オゾンのソースを表示

{{Otheruses|酸素の同素体|その他}}
{{Chembox
|   Name = オゾン
|   ImageFile = Ozone-1,3-dipole.svg
|   ImageSize = 150px
|   ImageFileL1 = Ozone-3D-vdW.png
|   ImageSizeL1 = 125px 
|   ImageFileR1 = Ozone-elpot-3D-vdW.png
|   ImageSizeR1 = 125px
|   IUPACName = オゾン
| Section1 = {{Chembox Identifiers
|   CASNo = 10028-15-6
|SMILES=[O-][O+]=O
  }}
| Section2 = {{Chembox Properties
|   Formula = {{chem|O|3}}
|   MolarMass = 47.998 g mol<sup>−1</sup>
|   Appearance = 淡青色気体
|   Density = 2.144 g L<sup>−1</sup> (0 ℃), 気体
|   Solubility = 0.105 g / 100 mL (0 ℃)
|   MeltingPt = 80.7 K, −192.5 ℃
|   BoilingPt = 161.3 K, −111.9 ℃
  }}<!--
| [[三重点]]
| 80.6 K, 0.0114 ;mbar
|- 
|Classification/shape
| AX2E
|-
 -->
| Section4 = {{Chembox Thermochemistry
|   DeltaHf = +142.3 kJ mol<sup>−1</sup>
|   Entropy = 237.7 J K<sup>−1</sup> mol<sup>−1</sup>
  }}
| Section7 = {{Chembox Hazards
|   EUClass = 酸化剤 ('''O''')}}
}}

'''オゾン'''（ozone）は、3つの[[酸素|酸素原子]]からなる酸素の[[同素体]]である。[[化学式|分子式]]は{{chem|O|3}}で、折れ線型の構造を持つ。[[腐食|腐食性]]が高く、生臭く特徴的な刺激臭を持つ有毒な[[気体]]である。[[地球の大気]]中にとても低い濃度で存在している。漢字で'''阿巽'''とも当てて書いた<ref>[[松村明]]編 「オゾン」『大辞林 4.0』 [[三省堂]]、2019年。</ref>。[[活性酸素]]の一種。

== 性質 ==
[[常温]][[常圧]]では薄青色の[[気体]]である。[[沸点]]−111.9 [[セルシウス度|℃]] (161.25 [[ケルビン|K]]) で紺色の[[液体]]となり、[[凝固点]]−192.5 ℃ (80.65 K) で濃紫色の[[固体]]となる。中心の酸素原子と両端の酸素原子の結合は2本とも等価で、オゾン[[分子]]は {{chem|O{{=}}O|+|-O|-}} と {{chem|O|-|-O|+|{{=}}O}} の2つの極限構造からなる[[共鳴理論|共鳴混成体]]であると考えられる。

オゾンは[[フッ素]]に次ぐ強い[[酸化|酸化力]]を持つため、高濃度では猛毒である。吸い込むと内臓が酸化されて[[びらん]]状になる。[[日本]]における作業環境基準は0.1[[ppm]]である<ref>[https://www.mhlw.go.jp/web/t_doc?dataId=00tb3545&dataType=1&pageNo=1 ○感染の危険のある寝具類におけるオゾンガス消毒について(平成19年3月30日)(医政経発第0330002号)(各都道府県衛生主管部(局)長あて厚生労働省医政局経済課長通知)]、2019年2月3日閲覧。</ref>。

== 発見 ==
オゾンは、オランダの科学者Martinus Van Marumによって1785年にその存在が発見された。その後、[[1840年]]に、[[ドイツ]]・[[スイス]]の[[化学者]]である[[クリスチアン・シェーンバイン]]によって、オゾンが酸素から形成されることが発見された。彼は[[雷雨]]の中でオゾンが現れることに注目し、そしてその奇妙なにおいから、[[ギリシア語]]で「臭い」を意味する {{lang|el|ὄζειν}} ({{lang|el-Latn|''Ozein''}}) に因み Ozon と名付けた。

