โอโซน

แหล่งที่มา

1. เกิดตามธรรมชาติ  เกิดจากการรวมตัวกันของโมเลกุลของก๊าซออกซิเจน  โดยมีรังสีอุลตราไวโอเลตที่มีความยาวคลื่นน้อยกว่า 242 นาโนเมตร เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา  ทำให้เกิดพลังงานที่จะดึงเอาโมเลกุลของก๊าซออกซิเจนให้แตกตัวเป็นอะตอมของออกซิเจน 2 อะตอม  และเมื่ออะตอมของออกซิเจน 1 อะตอมพบกับโมเลกุลของก๊าซออกซิเจนจะเกิดการรวมตัวดังสมการ

                     O₂  ---- (uv) ----- O+O
                      O+O₂ ---- O₃   

โอโซนที่เกิดขึ้นนี้สามารถดูดกลืนรังสีอัลตราไวโอเลตแล้วแตกตัวกลายเป็นก๊าซออกซิเจนและรวมตัวกับอะตอมของออกซิจน กลายเป็นโอโซนได้อีก โดยมีรังสีอัลตราไวโอเลตเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาซึ่งจะเกิดเช่นนี้ไปได้เรื่อยๆ โดยไม่มีที่สิ้นสุดแบบปฏิกิริยาลูกโซ่  โอโซนยังสามารถเกิดได้เองในอากาศจากพายุฝนฟ้าคะนองหรือจากฟ้าแลบได้อีกด้วย กระบวนการเกิดปฏิกิริยาดังกล่าวนี้เรียกว่าขบวนการโพโตเคมีคอล(Photochamical  process) ซึ่งเป็นปฏิกิริยาที่ทำให้เกิดก๊าซโอโซนและสลายตัวพร้อมกัน และในที่สุดปฏิกิริยาของก๊าซโอโซนก็จะอยู่ในภาวะสมดุลโดยที่อัตราการเกิดและสลายตัวเท่ากัน(แล้วจะเกิดมาทำไมวุ้ย..^_^)

2.  เกิดจากการกระทำของมนุษย์ โอโซนถูกผลิตขึ้นมาเพื่อใช้ประโยชน์ในด้านต่าง ๆ เช่น  การกำจัดน้ำเสียและใช้ฆ่าเชื้อ การเตรียมก๊าซโอโซนที่สะดวกที่สุดใช้ไฟฟ้า silent electrical discharge กระทำกับอากาศหรือกับก๊าซออกซิเจน ซึ่งก๊าซออกซิเจนบางส่วนเท่านั้นที่กลายเป็นโอโซน  ถ้าใช้อากาศ เรียกก๊าซผสมนี้ว่า ไอโอไนซ์แอร์ (ozonised air)  ถ้าใช้ก๊าซออกซิเจนก๊าซโอโซนที่เกิดขึ้นจะปนอยู่กับก๊าซออกซิเจนที่เหลือ เรียกว่า ozonised oxygen  เครื่องมือที่ใช้เตรียมก๊าซโอโซนด้วยวิธีนี้เรียกว่า โอโนไนเซอร์ (ozonizer)

        โอโซนเป็นส่วนประกอบของบรรยากาศส่วนหนึ่งที่ปกคลุมผิวโลก ซึ่งมีลักษณะเป็นชั้นบางๆ บริเวณที่อยู่แปรผันอยู่ระหว่างระดับน้ำทะเลขึ้นไปถึงระยะ 60  กิโลเมตร โอโซนส่วนใหญ่อยู่ที่ชั้นบรรยากาศสตาร์โตสเฟียร์ซึ่งพบประมาณร้อยละ 89 - 90  ส่วนที่เหลือจะกระจายอยู่ชั้นโทรโพสเฟียร์และเมโซสเฟียร์  ชั้นโอโซนจะทำหน้าที่กรองแสงอัลตราไวโอเลตจากดวงอาทิตย์โดยสามารถดูดแสง UV-B ความยาวคลื่นระหว่าง 280 - 320 นาโนเมตร  ไว้ได้ประมาณ ร้อยละ 70 - 90   รังสี UV-B  นี้เป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิต  โอโซนยังมีบทบาทสำคัญในการกำหนดหรือควบคุมอุณหภูมิของโลกและบรรยากาศ  โดยสามารถดูดรังสีอินฟราเรดซึ่งสะท้อนจากผิวโลกและจากชั้นสตราโตสเฟียร์ได้ ทำให้อุณหภูมิบรรยากาศโลกชั้นนี้สูงขึ้น มีผลต่อสภาพภูมิอากาศของผิวโลก

