その他の用法については、「オゾン (曖昧さ回避)」を参照してください。

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オゾン

部分電荷を示したオゾンの構造式
孤立電子対を含むオゾンの共鳴構造
オゾンの球棒モデル オゾンの空間充填モデル
名前
IUPAC名 オゾン
IUPAC体系名 三酸素
その他の名前 2λ ^4 -トリオキシジエン;カテナ -トリオキシゲン
識別子
CAS番号	10028-15-6^はい
3Dモデル（JSmol）	インタラクティブ画像
チェビ	チェビ:25812^はい
ケムスパイダー	23208^はい
ECHA 情報カード	100.030.051
EC番号	233–069–2
グメリン参照	1101
IUPHAR/BPS	6297
メッシュ	オゾン
PubChem CID	24823
RTECS番号	RS8225000
ユニイ	66H7ZZK23N^はい
CompToxダッシュボード （EPA）	DTXSID0021098
InChI InChI=1S/O3/c1-3-2^はい キー: CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N^はい InChI=1/O3/c1-3-2 キー: CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYAY
笑顔 [O-][O+]=O
プロパティ
化学式	O 3
モル質量	47.997  g·mol ^−1
外観	無色から淡青色の気体[ 1 ]
臭い	辛味[ 1 ]
密度	2.144 g/L（0℃）
融点	−192.2 °C; −313.9 °F; 81.0 K
沸点	−112 °C; −170 °F; 161 K
水への溶解度	1.05 g L ^−1（0℃）
他の溶媒への 溶解性	CCl 4、硫酸に非常に溶けやすい
蒸気圧	55.7気圧[ 2 ] (-12.15 °Cまたは10.13 °Fまたは261.00 K) [ a ]
共役酸	プロトン化オゾン
磁化率（χ）	+6.7·10 ^−6 cm ^3 /モル
屈折率（nD ）	1.2226（液体）、1.00052（気体、STP、546 nm - 高分散に注意）[ 3 ]
構造
空間群	C 2v
配位幾何学	対角線
分子の形状	二面角
交配	O1の sp ^2
双極子モーメント	0.53D
熱化学
標準 モルエントロピー（S⦵298）^​	238.92 JK ^−1モル^−1
標準生成エンタルピー （Δ f H ^⦵298）	142.67 kJ モル^−1
危険
GHSラベル：
ピクトグラム
シグナルワード	危険
危険有害性情報	H270、H314、H330、H335、H341、H361、H370、H410
注意事項	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（ファイアダイヤモンド）	4 0 4 牛
致死量または濃度（LD、LC）：
LC Lo (公表最低額)	12.6 ppm (マウス、3時間) 50 ppm (ヒト、30分) 36 ppm (ウサギ、3時間) 21 ppm (マウス、3時間) 21.8 ppm (ラット、3時間) 24.8 ppm (モルモット、3時間) 4.8 ppm (ラット、4時間) [ 4 ]
NIOSH（米国健康曝露限界）：
PEL（許可）	TWA 0.1 ppm (0.2 mg/m ^3 ) [ 1 ]
REL（推奨）	C 0.1 ppm (0.2 mg/m ^3 ) [ 1 ]
IDLH（差し迫った危険）	5 ppm [ 1 ]
関連化合物
関連化合物	二酸化硫黄、 三硫黄、 一酸化二硫黄 、環状オゾン
特に記載がない限り、データは標準状態（25 °C [77 °F]、100 kPa）における材料のものです。 はい 検証する （何ですか  ？） ^はい北 情報ボックスの参照

オゾン（/ ˈ oʊ z oʊ n / ^ⓘ）は、三酸素、化学式Oの無機 分子
₃淡青色の気体で、独特の刺激臭があります。酸素の同素体であり、二原子同素体Oよりもはるかに不安定です。
₂下層大気中でOに分解される
₂（二酸素）。オゾンは、地球の大気圏内における紫外線（UV）と放電の作用によって二酸素から生成されます。大気圏全体に非常に低濃度で存在し、成層圏のオゾン層で最高濃度に達します。オゾン層は太陽からの紫外線（UV）の大部分を吸収します。

オゾンの臭いは塩素を彷彿とさせ、濃度がわずかでも多くの人が感知できる。空気中では0.1  ppmです。オゾンのO ₃ 構造は1865年に決定されました。その後、この分子は曲がった構造を持ち、弱い反磁性を持つことが証明されました。標準温度および圧力では、オゾンは淡い青色の気体で、極低温で凝縮して濃い青色の液体になり、最終的には紫がかった黒色の固体になります。オゾンは、より一般的な二酸素に対して不安定であるため、濃縮されたガスオゾンと液体オゾンの両方が、高温、物理的衝撃、または沸点までの急速な加熱で爆発的に分解する可能性があります。^{[ 5 ] [ 6 ]}そのため、商業的には低濃度でのみ使用されています。

オゾンは強力な酸化剤（二酸素よりもはるかに強力）であり、酸化に関連する多くの産業用途や消費者用途に使用されています。しかし、この高い酸化力により、オゾンは濃度が約100～150ppmを超えると、動物の粘膜組織や呼吸器組織、そして植物の組織にも損傷を与えます。0.1 ppm 。この濃度では、地表付近ではオゾンが強力な呼吸器系有害物質や汚染物質となりますが、オゾン層中の濃度が高ければ（2～8 ppm）、有害な紫外線が地表に到達するのを防ぐという有益な効果があります。

命名法

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慣用名 オゾンは、最も一般的に使用され、推奨されているIUPAC名です。有効なIUPAC名である系統名2λ4-^トリオキシジエン^{[疑わしい-議論が必要]}とカテナ-トリオキシゲンは、それぞれ置換命名法と加法命名法に基づいて構築されています。オゾンという名称は、ギリシャ語の「嗅ぐ」を意味するオゼイン（ὄζειν）の中性現在分詞オゾン（ὄζον）に由来し、 ^{[ 7 ]}オゾンの独特の匂いを指しています。

適切な文脈においては、オゾンは2つの水素原子を除いたトリオキシダンと見なすことができ、置換命名法に従って、系統名としてトリオキシダニリデンが使用される場合があります。これらの名称は、オゾン分子のラジカル性を考慮していません。さらに限定的な文脈では、これは非ラジカル一重項基底状態を指すこともありますが、ジラジカル状態はトリオキシダンジイルと呼ばれます。

トリオキシダンジイル（またはオゾニド）は、置換基（-OOO-）を指すために、体系的ではないが用いられる。この基の名称と、上記で示したオゾンの文脈依存的な名称を混同しないように注意する必要がある。

歴史

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クリスチャン・フリードリヒ・シェーンバイン（1799年10月18日 – 1868年8月29日）

1865年にジョン・スミスが製作したオゾノメーターのプロトタイプ

1785年、オランダの化学者マルティヌス・ファン・マルムは、水上で電気火花を起こす実験を行っていた際に、異臭に気づきました。彼はそれを電気反応によるものだと考えましたが、実際にはオゾンを生成していたことには気づきませんでした。^{[ 8 ] [ 9 ]}

半世紀後、クリスティアン・フリードリヒ・シェーンバインが同じ刺激臭に気づき、それが雷の後によく漂う臭いだと認識した。 1839年、彼はそのガス状化学物質の単離に成功し、ギリシャ語で「嗅ぐ」を意味するオゼイン（ὄζειν ）にちなんで「オゾン」と名付けた。 ^{[ 10 ] [ 11 ]} このため、シェーンバインはオゾンの発見者として広く認められている。^{[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 8 ]}彼はまた、オゾンの臭いがリンの臭いに似ていることにも気づき、1844年には白リンと空気の反応生成物が同一であることを証明した。^{[ 10 ]}その後、オゾンを「帯電酸素」と呼ぼうとしたが、彼は白リンから生成されたオゾンを「リン化酸素」と呼ぶことを提案して嘲笑した。^{[ 10 ]}オゾンの化学式O3は、1865_年にジャック＝ルイ・ソレによって決定され^{[ 15 ]}、1867年にシェーンバインによって確認されました。^{[ 10 ] [ 16 ]}

19世紀後半から20世紀にかけて、オゾンは自然主義者や健康志向の人々によって、環境の健康的な要素と考えられていました。カリフォルニア州ボーモントの公式スローガンは「ボーモント：オゾン地帯」であり、絵葉書や商工会議所のレターヘッドにもそれが表れていました。^{[ 17 ]}屋外で活動する自然主義者は、オゾン濃度を容易に測定できるため、標高の高い場所が有益であると考えることが多かったのです。^{[ 18 ]}ハワイで活動していた自然主義者ヘンリー・ヘンショーは、 「[標高の高い場所では]大気の状態が全く異なり、作業に必要なエネルギーを維持するのに十分なオゾンが存在する」と記しています。^{[ 19 ]}海辺の空気は、オゾン濃度が高いと考えられていたため、健康的であると考えられていました。この考えの根拠となった臭いは、実際にはハロゲン化海藻の代謝物^{[ 20 ]}とジメチルスルフィド^{[ 21 ]}の臭いです。

オゾンの魅力の多くは、その「新鮮な」香りから生まれたものと思われます。この香りは浄化作用を連想させます。科学者たちはオゾンの有害な影響を指摘しました。1873年、ジェームズ・デュワーとジョン・グレイ・マッケンドリックは、「オゾン化された空気」にさらされた後、カエルの動きが鈍くなり、鳥が息を切らし、ウサギの血液中の酸素濃度が低下したことを記録しました。これは「破壊的な作用」を及ぼしました。^{[ 22 ] [ 12 ]}シェーンバイン自身も、オゾンを吸入した結果、胸痛、粘膜の炎症、呼吸困難が起こり、小型哺乳類が死亡したと報告しています。 ^{[ 23 ]} 1911年、レオナルド・ヒルとマーティン・フラックは王立協会紀要Bの中で、オゾンの健康効果は「単なる繰り返しによって、一般的に信じられているものの一部となっているが、その良い効果を支持する正確な生理学的証拠はこれまでほとんど全く欠けていた…これまでに得られたオゾンの生理学的効果に関する唯一の完全によく確認された知識は、比較的強い濃度で一定時間吸入すると、肺の炎症と浮腫を引き起こし、死に至るということである」と述べた。^{[ 12 ] [ 24 ]}

