Ruk9Ja68XDFcS1

Zdjęcie przedstawia starszego mężczyznę siedzącego przy małym stole. Na stole stoi stojak z probówkami i butelka. Mężczyzna ma krótkie, siwe włosy, krzaczaste brwi. Ubrany jest w koszulę, kamizelkę, dłuższy płaszcz. W prawej dłoni trzyma cygaro.

Ozon został odkryty w 1840 r. przez niemieckiego chemika, Christiana Friedricha Schönbeina.

Jego nazwa pochodzi od greckiego słowa ozein, co oznacza „zapach”/”pachnący”. Ozon jest alotropową odmianą tlenu, składającą się z trójatomowych cząsteczek. Jako gaz występuje w kolorze bladoniebieskim, po skropleniu przybiera barwę niebieskoczarną, a jako ciało stałe jest fioletowoczarny.

RVLyE7hf2aHID

Na ilustracji jest model kulkowo-pręcikowy. Czerwona kulka łączy się na dole po lewej i prawej stronie z dwiema czerwonymi kulkami. Nad wiązaniami pojedynczymi są wiązania zaznaczone linią przerywaną.

Występuje w atmosferze w stanie wolnym. Powstaje w górnych warstwach atmosfery pod wpływem promieniowania ultrafioletowegopromieniowanie ultrafioletowe (skrót UV)promieniowania ultrafioletowego, w wyniku rozpadu cząsteczek ${\text{O}}_2$ i dalszego ich łączenia, wg równań:

oraz zgodnie z poniższym równaniem reakcji:

Ozon jest gazem niepalnym, ma natomiast zdolność – podobnie jak ${\text{O}}_2$ – do podtrzymywania procesów spalania. Jest nietrwały termicznie i rozpada się stopniowo do tlenu już w temperaturze pokojowej. Dobrze rozpuszcza się w wodzie. W stanie ciekłym ma skłonność do rozkładu wybuchowego przy kontakcie ze śladowymi ilościami substancji organicznych i reduktorów, a także w wyniku wszelkich gwałtownych zmian fizycznych, np. wstrząsu, szybkiej zmiany temperatury itp. Literatura podaje też przypadki wybuchów zestalonego ozonu.

To silny utleniacz, zdolny do np. utlenienia siarkowodoru do kwasu siarkowego.

Obok hydroksyli (wolnych rodników $\mathrm{HO}·$) jest jednym z najsilniejszych znanych utleniaczy, występujących naturalnie. Nie tylko chroni cały świat ożywiony przed szkodliwym wpływem słonecznego promieniowania ultrafioletowego, ale także jest bardzo skuteczny w niszczeniu bakterii, wirusów, grzybów i nieprzyjemnych zapachów. Ta cecha pozwala na wiele użytecznych zastosowań, o których powiemy za chwilę.

Indeks górny Źródło danych: www.ozonizer.pl (dostęp 09.02.2021). Indeks górny koniec^{Źródło danych: www.ozonizer.pl (dostęp 09.02.2021).}

Ozon o jasnoniebieskiej barwie i charakterystycznym zapachu ma większą masę cząsteczkową niż bezbarwny i bezwonny tlen. Charakteryzuje się dużo większą gęstością, rozpuszczalnością w wodzie oraz potencjałem elektrochemicznym niż tlen.

Indeks dolny * Wartości te są wyznaczone wyłącznie w oparciu o rozkład termiczny ozonu. Nie uwzględniają wilgotności, aktywności mikrobiologicznej i innych efektów występujących w danym środowisku. Indeks dolny koniec_{* Wartości te są wyznaczone wyłącznie w oparciu o rozkład termiczny ozonu. Nie uwzględniają wilgotności, aktywności mikrobiologicznej i innych efektów występujących w danym środowisku.}

Indeks górny Źródło danych: www.ozonizer.pl (dostęp 09.02.2021). Indeks górny koniec^{Źródło danych: www.ozonizer.pl (dostęp 09.02.2021).}

Indeks dolny * Wartości te są wyznaczone wyłącznie w oparciu o rozkład termiczny ozonu. Nie uwzględniają wilgotności, aktywności mikrobiologicznej i innych efektów występujących w danym środowisku. Indeks dolny koniec_{* Wartości te są wyznaczone wyłącznie w oparciu o rozkład termiczny ozonu. Nie uwzględniają wilgotności, aktywności mikrobiologicznej i innych efektów występujących w danym środowisku.}

Indeks górny Źródło danych: www.ozonizer.pl (dostęp 09.02.2021). Indeks górny koniec^{Źródło danych: www.ozonizer.pl (dostęp 09.02.2021).}

