Az ózon reakciói

1. Az ózon reakciói Az ózon szerves vegyületekkel való reakciói során molekulaszerkezetéből kifolyólag szerepelhet 1,3-dipólként, elektrofil és nukleofil partnerként. Az esetek többségében oxigénatom-transzferrel, vagy közvetlen töltésátmenettel reagál, oldatfázisbeli bimolekuláris reakcióinak sebességi együtthatója széles tartományban (10-3 – 105 mol-1dm3s-1) mozog. Az esetek jelentős részében (főleg oldat fázisban) nem az ózon, hanem a bomlása során keletkező gyökök reagálnak.

2. Az ózon reakciói Ammónia, primer, szekunder, tercier aminok Az első lépés az addíció (az ózon az elektrofil partner), majd elektron vándorlás, labilis kettősion képződés, O2 elimináció a jellemző. Csak protonálatlan aminocsoport lép reakcióba az ózonnal. Tercier amin esetén az oldallánc oxidációja is jelentős lehet. Telítetlen (C=C) kötést tartalmazó vegyületek ózonolízise (Criegee) primer ózonid: Ózon addíciója a kettős kötésre O-O kötés felszakadásával labilis kettősion keletkezik átrendeződéssel aldehidek és ketonok jönnek létre Acetilének ózonolízise (Criegee) A mechanizmus hasonló az előzőhöz, de az oxidáció terméke általában karbonsav

3. Az ózon reakciói Aromás vegyületek ózonolízise Az első lépés az addíció (orto, para) majd dihidroxi-benzolok és gyűrűfelnyílási termékek jöhetnek létre. Ózon hidrogén-absztrakciós reakciói R-H + O3 = R• + • OH + O2 Azon vegyületekre jellemző, melyekben a C-H kötés felszakításának energiája a szomszédos csoportok elektronszívó hatásának köszönhetően lecsökken. (aldehidek, savak, aminok) A reakciósebességet jelentősen befolyásolja az absztrahálandó H atom kémiai környezete. Aktivált C-H kötést tartalmazó vegyületek (aldehidek, alkoholok) reakciója 1,3 dipoláros beékelődés

4. Az ózon vizes közegű bomlása során elsődlegesen képződő gyökök reaktivitása Szelektív, specifikus gyökgenerálási módszerek csak elvétve fordulnak elő, így a reakciórendszerek rendkívül összetettek és nehezen jellemezhetők. A gyökök reaktivitása a következő sorrendben változik: •OH >> •O2- > •O3-  •O- > •HO2 Molekuláris oldott oxigén jelenlétében a szerves gyökre addícionálódik az oxigén. R + O2 = ROO• peroxilgyök A reakció általában irreverzibilis, sebességi állandójának értéke sok esetben megközelíti a diffúzió kontrollált reakciók sebességi állandójának értékét.

5. Az ózon fiziológiai hatása (1h) Érzékelési küszöbhatár: 0,1 ppm (személyfüggő) Köhögésre ingerel, légutak nyálkahártyájában oldódik, a keletkező gyökök, gyökionok roncsolják a szerves szöveteket, a szemet ingerli (1ppm) Köhögés, fejfájás, széfülés, nyáladzás, izzadás (2-3 ppm) Erős köhögés, a tünetek súlyosbodása mellé álmosság és gyors pulzusszám társul (5-10 ppm) Növekvő fejfájás, eszméletvesztés (20-100 ppm felett) Tüdővérzés, halál (100 ppm felett)

6. Az ózon fiziológiai hatása O3 (ppm) 100 10 1 0,1 0,02 0,01 0,001 0 1 2 3 4 t (h) Clamann és Bancoft kísérletei (5 korosztályt vizsgál 19-54 év között Legnagyobb ózon koncentráció 6 ppm, 1h, leghosszabb expozíció 2,5 h 1,2 ppm Nem gyógyítható mérgezés határa Izgató hatás zónája Mérgezés határa Gyors pulzus Erős köhögés,álmosság Köhögés, fáradtság Tüneti hatás zónája Kifejezett inger Érzékenységi küszöbhatár Általános szagérzékelési határ