== 生成 ==
一般に空気中での[[紫外線]]照射、または酸素中での[[無声放電]]など高いエネルギーを持つ[[電子]]と酸素分子の衝突によって発生する。オゾンの発生は主に以下の[[化学式]]で表せる。
: <chem>3O2 -> 2O3</chem>

またオゾンは不安定な分子であるため、放置しておくと以下の化学式で酸素に変化する。
: <chem>2O3 -> 3O2</chem>

この反応は[[温度]]や[[圧力]]が上昇するほど速くなる。

なお、直接酸素分子からオゾンが生成されるとは限らず、特に光化学スモッグなどでは[[オゾン前駆体]]という[[窒素酸化物]]（NOx）や[[揮発性有機化合物]]（VOC）などが発生に関与している。

いくつかの[[電気機器]]は人間が臭いを感じる程度のオゾンを発生させる。特に[[ブラウン管]]テレビや[[複写機|コピー機]]など高電圧を用いる装置で起こる。ブラシによって整流する電気モーター（[[整流子電動機]]）は、整流子とブラシの間で繰り返し起こる火花によってオゾンを発生させる。[[エレベーター]]や[[ポンプ]]などに使われる大型モーターは小さいものよりもオゾン発生量が多い。なお、これは整流子電動機特有の現象で、整流子のない[[誘導電動機]]・[[同期電動機]]では火花は出ず、オゾンも発生しない。この他に、例えば[[アーク溶接]]実施時のように、波長の短い紫外線（UVC）を空気中で発生させた場合も、空気中に含まれる酸素分子が反応を起こしてオゾンが発生する。

=== オゾンの生産 ===
[[工業]]的にオゾンを用いる場合、一般に[[水銀灯]]による短い[[波長]]の紫外線照射や高電圧による低温[[放電]]によって生産される。低温放電装置は二枚の[[電極|電極板]]によって構成され、電極表面を、高い[[誘電率]]をもつホウケイ酸ガラス（[[パイレックス|パイレックスガラス]]）や[[雲母]]のような[[絶縁体]]で覆う。[[交流]]高電圧を電極にかけると[[無声放電]]が起こり、平板間に流した酸素分子が解離し、他の酸素分子と再結合することによってオゾンが発生する。また、[[カソード|陰極]]に[[黒鉛]]電極、[[アノード|陽極]]に[[白金]]電極を用い、希[[硫酸]]を[[電気分解]]することによって陽極からオゾンが酸素との混合気体として生成される。同様に固体高分子電解質膜を、白金を用いた陰極と[[二酸化鉛]]を用いた陽極で挟み、[[水]]を電気分解することでも陽極からオゾンが酸素との混合気体として生成される。

放電による生産量は純酸素で200g/kWh程度<ref>{{Cite journal|last=後藤|first=伸介|last2=中谷|first2=元|last3=尾台|first3=佳明|date=2014|title=最新のオゾン発生技術|url=https://www.jstage.jst.go.jp/article/jtappij/68/8/68_851/_article/-char/ja|journal=紙パ技協誌|volume=68|issue=8|pages=851–855|doi=10.2524/jtappij.68.851}}</ref>であり、理論限界は410g/kWhである。熱化学的なオゾン発生効率は1200g/kWhなので、実際のエネルギー効率は17％ほどである。<ref>{{Cite journal|last=和田|first=昇|date=2013-12-10|title=高効率・高濃度オゾン発生技術|url=https://ir.library.osaka-u.ac.jp/repo/ouka/all/76900/|journal=電気材料技術雑誌|volume=22|pages=26–34}}</ref>空気を原料とした場合はさらに半分の100g/kWh程度である。<ref>{{Cite journal|author=杉光英俊|title=オゾンの発生と応用|url=https://www.shunan-u.ac.jp/_file/ja/article/5401/fileda/2/|journal=徳山大学論叢}}</ref>

