158] [167]} ونظرًا لهذا، تم توجيه جهود البحث الأخيرة نحو دراسة أنظمة معالجة مياه الأوزون الفعالة. ^[168] نظر الباحثون في مفاعلات DBD السطحية خفيفة الوزن وصغيرة الحجم ومنخفضة الطاقة، ^{[169] [170]} ومفاعلات DBD الموفرة للطاقة ذات الحجم ^[171] ومفاعلات DBD منخفضة الطاقة على نطاق صغير. ^{[172] [173]} يمكن أن تساعد مثل هذه الدراسات في تمهيد الطريق لإعادة قبول إزالة التلوث بالأوزون من المياه باستخدام بلازما DBD، وخاصة في الولايات المتحدة

إن مستويات الأوزون الآمنة للإنسان غير فعّالة في قتل الفطريات والبكتيريا. ^[174] تنبعث من بعض منتجات التطهير ومستحضرات التجميل الاستهلاكية مستويات من الأوزون ضارة بصحة الإنسان. ^[174]

تُستخدم الأجهزة التي تولد مستويات عالية من الأوزون، والتي يستخدم بعضها التأين، لتطهير وإزالة الروائح الكريهة من المباني غير المأهولة، والغرف، وقنوات الهواء، ومخازن الأخشاب، والقوارب والمركبات الأخرى.

تُستخدم المياه المعالجة بالأوزون لغسل الملابس وتطهير الطعام ومياه الشرب والأسطح في المنزل. ووفقًا لإدارة الغذاء والدواء الأمريكية (FDA)، فإنها "تعدل لوائح المواد المضافة إلى الأغذية لتوفير الاستخدام الآمن للأوزون في الطورين الغازي والمائي كعامل مضاد للميكروبات على الأغذية، بما في ذلك اللحوم والدواجن". أظهرت الدراسات في جامعة كاليفورنيا بوليتكنيك أن مستويات 0.3 ميكرومول / مول من الأوزون المذاب في مياه الصنبور المفلترة يمكن أن تنتج انخفاضًا يزيد عن 99.99٪ في الكائنات الحية الدقيقة المنقولة بالغذاء مثل السالمونيلا والإشريكية القولونية 0157: H7 والكامبيلوباكتر . هذه الكمية 20000 مرة من الحدود الموصى بها من قبل منظمة الصحة العالمية المذكورة أعلاه. ^{[149] [175]} يمكن استخدام الأوزون لإزالة بقايا المبيدات الحشرية من الفواكه والخضروات . ^{[176] [177]}

يستخدم الأوزون في المنازل وأحواض المياه الساخنة لقتل البكتيريا الموجودة في الماء وتقليل كمية الكلور أو البروم المطلوبة عن طريق إعادة تنشيطها إلى حالتها الحرة. نظرًا لأن الأوزون لا يظل في الماء لفترة كافية، فإن الأوزون في حد ذاته غير فعال في منع التلوث المتبادل بين المستحمين ويجب استخدامه مع الهالوجينات . يتم حقن الأوزون الغازي الناتج عن الأشعة فوق البنفسجية أو عن طريق تفريغ الهالة في الماء. ^[178]

كما يستخدم الأوزون على نطاق واسع في معالجة المياه في أحواض السمك وبرك الأسماك. ويمكن أن يقلل استخدامه من نمو البكتيريا، ويسيطر على الطفيليات، ويقضي على انتقال بعض الأمراض، ويقلل أو يزيل "اصفرار" الماء. يجب ألا يتلامس الأوزون مع هياكل خياشيم الأسماك. توفر المياه المالحة الطبيعية (مع أشكال الحياة) "طلبًا فوريًا" كافيًا لتنشيط كميات محكومة من الأوزون أيونات البروميد إلى حمض الهيبوبروميك ، ويتحلل الأوزون تمامًا في بضع ثوانٍ إلى دقائق. إذا تم استخدام الأوزون المغذي بالأكسجين، فسوف يكون الماء أعلى في الأكسجين المذاب وستضمر هياكل خياشيم الأسماك، مما يجعلها تعتمد على الماء المخصب بالأكسجين.

يمكن استخدام الأوزون - عملية ضخ الماء بالأوزون - في تربية الأحياء المائية لتسهيل التحلل العضوي. يضاف الأوزون أيضًا إلى أنظمة إعادة التدوير لتقليل مستويات النتريت ^[179] من خلال التحويل إلى نترات . إذا كانت مستويات النتريت في الماء مرتفعة، فسوف تتراكم النتريت أيضًا في دم وأنسجة الأسماك، حيث تتداخل مع نقل الأكسجين (تسبب أكسدة مجموعة الهيم في الهيموجلوبين من الحديدوز ( Fe²⁺
) إلى الحديديك ( Fe³⁺
)، مما يجعل الهيموجلوبين غير قادر على الارتباط بالأكسجين.
₂). ^[180] وعلى الرغم من هذه التأثيرات الإيجابية الواضحة، فقد ارتبط استخدام الأوزون في أنظمة إعادة التدوير بخفض مستوى اليود المتاح بيولوجيًا في أنظمة المياه المالحة، مما أدى إلى ظهور أعراض نقص اليود مثل تضخم الغدة الدرقية وانخفاض النمو في يرقات سمكة سول السنغالية ( Solea senegalensis ). ^[181]

تُستخدم مياه البحر المضاف إليها الأوزون لتطهير أسطح بيض سمك الحدوق وسمك الهلبوت الأطلسي من فيروس نودافيروس. وهو فيروس قاتل ينتقل عموديًا ويسبب وفيات شديدة للأسماك. لا ينبغي معالجة بيض سمك الحدوق بمستويات عالية من الأوزون لأن البيض المعالج بهذه الطريقة لم يفقس ومات بعد 3-4 أيام. ^[182]