第一次世界大戦中、ロンドンのクイーン・アレクサンドラ陸軍病院で、オゾンが傷口の消毒剤として試験されました。オゾンガスは傷口に直接15分間照射され、細菌細胞と人体組織の両方に損傷を与えました。消毒薬を用いた洗浄などの他の消毒方法の方が効果的であることが判明しました。^{[ 12 ] [ 25 ]}

1920年代までは、少量のオキソゾン、O
₄爆発性の濃縮化学物質に分析化学技術を適用することが困難であったため、オゾンサンプルにはこれらの成分も含まれていました。^{[ 26 ] [ 27 ]} 1923年、エルンスト・ヘルマン・リーゼンフェルトの指導の下、博士論文執筆中だったゲオルク・マリア・シュワブは、初めてオゾンを固体化し、正確な分析を行ってオキソゾン仮説を決定的に反証しました。^{[ 26 ] [ 27 ]} 1920年代には、リーゼンフェルトのグループによって、これまで測定されていなかった純粋な濃縮オゾンの物理的特性がさらに決定されました。^{[ 26 ]}

物理的特性

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液体オゾン

オゾンは無色または淡青色の気体で、水にわずかに溶け、四塩化炭素やフルオロカーボンなどの不活性非極性溶媒には非常に溶けやすく、青色の溶液となる。161 K（-112 °C; -170 °F）で凝縮し、濃い青色の液体となる。この液体を沸点まで温めるのは危険である。濃縮された気体オゾンと液体オゾンはどちらも爆発する可能性があるからである。80 K（-193.2 °C; -315.7 °F）以下の温度では、紫がかった黒色の固体となる。^{[ 28 ]}

オゾンは、塩素系漂白剤に似た非常に特異な鋭い臭気を有します。ほとんどの人は、空気中の濃度が0.01μmol/molであればオゾンを感知できます。0.1～1μmol/molの濃度では、頭痛や目の灼熱感、呼吸器官への刺激を引き起こします。^{[ 29 ]} 空気中のオゾン濃度は低くても、ラテックス、プラスチック、動物の肺組織などの有機物に非常に有害です。

オゾン分子は弱い反磁性を示す。^{[ 30 ]}

構造

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マイクロ波分光法による実験的証拠によると、オゾンは C _2v 対称性（水分子と同様）を持つ曲がった分子である。 ^{[ 31 ]} O–O 距離は 127.2  pm（1.272  Å）である。O–O–O 角は 116.78° である。^{[ 32 ]}中心原子は、1 つの孤立電子対とsp ² 混成している。オゾンは、双極子モーメントが0.53  Dである極性分子である。^{[ 33 ]}分子は、片側に単結合、もう一方に二重結合を持つ 2 つの寄与構造を持つ共鳴混成体として表すことができる。この配置は、両側で全体的な結合次数が 1.5 である。亜硝酸アニオンと等電子である。天然に存在するオゾンは、置換同位体（ ¹⁶ O、¹⁷ O、¹⁸ O）で構成されることがある。環状形態が予測されているが、観察されていない。

オゾン分子の共鳴ルイス構造

反応

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オゾンは既知の酸化剤の中で最も強力なものの一つであり、O2よりもはるかに強力です。また、高濃度では不安定で、通常の二原子酸素に崩壊します。半減期は_、温度、湿度、空気の流れなどの大気条件によって異なります。実験室環境では、室温（24℃）、湿度ゼロ、1時間あたりの換気回数ゼロの静止空気中で、半減期は平均約1500分（25時間）です。^{[ 34 ]}

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

この反応は温度の上昇とともにより急速に進行する。オゾンの爆燃は火花によって引き起こされ、オゾン濃度が10重量％以上の場合に発生する可能性がある。^{[ 35 ]}

オゾンは電気化学セルの陽極で酸素から生成することもできます。この反応により、研究目的で少量のオゾンを生成することができます。^{[ 36 ]}

${\displaystyle {\ce {O3_{(g)}{}+ 2H+{}+ 2e- <=> O2_{(g)}{}+ H2O}}\quad (E^{\circ }={\text{2.075 V}})}$ ^{[ 37 ]}

これは、必要な電圧よりも高い電圧が設定された場合に、 ホフマン装置で水の電気分解中に発生する望ましくない反応として観察されます。

金属の場合

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オゾンは、金、白金、イリジウムを除くほとんどの金属を、最も高い酸化状態の金属酸化物に酸化します。例えば、

${\displaystyle {\begin{aligned}&{\ce {Cu + O3 -> CuO + O2}}\\&{\ce {2 Ag + O3 -> Ag2O + O2}}\end{aligned}}}$

窒素と炭素の化合物

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オゾンは一酸化窒素を二酸化窒素に酸化します。

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

この反応は化学発光を伴います。

NO ₂はさらに酸化されて硝酸ラジカルになります。

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

生成されたNO ₃はNO ₂と反応して五酸化二窒素( N ₂ O ₅ )を形成します。

固体の過塩素酸ニトロニウムは、NO ₂、ClO ₂、およびO ₃ガス から作ることができます。

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

オゾンはアンモニウム塩とは反応しませんが、アンモニアを硝酸アンモニウムに酸化します。

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

オゾンは室温でも 炭素と反応して二酸化炭素を生成します。

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

硫黄化合物を含む

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オゾンは硫化物を硫酸塩に酸化します。例えば、硫化鉛(II)は硫酸鉛(II)に酸化されます。

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

硫酸はオゾン、水、元素硫黄または二酸化硫黄から生成できます。

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

気相では、オゾンは硫化水素と反応して二酸化硫黄を形成します。

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

しかし、水溶液中では、硫黄元素を生成する反応と硫酸を生成する反応という、2つの競合する反応が同時に起こります。

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

アルケンとアルキン

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主要記事:オゾン分解

アルケンはオゾン分解と呼ばれるプロセスでオゾンによって酸化的に分解され、後処理の 2 番目のステップに応じて アルコール、アルデヒド、ケトン、カルボン酸が生成されます。

オゾン分解の一般的な反応式

オゾンはアルキンを分解して酸無水物またはジケトン生成物を形成することもできる。^{[ 38 ]}反応が水の存在下で行われると、無水物が加水分解されて2つのカルボン酸が生成される。

通常、オゾン分解はジクロロメタン溶液中、-78℃の温度で行われる。一連の開裂と転位反応の後、有機オゾニドが生成される。還元的後処理（例えば、酢酸中の亜鉛またはジメチルスルフィド）ではケトンとアルデヒドが生成され、酸化的後処理（例えば、水性またはアルコール性過酸化水素）ではカルボン酸が生成される。^{[ 39 ]}

その他の基質

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塩化スズ(II)と塩酸およびオゾン の反応のように、オゾンの3つの原子すべてが反応することもあります。

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

過塩素酸ヨウ素は、冷無水過塩素酸に溶解したヨウ素をオゾンで 処理することによって生成されます。

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

オゾンはヨウ化カリウムと反応して酸素とヨウ素ガスを生成し、滴定によって定量することができる。^{[ 40 ]}

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

燃焼

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オゾンは燃焼反応や可燃性ガスに利用されます。オゾンは二酸素（O2 _）の燃焼よりも高い温度をもたらします。以下は、亜窒化炭素の燃焼反応であり、これも同様に高い温度を引き起こします。

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

オゾンは極低温でも反応する。77 K（-196.2 °C; -321.1 °F）では、原子状水素が液体オゾンと反応して水素スーパーオキシド ラジカルを形成し、これが二量体化する。^{[ 41 ]}

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

オゾン分解

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オゾン分解の種類

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オゾンは有毒物質であり、^{[ 42 ] [ 43 ]}人間の環境（航空機客室、コピー機、レーザープリンター、滅菌装置などのあるオフィス）で一般的に見られたり生成されたりします。

オゾンの触媒分解は、汚染の削減に非常に重要です。このタイプの分解は、特に固体触媒を用いた場合に最も広く利用されており、低温で高い変換率が得られるなど、多くの利点があります。さらに、生成物と触媒は瞬時に分離できるため、分離操作を必要とせずに触媒を容易に回収できます。気相オゾンの触媒分解に最もよく使用される材料は、二酸化マンガン、Mn、Co、Cu、Fe、Ni、Agなどの遷移金属、およびPt、Rh、Pdなどの貴金属です。

クロロフルオロカーボン（CFC）と海塩 に対する紫外線の作用によって形成される塩素のフリーラジカル（Cl ^{· ）は、大気中のオゾンの分解を触媒することが知られています。}

気相中のオゾンを分解する方法は他に 2 つあります。

• 熱分解法では、オゾンは熱の作用のみで分解されます。問題は、このタイプの分解は250℃以下の温度では非常に遅いことです。しかし、より高い温度で処理すれば分解速度を上げることができますが、エネルギーコストが高くなります。
• 光化学分解はオゾンに紫外線（UV）を照射して酸素とラジカル過酸化物を生成する。^{[ 44 ]}

オゾンが分子状酸素に分解する速度論

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気相中のオゾンの無触媒分解プロセスは、最終的に分子状酸素につながる2つの基本反応を含む複雑な反応であり、 ^{[ 45 ]}これは、反応の順序と速度法則が全体の反応の化学量論によって決定できないことを意味しています。

全体的な反応:${\displaystyle {\ce {2 O3 -> 3 O2}}}$

速度法則（観測値）:${\displaystyle V={\frac {K_{obs}\cdot [{\ce {O3}}]^{2}}{[{\ce {O2}}]}}}$

ここで、は観測された反応速度定数、は反応速度です。上記の反応速度則から、分子状酸素に対する部分順序は-1、オゾンに対する部分順序は2であることが分かります。したがって、全体的な反応順序は1です。 ${\displaystyle K_{obs}}$ ${\displaystyle V}$

第一段階は単分子反応であり、オゾン分子1個が2つの生成物（分子状酸素と酸素）に分解されます。第一段階で生成された酸素原子は、第二段階の反応物として関与するため、反応性中間体となります。第二段階は二分子反応であり、分子状酸素を生成する2つの異なる反応物（オゾンと酸素）が存在するためです。

ステップ1：単分子反応    ${\displaystyle {\ce {O3 -> O2 + O}}}$

ステップ2：二分子反応     ${\displaystyle {\ce {O3 + O -> 2 O2}}}$

これら2つのステップは、反応速度と反応速度定数が異なります。それぞれのステップにおける反応速度則を以下に示します。

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

以下のメカニズムにより、実験的に観察されるオゾン分解の速度法則を説明することができ、またオゾンと酸素に関する反応順序を決定することができ、それによって全体の反応順序が決定されます。