== オゾンによる酸化反応 ==
オゾンが水に対して酸化剤として働く時の半反応式は次のように表される。
:<chem>O3{} + H2O{} + 2\mathit{e}^- -> O2{} + 2OH^-</chem>

酸性溶液中では溶液内の[[水素イオン]]が直接反応し、生成した[[水酸化物イオン]]が溶液内の水素イオンと反応して水ができる。半反応式は次のようになる。
:<chem>O3{} + 2H^+{} + 2\mathit{e}^- -> O2{} + H2O</chem>

=== オゾン酸化 ===
{{Main|オゾン酸化}}
オゾンを用いた[[有機合成]]反応の例として[[オゾン酸化]]が挙げられる。[[アルケン]]をオゾンで酸化すると-C-O-O-C-O-という並びの5員環構造を持つオゾニドが生じ、[[還元]]的な後処理をすることにより[[ケトン]]または[[アルデヒド]]が得られる。一方、[[酸化]]的な後処理をするとケトンまたは[[カルボン酸]]が得られる。

[[ファイル:Ozonolysis Scheme.png|300px|center|オゾン酸化]]

有機[[高分子]]をオゾンにさらすと劣化が起こり、時に亀裂が生じる。この現象をオゾンクラッキングと呼ぶ。

== オゾン層 ==
{{Main|オゾン層}}

[[大気]]の中で[[成層圏]]に存在するものは[[オゾン層]]を形成し、[[生命]]にとって有害な[[紫外線]]が地表に降り注ぐ量を和らげている。一方、地表付近では、オゾンは[[光化学オキシダント]]などとして生成し[[大気汚染]]の原因となる。成層圏中のオゾン量は[[ドブソン単位]]で表される。工業で用いられる場合、[[ppm]]や[[容量パーセント濃度]]または[[重量パーセント濃度]]で表される。

== 利用法 ==
オゾンは、[[フッ素]]に次ぐ強力な[[酸化|酸化作用]]があり、[[殺菌]]や[[ウイルス]]の不活化、[[脱臭]]・[[漂白剤|脱色]]、[[有機物]]の除去などに用いられる。

日本および[[アメリカ合衆国]]<ref>[http://www.fda.gov/OHRMS/Dockets/98fr/062601a.htm] ([[アメリカ食品医薬品局|FDA]])</ref> では、[[食品添加物]]として認可されている<!--他の国は？-->。

=== 殺菌・脱臭 ===
[[水道水]]の殺菌に[[塩素消毒]]の代わりにオゾンが用いられる国家も多い。オゾンは[[有機塩素化合物]]を生成しないため、処理後の水にも残留せず、[[塩素]]と比較して味や匂いの変化が少ない。従って、いくつかのシステムでは配管での細菌増殖を防ぐために少量のオゾンを添加することがある。日本では近年、[[東京都水道局]]、[[大阪市水道局]]、[[阪神水道企業団]]、[[大阪広域水道企業団]]等で水道水の[[高度浄水処理]]において、殺菌の一環として用いられており、追随する[[地方公共団体]]や水道運営事業者も増えてきている。

気体としてのオゾンは、その毒性により高度な濃度管理が求められるため、オゾンガスをミキシング又はバブリングと呼ばれる手法で水に溶け込ませたり、電気分解により水に含まれる酸素を利用して作る「オゾン水」として活用される例が増えている。オゾンの不安定な性質により数十分で酸素と水に戻るので残留性のない殺菌水として使えるほか、[[塩素]]系殺菌剤や[[エタノール]]系殺菌剤が使えない場合にも使用される。[[細菌]]の[[細胞]]を直接破壊・分解するため、[[耐性菌]]を生まない利点もある<ref name="nikkei201806300">【Biz Frontier】オゾン活用法／環境にやさしく、有効な酸化力『[[日本経済新聞]]』2018年8月31日（27面）。</ref>。一方で気体を生成してそれを車内に噴霧、カーエアコンで循環させることで車内の消臭およびウイルスの不活性化をする装置もある<ref>[https://www.lead-web.co.jp/product/ozone/ オゾンクリーンシステム｜株式会社リード]</ref>。

