با ازن آشنا شویم

مقدمه
گاز ازن به دو شکل در طبیعت موجود است. در استراتوسفر جو(حدود ۱۵-۱۰ کیلومتری سطح زمین) به صورت لایه محافظ زمین در مقابل اشعه ماورای بنفش خورشید و هم در سطح زمین یافت می شود.

از ازن برای باکتری زدایی وضدعفونی کردن هوا و آب و مواد دیگر در فرایندهای صنعتی مانند سفید کردن کاغذ استفاده می شود. ازن مولکول بسیار فعالی است که قابلیت اکسیدزایی دارد. همین قابلیت است که ازن را به یک ماده بسیار مفید جهت ضدعفونی کردن قابل توجه می سازد. ازن در بازار جهانی جایگاه ویژه ای داشته و تجارت آن رو به افزایش می باشد.

ازن
ازن مولکولی است که از سه اتم اکسیژن تشکیل شده و درچرخه طبیعت یافت می شود. در لایه استراتوسفر خورشید مرتبا قسمتی از اکسیژن موجود در هوا را به ازن تبدیل می کند. ازنی که بدین شکل تولید می شود قابلیت بلعیدن اشعه نور ماورای بنفش خورشید را دارد. همین لایه ازن است که حیات را بر روی زمین امکان پذیر می کند.

مولکول ازن قابلیت اکسیدزایی بالایی دارد. ازن به راحتی با مولکولهای دیگر واکنش نشان داده و باعث تغییر ساختمان مولکولی آنها می شود. مولکول ازن بسیار ناپایدار می باشد و در صورتی که با مولکول هایی که قابلیت اکسیدشدن دارند برخورد نکند مجددا تغییر شکل داده و به اکسیژن تبدیل می گردد. طول عمر ازن نسبت به شرایط محیطی از دو دقیقه تا یک ساعت متغیر می باشد.

انواع ازن (ازن جوی – ازن سطحی – ازن صنعتی)
ازن جوی ازنی است که دراثر برخورد اشعه های خورشید با اکسیژن موجود در هوا بوجود می آید و لایه ای را تشکیل می دهد که محافظ حیات در مقابل نفوذ اشعه زیان آور خورشید می باشد. در سال های اخیر دانشمندان در مورد این لایه تحقیقات بسیاری انجام داده و به این نتیجه رسیده اند که بزرگترین عامل تضعیف لایه ازن جوی، استفاده از موادی مانند گاز فرئون می باشد. این مواد پس از رسیدن به لایه های بالای زمین با ازن جو ترکیب شده و اکسیده می شوند. در نتیجه ازن موجود در جو با از دست دادن یک اتم به اکسیژن معمولی تبدیل می گردد.

ازن اغلب در سطح زمین نیز تحت یک فرایند طبیعی ساخته می شود. بر اثر تخلیه انرژی بسیار، هنگام رعد و برق و یا بر اثر فعل و انفعالات فوتوشیمیایی در جنگل های کاج ازن ساخته می شود. ازدیاد ازن سطحی نتیجه فعل و انفعال متقابل نور خورشید و گازهایی مانند اکسید نیتروژن و گازهای ناشی از تجزیه اندام موجودات آلی می باشد. اکسید نیتروژن و اکسید کربن هردو همانند

ازن در اتمسفر به صورت طبیعی یافت می شوند. در سالهای اخیر افزایش میزان اکسیدنیتروژن و اکسید کربن باعث افزایش ازن سطحی شده است. در اروپا، در مقایسه با سالهای ۱۹۰۰ این افزایش به حدود دو برابر می رسد و در سال ۱۹۷۰ این افزایش برابر %۱ در سال برآورد شد. خوشبختانه در حال حاضر افزایش میزان آن متوقف شده است.

ازن صنعتی، ازنی است که می توان با استفاده از اشعه ماورای بنفش و یا با ایجاد رعد و برق مصنوعی و گذراندن هوا از میان آن بوجود آورد. با گذراندن هوا از میان برق با ولتاژ بالا، اتم های موجود در مولکول اکسیژن از یکدیگر جدا شده، با مولکول های اکسیژن دیگر ترکیب می شود و مولکولی از سه اتم اکسیژن به وجود می آورد که همان گاز ازن می باشد. این گاز در مواردی مانند تصفیه آب و پاکسازی و ضدعفونی هوا و حتی سفیدکردن خمیر کاغذ در صنعت کاغذسازی استفاده می شود. قوانینی وجوددارد که استفاده از این گاز را به منظور حفظ محیط زیست محدود کرده و تحت کنترل دارند. در فرایندهای صنعتی، مازاد ازن تولیدشده از کاتالیزاتورهایی عبورداده شده و مجددا به اکسیژن تبدیل می گردد و انرژی حاصله به صورت گرما آزاد می شود. برای تبدیل ازن به اکسیژن می توان از روش های گوناگون استفاده کرد، به عنوان مثال تبدیل توسط دی اکسید منیزیم و کربن فعال و یا استفاده از اشعه ماورای بنفش.