7. Az ózon fiziológiai hatása Hatás az ízérzékelésre Szacharóz 2-16 %-os vizes oldata (2%-ként változtatva a koncentrációt) NaCl 1-4%-os vizes oldata (0,5%-ként változtatva a koncentrációt Eredmény: ózonnak nincs hatása az ízérzékelésre Hatás a szagérzékelésre Küszöbérzékelési módszer I. oldat: 70% etil-alkohol II: oldat 0,02% amil-acetát „A kellemes szag” III. oldat 0,02% lauril-merkaptán „A kellemetlen szag” A szaghatás éppenhogy érzékelhető (15-ből 2) Eredmény: ózon erőteljesen rontja a szagérzékelést

8. Az ózon fiziológiai hatása Hatás a vérkeringésre és vér összetételése A vizsgált tartományban nincs hatás sem a vérnyomásra sem a pulzusra Vörös vérsejt Fehér vérsejt Hematokrit érték Hemoglobin Összfehérje mennyisége Nincs változás Az ózon nem jut be a vérbe, ha mégis, akkor a zsírsavakat oxidálja

9. Az ózon fiziológiai hatása % 140 120 100 80 60 maradék térfogat diffúziós kapacitás vitálkapacitás 0 1 2 3 4 5 6 O3 ppm tf 7 6 5 4 3 2 1 0 Normál légzési térfogat vitál-kapacitás Ödémás duzzanatok maradék- térfogat 0 6 O3 ppm Hatás a légzésre A tüdő egyes jellemzőinek változása az ózonkoncentráció függvényében A tüdő térfogatainak változása tiszta és ózon tartalmú levegő belégzésekor Teljes térfogat =vitál kapacitás + maradéktérfogat 6 ppm ózon: a vitálkapacitás 58 %-al csökken

10. Az ózon fiziológiai hatása Az ózon toxikus hatása Fetner (1958): kismértékű ózontartalom a sejtekben az ionizáló sugárzáshoz hasonló hatású: 1:125 000 hatású hígítása a kromoszómákra uo. hatással van mint 200 rad Stockinger: 1-55 ppm tartományban c×t = K koncentráció és hatásidőtartam szorzata állandó Védekezés: C-vitamin, p-amino-benzoesav védelmet jelent 8kisemlősök9 A tűrőképesség fejleszthető, növelhető, kisállatoknál a halálos adag többszörösének megfelelő tűrőképesség fejlődött ki 6 h, 1 ppm ózonexpozíció során

11. Az ózon fiziológiai hatása Az ózon csírátlanító, sterilizáló hatása Az ózon hatásos a penészgombák spórái amőbák vírusok baktériumok patogén és szaprofita csírák elpusztításában. Klór esetén a csírátlanító hatás függ a pH-tól (lúgos oldatban kevésbé jó fertőtlenítő hatást mutat, mivel HOCl deprotonálódik és a töltéssel rendelkező OCl- már nehezebben jut át a sejtfalon), az ózon esetén a csírátlanító hatás pH független.

12. Az ózon fiziológiai hatása Az ózon csírátlanító, sterilizáló hatása

13. Az ózon fiziológiai hatása d: desztillált vízbe oltva 6,6×107/ml bakt.szám a: ivóvízbe oltva 1 ×108/ml átl bakt.szám sz: szűrt szennyvíz, 1-2×108/ml bakt.szám ny: nyers szennyvízbe oltva 108/ml bakt.szám 1 mg/L klór 1,5-3 h alatt inaktiválta a gyermekbénulás vírusát, míg az ózon 0,45 mg/L koncentrációban 2 perc alatt Az ózon csírátlanító, sterilizáló hatása

14. Az ózon fiziológiai hatása Az ózon csírátlanító, sterilizáló hatása A vízzel kapcsolatos nagyszámú kísérlet arra enged következtetni, hogy az ózon az egyetlen olyan szer, amely a hőmérsékleti hatást helyettesítő, vegyi sterilizáló anyagként is megfelel.