[[ヨーロッパ]]では[[医療]]への活用が多数試され、その効果が発表されている。近年は日本でも医療、[[介護]]、[[食品]]、[[酪農]]を主とする[[農業]]などの分野で殺菌、消臭、廃棄物処理目的で使われることが多くなった。[[ホテル]]の客室などに置ける小型の脱臭用オゾン発生器も販売されている<ref name="nikkei201806300"/><ref>[https://www.lead-web.co.jp/product/gowan/ ポータブルオゾン除菌脱臭機【剛腕】｜株式会社リード]</ref>。

=== 医療 ===
日本では、[[1923年]]に小川正彦により医療用オゾンガス発生器が発明され、ヨーロッパでは[[ドイツ]]で[[1957年]]に発明されている<ref name="伝統獣医誌161">{{Cite journal|和書|author=清水無空|author2=清水紀子|title=小動物におけるオゾン療法|journal=日本伝統獣医学会誌|volume=16|number=1 |date=2008-05 |pages=37-42 |naid=40016162010}}</ref>。

[[ヒト]]では、難治性の疾患では、[[感染症]]、[[皮膚病]]、[[免疫不全]]、[[悪性腫瘍|がん]]の補助療法、老人病、慢性[[リウマチ]]、[[アレルギー]]などに有効性が示されている<ref>Renate Viebahn-Haensler『{{PDFlink|[http://ozone.fixa.jp/pdf/shupanbutsu/saishin-no-ozon-ryouhou.pdf ヨーロッパにおける最新のオゾン療法]}}』{{リンク切れ|date=2010年12月}}、日本医療・環境オゾン研究会訳、2002年</ref>。[[獣医学]]分野では、[[犬]]や[[猫]]に対し腫瘍や[[悪性腫瘍|がん]]に対するオゾン療法に十分な効果があり、[[クオリティ・オブ・ライフ]]の改善が見られるとされる<ref name="伝統獣医誌161" />。

[[歯科]]医療においては、[[う蝕|虫歯]]の治療においてオゾンガスを患部に当てる[[ヒールオゾン]]という治療法がある。

[[医薬品医療機器等法]]に基づく医療用具として、オゾン水手洗い機が認可されている<ref name="食品加工技術261" />。

=== 食品 ===
日本では[[食品添加物]]として認められている。主流の[[殺菌料]]である[[次亜塩素酸ナトリウム]]と比較して、そのままオゾンガスを溶かすのではなく単に水道水を電解し陽極にできたオゾン水によってオゾンの濃度を高めることで殺菌力を高くすることができ、使用後の洗浄が不必要で安全性が高く食品の味を損ねにくく、[[クロロホルム]]を生成しないという点が特徴的である<ref name="食品加工技術261">{{Cite journal|吉田幸一|title=高濃度オゾン水による食品分野での適応 |journal=『食品加工技術』|publisher=日本食品機械研究会 |volume=26|isdue=1 |date=2006 |pages=1-10 |naid=40007246918}}</ref>。[[アメリカ合衆国]]では、1997年6月に食品の殺菌剤として安全性に問題がないGRAS（一般安全認定）に分類され、[[アメリカ食品医薬品局|FDA]]が[[2001年]]6月に食品添加物として安全であると発表している<ref name="食品加工技術261" />。

=== 農業 ===
[[農薬]]の代わりとして、病害対策に用いられる。噴霧することで多くの病害菌を殺菌できるため、農作物に残留しない病害防除として利用することができ、収穫時にも収穫した農産物の殺菌に利用できる<ref name="農業技術638">{{Cite journal|author=草刈眞一|title=オゾン水による病害防除技術 養液栽培と農業分野へのオゾン水利用技術|journal=『農業技術』 |volume=63 |issue=8 |date=2008-08 |pages=337-344 |naid=40016165471 }}</ref>。キュウリの[[うどんこ病]]などの病害対策ができるため、農薬の低減が期待される<ref name="食品加工技術261" />。
[[大麦]]・[[人参]]の発芽率の向上、[[カイワレダイコン]]、[[ハツカダイコン]]、[[トマト]]の生育促進効果も確認されている<ref name="農業技術638" />。