به دلیل کوتاه بودن طول عمر ازن بایستی این گاز را در محل تولید کرد. از مزایای تولید در محل این است که از مشکلاتی از قبیل حمل و نقل و یا نگهداری در انبار جلوگیری می شود. از دیگر مزایای این گاز این است که وقتی در محل تولید می گردد می تواند از غلظتی برابر با ppm000 200 برخوردار شود. هرگاه این گاز در آب آزاد گردد، غلظت آن فقط به چند ppm تنزل می یابد و پس از اینکه قسمتی از گاز آزاد شده در آب، در نهایت به سطح آب و به هوای آزاد می رسد، به سختی می توان غلظت آن را بیش از ppm0.1 اندازه گیری نمود و پس از مدت کوتاهی اثری از ازن در آب

باقی نمی ماند. این مزیت دلیل قانع کننده ای برای استفاده از ازن به جای گاز کلر و یا مواد شیمیایی دیگر در این گونه موارد می باشد (به عنوان مثال باکتری زدایی و پاکسازی آب استخرهای شنا)

مشخصات ازن
نام شیمیایی ازن
شکل و بو بی رنگ و دارای بوی تند
فرمول مولکولی O3
شماره ثبت ۱۰۰۲۵-۱۵-۶
وزن مولکولی ۴۸٫۰ g/mol

غلظت به شکل گاز ۲٫۱۴۴ kg/m3
مایع ۱۵۷۴ kg/m3 (NTP)
جامد ۱۷۲۸ kg/m3 (-183oC)
حل شدن در آب ۴٫۹ ml/l (0oC)
نقطه جوش -۱۱۱٫۹oC (1 atm)

نقطه ذوب -۱۹۲٫۵oC (1 atm)

حدود و قوانین استفاده از ازن
سازمانFDA (Food and Drug Administration) آمریکا در سال ۱۹۹۷ ازن را در گروه مواد عموما بی خطر (GRAS، Generally Recognized as Safe) قرار داد و برای استفاده در صنایع غذایی مورد تائید قرار داد.
استفاده از ازن در صنایع به عنوان محصول پاک کننده و ضدعفونی کننده در لیست روش های تائید شده تولیدی، (GMP, Good Manufacturing Practice) قرار داده شد این روش های تائید شده، در صنایع غذایی و دارویی جهت حصول اطمینان از رعایت اصول بهداشی، زیست محیطی و کنترل کیفیت امری بسیار متداول است.
ازن در صنایع غذایی، حتی پیش از تائید آن به عنوان GRAS، استفاده می شد. دلیل آن بسیار ساده است و آن این که فواید آن در مقایسه با کلر به آسانی قابل مشاهده می باشد. ازن برخلاف کلر هیچ گونه محصول جانبی خطرناکی تولید نمی کند.

سازمان بهداشت و درمان آمریکا در مورد مجاورت با گاز ازن محدودیت هایی قائل گردیده است. مجاورت با ازن در درازمدت۰٫۱ و در کوتاه مدت ۰٫۳ ppm تعین گردیده است. منظور از مجاورت طولانی استنشاق آن در مدت ۸ ساعت کاری در ۵ روز هفته و منظور از مجاورت کوتاه استنشاق آن به مدت ۱۵ دقیقه است.

تاثیر ازن بر روی سلامتی
ازن همانند اکسیدزاهای دیگر از قبیل کلرین و پروکسید هیدروژن، گاز اکسیدزای پر قدرتی است که بایستی در استفاده از آن دقت نموده و زمان تعیین شده را رعایت کرد. میزان ازنی که به صورت طبیعی در اطراف ما وجود دارد معادل ۰٫۰۱-۰٫۱۵ ppm(0.3 mg/m3) می باشد. این مقدار در شهرها به ۱٫۰ ppm نیز می رسد. دستگاههای کپی، موتور اتومبیل ها و ترانسفورماتورهای برق حدود ۰٫۵ ppm ازن تولید می کنند.