第一段階は可逆で、第二段階よりも速いと仮定します。つまり、遅い方の反応速度が第二段階であることを意味します。この段階は生成物の生成速度を決定するため、 となります。しかし、この式は酸素（中間体）の濃度に依存しており、これは観測される速度則には現れません。第一段階は急速な平衡であるため、中間体の濃度は次のように決定できます。 ${\displaystyle V=V_{2}}$

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

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

これらの式を使用すると、分子酸素の生成速度は次のようになります。

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

このメカニズムは、反応速度定数（ K _obs）が以下のように個々のメカニズムステップの反応速度定数で与えられる場合、実験的に観測される反応速度法則と一致する： ^{[ 46 ]}

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

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

オゾニドへの還元

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オゾンを還元するとオゾニドアニオンOが生成する。−3この陰イオンの誘導体は爆発性があり、極低温で保管する必要があります。すべてのアルカリ金属のオゾニドが知られています。KO ₃、RbO ₃、CsO ₃は、それぞれのスーパーオキシドから生成できます。

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

KO3_は上記のように生成できるが、水酸化カリウムとオゾンからも生成できる。 ^{[ 47 ]}

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

NaO ₃とLiO _3は、液体NH ₃中のCsO ₃をNa ⁺またはLi ⁺イオンを含むイオン交換樹脂に作用させることによって製造する必要がある：^{[ 48 ]}

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

アンモニア中のカルシウム溶液はオゾンと反応してカルシウムオゾニドではなくアンモニウムオゾニドを生成する：^{[ 41 ]}

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

アプリケーション

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オゾンは水から鉄とマンガンを除去し、ろ過可能な 沈殿物を形成するために使用できます。

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

オゾンは水中の溶存硫化水素を亜硫酸に酸化します。

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

これら 3 つの反応は、オゾンベースの井戸水処理において中心的な役割を果たします。

オゾンはシアン化物をシアン酸塩に変換して無毒化します。

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

オゾンは尿素を完全に分解する：^{[ 49 ]}

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

分光学的特性

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オゾンは、対称伸縮振動（1103.157 cm ⁻¹）、屈曲振動（701.42 cm ⁻¹）、反対称伸縮振動（1042.096 cm ⁻¹）の3つの振動モードを持つ、曲がった三原子分子です。 ^{[ 50 ]}対称伸縮振動と屈曲振動は弱い吸収体ですが、反対称伸縮振動は強く、オゾンが重要な微量温室効果ガスである理由となっています。この赤外線帯域は、大気中のオゾンの検出にも用いられていますが、紫外線を用いた測定の方が一般的です。^{[ 51 ]}

オゾンの電磁スペクトルは非常に複雑です。概要はMPIマインツの大気に関係する気体分子のUV/VISスペクトルアトラスでご覧いただけます。^{[ 52 ]}

すべての吸収帯は解離性であり、分子は光子を吸収するとO + O ₂に分解します。最も重要な吸収帯はハートレー帯で、300nmをわずかに超えた波長から200nmをわずかに超えた波長まで広がります。この吸収帯が成層圏におけるUV Cの吸収を担っています。

高波長側では、ハートレー帯はいわゆるハギンズ帯に遷移し、約360nmで消失するまで急速に減衰します。400nmより上、近赤外域まで広がるのは、チャピウス帯とウルフ帯です。これらの非構造化吸収帯は、高濃度オゾンの検出に有用ですが、非常に弱いため、実用的な効果はほとんどありません。

遠紫外線には追加の吸収帯があり、200 nm から徐々に増加して約 120 nm で最大値に達します。

地球の大気中のオゾン

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高度の関数としての大気オゾンの分圧分布

ニンバス7号衛星によって測定されたオゾン濃度

NASA EP-TOMS衛星機器によって測定された2000年6月の全オゾン濃度

大気中のオゾン総量（特定の鉛直柱中のオゾン量）を表す標準的な方法は、ドブソン単位です。点測定は、nmol/mol（ppb）単位のモル分率、またはμg/m ^3単位の濃度で報告されます。大気中のオゾン濃度の研究は1920年代に始まりました。^{[ 53 ]}

オゾン層

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主要記事:オゾン層

ロケーションと制作

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参照：オゾン・酸素循環とオゾン層の破壊

大気中のオゾン濃度が最も高いのは成層圏、つまり地表から約10～50km（高度約6～31マイル）のオゾン層と呼ばれる領域です。しかし、この「層」でさえオゾン濃度はわずか2～8ppmであるため、酸素の大部分は二酸素（O _{2 ）}で、体積比で約210,000ppmです。^{[ 54 ]}

成層圏のオゾンは、主に240～160nmの短波長紫外線によって生成されます。酸素は240nmのヘルツベルク帯で弱い吸収を開始しますが、酸素の大部分は、オゾンが吸収しない200～160nmの強いシューマン・ルンゲ帯で吸収され、解離されます。X線限界にまで及ぶ短波長光は、酸素分子を解離させるのに十分なエネルギーを持っていますが、その量は比較的少なく、ライマンアルファ（121nm）の強い太陽放射は、酸素分子の吸収が最小となる波長で減衰します。^{[ 55 ]}

オゾンの生成と破壊のプロセスはチャップマンサイクルと呼ばれ、分子状酸素の光分解から始まります。

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

続いて酸素原子が別の酸素分子と反応してオゾンが形成されます。

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

ここで「M」は反応の余剰エネルギーを運び去る第三の物体を表す。オゾン分子はUV-C光子を吸収し、解離する。

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

O原子と分子状酸素が飛び散り、他の分子と衝突することで、余剰の運動エネルギーが成層圏を加熱します。この紫外線の運動エネルギーへの変換が成層圏を温めます。オゾンの光分解で生成された酸素原子は、前段階と同様に他の酸素分子と反応し、さらにオゾンを生成します。窒素と酸素のみが存在する澄んだ大気中では、オゾンは原子状酸素と反応して2つのO ₂分子を生成します。

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

原子状酸素からオゾン層への循環におけるこの終結段階の速度は、O ₂と O ₃の濃度比をとるだけで概算できます。この終結反応は特定のフリーラジカルの存在によって触媒され、その中で最も重要なのは水酸化窒素 (OH)、一酸化窒素 (NO)、原子状塩素 (Cl)、臭素 (Br) です。20 世紀後半には、成層圏のオゾン量が減少していることが発見されましたが、これは主にクロロフルオロカーボン(CFC) や類似の塩素化有機分子、臭素化有機分子の濃度増加が原因でした。この減少による健康影響に対する懸念から、1987 年にモントリオール議定書が採択され、多くのオゾン層破壊化学物質の製造が禁止されました。そして 21 世紀の最初の 10 年間と 20 世紀の 10 年間には、成層圏オゾン濃度の回復が始まりました。

地球上の地表に生息する生命にとっての重要性

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高度ごとのオゾン濃度と、紫外線の様々な帯域の遮断状況。基本的にすべてのUVC（100～280 nm）は、大気中の二酸素（100～200 nm）またはオゾン（200～280 nm）によって遮断されます。この帯域のより短い部分、そしてよりエネルギーの高い紫外線は、二酸素の紫外線分解によって生成された単一の酸素原子（ 240 nm未満）がより多くの二酸素と反応することで、オゾン層の形成を引き起こします。オゾン層自体は、日焼けを引き起こすUVB（280～315 nm）の大部分を遮断しますが、完全に遮断するわけではありません。可視光に最も近いUVA（315～400 nm）はオゾンの影響を受けにくく、その大部分は地表に到達します。

オゾン層のオゾンは、太陽光の約 200 nm から 315 nm の紫外線波長を遮断し、オゾンの吸収ピークは約 250 nm です。^{[ 56 ]}このオゾンの紫外線吸収は、空気中の通常の酸素と窒素 (200 nm 未満のすべての波長を吸収) による紫外線の吸収を、より低い UV-C (200～280 nm) と UV-B 帯域全体 (280～315 nm) にまで広げるため、生命にとって重要です。オゾンを通過した後も吸収されずに残る UV-B のわずかな部分は、人間に日焼けを引き起こし、動植物の両方で生体組織の DNA に直接損傷を与えます。中範囲の UV-B 光線に対するオゾンの影響は、290 nm の UV-B への影響によって示されます。この UV-B の放射強度は、大気上層部では地表の 3 億 5000 万倍の強さになります。それでも、同様の周波数の UV-B 放射は、ある程度の日焼けを引き起こすのに十分な量、地面に到達します。また、これらの同じ波長は、人間の ビタミン D生成にも関係しています。

オゾン層は、UV-A（315～400nm）と呼ばれる長波長の紫外線にはほとんど影響を与えませんが、この放射線は日焼けやDNAへの直接的な損傷を引き起こしません。UV-Aは一部の人間に長期的な皮膚障害を引き起こす可能性はありますが、植物や地球上の表層生物全般の健康にはそれほど危険ではありません（近紫外線の詳細については 紫外線の項を参照）。

地上オゾン

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主な記事：地上オゾンと光化学スモッグ

地上オゾン（または対流圏オゾン）は大気汚染物質です。^{[ 57 ]}自動車のエンジンや産業活動から直接排出されるのではなく、汚染源または数キロメートル下の風下で直接オゾンを生成する炭化水素と窒素酸化物を含む空気と太陽光の反応によって生成されます。

オゾンはアルデヒドなどの炭化水素と直接反応し、それらの大気中からの除去を開始しますが、その生成物自体がスモッグの主要成分です。紫外線によるオゾンの光分解により、ヒドロキシラジカルHO•が生成されます。これは大気中の炭化水素の除去に寄与するだけでなく、強力な眼刺激物質となる可能性のあるペルオキシアシル硝酸塩などのスモッグ成分の生成の第一段階でもあります。対流圏オゾンの大気中寿命は約22日です。主な除去メカニズムは、地表への沈着（前述のHO•生成反応）、およびOHとペルオキシラジカルHO ₂ •との反応です。^{[ 58 ]}

地上オゾンと汚染物質の増加により光合成が妨げられ、一部の植物種の全体的な成長が阻害され、農業生産量が大幅に減少しているという証拠があります。^{[ 59 ] [ 60 ]}米国環境保護庁（EPA）は、人間の健康を保護するために設計された主要な規制に加えて、作物の被害を軽減するための二次規制を提案しました。