Ozon może działać pozytywnie lub może szkodzić – wszystko zależy od miejsca w atmosferze, gdzie występuje. Dlaczego akurat lokalizacja ma znaczenie? Jeśli chodzi o zrozumienie pozytywnego i negatywnego oddziaływania ozonu, najlepiej oprzeć się na stwierdzeniu Environmental Protection Agency (Agencji Ochrony Środowiska): „wysoko — dobrze, nisko — źle”. W stratosferze (czyli warstwie atmosfery przylegającej bezpośrednio do troposfery, inaczej gazowej strefy, w której żyjemy) zachodzi absorpcja słonecznego promieniowania ultrafioletowego przez ozon, gdzie także znajduje się warstwa ozonowa.

Produkcja ozonu zachodzi głównie w niskich i średnich szerokościach geograficznych, natomiast w obszarach polarnych powstają tzw. dziury ozonowe, związane z reakcjami chemicznymi, zachodzące na chmurach stratosferycznych. Bardzo ograniczone mieszanie sprawia, że substancje, które dostały się do stratosfery, pozostają w niej na długo. Dotyczy to m.in. freonów, szczególnie niszczących ozon, pyłu wulkanicznego i spalin rakiet.

Ten ozon posiada cechy pozytywne dla naszego istnienia, ponieważ zapobiega dotarciu szkodliwego promieniowania ultrafioletowego do powierzchni Ziemi.

RGZIZ4Q7VigFD

Na ilustracji jest pionowy podział atmosfery ziemskiej. Od dołu zaznaczono smugi kondensacyjne 6-12 kilometrów, chmury cirrus 6-12 kilometrów, obłoki perłowe 15-25 kilometrów, balon meteorologiczny 40 kilometrów, chmury cumulonimbus. Następnie zaznaczono troposferę z tropopauzą: 12 kilometrów. Nad troposferą jest stratosfera z warstwą ozonową w dolnej części. Poniżej niej są meteory. Górną warstwą stratosfery jest stratopauza 50 kilometrów, następnie jest mezosfera z mezopauzą 80 kilometrów. W mezosferze są obłoki srebrzyste 80 kilometrów. Nad mezopauzą zaznaczono linię Karamana - umowną granicę pomiędzy atmosferą Ziemi i przestrzenią kosmiczną przebiegająca na wysokości 100 kilometrów. Powyżej niej jest termosfera, występują w niej zorze, znajduje się tam Międzynarodowa Stacja Kosmiczna 330-410 kilometrów. Na wysokości od 350 do 800 kilometrów jest termopauza (egzobaza).

Gdy ten sam ozon znajdzie się w warstwie przyziemnej, staje się poważnym zagrożeniem dla dróg oddechowych. Stąd stwierdzenie EPA: „nisko — źle”. Powodem wielkiej szkodliwości ozonu, występującego we wdychanym powietrzu, jest to, że tak silny utleniacz jak ozon – gdy jego stężenie wynosi powyżej 50 ppb (z ang. part per billion, liczba części na miliard, 10Indeks górny -9^-9) – może uszkadzać błony śluzowe oraz tkanki układu oddechowego ludzi i zwierząt, a także aparaty szparkowe roślin. W pomieszczeniach najczęściej pojawia się wraz z powietrzem z zewnątrz, głównie z układów wydechowych samochodów, ale i urządzenia biurowe oraz domowego użytku mogą emitować cząsteczki ozonu. Należą do nich sprzęty zasilane energią elektryczną, które pracują pod wysokim napięciem, czy też generujące promieniowanie ultrafioletowe, np. suszarki do włosów, miksery, drukarki laserowe, a szczególnie ozono‑twórcze kserokopiarki. Wielu producentów, dostrzegając problem, stara się podjąć niezbędne środki w celu eliminacji szkodliwych substancji wydzielających się podczas pracy urządzeń kopiujących. Innowacją stały się w ostatnich czasach filtry stosowane w drukarkach i kserokopiarkach. Ograniczają one do pewnego stopnia emisję drobno‑dyspersyjnych pyłów, lecz niestety nie eliminują emisji ozonu. Podkreślić należy jednak konieczność stosowania w tych pomieszczeniach sprawnej wentylacji.

Nawet niewielkie ilości ozonu mogą być szkodliwe dla zdrowia. Do wczesnych objawów narażenia na działanie ozonu można zaliczyć m.in.:

• podrażnienie spojówek;

• suchość w jamie ustnej;

• kaszel;

• trudności z oddychaniem;

• świszczący oddech;

• duszność oraz ból w klatce piersiowej.