ปริมาณที่ถูกทำลาย

    โอโซนส่วนใหญ่อยู่ในบรรยากาศชั้นสตราโตสเฟียร์  โดยมีความเข้มข้นประมาณ 10 ส่วนในล้านส่วน ซึ่งเป็นปริมาณน้อยมากแต่ก็มีความสำคัญต่อสิ่งมีชีวิตต่างๆ ปัจจุบันพบว่ามีการปล่อยสารเคมีต่างๆขึ้นสู่บรรยากาศมากขึ้น ทำให้ก๊าซโอโซนน้อยลงจากการใช้เครื่องมือต่างๆวัดพบว่าโอโซนลดลงร้อยละ 2-3 ที่ระดับความสูง 30-40 กิโลเมตรและจากการใช้เครื่อง สเปคโทรมิเตอร์ (Spectrometer)   ตรวจวัดปริมาณโอโซนในบริเวณขั้วโลกได้ของเดือนตุลาคมในทุกปี  ซึ่งเริ่มตั้งแต่ปี    1957   เป็นต้นไปก็ได้พบว่าปริมาณของโอโซนที่อยู่เหนือบริเวณขั้วโลกได้ลดลงเกือบ 40 เปอร์เซนต์ และลดลงมากที่สุดในปี  1970 ผลการตรวจวัดระดับโอโซนในบรรยากาศได้รับการยืนยันในปี  1975 

จากการใช้ดาวเทียมสำรวจ ได้แสดงให้เห็นว่าเกิดความเสียหายขึ้นต่อชั้นโอโซนเหนือบริเวณขั้วโลกได้ และได้พบความเสียหายได้ขยายตัวมายังบริเวณเส้นศูนย์สูตรประมาณ 45 องศาใต้  ซึ่งองค์การนาซ่าของสหรัฐก็ได้ทำการตรวจสอบสภาพบรรยากาศของโลกได้รายงานว่า เกิดมีลักษณะความเข้มของแสงอาทิตย์ที่ผ่านบรรยากาศไม่สม่ำเสมอจึงได้หาสาเหตุและพบว่าโอโซนที่อยู่รอบโลกในชั้นบรรยากาศโดยเฉพาะบริเวณขั้วโลกใต้ และขั้วโลกเหนือได้ลดลงเป็นหย่อม ๆ  และเกิดมากขึ้นเป็นลำดับบางหย่อมคิดเป็นพื้นที่ได้ประมาณ  9 ล้านตารางกิโลเมตร  ( เกษม, 2533 )   การที่โอโซนในชั้นสตราโตเพียร์ถูกทำลายไปเนื่องจากสารเคมีที่ปล่อยสู่ชั้นบรรยากาศและสารที่สำคัญคือ  CFCs  ซึ่งจะมีผลทำให้  UV  ส่องมาถึงโลกมากขึ้นมีผลเป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิตได้

           สารเคมี 2 ชนิดที่อยู่ในรูปของก๊าซ ในชั้นบรรยากาศที่ทำลายโอโซนได้คือคลอรีนออกไซด์(Chlorine Oxides; ClOx) และ ไนโตรเจนออกไซด์ (Nitrogen Oxides ; Nox)  (ดูเรื่องสาร CFC ประกอบ)

           ไนโตรเจนออกไซด์มาจากไนตรัสออกไซด์ (Nitrous Oxides ; N₂O)  ซึ่งมีจุดกำเนิดตามธรรมชาติที่ผิวโลก  เช่น  กระบวนการ denitrication ของจุลินทรีย์และในบรรยากาศชั้นโทรโพสเฟียร์ เกิดจากฟ้าแลบฟ้าร้อง  พวกเครื่องบินที่บินเร็วเหนือเสียง(SST) ที่ปล่อยไนตริกออกไซด์จากไอเสียและยังมีสารพวกฮาโลเจน (Halogen) โดยเฉพาะพวกก๊าซโบมีน(Br) ที่สามารถสลายโอโซนได้ในทางทฤษฎี

          ขบวนการสำคัญที่สุดที่ทำลายโอโซนคือขบวนการที่มีอะตอมของคลอรีน  ไนตริกออกไซด์  ไฮโดรเจนออกไซด์  โบมีน และ ไฮรโดรเจนเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา (catalyst)  ผลของปฏิกิริยาที่ทำกับโอโซนหรือออกซิเจนนั้น จะทำให้อะตอมของสารพวกนั้นออกมาและเริ่มต้นใหม่เป็นวงจร ดังนี้

                O₃    +     Solar radiation----------------  O + O₂
                      O  + XO₃ --------------------- X  +  O₂
                    X  + O₃      ---------------------  XO   +  O_{2
------------------------------------------------------------------------------------------------}
                      Net 2O₃                                    3O₂
                  (X = Cl,No,Br,OH,H)

โอโซน

คุณสมบัติ 

    ก๊าซโอโซนบริสุทธิ์จะมีสีน้ำเงินแก่ มีกลิ่นคล้ายคลอรีนจางๆ  ถ้าดมเข้าไปมากๆ จะปวดศีรษะ โอโซนละลายน้ำได้มากกว่าก๊าซออกซิเจน มีจุดเดือดที่ -111.5 องศาเซลเซียส และมีจุดหลอมเหลวที่ -251 องศาเซลเซียส เมื่ออยู่ในสภาวะที่เป็นก๊าซบริสุทธิ์จะเสถียรภาพดีพอสมควร แต่ถ้ามีสารอินทรีย์ปนอยู่ในน้ำแล้ว โอโซนจะสลายตัวเป็นออกซิเจนได้ง่าย ถ้าผสมอยู่กับอากาศจะค่อยๆกลายเป็นออกซิเจน ถ้าอุณหภูมิถึง 300 องศาเซลเซียส จะสลายตัวอย่างรวดเร็ว