都市部の地上オゾン

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オゾン濃度が高い都市の例としては、コロラド州デンバー、テキサス州ヒューストン、メキシコシティなどが挙げられます。ヒューストンでは約41nmol / molですが、メキシコシティでは約125nmol/molと、はるかに危険な数値となっています。^{[ 60 ]}

地上オゾン、または対流圏オゾンは、都市部で最も懸念されるオゾン汚染であり、全体的に増加している。^{[ 61 ]}都市部のオゾン汚染は人口密度が高く、問題のあるオゾンレベルの主な原因である汚染物質 NO2 や VOC を排出する車両数が多いことで悪化する。_[ 62 ]都市^{部のオゾン}汚染は気温上昇に伴って特に懸念され、熱波の際の熱中症による死亡率が上昇する。^{[ 63 ]}都市部で熱波が発生すると、地上オゾン汚染が通常より 20% 高くなることがある。^{[ 64 ]}都市部のオゾン汚染は夏と秋に超過レベルが高くなるが、これは気象パターンや交通パターンによって説明できるかもしれない。^{[ 62 ]}貧困層は、汚染レベルに寄与する可能性が低いにもかかわらず、一般的に汚染の影響をより受けている。^{[ 65 ]}

上述のように、コロラド州デンバーはオゾン量が多い米国の都市の1つである。米国肺協会によると、デンバー・オーロラ地域は米国で14番目にオゾン汚染された地域である^{[ 66 ]} 。高オゾンレベルの問題はこの地域で今に始まったことではない。2004年にEPAはデンバー都市圏/ノースフロントレンジ^{[ b ]}を1997年の8時間オゾン基準の非達成地域に指定したが^{[ 67 ]}、後にこのステータスを2007年まで延期した。非達成基準は、地域がEPAの空気質基準を満たしていないことを示す。これを受けてコロラド州オゾン行動計画が作成され、この計画から多くの変更が実施された。最初の大きな変更は、自動車排ガス検査が州全体に拡大され、ラリマーやウェルド郡など以前は排ガス検査を義務付けていなかった郡にも拡大されたことである。また、窒素酸化物（NOx）と揮発性有機化合物（VOC）の排出量を削減するための変更も行われており、これによりオゾン濃度が低下するはずです。

この地域のオゾン濃度上昇の大きな要因の一つは、コロラド州の都市圏の大部分と重なるデンバー・ジュールズバーグ盆地（DJB）に位置する石油・天然ガス産業です。オゾンは地球の成層圏で自然に生成されますが、対流圏でも人為的に生成されます。前述のように、NOxとVOCは太陽光と反応して光化学反応と呼ばれるプロセスを経てオゾンを生成します。1時間オゾン濃度が上昇する現象（75ppb未満）は「6月から8月にかけて発生し、オゾン濃度の上昇は地域の光化学反応によって引き起こされていることを示唆している」とされています。^{[ 68 ]}_{コロラド大学ボルダー校の論文によると、「石油と天然ガスからのVOC排出はオゾン生成に大きな役割を果たしており、コロラド州北部フロントレンジ（NCFR）におけるO3}濃度の上昇に寄与する可能性がある」とのことです。^{[ 68 ]}大規模な石油・天然ガス採掘事業からの風のパターンと排出量を調査するために複雑な分析を用いた著者らは、「NCFRにおけるO3レベルの上昇は、_主に北東南東からの航空輸送と相関しており、この風上セクターにはDJBのワッテンバーグフィールド地域の石油・天然ガス採掘事業が位置している」と結論付けた。^{[ 68 ]}

2008年に作成されたコロラド州オゾン対策計画には、「大規模産業NOx排出源に対する排出規制」と「新規の石油・ガスコンデンセートタンクおよび空気圧バルブに対する州全体の規制要件」を評価する計画が含まれています。^{[ 69 ]} 2011年には、NOx排出量削減を支援するためのより具体的な計画を含む地域ヘイズ計画が発表されました。これらの取り組みは実施がますます困難になっており、実現には何年もかかります。もちろん、オゾン濃度が高いままである理由は他にもあります。人口増加に伴う自動車排出量の増加や、NCFR沿いの山々が排出物を捕捉する可能性があることなどが挙げられます。興味のある方は、コロラド州公衆衛生環境局のウェブサイトで毎日の大気質の測定値をご覧ください。^{[ 70 ]}前述のように、デンバーでは今日まで高濃度のオゾンが発生し続けています。コロラド州フロントレンジにおける高濃度オゾン問題に対処するには、長年の歳月とシステム思考アプローチが必要となるでしょう。

オゾン分解

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主要記事:オゾン分解

天然ゴムチューブのオゾン割れ

オゾンガスは、天然ゴム、ニトリルゴム、スチレンブタジエンゴムなど、鎖構造内にオレフィン結合または二重結合を持つポリマーを攻撃します。これらのポリマーを使用した製品は特に攻撃を受けやすく、時間の経過とともに亀裂が長く深くなります。亀裂の進行速度は、ゴム部品が受ける荷重と大気中のオゾン濃度に依存します。このような材料は、ワックスなどのオゾン劣化防止剤を添加することで保護できます。オゾン劣化防止剤は表面に結合して保護膜を形成したり、材料と混ざって長期的な保護効果をもたらします。オゾンによる亀裂は、かつては自動車のタイヤで深刻な問題でしたが^{[ 71 ]}、現代のタイヤでは問題になりません。一方、ガスケットやOリングなど、多くの重要な製品は、圧縮空気システム内で発生するオゾンの影響を受ける可能性があります。強化ゴム製の燃料ラインも、特にエンジンルーム内では電気部品によってオゾンが発生するため、攻撃を受けやすいです。ゴム製品を直流電気モーターの近くに保管すると、オゾンによる分解が促進される可能性があります。モーターの 整流子が火花を発生させ、それがオゾンを発生させます。

温室効果ガスとしてのオゾン

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人為的な「指紋」を持つオゾンは、特に上層対流圏に存在する場合、地球温暖化と気候変動に寄与します。^{[ 72 ]}

オゾンは産業革命以前にも地表に存在していたが、現在ではピーク濃度は産業革命以前の水準をはるかに上回っており、汚染源から十分離れた背景濃度ですら大幅に高くなっている。^{[ 73 ] [ 74 ]}オゾンは温室効果ガスとして作用し、地球から放出される赤外線エネルギーの一部を吸収する。オゾンは地球全体で均一な濃度で存在するわけではないので、その温室効果ガスとしての効力を定量化することは困難である。しかし、気候変動に関する最も広く受け入れられている科学的評価（例えば、気候変動に関する政府間パネルの 第三次評価報告書）^{[ 75 ]}では、対流圏オゾンの放射強制力は二酸化炭素の約25%であると示唆されている。

対流圏オゾンの年間地球温暖化係数は、二酸化炭素換算トン数で918～1022トン/対流圏オゾントンである。これは、分子単位で見ると、対流圏オゾンの放射強制力は二酸化炭素の約1000倍であることを意味する。しかし、対流圏オゾンは寿命の短い温室効果ガスであり、大気中で二酸化炭素よりもはるかに速く崩壊する。つまり、20年間で見ると、対流圏オゾンの地球温暖化係数ははるかに小さく、二酸化炭素換算トン数で約62～69トン/対流圏オゾントンとなる。^{[ 76 ]}

対流圏オゾンは寿命が短いため、地球規模では大きな影響を及ぼさないものの、地域規模では非常に強い放射強制力を持っています。実際、対流圏オゾンの放射強制力が二酸化炭素の最大150%に達する地域が世界には存在します。^{[ 77 ]}例えば、1955年から2000年の間に対流圏オゾンが増加したことは、南極海上層部の 温暖化の約30%に寄与したことが示されています。^{[ 78 ]}

炭素ろ過

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主要記事:炭素ろ過

木炭（カーボン）などの吸着剤や触媒を含むフィルターは、臭気や揮発性有機化合物やオゾンなどのガス状汚染物質を除去するために使用されることがあります。^{[ 79 ]}

健康への影響

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参照：石炭産業の健康と環境への影響

オゾンは急性毒性ガスである。^{[ 80 ] [ 81 ]}

過去数十年にわたり、科学者たちは急性および慢性のオゾン曝露が人体の健康に及ぼす影響について研究してきました。数百件の研究は、現在都市部で観測されているレベルのオゾンが人体に有害であることを示唆しています。^{[ 82 ] [ 83 ]}オゾンは呼吸器系、心血管系、中枢神経系に影響を及ぼすことが示されています。また、早期死亡や生殖に関する健康と発達の問題も、オゾン曝露と関連していることが示されています。^{[ 84 ]}

脆弱な集団

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アメリカ肺協会は、オゾンの吸入の影響に特に脆弱な5つの集団を特定している。^{[ 85 ]}

1. 子供と若者
2. 65歳以上の人
3. 屋外で働いたり運動したりする人
4. 喘息や慢性閉塞性肺疾患（肺気腫や慢性気管支炎を含むCOPDとも呼ばれる）などの既存の肺疾患を患っている人
5. 心血管疾患のある人

追加の証拠は、女性、肥満者、低所得者層もオゾンによるリスクが高い可能性があることを示唆しているが、さらなる研究が必要である。^{[ 85 ]}

急性オゾン曝露

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急性オゾン曝露は数時間から数日間にわたります。オゾンは気体であるため、肺や呼吸器系全体に直接影響を与えます。吸入されたオゾンは炎症や急性（ただし可逆的）な肺機能の変化、そして気道過敏性を引き起こします。^{[ 86 ]}これらの変化は息切れ、喘鳴、咳を引き起こし、喘息や慢性閉塞性肺疾患（COPD）などの肺疾患を悪化させ、医療処置が必要となる場合があります。^{[ 87 ] [ 88 ]}オゾンへの急性および慢性曝露は、以下のメカニズムにより呼吸器感染症のリスクを高めることが示されています。^{[ 89 ]}

オゾンの有害作用、特に肺への影響のメカニズムを明らかにするため、複数の研究が行われてきました。これらの研究では、オゾンへの曝露が肺組織内の免疫反応に変化を引き起こし、自然免疫と獲得免疫の両方を阻害し、肺上皮細胞の保護機能を変化させることが示されています。^{[ 90 ]}これらの免疫反応の変化とそれに伴う炎症反応は、地上オゾン汚染への曝露後に肺感染症のリスク増加、喘息や反応性気道疾患の悪化または誘発に寄与する要因であると考えられています。^{[ 90 ] [ 91 ]}