 

یکی از ویژگی های ازن بوی مخصوص آن است. بوی این گاز قبل از اینکه غلظت آن حتی به نزدیکی ۰٫۱ ppm برسد توسط انسان حس می شود. به همین دلیل مناطقی که غلظت ازن در آن زیاد است به راحتی قابل تشخیص و اجتناب است.

علائم استنشاق زیاده از حد ازن عبارتند از:
ppm 1-0.1 سردرد، سوزش چشم و مجرای تنفسی
ppm 100 – 1 علائمی شبیه به آسم و از دست دادن اشتها
تاثیر استنشاق بیش از حد ازن در مدت کوتاه، احساس سوزش در مجرای تنفسی و در نتیجه سرفه می باشد. این علائم دائمی نبوده و پس از دو ساعت برطرف می گردد. ازن با بیش از ۱۰۰ سال سابقه مصرف تاکنون باعث از بین رفتن جان کسی نشده است.
یک راه ساده جهت کنترل میزان غلظت ازن در محیط استفاده از سنسورهای ویژه است که با به صدا درآوردن آژیر بالا رفتن غلظت بیش از حد تعین شده را اعلام می دارد.

مزایای ازن
۱٫ ازن %۵۰ سریع تر از کلر از غشاء سلولی باکتری ها عبور می کند
۲٫ تعداد وسیعی از باکتری ها را ۳۰۰۰ برابر سریع تر از کلر می کشد
۳٫ حتی در غلظت کم قدرت ضد عفونی بالایی دارد
۴٫ هنگام تبدیل شدن به اکسیژن هیچ گونه محصول جانبی تولید نمی کند
۵٫ مورد تائید سازمان FDA جهت مجاورت مستقیم با مواد غذایی است
۶٫ طول عمر بسیاری از مواد غذایی را در انبارها افزایش می دهد
۷٫ بوی بد، مزه و رنگ را خنثی می کند
۸٫ تولید آن در محل مقرون به صرفه و موثر است

۹٫ تشخیص بوی آن توسط حس شامه انسان بسیار راحت است
۱۰٫ قوانین لازم جهت استفاده از آن در بسیاری از کشورها وضع گردیده است
لایه اوزون
لایه اوزون قسمتی از استراتوسفر است که حاوی گاز طبیعی اوزون O3 است. اوزون توانایی جالب توجهی در جذب برخی از فرکانسهای اشعه فرابنفش دارد. لایه اوزون زیاد چگال نیست. اگر آنرا در تروپوسفر متراکم شود ضخامت آن تنها در حد چند میلیمتر می‌شود. اوزون در جو زمین عموما توسط شکستن مولکول دو اتمی اکسیژن به دو اتم تنها بوسیله نور فرابنفش بوجود می‌آید. اکسیژن تک

اتمی با اکسیژن نشکسته ترکیب می‌شود و اوزون را بوجود می‌آورند. مولکول اوزون ناپایدار است و هنگامی که نور فرابنفش به آن برخورد می‌کند به یک مولکول اکسیژن و یک اکسیژن اتمی شکسته می‌شود. به این فرآیند مداوم واکنش زنجیره‌ای اوزون اکسیژن نامیده می‌شود. بدین ترتیب لایه اوزون در استراتوسفر بوجود می‌آید.

تخریب لایه اوزون
لایه اوزون می‌تواند در حضور کلر ، فلوئور و یا برم تخریب شود که عمدتا به آن سوراخ اوزون گفته می‌شود. این عناصر در برخی ترکیبات پایدار بخصوص کلرو فلوئورو کربنها (CFC) که به استراتوسفر راه یافته‌اند یافت می‌شوند که بوسیله فعالیت نور فرابنفش روی آنها تجزیه می‌شوند. گازهای نامبرده از هوا چگال‌ترند، به همین خاطر در سطح زمین پخش می‌شوند و تقریبا با اکثر مواد آلی واکنش می‌دهند. کلر اتمی این توانایی را دارد که به مولاریته اوزون را به اندازه تقریبا۱۰۰۰۰۰ برابر کاهش بدهد.