=== 畜産 ===
畜産においては、消臭・殺菌に用いられる。畜舎にオゾンガスを噴霧することで[[硫黄]]系の臭気を分解することができる。従来は殺菌力があまり高くなかったが、平均5000 [[ナノメートル|nm]]であった気泡径を5 nmにすることで、[[サルモネラ菌]]や[[鳥インフルエンザ]]ウイルスなどへの殺菌効果が見られ、また、[[残留農薬等に関するポジティブリスト制度]]にも対応できる<ref>{{Cite journal|和書|author=松村栄治 |title=ナノピコバブルオゾン水の特性および効果 世界最小ナノバブルを超えた超微細気泡オゾン水(ポジティブリスト、HACCPに対応した新しい消毒技術) |journal=養豚の友 |number=463 |date=2007-10 |page=40-42 |naid=40015650377 }}</ref>。

=== 漂白 ===
越後地方などでは春先の晴天時に[[雪]]の広がる田畑に糸や布を広げて漂白する「雪晒し」が行われる<ref name="ihcsa">{{Cite web|和書|url=http://ihcsacafe.ihcsa.or.jp/wp-content/uploads/2015/04/jofu_j.pdf|title=越後上布 雪国で育まれた伝統の布|publisher=国際交流サービス協会|accessdate=2020-12-13}}</ref>。雪晒しは雪の表面に[[紫外線]]が当たって発生するオゾンの作用を利用したものである<ref name="ihcsa" />。

=== 洗浄 ===
[[半導体]]部品の洗浄において、主流の[[RCA洗浄]]では[[アンモニア]]や塩酸フッ化物<!--塩酸フッ化物とは?-->が用いられるが、オゾンガスを溶解させたオゾン水は排水処理の面で環境負荷が低く<ref>{{Cite journal|和書|title=水の活性化と機能水-表面処理における各種対策について |journal=鍍金の世界 |publisher=日本鍍金材料協同組合 |volume=41|isdue=4|date=2008-04 |pages=52-56 |naid=40016050513 }}</ref>、代替として半導体の基板表面の有機物や金属の除去・洗浄に用いられている<ref>{{cite journal|和書|author=黒部洋|title=機能水の製造方法および洗浄効果 オプト・半導体デバイスにおけるウェットプロセスの技術トレンド(薬品・機能水編)|journal=マテリアルステージ |volume=7|number=10|date=2008-01 |pages=40-43 |publisher=技術情報協会 |naid=40015808393}}</ref>。

また、水を使わずに（あるいはあまり使わずに）オゾン気流によって除菌や洗濯を行う[[洗濯機]]の例がある<ref group="注釈">[[2006年]]3月、内部でオゾンを発生させ、水を使わずに（あるいはあまり使わずに）除菌や洗濯を行う洗濯機が[[三洋電機]]から発売された。</ref>。また、その後継機種では風呂の残り湯を使用する際、オゾンで除菌・浄化したり、オゾン水そのものを洗濯のすすぎに利用するものもある<ref>[https://kaden.watch.impress.co.jp/cda/news/2008/01/21/1815.html 三洋、“オゾンすすぎ”で洗浄力がアップした三代目「AQUA」]（家電Watch、2008年1月21日）</ref>。

[[ジーンズ]]を着古した風合いにするオゾン加工にも使われる<ref name="nikkei201806300"/>。

== 毒性 ==
オゾンには急性・慢性双方の[[中毒|中毒症]]がある。

急性中毒では[[目]]や[[呼吸器]]が刺激され、高濃度になるにつれて[[咳]]や[[めまい]]が引き起こされる。さらに高濃度になると[[呼吸困難]]や[[麻痺]]、および[[昏睡]]状態になり、放置しておけば[[死亡]]する。
慢性中毒では[[倦怠感]]や神経過敏など[[神経]]の異常や、[[呼吸器]]の異常を来たす。