自然（細胞性）免疫系は、様々な化学シグナルと細胞型から構成され、幅広く作用し、複数の病原体（典型的には細菌または宿主内の異物・物質）に対して働きます。^{[ 91 ] [ 92 ]}自然免疫系の細胞には、食細胞、好中球などが含まれます。 ^{[ 92 ]}これらの細胞型は、オゾン曝露後に機能が変化することが示されているため、肺におけるオゾン病理のメカニズムに寄与していると考えられています。^{[ 91 ]}マクロファージは、「貪食」のプロセスを通じて病原体や異物を排除する役割を果たす細胞ですが、^{[ 92 ]}オゾンに反応して放出する炎症シグナルのレベルを変化させ、肺における炎症反応をアップレギュレーションして引き起こすか、ダウンレギュレーションして免疫防御を低下させることが示されています。^{[ 90 ]}好中球は、主に細菌性病原体を標的とする自然免疫系の重要な細胞種であり、^{[ 92 ]}高濃度オゾン曝露後6時間以内に気道内に存在することが分かっています。しかし、肺組織内では高濃度であるにもかかわらず、細菌を除去する能力はオゾン曝露によって低下しているようです。^{[ 90 ]}

適応免疫系は、特定の病原体を標的とする抗体の生成を通じて長期的な防御を提供する免疫系であり、高濃度オゾン曝露の影響を受ける。^{[ 91 ] [ 92 ]}適応免疫反応の細胞成分であるリンパ球は、オゾン曝露後に「サイトカイン」と呼ばれる炎症性化学物質の産生量が増加し、これが気道の過敏性や喘息症状の悪化に寄与する可能性がある。^{[ 90 ]}

気道上皮細胞は、病原体から個体を守る上で重要な役割を果たしています。正常な組織では、上皮層は保護バリアを形成するだけでなく、肺から異物、粘液、病原体を除去する特殊な繊毛構造も備えています。オゾンに曝露されると、繊毛が損傷し、粘膜繊毛による病原体の除去能力が低下します。さらに、上皮バリアが弱体化し、病原体がバリアを通過して増殖し、より深部組織に広がることが可能になります。これらの上皮バリアの変化が相まって、肺感染症に対する感受性が高まります。^{[ 90 ]}

オゾンの吸入は免疫系や肺に影響を与えるだけでなく、心臓にも影響を与える可能性があります。オゾンは短期的な自律神経失調症を引き起こし、心拍数の変化や心拍変動の減少につながります。^{[ 93 ]}また、高濃度オゾンに1時間曝露しただけでも高齢者では上室性不整脈を引き起こし、^{[ 94 ]}早期死亡や脳卒中のリスクが高まります。また、オゾンは血管収縮を引き起こし、全身動脈圧の上昇につながる可能性があり、既存の心疾患を持つ患者の心臓疾患罹患率と死亡率のリスクが高まります。^{[ 95 ] [ 96 ]}

慢性オゾン曝露

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数週間、数ヶ月、あるいは数年にわたり、一度に8時間以上オゾンを吸入することを慢性曝露と定義します。多くの研究が、この曝露が様々な集団の健康に深刻な影響を与えることを示唆しています。

ある研究では、慢性オゾンと全死因死亡率、循環器系死亡率、呼吸器系死亡率との間に有意な正の相関関係が認められ、10ppbあたり2%、3%、12%のリスク増加が認められました^{[ 97 ]。}また、年間オゾンと全死因死亡率との関連（95%信頼区間）はハザード比1.02（1.01–1.04）、心血管系死亡率との関連（95%信頼区間）は1.03（1.01–1.05）と報告されています。同様の研究でも、全死因死亡率との関連が認められ、心血管系死亡率への影響はさらに大きいことが示されています^{[ 98 ]} 。呼吸器系による死亡リスクの増加は、長期にわたるオゾンへの慢性曝露と関連しています^{[ 99 ] 。}

慢性オゾンは小児、特に喘息児に有害な影響を及ぼします。喘息児の入院リスクは、慢性的なオゾン曝露によって増加し、特に低所得の小児や低所得の小児ではリスクが高くなります。^{[ 100 ]}

呼吸器疾患（喘息、^{[ 101 ]} COPD ^{[ 102 ]}肺癌^{[ 103 ]}）を患っている成人は死亡率と罹患率が高く、重篤な患者は慢性オゾン曝露により急性呼吸窮迫症候群を発症するリスクも高くなります。^{[ 104 ]}

空気清浄機から発生するオゾン

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空気清浄機として販売されているオゾン発生器は、意図的にオゾンガスを発生させます。^{[ 43 ]}これらの機器は、室内空気汚染の抑制を目的として販売されることが多く、オゾンの説明に誤解を招く用語を使用しています。例えば、「活性化酸素」や「純粋な空気」などと表現され、オゾンが健康的または「より良い」種類の酸素であるかのように示唆するものもあります。^{[ 43 ]}しかし、 EPA（環境保護庁）によると、「公衆衛生基準を超えない濃度では、オゾンは多くの悪臭の原因となる化学物質を除去するのに効果的ではないことを示す証拠がある」とされており、「公衆衛生基準を超えない濃度で使用した場合、室内空気に塗布されたオゾンは、ウイルス、細菌、カビ、その他の生物学的汚染物質を効果的に除去することはできない」とされています。^{[ 43 ]}さらに、別の報告書では、「いくつかの対照試験の結果は、ユーザーが製造元の取扱説明書に従った場合でも、これらの[人体安全]基準をはるかに上回るオゾン濃度が発生する可能性があることを示している」と述べられています。^{[ 105 ]}

カリフォルニア大気資源局には、室内オゾン濃度の上限である0.050ppmを満たした空気清浄機（イオン発生装置付きのものが多い）の一覧ページがある。 ^{[ 106 ]}その記事から引用する。

カリフォルニア州で販売されるすべてのポータブル室内空気清浄機は、カリフォルニア州大気資源局（CARB）の認証を受けなければなりません。認証を受けるには、空気清浄機は電気安全性とオゾン放出について試験を受け、オゾン放出濃度の限度である0.050 ppmを満たす必要があります。規制の詳細については、空気清浄機規制をご覧ください。

オゾンによる大気汚染

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詳細情報:地上オゾンと気候変動

オゾン汚染による変色を示すアカハンノキの葉^{[ 107 ]}

ヒューストンのガルフトンにあるオゾン注意報を示す看板

オゾン前駆物質は、主に化石燃料の燃焼時に排出される汚染物質群です。地表オゾン汚染（対流圏オゾン）は、地表付近で日中の紫外線がこれらの前駆物質に作用することで生成されます。地表オゾンは主に化石燃料前駆物質に由来しますが、メタンは天然の前駆物質であり、地表オゾンの自然背景濃度は非常に低く、安全と考えられています。本セクションでは、地表オゾン濃度を背景濃度よりはるかに高くする化石燃料の燃焼が健康に及ぼす影響について考察します。

地上オゾンが肺機能を害し、呼吸器系を刺激する可能性があることを示す証拠は数多くあります。^{[ 57 ] [ 108 ]}オゾン（およびオゾンを生成する汚染物質）への曝露は、早死、喘息、気管支炎、心臓発作、その他の心肺疾患に関連しています。 ^{[ 109 ] [ 110 ]}

オゾンへの長期曝露は、呼吸器疾患による死亡リスクを高めることが示されています。^{[ 43 ]}米国の都市に住む45万人を対象とした研究では、18年間の追跡期間において、オゾン濃度と呼吸器疾患の間に有意な相関関係が見られました。この研究では、ヒューストンやロサンゼルスなどオゾン濃度の高い都市に住む人々は、肺疾患による死亡リスクが30%以上増加していることが明らかになりました。^{[ 111 ] [ 112 ]}

世界保健機関、米国環境保護庁(EPA)、欧州連合などの大気質ガイドラインは、測定可能な健康被害を引き起こす可能性のあるレベルを特定するために設計された詳細な研究に基づいています。

EPAの科学者によると、感受性の高い人はオゾン濃度が40 nmol/mol程度でも悪影響を受ける可能性がある。^{[ 110 ] [ 113 ] [ 114 ]} EUでは、現在のオゾン濃度の目標値は120 μg/m ³、つまり約60 nmol/molである。この目標は、指令2008/50/ECに基づき、すべての加盟国に適用される。^{[ 115 ]}オゾン濃度は、8時間平均の最大日平均値として測定され、2010年1月以降、年間25暦日を超えて目標を超えてはならない。指令では将来的に120 μg/m ³の制限（つまり、年間を通じて平均オゾン濃度を超えてはならない）を厳格に遵守することを要求しているが、この要件の期限は設定されておらず、長期目標として扱われている。^{[ 116 ]}

米国では、大気浄化法により、 EPA（環境保護庁）は地上オゾンを含むいくつかの汚染物質について国家大気環境基準を設定するよう指示されており、これらの基準を満たしていない郡は、オゾン濃度を下げるための措置を講じることが義務付けられている。2008年5月、裁判所命令により、EPAはオゾン基準を80 nmol/molから75 nmol/molに引き下げた。EPAの科学者と諮問委員会は基準を60 nmol/molに引き下げることを推奨していたため、この動きは物議を醸した。^{[ 110 ]}多くの公衆衛生団体や環境団体も60 nmol/molの基準を支持しており^{[ 117 ]}、世界保健機関は100 μg/m ³ (51 nmol/mol)を推奨している。^{[ 118 ]}

2010年1月7日、米国環境保護庁（EPA）は、スモッグの主成分である汚染物質オゾンに関する国家大気環境基準（NAAQS）の改訂案を発表しました。

...EPAは、2008年の最終規則で0.075μmol/molに設定された8時間後の主要な基準値を、0.060～0.070μmol/molの範囲内のより低い値に設定し、子供やその他のリスクのある集団をOのさまざまな放射性物質からより強力に保護することを提案しています。
₃– 肺機能の低下や呼吸器症状の増加から、救急外来受診や呼吸器系の原因による入院を含む深刻な呼吸器疾患の指標、さらには心血管関連の疾患や非事故性死亡および心肺疾患による死亡率まで、関連する健康への悪影響が及ぶ... ^{[ 119 ]}

2015年10月26日、EPAは2015年12月28日に発効する最終規則を公表し、8時間一次NAAQSを0.075ppmから0.070ppmに改訂した。^{[ 120 ]}