15. Az ózon kémiai felhasználása csíra és baktériumölő befolyásolja a sejtek anyagcseréjét Az ózon megváltoztathatja az anyagcsere termékek aktivitását oxidálószer szagtalanítás Élelmiszeripar Mezőgazdaság Tartósítás, tárolás Fertőtlenítés, szagtalanítás Mezőgazdasági termékek kikészítése

16. Az ózon kémiai felhasználása O3 (mg/dm3 levegő) 12 10 8 6 4 2 1 0 t (h) 0 1 2 3 4 Tartósítás, tárolás: az ózon csíraölő hatásának köszönhetően az egyes élelmiszerek eltarthatóságának idejét megnöveli • A helyiségbe beáramló levegőt fertőtlenítik ózonnal • A beáramló levegőben az ózon koncentrációját úgy állítják be, hogy a nagy nedvesség ellenére a maradék ózon eljusson a fertőtleníteni kívánt élelmiszer felszínére és ott kifejthesse hatását. Célszerű az ózon betáplálását szakaszosan (óránként indítani)

17. Az ózon kémiai felhasználása Mikrobaölő hatás Gombák ellen hatásosabb, mint baktériumok ellen, mivel a baktériumok akklimatizálódnak . Gombákkal szemben elsősorban felületi hatást fejt ki és a növekedésüket gátolja. Nedvességtartalom növekedése kedvezően hat a mikrobaölő hatásra a mikrobák duzzadása miatt. • Hatás a szagra •  Eltérő sebességgel oxidálja a különböző illat és szaganyagokat. •  Az oxidáló hatás függ a hőmérséklettő (csökkenésével csökken) és • független a páratartalomtól. • 0,01-0,04 ppm eltünteti a dohos szagot  A földieper illata ózon jelenlétében erősödik. •  Megakadályozza, hogy a csomagolóanyag szagát átvegye a • benne tárolt élelmiszer. •  A „rothadás” jellegzetes szagát nem képes eltüntetni.

18. Az ózon kémiai felhasználása Hatás az anyagcserére A gyümölcs felületén fejti ki hatását, nem hatol be. A gyümölcs érése során etilént termel, ami gyorsítja az érési folyamatokat, héjbarnulást, rothadást, puhulást okoz. Az ózon eloxidálja az etilént. Néhány példa Banán 25-30 ppm: fekete foltok 30-90 ppm: felgyorsul a légzés Narancs nincs hatás Bogyós 2-3 ppm ózon hatására kétszeresére nő a gyümölcsök raktározási idő Alma 2 ppm ózon mellett 5 hónap alatt nincs minőségi változás

19. Az ózon kémiai felhasználása Néhány példa Húsok 6 mg O3/m3 levegő napi 2-3 alkalommal érlelésnél nagyon kedvező a hatása (20 nap helyett 44 h) halakat ózonos vízzel mossák le, vagy ózonos vízből készített jégen tárolják Tojás: USA: 30-as évektől alkalmazzák (tojások 80%-án) Italok: gyorsítja a bor öregedését, megakadályozza a zavarosodását, finomítja a zamatát ózonozott palackos víz

20. Az ózon kémiai felhasználása Néhány példa Húsok 6 mg O3/m3 levegő napi 2-3 alkalommal érlelésnél nagyon kedvező a hatása (20 nap helyett 44 h) halakat ózonos vízzel mossák le, vagy ózonos vízből készített jégen tárolják Tojás: USA: 30-as évektől alkalmazzák (tojások 80%-án) Italok: gyorsítja a bor öregedését, megakadályozza a zavarosodását, finomítja a zamatát ózonozott palackos víz a palack sterilizálására is használnak ózont Mezőgazdasági és élelmiszeripari mellék- és másodlagos termékek kikészítése: méhviasz, keményítő, liszt csont, toll, rostok, étkezési zsírok fehérítése

21. Az ózon kémiai felhasználása Néhány példa textilipar gyapot és gyapjú ózonos kezelés után könnyebben festhető Kórház: kórházi fehérneműk, ágyneműk, kötszerek, sebészeti eszközök fertőtlenítése Szennyvíztelep, istálló: a kiáramló szagok megszüntetésére használnak ózonozást (Welsbach cég) Fogászat: helyi fertőtlenítés, fogfehérítés