يُظهر تطبيق الأوزون على الأناناس والموز المقطوعين حديثًا زيادة في الفلافونويد ومحتوى الفينول الكلي عندما يصل التعرض إلى 20 دقيقة. يُلاحظ انخفاض في محتوى حمض الأسكوربيك (أحد أشكال فيتامين سي ) ولكن التأثير الإيجابي على محتوى الفينول الكلي والفلافونويد يمكن أن يتغلب على التأثير السلبي. ^[183] ​​تُظهر الطماطم عند معالجتها بالأوزون زيادة في بيتا كاروتين واللوتين والليكوبين. ^[184] ومع ذلك، يُظهر تطبيق الأوزون على الفراولة في فترة ما قبل الحصاد انخفاضًا في محتوى حمض الأسكوربيك. ^[185]

يسهل الأوزون استخلاص بعض المعادن الثقيلة من التربة باستخدام EDTA . يشكل EDTA مركبات تنسيق قوية قابلة للذوبان في الماء مع بعض المعادن الثقيلة ( الرصاص والزنك ) مما يجعل من الممكن إذابتها من التربة الملوثة. إذا تمت معالجة التربة الملوثة مسبقًا بالأوزون، فإن فعالية استخلاص الرصاص والألمنيوم والبلوتونيوم تزداد بنسبة 11.0-28.9٪، ^[186] 43.5٪ ^[187] و 50.7٪ [ ^187] على التوالي.

يعد تلقيح المحاصيل جزءًا أساسيًا من النظام البيئي. يمكن أن يكون للأوزون تأثيرات ضارة على تفاعلات النبات والملقحات. ^[188] تحمل الملقحات حبوب اللقاح من نبات إلى آخر. هذه دورة أساسية داخل النظام البيئي. قد يؤدي التسبب في تغييرات في بعض الظروف الجوية حول مواقع التلقيح أو باستخدام المواد الغريبة إلى تغييرات غير معروفة في الدورات الطبيعية للملقحات والنباتات المزهرة. في دراسة أجريت في شمال غرب أوروبا، تأثرت ملقحات المحاصيل سلبًا بشكل أكبر عندما كانت مستويات الأوزون أعلى. ^[189]

لا يوجد دليل عالي الجودة يدعم استخدام الأوزون لعلاج الحالات الطبية، ويعتبر عمومًا طبًا بديلًا . ^[190]

• امتصاص تشابوي
• الأوزون الدوري
• المراقبة العالمية للأوزون من خلال حجب النجوم (GOMOS)
• اليوم العالمي للحفاظ على طبقة الأوزون (16 سبتمبر)
• البرق
• أكاسيد النيتروجين
• استنفاد الأوزون ، بما في ذلك الظاهرة المعروفة باسم ثقب الأوزون .
• جهاز مراقبة الأوزون
• جهاز مراقبة الأوزون
• العلاج بالأوزون
• شبكة الأوزون
• أوزونيد (أيون)
• الأوزونوليسيس
• تحلل البوليمر
• التعقيم (علم الأحياء الدقيقة)

الحواشي

الاستشهادات

• جرينوود، نورمان ن .؛ إيرنشو، آلان (1997). كيمياء العناصر (الطبعة الثانية). باتروورث-هاينمان . رقم ISBN 978-0-08-037941-8.
• بيكر، كيه إتش، يو. كوجيلشاتز، كيه إتش شوينباخ، آر جيه باركر (المحرر). بلازما الهواء غير المتوازنة عند الضغط الجوي . سلسلة في فيزياء البلازما. بريستول وفيلادلفيا: معهد الفيزياء للنشر المحدود؛ رقم ISBN 0-7503-0962-8 ؛ 2005 
• وكالة حماية البيئة الأمريكية. مجموعة المخاطر والفوائد. (أغسطس 2014). تقييم المخاطر الصحية والتعرض للأوزون: التقرير النهائي .

This section's use of external links may not follow Wikipedia's policies or guidelines. Please improve this article by removing excessive or inappropriate external links, and converting useful links where appropriate into footnote references. (June 2023) (Learn how and when to remove this message)

• الرابطة الدولية للأوزون
• خريطة الأوزون في الوقت الحقيقي تقريبًا للوكالة الأوروبية للبيئة (ozoneweb)
• صفحة موارد الأوزون التابعة لوكالة ناسا أرشيف 2013-04-06 على موقع Wayback Machine
• معلومات الأوزون الصادرة عن إدارة السلامة والصحة المهنية (OSHA) مؤرشفة في 2016-01-20 على موقع Wayback Machine
• مقابلة بول كروتزن - فيديو للحائز على جائزة نوبل بول كروتزن يتحدث مع الحائز على جائزة نوبل هاري كروتو بواسطة مؤسسة فيجا للعلوم
• مقالة مرصد الأرض التابع لوكالة ناسا عن الأوزون
• بطاقة السلامة الكيميائية الدولية 0068
• دليل الجيب الخاص بالمعهد الوطني للسلامة والصحة المهنية (NIOSH) للمخاطر الكيميائية
• المعهد الوطني لعلوم الصحة البيئية، معلومات الأوزون
• أظهرت دراسة أجراها معهد جودارد لدراسات الفضاء التابع لوكالة ناسا تأثير الأوزون الدافئ في القطب الشمالي خلال فصل الشتاء والربيع.
• معلومات عن الأوزون على مستوى الأرض من جمعية الرئة الأمريكية في نيو إنجلاند