EPAは、一般市民に大気汚染レベルを説明するために、大気質指数（AQI）を開発しました。現行の基準では、8時間平均オゾンモル分率が85～104 nmol/molの場合は「敏感なグループにとって不健康」、105 nmol/mol～124 nmol/molの場合は「不健康」、125 nmol/mol～404 nmol/molの場合は「非常に不健康」とされています。^{[ 121 ]}

オゾンは、コピー機などの電子機器の影響もあって、室内空気汚染にも存在することがあります。また、雷雨による花粉、真菌胞子、オゾンの増加と、喘息患者の入院との間にも関連があることが知られています。^{[ 122 ]}

ヴィクトリア朝時代のイギリスでは、海の匂いはオゾンによるものだという民間伝承がありました。しかし実際には、特徴的な「海の匂い」は、植物プランクトンが生成する化学物質であるジメチルスルフィドによるものです。ヴィクトリア朝時代のイギリス人は、その匂いを「爽快」なものと考えていました。^{[ 123 ]}

熱波

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2003年のヨーロッパの熱波の際のオゾンと熱の死亡率への共同影響を評価する調査では、これらが相加的であるように見えるという結論が出ました。^{[ 124 ]}

生理

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参照:トリオキシダン

オゾンは、スーパーオキシド、一重項酸素、過酸化水素、次亜塩素酸イオンなどの反応性酸素とともに、異物を破壊する手段として白血球やその他の生物系（マリーゴールドの根など）で生成されます。オゾンは有機二重結合と直接反応します。また、オゾンが二酸素に分解されると、反応性が高く多くの有機分子を損傷する可能性のある酸素フリーラジカルが発生します。さらに、オゾンの強力な酸化特性が炎症の一因となっている可能性があると考えられています。オゾンが体内でどのように生成され、何をするのかという因果関係はまだ検討中であり、さまざまな解釈が可能です。これは、他の体の化学プロセスが同じ反応のいくつかを引き起こす可能性があるためです。人間の免疫反応における抗体触媒による水の酸化経路がオゾンの生成に関係していることを示す証拠があります。このシステムでは、抗体触媒による水と好中球産生の一重項酸素からのトリオキシダン生成によってオゾンが生成される。^{[ 125 ]}

オゾンは吸入されると、肺の内壁を構成する化合物と反応し、コレステロール由来の特定の代謝物を形成します。この代謝物は、動脈硬化性プラーク（心臓病の一種）の蓄積と発症を促進すると考えられています。これらの代謝物は、ヒトの動脈硬化性動脈に自然に存在することが確認されており、コレステロールの二重結合がオゾン分解されて5,6-セコステロール^{[ 126 ]}を形成するアセロナールと呼ばれるセコステロール類に分類されます。また、アルドール化による二次縮合生成物としてアセロナールも生成します。^{[ 127 ]}

植物の成長と作物の収穫量への影響

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オゾンは植物の成長に悪影響を及ぼすことが示唆されている。「…オゾンは総クロロフィル、カロテノイド、炭水化物の濃度を低下させ、1-アミノシクロプロパン-1-カルボン酸（ACC）含有量とエチレン生成量を増加させた。処理された植物では、アスコルビン酸葉プールが減少し、脂質過酸化と溶質漏出はオゾン処理なしの対照群と比較して有意に増加した。データは、オゾンが柑橘類の酸化ストレスに対する防御機構を活性化したことを示唆している。」^{[ 128 ]}ピーマンをモデルとした研究では、オゾンが果実収量を減少させ、果実の品質を変化させることが示された。^{[ 129 ] [ 130 ]}さらに、葉のクロロフィルレベルと抗酸化防御の低下、活性酸素種（ROS）レベルの増加、脂質およびタンパク質の損傷も観察された。^{[ 129 ] [ 130 ]}

2022年の調査によると、東アジアは化石燃料の燃焼による副産物であるオゾン層汚染により、年間630億ドル相当の農作物を失っていると結論付けられています。中国は小麦の潜在生産量の約3分の1、米の潜在生産量の約4分の1を失っています。^{[ 131 ] [ 132 ]}

安全規制

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オゾンは強力な酸化作用を持つため、刺激性が高く、特に目や呼吸器系に影響を与え、低濃度でも危険な場合があります。カナダ労働安全衛生センターは次のように報告しています。

非常に低濃度のオゾンであっても、上気道や肺に有害となる可能性があります。障害の重症度はオゾン濃度と曝露期間の両方に依存します。比較的低濃度のオゾンに非常に短期間曝露しただけでも、重度かつ永続的な肺障害や死亡に至る可能性があります。^{[ 133 ]}

オゾンに曝露する可能性のある労働者を保護するため、米国労働安全衛生局（OSHA）は、8時間の加重平均で算出される許容曝露限界（PEL）を0.1 μmol/mol（29 CFR 1910.1000 表Z-1）に設定しています。高濃度は特に危険であり、 NIOSHは生命または健康に対する即時の危険限界（IDLH）を5 μmol/molに設定しています。 ^{[ 134 ]}オゾンが使用される、またはオゾンが生成される可能性のある作業環境には十分な換気が必要であり、濃度がOSHA PELを超えると警報を鳴らすオゾンモニターを設置することが賢明です。オゾンの連続モニターは、いくつかの供給業者から入手可能です。

旅客機ではオゾン濃度の上昇が起こる可能性があり、そのレベルは高度と乱気流に依存します。^{[ 135 ]}米国連邦航空局の規制では、250 nmol/molの制限があり、4時間平均の最大は100 nmol/molです。^{[ 136 ]}一部の飛行機では、乗客の曝露を減らすために換気システムにオゾンコンバーターが装備されています。^{[ 135 ]}

生産

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オゾン生成の実証、固定窒素研究所、1926年

オゾン発生器、またはオゾン発生器[ ^{137 ]は、}人がいない部屋の空気を清浄したり、煙の臭いを除去したりするためにオゾンを生成するために使用されます。これらのオゾン発生器は、1時間あたり3g以上のオゾンを生成できます。オゾンは、自然界ではO2が反応しない条件下でしばしば生成されます_。 [ ^{29 ]産業}界で使用されるオゾンは、μmol/mol（ppm、100万分の1）、nmol/mol（ppb、10億分の1）、μg/m ³、mg/h（1時間あたりのミリグラム）、または重量パーセントで測定されます。適用される濃度の範囲は、古い生成方法では1％から5％（空気中）、6％から14％（酸素中）です。新しい電解方法では、出力水中の溶存オゾン濃度を最大20％から30％にすることができます。

従来の発生方法（コロナ放電や紫外線など）では、温度と湿度がオゾン生成量に大きな影響を与えます。従来の発生方法では、非常に乾燥した空気ではなく、湿度の高い外気で運転した場合、公称容量の50%未満しか生成できません。電解方式を採用した新しい発生装置は、オゾン生成源として水分子を用いることで、より高い純度と溶解度を実現できます。

コロナ放電法

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自家製オゾン発生器。コロナ放電でオゾンを生成します。

これは、ほとんどの産業用途および個人用途で最も一般的なタイプのオゾン発生器です。「ホットスパーク」コロナ放電方式のオゾン生成には、医療用および産業用オゾン発生器など、さまざまなバリエーションがありますが、これらの装置は通常、コロナ放電管またはオゾンプレートを用いて動作します。^{[ 138 ] [ 139 ]}これらは一般的に費用対効果が高く、3～6%のオゾン濃度を生成するために周囲の空気以外の酸素源を必要としません。天候やその他の環境条件による周囲の空気の変動は、オゾン生成量に変動をもたらします。しかし、副産物として窒素酸化物も生成します。エアドライヤーを使用することで、水蒸気を除去することで硝酸の生成を減らしたり、完全に除去したりすることができ、オゾン生成量を増やすことができます。室温では、硝酸は蒸気となり、吸入すると危険です。症状としては、胸痛、息切れ、頭痛、鼻や喉の乾燥による灼熱感などがあります。酸素濃縮器を使用すると、水蒸気だけでなく窒素の大部分も除去できるため、オゾン生成量がさらに増加し​​、硝酸生成のリスクがさらに低減します。

紫外線

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参照:光化学

UVオゾン発生器、または真空紫外線（VUV）オゾン発生器は、太陽から発生する紫外線の一部である狭帯域紫外線を発生させる光源を用いています。太陽の紫外線は地球の成層圏のオゾン層を支えています。^{[ 140 ]}

UVオゾン発生器は、オゾン生成に周囲の空気を使用し、空気準備システム（エアドライヤーや酸素濃縮器）は使用しないため、このタイプの発生器は安価になる傾向があります。ただし、UVオゾン発生器は通常、約0.5％以下の濃度のオゾンを生成するため、潜在的なオゾン生成率が制限されます。この方法のもう1つの欠点は、周囲の空気（酸素）をUV源に長時間さらす必要があり、UV源にさらさないガスは処理されないことです。このため、UV発生器は、急速に移動する空気や水の流れを扱う状況（ダクト内空気殺菌など）での使用は実用的ではありません。オゾン生成は、紫外線殺菌照射の潜在的な危険性の1つです。VUVオゾン発生器は、数百万ガロンの水を扱うスイミングプールやスパで使用されています。 VUVオゾン発生器は、コロナ放電発生器とは異なり、有害な窒素副産物を生成しません。また、コロナ放電システムとは異なり、湿度の高い空気環境でも非常に優れた性能を発揮します。通常、高価なオフガス機構は必要なく、追加費用とメンテナンスを必要とするエアドライヤーや酸素濃縮器も必要ありません。

冷たいプラズマ

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コールドプラズマ法では、純粋な酸素ガスを誘電体バリア放電によって生成されたプラズマにさらします。二原子酸素は単原子に分解され、三重項に再結合してオゾンを形成します。

業界では、一部のDBDオゾン発生器をCDコロ​​ナ放電発生器と誤認するケースがよく見られます。一般的に、固体平面金属電極オゾン発生器はすべて、誘電体バリア放電法を用いてオゾンを生成します。コールドプラズマ装置は、純酸素を入力源として用い、最大濃度約24%のオゾンを生成します。これは、効率が約2%の紫外線生成装置と比較して、一定時間当たりのオゾン生成量をはるかに上回ります。放電は、2つの電極間のギャップにおけるフィラメント状の電子移動（マイクロ放電）として現れます。マイクロ放電を均一に分散させるには、金属電極を分離し、アーク放電を防ぐために誘電体絶縁体を使用する必要があります。