オゾンを発生させる可能性のある場ではたとえ低濃度であろうと[[活性炭]]入りの[[マスク]]をつけることが望まれるが、目の[[粘膜]]も保護できる全面マスクの使用がより好ましい。より高濃度（10 ppm以上）の場合は[[ガスマスク]]の使用が必須になる。<ref>{{PDFlink|[http://www.gigadata.com.tw/WinTax/driver/finetax/std_ozone050322jp.pdf オゾン利用に関する安全管理規準]}} - 経済産業省・省エネルギー技術開発プログラム「省エネルギー型廃水処理技術開発」高濃度オゾン利用研究専門委員会（平成17年(2005年)3月作成；平成25年(2013年)6月18日閲覧…外部サイトにて現存）</ref>

== その他の影響 ==
オゾンは[[光化学オキシダント]]の主成分である。近年、日本では、[[光化学スモッグ]]注意報を発令する[[都道府県]]の数が増加しているが、これは、[[大気汚染#日本の状況|中国大陸からの越境大気汚染]]によって広域化していると考えられている。また、オゾンの強力な酸化性のため、植物や農業に対する悪影響が憂慮されている。

又、農業残渣には窒素が多く含まれており、いわゆる野焼きする事により二酸化窒素が大量に発生、更に二酸化窒素は[[紫外線]]エネルギーの吸収で一酸化窒素と原子状酸素に分解され、生成した原子状酸素は酸素分子と結合して強力な酸化性物質であるオゾンを生成する、周辺の生活環境への悪影響が憂慮される。

オゾンは酸素を含む酸化力の高い化学種で、広義の[[活性酸素]]の一つとされる。活性酸素は、狭義では[[スーパーオキシドアニオン|スーパーオキシドアニオンラジカル]]や[[ヒドロキシルラジカル]]を指し、オゾンを含まないが、水中での分解過程では、オゾンの一部が狭義の活性酸素の一つであるヒドロキシラジカルを経て分解することも知られている。

[[自動車]]等の[[タイヤ]]を保管する際は、電気機器の近くを避けるようにという説明がタイヤメーカーからなされているが<ref>例: [http://tyre.dunlop.co.jp/tyre/products/tyrecheck/keeping.html タイヤの保管の仕方] - [[ダンロップ]]</ref>、その理由は、[[#発生|発生]]の節で述べられているとおり、[[電動機|モーター]]から発生するオゾンが、タイヤの主成分である[[合成ゴム]]を侵すからである（オゾンクラッキング）。

== 脚注 ==
{{脚注ヘルプ}}
=== 注釈 ===
{{Notelist}}
=== 出典 ===
{{Reflist|2}}

== 関連項目 ==
* [[1,3-双極子]]
* [[ヒールオゾン]] – 歯科用オゾン発生装置の商品名。う歯の歯根管殺菌にオゾンの殺菌機能が使用される。
* [[環状オゾン]]
*[[三硫黄]]

== 外部リンク ==
{{Commonscat}}
{{Wiktionary|オゾン}}
* [http://www.j-ozone.org/ 特定非営利活動法人 日本オゾン協会]
* [http://www.kanozo.jp/ 特定非営利活動法人 完全オゾン処理型循環ろ過機安全推進協議会]
* {{Kotobank}}
* {{EoE|Ozone|Ozone}}

{{オゾン層破壊}}
{{酸素の同素体}}
{{Normdaten}}

{{DEFAULTSORT:おそん}}
[[Category:酸素]]
[[Category:オゾン層破壊]]
[[Category:温室効果ガス]]
[[Category:活性酸素]]
[[Category:有毒ガス]]
[[Category:同素体]]