Was ist Ozon?
Ozon ist ein Molekül, das aus drei Sauerstoffatomen besteht. Das bläuliche bis farblose Gas mit der Summenformel O3 hat einen stechenden, an Chlor erinnernden Geruch. Ozon wird auch „Trisauerstoff“ oder „aktiver Sauerstoff“ genannt. Es ist die allotrope, energiereichere und metastabile Form von Sauerstoff. Allotropien sind Modifikationen chemischer Elemente, wobei ein einzelnes Element im selben Aggregatzustand in mehreren Formen auftritt, welche sich voneinander durch Reaktion und auch physikalisch unterscheiden. Ozon befindet sich in kleinen Mengen auch in der Atemluft.
Durch Sonneneinwirkung, Stickstoffdioxid und Kohlenwasserstoffe bildet sich Ozon in der dem Boden nahen Troposphäre. Das Gas in der Ozonschicht schützt vor ultravioletter Strahlung der Sonne. Als starkes Oxidationsmittel ist es gesundheitsgefährdend und führt zu Atemwegsreizungen. Kleinste Mengen von Ozongas zerfallen unter normalen Bedingungen in der Luft in einem kurzen Zeitraum zu dimerem Sauerstoff. Dimere sind Molekülverbindungen oder Moleküle, die meist aus zwei gleichen Monomeren bestehen. Bei Zimmertemperatur und gewöhnlichem Luftdruck kommt Ozon im gasförmigen Aggregatzustand vor. Das farblose bis bläuliche Gas kondensiert bei -110,5 Grad Celsius zu einer dunkelblauen Flüssigkeit und erstarrt bei -192,5 Grad Celsius zu einem festen, dunkel violett gefärbten Stoff. Besteht eine hohe Konzentration von Ozon, entsteht der typische, sehr unangenehme Geruch. In geringer Konzentration ist das Gas geruchlos. Mischungen aus Ozon und reinem Sauerstoff ab einem 11,5-prozentigen Volumenanteil zersetzen sich unter Druck der Atmosphäre bei entsprechender Energie explosionsartig.
Bildung, Entstehung und Abbau
Ozon wird aus Sauerstoff gebildet. Dies geschieht in der Atmosphäre auf mehrere Weisen. Ozon entsteht während eines Gewitters bei der Blitzentladung neben einigen weiteren Stoffen. Bei der Reaktion von Sauerstoff mit Stickoxiden unter Einwirkung von UV-Strahlung in Bodennähe bildet sich das Gas ebenfalls. Bei dem Vorgang der Photodissoziation spaltet Sonneneinstrahlung in der Stratosphäre Sauerstoffmoleküle in einzelne Atome, die sich durch die Verbindung mit einem weiteren Sauerstoffmolekül in Ozon umwandeln. In ländlichen Gebieten ist die Konzentration von Ozon in den Sommermonaten meist stärker als in Großstädten. Grund dafür ist das Vorkommen des Stickoxids NO, welches durch Abgase von Kraftfahrzeugen ansteigt. NO wirkt der Bildung von Ozon entgegen. Ozonmoleküle können durch Einwirkung von UV-Strahlung gespaltene Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) zerstört werden, da bei diesem Vorgang freie Chlorradikale entstehen. Ein Chloratom kann bis zu 100.000 Ozonmoleküle zerstören.
Ist die Ozonschicht an einer Stelle nur noch halb so dick wie ursprünglich, entsteht ein Ozonloch. Ozon abbauende Substanzen kommen in nahezu allen Gebieten der Erde vor. Das erste, um 1960 entdeckte Ozonloch, liegt über der Antarktis. Es entstand durch die angesammelten Treibhausgase auf kleinen Eiskristallen in der Stratosphäre, welche durch Sonneneinstrahlung im arktischen Frühjahr freigesetzt werden. Dieser Vorgang verursachte einen Abbau von Ozon. Die Folgen sind unter anderem eine erhöhte Hautkrebsgefahr, da gefährliche ultraviolette Sonneneinstrahlung nicht mehr abgehalten werden kann.