Trwałe zagrożenie dla zdrowia, np. choroby układu oddechowego, występuje w przypadku wdychania powietrza o wysokim stężeniu ozonu lub o niskim stężeniu ozonu przez dłuższy czas.

Indeks górny Źródło danych: WHO Regional Office for Europe. Health risk of ozone from long‑range transboundary air pollution. WHO Kopenhaga 2008. Indeks górny koniec^{Źródło danych: WHO Regional Office for Europe. Health risk of ozone from long‑range transboundary air pollution. WHO Kopenhaga 2008.}

Ozon działa utleniająco i dezynfekująco, co sprawia, że stał się bronią skierowaną przeciw bakteriom, wirusom, pierwotniakom i grzybom. Niszczenie patogenów przez ozon opiera się na jego silnych właściwościach utleniających.

Bakterie i wirusy należą do organizmów prokariotycznych – nie posiadają jądra komórkowego, a ich ściana komórkowa nie zawiera cholesterolu. Stąd są bardziej wrażliwe na toksyczne działanie bardzo reaktywnego ozonu niż komórki eukariotyczne, zawierające lipidową błonę komórkową. Ujemny ładunek elektryczny komórek bakteryjnych przyciąga bipolarną cząsteczkę ozonu. Tlen atomowy, jako reaktywna forma powstała z rozpadu ozonu, reaguje ze związkami organicznymi, powodując ich utlenienie. Ozon w pierwszej kolejności niszczy ścianę komórkową bakterii, a następnie reaguje ze znajdującymi się w błonie komórkowej nienasyconymi cząsteczkami kwasów tłuszczowych, fosfolipidów i białek. Modyfikacja błony komórkowej zaburza i blokuje system enzymatyczny, prowadząc do wtórnych uszkodzeń DNA i śmierci komórki bakteryjnej.

Podobny mechanizm działania ozonu zachodzi w komórkach grzybów oraz wynika z braku cholesterolu w ich ścianach komórkowych.

Działanie przeciwwirusowe związane jest z utleniającym działaniem ozonu na kapsydy wirusów. Ozon powoduje blokadę receptora odpowiedzialnego za kontakt z komórką gospodarza, a tym samym uniemożliwia wnikanie do jej wnętrza i replikację wirusa. Jest również skuteczny w niszczeniu zarówno form wegetatywnych, jak i przetrwalnikowych drobnoustrojów.

Zastosowanie ozonoterapii może być metodą pobudzania systemu odpornościowego u pacjentów z zespołem obniżonej odporności lub jej brakiem. Terapia niskimi stężeniami pobudza naturalne zdolności odpornościowe organizmu. W odpowiedzi system odpornościowy produkuje specjalną substancję białkową, zwaną cytokiną, która wpływa na regulację wielkości i typu odpowiedzi immunologicznej na patogen. Ozon pobudza również produkcję limfocytów T.

R1Lx3QBw78IIN

Zdjęcie przedstawia mężczyznę siedzącego w pokoju. Siedzi w fotelu i czyta gazetę. Na lewym przedramieniu ma założony wenflon z rurką podłączoną do niewielkiego aparatu stojącego na stoliku po prawej stronie fotografii.

Ozon może działać stymulująco na krążenie krwi, ponieważ zmniejsza jej lepkość, przyspiesza metabolizm czerwonych krwinek i uelastycznia błony komórkowe erytrocytów, co ułatwia im przemieszczanie się przez naczynia włosowate. Ponadto obniża stężenie lipidów całkowitych, cholesterolu i trójglicerydów, które są główną przyczyną miażdżycy, a także poprawia natlenowanie krwi. Z tych powodów terapia ozonem zalecana jest w leczeniu chorób układu krążenia.

Ozon wpływa też na intensyfikację procesów gojenia ran, m.in. pobudza ziarninowanie, poprawia naskórkowanie ran oraz miejscowe ukrwienie tkanek, a dodając do tego działanie antybakteryjne, pomaga w leczeniu trudno gojących się ran oraz owrzodzeń, oparzeń i odleżyn.

Zwiększa możliwości detoksykacyjne wątroby. Inaktywuje wirusy, dzięki czemu sprawdza się w leczeniu chorób wirusowych, takich jak: zapalenie wątroby czy opryszczka. Właściwości bakteriobójcze ozonu wykorzystywane są także w stomatologii zachowawczej, do leczenia próchnicy oraz zakażeń miazgi zęba.