電解

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電解オゾン生成（EOG）は水分子をH ₂、O ₂、O ₃に分解します。

ほとんどのEOG法では、水素ガスが除去され、反応生成物として酸素とオゾンのみが残ります。そのため、EOGはコロナ放電法で見られるような窒素ガスなどの他の競合ガスの影響を受けずに、水中への溶解度を高めることができます。この生成法では20～30%の濃度を達成でき、水を原料として使用するため空気質の影響を受けません。電気分解によるオゾン生成は、酸素に比べてオゾン生成に必要な過電圧が高いため、一般的に不利です。これが、一般的な水電気分解ではオゾンが生成されない理由です。しかし、触媒を慎重に選択することで酸素の過電圧を高め、電気分解でオゾンが優先的に生成されるようにすることが可能です。この方法で一般的に選択される触媒は、二酸化鉛^{[ 141 ]}またはホウ素ドープダイヤモンド^{[ 142 ]です。}

オゾン対酸素比は、陽極での電流密度を高め、陽極周辺の電解質を0℃近くまで冷却し、塩基性溶液の代わりに酸性電解質（希硫酸など）を使用し、直流電流の代わりにパルス電流を印加することによって改善される。^{[ 143 ]}

特別な考慮事項

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オゾンは他の工業用ガスのように貯蔵したり輸送したりすることができないため（すぐに二原子酸素に崩壊してしまうため）、現場で生成する必要があります。 市販のオゾン発生器は、高電圧電極の配置や設計が様々です。 20 kg/時を超える生成能力の場合、ガス/水管熱交換器を接地電極として使用し、ガス側に管状の高電圧電極を組み立てることができます。 一般的なガス圧力は、酸素で約 2 bar (200  kPa ) 絶対圧、空気で約 3 bar (300 kPa) 絶対圧です。 大規模施設では数メガワットの電力を設置することができ、 50 ～ 8000 Hz の単相交流電流と 3,000 ～ 20,000 ボルトのピーク電圧で適用されます。 印加電圧は通常、印加周波数に反比例します。

オゾン生成効率に最も影響を与えるパラメータはガス温度であり、これは冷却水温および／またはガス流速によって制御されます。冷却水の温度が低いほど、オゾン合成効率は向上します。ガス流速が低いほど、オゾン濃度は高くなります（ただし、生成されるオゾン量は少なくなります）。一般的な産業環境では、有効電力の約90%が熱として消費されるため、十分な冷却水流量で除去する必要があります。

オゾンは反応性が高いため、ステンレス鋼（316L グレード）、チタン、アルミニウム（湿気が存在しない場合）、ガラス、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデンなど、限られた材料しか使用できません。バイトンは、一定の機械的力がかかり、湿気がないという制限があれば使用できます（湿度の制限は配合によって異なります）。ハイパロンは、通常の大気レベルを除き、水と接触しないという制限があれば使用できます。脆化や収縮は、オゾンにさらされたエラストマーの一般的な故障モードです。オゾン亀裂は、O リングなどのエラストマーシールの一般的な故障モードです。

シリコンゴムは通常、ゴムサンプルの加速老化試験装置など、オゾン濃度が 1 wt% 未満の ガスケットとして使用するのに適しています。

付随的生産

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オゾンはOから形成される可能性がある
₂電気放電および高エネルギー電磁放射の作用によって発生します。電気接点、モーターブラシ、または機械式スイッチで抑制されないアーク放電は、接点を取り囲む大気中の酸素の化学結合を破壊します[ O
₂-> 2O]。アーク内およびアーク周囲の酸素のフリーラジカルが再結合してオゾン[ O
₃] ^{[ 144 ]}特定の電気機器は、かなりの量のオゾンを発生させます。特に、イオン式空気清浄機、レーザープリンター、コピー機、テーザー銃、アーク溶接機など、高電圧を使用する機器では顕著です。ブラシ付きの電気モーターは、機器内部で繰り返し火花が発生することでオゾンを発生させる可能性があります。エレベーターや油圧ポンプなどに使用される大型のブラシ付きモーターは、小型モーターよりも多くのオゾンを発生させます。

ベネズエラのカタトゥンボ川で発生するカタトゥンボ雷雨現象でも同様にオゾンが生成されますが、オゾンの不安定性からオゾン層への影響は疑わしいとされています。^{[ 145 ]} これは世界最大の天然オゾン発生源であり、ユネスコの世界遺産に指定されるべきだという意見もあります。^{[ 146 ]}

実験室生産

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シーメンスのオゾナイザーを用いたオゾンの調製法

実験室では、9ボルトの電池、鉛筆型の黒鉛棒の陰極、白金線の陽極、3モルの硫酸電解液を用いて電気分解によってオゾンを生成することができる。^{[ 147 ]}半電池反応は以下の通りである。

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

ここでE°は標準電極電位を表す。

正味反応では、3当量の水が1当量のオゾンと3当量の水素に変換されます。酸素の生成は競合反応です。

高電圧 アークによっても生成できます。最も単純な形態では、ネオンサイン用変圧器の出力のような高電圧交流を2本の金属棒に接続し、両端をアークを発生させるのに十分な距離まで近づけます。このアークによって大気中の酸素がオゾンに変換されます。

オゾンを封じ込めることが望ましい場合がよくあります。これは、上部を密閉した2本の同心ガラス管からなる装置で実現できます。外側の管の上部と下部にはガスポートが設けられています。内側のコアには、電源の片側に接続された金属箔を挿入します。電源のもう片側は、外側の管に巻き付けられた別の金属箔に接続します。乾燥O源は、
₂下部ポートに高電圧が印加されます。箔リードに高電圧が印加されると、中央の乾燥した二酸素間で電気が放電し、 O
₃そしてO
₂上部のポートから排出されます。これはシーメンス式オゾン発生器と呼ばれます。反応は以下のように要約できます。^{[ 29 ]}

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

アプリケーション

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業界

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オゾンの最大の用途は、医薬品、合成潤滑油、その他多くの商業的に有用な有機化合物の製造であり、炭素-炭素結合を切断するために使用されています。^{[ 29 ]}また、物質の漂白や、空気や水源内の微生物の殺菌にも使用できます。 ^{[ 148 ]}多くの自治体の飲料水システムでは、より一般的な塩素の代わりにオゾンを使用して細菌を殺菌しています。^{[ 149 ]}オゾンは酸化力が非常に高いです。^{[ 150 ]}オゾンは有機塩素化合物を生成せず、処理後も水中に残留しません。オゾンは、臭化物濃度の高い原水中で、発がん性物質として疑われている臭素酸塩を生成する可能性があります。米国の安全飲料水法では、定期検査の結果に基づいて、これらのシステムで、パイプ内の残留遊離塩素を最低でも 0.2 μmol/mol に維持するために塩素量を導入することを義務付けています。電力が豊富な地域では、オゾンは必要に応じて生成され、有害な化学物質の輸送や保管を必要としないため、費用対効果の高い水処理方法です。オゾンは分解されると、飲料水に無味無臭になります。

低濃度オゾンは住宅における消毒剤としてある程度効果があると宣伝されていますが、空気中の病原体に迅速かつ顕著な効果を発揮するために必要な乾燥空気中のオゾン濃度は、米国労働安全衛生局（OSHA）および環境保護庁（EPA）が推奨する安全基準を超えています。湿度制御は、オゾンの殺菌力と酸素への減衰速度を大幅に向上させることができます（湿度が高いほど効果は高まります）。ほとんどの病原体の胞子体は、喘息患者が症状を呈し始める濃度の大気中のオゾンに対して非常に耐性があります。

1908年、ロンドン地下鉄セントラル線では、空気消毒のため人工オゾン処理が導入されました。この処理は有効であると判断されましたが、1956年までに段階的に廃止されました。しかし、列車のモーターの放電によって偶発的に生成されるオゾンによって、その有益な効果は維持されました（上記「偶発的発生」参照）。^{[ 151 ]}

2021年秋学期には、ウェールズの学校や大学にオゾン発生器が提供され、COVID-19の発生後に教室を消毒することができました。^{[ 152 ]}

工業的には、オゾンは次のような用途に使用されます。

• 病院、食品工場、介護施設などの洗濯物を消毒する^{[ 153 ]}
• 塩素の代わりに水を消毒する^{[ 29 ]}
• 火災後などの空気や物体の消臭に。このプロセスは布地の修復に広く利用されています。
• 食品や接触面の細菌を殺す^{[ 154 ]}
• 醸造所や乳製品工場などの水を大量に使用する産業では、過酢酸、次亜塩素酸塩、熱などの化学消毒剤の代わりとして溶解オゾンを有効に活用できます。
• 化学薬品の消費量と水の流出を減らし、パフォーマンスを向上させることで、冷却塔を消毒し、レジオネラ菌を制御します。
• プールやスパを消毒する
• 貯蔵穀物内の昆虫を駆除する^{[ 155 ]}
• 食品加工工場の空気から酵母やカビの胞子を除去する
• 新鮮な果物や野菜を洗って酵母、カビ、細菌を殺す^{[ 154 ]}
• 水中の汚染物質（鉄、ヒ素、硫化水素、亜硝酸塩、および「色」としてまとめられた複合有機物）を化学的に攻撃します
• 凝集（分子の凝集により濾過が促進され、鉄とヒ素が除去される）を補助します。
• 化学合成による化合物の製造^{[ 156 ]}
• 布地の洗浄と漂白（前者は布地の修復に利用され、後者は特許取得済み）^{[ 157 ]}
• 塩素系漂白剤の抗塩素剤として作用する
• インクの付着を可能にするプラスチックの加工を支援する
• ゴムのサンプルの年齢を測定し、ゴムのバッチの耐用年数を決定する
• 地表水処理施設におけるジアルジア・ランブリアやクリプトスポリジウムなどの水系寄生虫を根絶します。

オゾンは、実験室や産業界において多くの有機反応の試薬として利用されています。オゾン分解は、アルケンをカルボニル化合物に分解する反応です。

世界中の多くの病院では、手術の合間に手術室の除染に大型オゾン発生器を使用しています。手術室は清掃後、密閉された後、オゾンで満たされ、残留する細菌を効果的に殺菌または中和します。^{[ 158 ]}

オゾンは木材パルプの漂白において塩素や二酸化塩素の代替として使用されます。^{[ 159 ]}高品質の白い紙の製造において塩素含有化合物の必要性を排除するために、酸素や過酸化水素と組み合わせて使用​​されることがよくあります。^{[ 160 ]}