Erzeugung und Lagerung
Mit Hilfe von konzentrierter Schwefelsäure und Kaliumpermanganat kann Ozon gewonnen werden. Während einer Reaktion der beiden Stoffe entsteht das instabile Dimanganheptoxid, welches bei Zimmertemperatur zu Mangandioxid und ozonreichem Sauerstoff zerfällt. An Platin- und Goldanoden entwickelt sich Ozon bei der Elektrolyse von nicht konzentrierter Schwefelsäure durch hohe Stromdichten. Ozon kann außerdem durch stille elektrische Entladung sowie die Wirkung von ultravioletter Strahlung auf Luftsauerstoff gewonnen werden. Das instabile Ozon kann nicht über einen längeren Zeitraum aufbewahrt werden. Wird Ozon für einen bestimmten Vorgang benötigt, muss es unmittelbar vor der Durchführung des Vorhabens erzeugt werden. Als Trägergas fungiert dabei meist getrocknete Luft oder Sauerstoff. Ozon kann in flüssigem Zustand bei -180 Grad Celsius mit Hilfe von Stabilisatoren gefahrlos gelagert werden.
Anwendungsgebiete
Ozon wird bei der Aufbereitung von Wasser zur Oxidation von organischen Substanzen sowie Eisen und Mangan verwendet. Die sogenannte Ozonierung ist ein umweltfreundliches Verfahren. Ozon tötet Keime und Algen ab und ermöglicht so eine bessere Abfiltrierbarkeit von Verunreinigungen im Wasser. Jodhaltige Röntgenkontrastmittel können allerdings nicht durch Ozon abgebaut werden. Des Weiteren wird die Bildung von schädlichen Substanzen wie Nitrosaminen bei der Ozonierung vermutet. Ozon findet im Zusammenhang mit biologischen Systemen wie Biofiltern Verwendung. In der Aquakultur sowie in Aquarien wird Ozon ebenfalls eingesetzt. Zudem kommt Ozon bei der chlorfreien Bleichung von Papier zum Einsatz. Durch seine oxidierende Wirkung kann Ozon Geruchsstoffe in geruchsneutrale Stoffe umwandeln. Dies wird vor allem in der Fahrzeugaufbereitung, häufig in Innenräumen von gebrauchten PKW, vollzogen.
So findet Ozon aufgrund der geruchsneutralisierenden Wirkung auch in Großwäschereien Nutzung. Raumluftionisatoren eliminieren Gerüche mit Hilfe von Ozon. Ältere Laserdrucker und Fotokopierer sind häufig vom typischen Ozongeruch umgeben, die meisten Geräte verfügen allerdings über einen Filter, derr das erzeugte Ozon in Kohlendioxid umwandelt. Moderne Kopierer und Drucker sind mit einer anderen Technik ausgestattet, die die Ozonbildung verhindert.
Auswirkungen von hohem Ozongehalt in der Atemluft
Ozon in der Luft kann in zu hoher Konzentration eine Reihe von körperlichen Beschwerden auslösen. Dazu gehören Reizungen der Schleimhäute, Halskratzen, Augenbrennen, Schmerzen beim Einatmen und ein unangenehmer Druck auf der Brust. Die Lungenfunktion kann durch den hohen Ozongehalt der Luft vorübergehend eingeschränkt werden. Außerdem wird eine erhebliche Beeinträchtigung der körperlichen Leistungsfähigkeiten verursacht. Die Luftreinhalteverordnung (LRV) besagt, dass der Stundenmittelwert von 120 Mikrogramm Ozon pro Kubikmeter den Grenzwert darstellt. Bei höheren Werten ist mit einer Beeinträchtigung der Leistungsfähigkeit zu rechnen.