Ozonowanie to technologia pozwalająca wydłużyć trwałość owoców na skutek ich dezynfekcji, co umożliwia zastosowanie ozonu w przemyśle spożywczym. Obecnie, na półkach krajowych sklepów, można znaleźć świeże owoce wyhodowane nie tylko w polskich sadach czy polach uprawnych, lecz także w krajach egzotycznych (Chile, Ekwador czy Kostaryka). Jak wytłumaczyć fakt, że owoce te są wysokiej jakości, pomimo dalekiej drogi, jaką przebyły, aby dotrzeć do marketu „za rogiem”? Jak już wielokrotnie wspominano, ozon jest bardzo silnym utleniaczem i nawet w niewielkich ilościach przyczynia się do likwidacji nie tylko bakterii i grzybów, lecz także wirusów, toksyn i innych szkodliwych związków. Owoce pozbawione kontaktu z tymi patogenami są bardziej trwałe, przez co mogą przetrwać długi transport, magazynowanie i pozostać w obrocie handlowym nieco dłużej. Ozon może być dodawany do płynów używanych do mycia warzyw, owoców, ryb i mięsa, w celu dezynfekcji i przedłużenia trwałości tych produktów.

R150TK2U0Qgls

Na zdjęciu są dojrzałe, zerwane truskawki polewane woda.

Ozon wykorzystywany jest do wyjaławiania wody pitnej (ozonowanie), pomieszczeń (szczególnie w szpitalach, dzięki np. lampie ozonowej), a także jako reagent w ozonolizie (w procesie stosowanym m.in. w przemyśle do przyspieszania biodegradacji ścieków organicznych, do oczyszczania pomieszczeń i klimatyzatorów).

Dla porównania, działanie bakteriobójcze ozonu jest wielokrotnie skuteczniejsze i szybsze niż chloru. Ozon ma jednak stosunkowo krótki czas rozkładu, przez co ozonowana woda pozostaje aseptyczna przez krótki czas (tzn. nie można jej przesyłać wodociągami). Dlatego ozon nie może całkowicie wyeliminować chloru z procesu uzdatniania wody, jednak może go w istotny sposób ograniczyć, w ilości niezbędnej do utrzymania w sterylności wszystkich nitek sieci wodociągowej po przejściu wody przez stację uzdatniania. Taki zabieg wyraźnie poprawia właściwości organoleptyczne spożywanej wody (brak wyczuwalnego zapachu i smaku chloru oraz mętnego zabarwienia). Ozonu można również używać do wspomagania oczyszczania wód w basenach i pływalniach.

R11WG6ZRnAqW1

Zdjęcie przedstawia lekarzy podczas operacji.

Pomimo wszechstronnego zastosowania i wielu zalet, gaz ten w wysokich stężeniach jest toksyczny. Wysoka koncentracja ozonu wywołuje podrażnienie spojówek, suchość w jamie ustnej, bóle głowy, napady astmy, duszność i bóle w klatce piersiowej, a w skrajnych przypadkach sprzyja zaburzeniom układu nerwowego i odurzenie.

Ozon jest gazem drażniącym, powoduje uszkodzenie błon biologicznych przez reakcje rodnikowe z ich składnikami. Po dostaniu się do komórek może hamować działanie enzymów komórkowych, wstrzymując oddychanie wewnątrzkomórkowe.

Najwyższe dopuszczalne stężenie ozonu w miejscu pracy wynosi 0,1 mg/m³ (wg PN–Z–04007–2:1994 NDS wynosi 0,15 mg/m³).

R1U6niK4aNJZ7

Zdjęcie przedstawia tablice zamontowaną na budynku w mieście, na której wyświetlone są dane: Ozon, stężenie bieżące 83,4 mikrograma na metr sześcienny, dopuszczalne 120 mikrogramów na metr sześcienny. Zadowalająca jakość powietrza ze względu na O indeks dolny trzy.

Słownik

Bibliografia

Białoszewski D., Bocian E., Tyski S., Ozonoterapia oraz zastosowanie ozonu w dezynfekcji, „Postępy Mikrobiologii” 2012, 51, 3, s. 177–184.

Dobrzański Z., Opaliński, S., 2009. Ozon - właściwości, zastosowania, korzyści i zagrożenia, „Chemik” 2009, 62, 11, s. 403‑406.

Żelazko A., Mirosławski J., 2012. Dolegliwości zdrowotne związane z narażeniem na ozon na podstawie subiektywnych opinii osób obsługujących kserokopiarki, „ZESZYTY NAUKOWE WYŻSZEJ SZKOŁY ZARZĄDZANIA OCHRONĄ PRACY W KATOWICACH” 2012, 1(8), s. 65‑73.