オゾンはシアン化物をシアン酸塩に酸化し、最終的に二酸化炭素にすることで、シアン化物廃棄物（例えば金や銀の 採掘から得られるもの）の解毒に使用することができます。^{[ 161 ]}

水の消毒

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誘電体バリア放電（DBD）プラズマリアクターが発明されて以来、オゾンによる水処理に利用されてきました。^{[ 162 ]}しかし、塩素などの安価な代替消毒剤では、消費電力が高く、装置が大きくなるため、DBDオゾンによる水浄化の用途は限られています。^{[ 163 ] [ 164 ]}それにもかかわらず、塩素などの一般的な消毒剤が有毒残留物や特定の微生物を殺す効果がないことに関する悪影響を明らかにした研究により、^{[ 165 ]} DBDプラズマベースのオゾン浄化は現在利用可能な技術の中で興味深いものです。高濃度の臭化物を含む水をオゾン処理すると、望ましくない臭素化消毒副産物が生成されますが、飲料水が淡水化によって生産されていない限り、オゾン処理は一般にこれらの副産物を気にすることなく適用できます。^{[ 164 ] [ 166 ] [ 167 ] [ 168 ]}オゾンの利点には、高い熱力学的酸化電位、有機物に対する感受性の低さ、細菌、真菌、ウイルス、胞子や嚢子を殺す能力を保持しながらも pH の変化に対する耐性の向上などがあります。^{[ 169 ] [ 170 ] [ 171 ]}オゾンは数十年前からヨーロッパで広く受け入れられてきましたが、米国では、高電力消費、かさばる設置、オゾンの毒性に伴う汚名などの制限により、除染にはほとんど使用されていません。^{[ 163 ] [ 172 ]}これを考慮して、最近の研究努力は効果的なオゾン水処理システムの研究に向けられています。^{[ 173 ]}研究者たちは、軽量でコンパクトな低電力表面DBDリアクター、^{[ 174 ] [ 175 ]}エネルギー効率の高い体積DBDリアクター^{[ 176 ]}および低電力マイクロスケールDBDリアクターを研究してきました。^{[ 177 ] [ 178 ]}このような研究は、特に米国において、DBDプラズマベースのオゾンによる水質浄化の再受け入れへの道を開くのに役立ちます。

消費者

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参照:空気清浄機 § オゾンの潜在的危険性

人体にとって安全なレベルのオゾンでは、真菌や細菌を殺す効果はありません。^{[ 179 ]}一部の消費者向け消毒製品や化粧品は、人体に有害なレベルのオゾンを放出します。^{[ 179 ]}

高濃度のオゾンを生成する装置（一部はイオン化を使用）は、人が住んでいない建物、部屋、ダクト、物置、ボート、その他の乗り物の消毒や消臭に使用されます。

オゾン水は、衣類の洗濯や、食品、飲料水、家庭内の表面の消毒に使用されています。米国食品医薬品局（FDA）によると、「肉や鶏肉を含む食品の抗菌剤として、ガス状および水相のオゾンを安全に使用できるように、食品添加物規制を改正する」とのことです。カリフォルニア工科大学の研究では、ろ過された水道水に溶解した0.3μmol/molのオゾン濃度で、サルモネラ菌、大腸菌O157:H7、カンピロバクターなどの食品媒介性微生物を99.99%以上減少させることが実証されています。この量は、上記のWHO推奨基準値の2万倍に相当します。^{[ 154 ] [ 180 ]}

オゾンは果物や野菜から農薬残留物を除去するのに使用することができます。^{[ 181 ] [ 182 ]}

オゾンは、家庭や温水浴槽において、水中の細菌を殺菌し、塩素や臭素を遊離状態に再活性化させることで、必要な塩素や臭素の量を減らすために使用されます。オゾンは水中に長く留まらないため、オゾン単体では入浴者間の交差汚染を防ぐ効果がなく、ハロゲンと併用する必要があります。紫外線またはコロナ放電によって生成されたオゾンガスを水中に注入します。^{[ 183 ]}

オゾンは水槽や養魚池の水処理にも広く利用されています。オゾンの使用により、細菌の増殖を最小限に抑え、寄生虫を抑制し、一部の病気の伝染を防ぎ、水の黄ばみを軽減または除去することができます。オゾンは魚の鰓器官に接触させてはいけません。天然の海水（生物が存在する）は、制御された量のオゾンが臭化物イオンを次亜臭素酸に活性化させるのに十分な「瞬間需要」を提供します。そして、オゾンは数秒から数分で完全に分解されます。酸素供給オゾンを使用すると、水中の溶存酸素濃度が上昇し、魚の鰓器官が萎縮するため、酸素を豊富に含んだ水に依存するようになります。

養殖業

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「オゾン化」はこの項目へリダイレクトされます。化学反応については「オゾン分解」を参照してください。

オゾン処理（水にオゾンを注入するプロセス）は、養殖業において有機物の分解を促進するために使用することができます。また、オゾンは循環システムにも添加され、亜硝酸塩を硝酸塩に変換することで亜硝酸塩レベルを低下させます^{[ 184 ]}。水中の亜硝酸塩レベルが高い場合、亜硝酸塩は魚の血液や組織にも蓄積し、酸素の運搬を妨げます（ヘモグロビンのヘム基を鉄（Fe^2歳以上
）から鉄（Fe^3歳以上
）、ヘモグロビンがOと結合できなくなる
₂）。^{[ 185 ]}これらの明らかな肯定的な効果にもかかわらず、再循環システムにおけるオゾンの使用は、塩水システム中の生物学的に利用可能なヨウ素のレベルを低下させることに関連付けられており、その結果、甲状腺腫などのヨウ素欠乏症状やセネガルヒラメ（Solea senegalensis）の幼生の成長低下を引き起こします。^{[ 186 ]}

オゾン海水は、ノダウイルスに対するハドックおよび大西洋オヒョウの卵の表面消毒に使用されています。ノダウイルスは致死性の垂直感染性ウイルスであり、魚類に重篤な死亡率をもたらします。ハドックの卵は高濃度オゾン処理すべきではありません。高濃度オゾン処理した卵は孵化せず、3～4日後に死亡することがあるからです。^{[ 187 ]}

農業

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新鮮なパイナップルとバナナにオゾンを20分まで照射すると、フラボノイドと総フェノール含有量が増加する。アスコルビン酸（ビタミンCの一種）含有量の減少が見られるものの、総フェノール含有量とフラボノイド含有量へのプラス効果がマイナス効果を上回っている。^{[ 188 ]}トマトにオゾン処理を施すと、β-カロテン、ルテイン、リコピンの含有量が増加する。^{[ 189 ]}しかし、収穫前のイチゴにオゾンを照射すると、アスコルビン酸含有量が減少する。^{[ 190 ]}

オゾンは、 EDTAを用いて土壌から一部の重金属の抽出を促進する。EDTAは一部の重金属（ PbおよびZn ）と強力な水溶性配位化合物を形成し、汚染土壌からこれらの重金属を溶解除去する。汚染土壌をオゾンで前処理すると、Pb、Am、Puの抽出効率はそれぞれ11.0～28.9% ^{[ 191 ]}、43.5% ^{[ 192 ]}、50.7% ^{[ 192 ]}向上する。

花粉媒介者への影響

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作物の受粉は生態系にとって不可欠な要素です。オゾンは植物と花粉媒介者の相互作用に有害な影響を及ぼす可能性があります。^{[ 193 ]}花粉媒介者は花粉をある植物から別の植物へと運びます。これは生態系にとって不可欠なサイクルです。花粉媒介者や外因性物質によって、受粉場所周辺の特定の大気条件に変化が生じると、花粉媒介者や顕花植物の自然サイクルに未知の変化が生じる可能性があります。北西ヨーロッパで行われた研究では、オゾン濃度が高いほど、作物の花粉媒介者への悪影響が大きくなりました。^{[ 194 ]}

代替医療

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参照：オゾン療法

オゾンを医療目的で使用することは質の高い証拠に裏付けられておらず、一般的に代替医療とみなされている。^{[ 195 ]}

参照

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• シャピュイ吸収
• 循環オゾン
• 星の掩蔽による全球オゾン監視（GOMOS）
• 国際オゾン層保護デー（9月16日）
• 稲妻
• 窒素酸化物
• オゾン層の破壊、オゾンホールとして知られる現象を含む。
• オゾンモニター
• オゾンモニタリング機器
• オゾン療法
• オゾンウェブ
• オゾニド（イオン）
• オゾン分解
• ポリマーの劣化
• 滅菌（微生物学）

参考文献

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脚注

1. この蒸気圧は臨界温度、つまり室温以下の温度におけるものです。
2. これには、アダムズ郡、アラパホ郡、ボルダー郡、ブルームフィールド郡、デンバー郡、ダグラス郡、ジェファーソン郡、およびラリマー郡とウェルド郡の一部が含まれます。

引用

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• Becker, KH, U. Kogelschatz, KH Schoenbach, RJ Barker (編).大気圧下における非平衡空気プラズマ. プラズマ物理学シリーズ. ブリストルおよびフィラデルフィア: Institute of Physics Publishing Ltd.; ISBN 0-7503-0962-8; 2005
• 米国環境保護庁リスク・ベネフィット・グループ（2014年8月）オゾンの健康リスクと曝露評価：最終報告書

外部リンク

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• 国際オゾン協会
• 欧州環境機関のほぼリアルタイムのオゾンマップ（オゾンウェブ）
• NASAのオゾン資源ページは2013年4月6日に Wayback Machineにアーカイブされています
• OSHAオゾン情報 2016年1月20日アーカイブWayback Machine
• ポール・クルッツェンインタビュー— ノーベル賞受賞者ポール・クルッツェンがノーベル賞受賞者ハリー・クロトーと対談するビデオ（ベガ・サイエンス・トラスト提供）
• NASA地球観測所のオゾンに関する記事
• 国際化学物質安全性カード 0068
• NIOSH 化学物質の危険性に関するポケットガイド
• 国立環境健康科学研究所 オゾン情報
• NASA の研究は「スモッグ」と北極の温暖化を関連付けています— NASA ゴダード宇宙研究所 (GISS) の研究は、冬から春にかけて北極のオゾンが温暖化に影響を与えることを示しています。
• アメリカ肺協会ニューイングランド支部による地上オゾン情報