 

تراکم اوزون اتمسفری در لایه اوزون توسط یک عامل مهم جهانی تغییر می‌کند و آن دلیل این است که لایه اوزون در نزدیکی استوا ضخیمتر و در نزدیکی قطبها نازکتر است. ضخامت لایه‌های اوزون در نیمکره شمالی در سال تقریبا ۴% کاهش می‌یابد. حدود ۴٫۶% از سطح زمین بوسیله لایه اوزون پوشیده نمی‌شود که به آنها سوراخ اوزونی گفته می‌شود. سوئدیها در ۲۳ ژانویه ۱۹۷۸ اولین مردمانی بودند که مصرف افشانه‌ها را به دلیل صدمه زدن به لایه اوزون ممنوع کردند. در دوم آگوست ۲۰۰۳ دانشمندان اعلام کردند که فرسایش لایه اوزون به سبب ممنوعیت استفاده از کلرو فلوئورو کربنها در حال کاهش است.

چه کارخانه‌هایى بر روى اوزون تأثیر مى‌گذارند؟
کارخانجات مصرف کننده عمده گازهاى مخرب لایه اوزون در ایران ، عبارتند از: صنایع برودتى و سردکننده‌ها و سازندگان یخچالها و فریزرهاى خانگى ، صنعتى و تجارى ، صنایع ابر و اسفنج سازى ، بخش دفع آفات کشاورزى و سیستمهاى تهویه مطبوع ، کپسولهاى اطفاى حریق ، حلال اسپریهاى پاک کننده قطعات الکترونیکى و در ساخت کولر اتومبیلها.
تخريب لايه ازن از کجا آغاز شد ؟
اولين كاهش شديد ضخامت مت لایه ازن در سال ۱۹۸۱ در قطب جنوب مشاهده شد. در فصل بهار قطب جنوب ( سپتامبر-نوامبر ) ۶۰% کاهش ضخامت ازن استراتوسفری به ثبت رسید که پژوهشگران این پدیده را تحت عنوان « حفره ازن » نامگذاری و بررسی می کنند.
« حفره ازن » وسعتی برابر با مساحت ایالات متحده امریکا را در بر می گیرد. کاهش ضخامت لایه ازن در سال ۱۹۸۹ در قطب شمال نیز مشاهده شد ولی به دلیل شرایط آب و هوایی متفاوت و دمای بالاتر نسبت به قطب جنوب میزان کاهش ضخامت این لایه کمتر می باشد.
ماهواره ها وایستگاه های مجهز در سطح زمین به همراه بالونهای تحقیقاتی به طور منظم میزان ضخامت لایه ازن را اندازه گیری می کنند.
آغاز ترمیم لایه ازن در صورت عدم دخالت عوامل ناشناخته فیزیکی و شیمیایی و همچنین رعایت مصوبات و پروتکل مونترال تا ۵۰ سال آینده امکان پذ یر خواهد بود
مواد مخرب لايه ازن کدامند؟
مهمترين مواد مخرب لايه ازن که در سال ۱۹۲۸ سنتز شدند٫ِ به علت پايداري ٫ غير قابل اشتعال بودن سمي نبودن و برخي ويژگيهاي مناسب ديگربه سرعت در منابع مختلف گسترش يافتند عبارتند از:
۱- CFC ها :
در صنايع سرما ساز ( يخجال و فريزرهاي خانگي و صنعتي ٫ آب سردکنها و…. ) تهويه مطبوع وکولر خودروها و صنايع اسفنج سازي به عنوان عامل پف دهنده و اسپري ها استفاده مي شود

 

۲- هالونها (۱۲۱۱ ٫۲۴۰۲٫۱۳۰۱ ):
در مواد اطفاي حريق که در کپسولهاي اتش نشاني و سيستمهاي ثابت در مکانهاي حساس استفاده مي شود

۳- حلالها:
عمدتا تحت عنوان پا ک کننده و چربي زدا در صنايع مختلف فلزي ٫ الکترونيک (براي پاک کردن بردهاي الکترونيک و ….) و صنايع خشکشويي کار برد دارند و عبارتند از :
• متيل کلرو فرم ( تري کلرواتان )
• تترا کلريد کربن
۴- متيل برمايد :
در بخش کشاورزي به عنوان ماده آفت کش وضد عفوني کننده استفاده مي شود.
ضرورت حفاظت از لایه اوزون
اگر لایه اوزون از بین برود، زندگی از کره زمین رخت بر خواهد بست. با از بین رفتن لایه حیاتی اوزون ، نسل بشری ، پوشش گیاهی و حیات جانوری در مدت کوتاهی به صورت اسفباری منقرض خواهد گردید. در حال حاضر که این لایه آسیب دیده است، تشعشعات ماورای بنفش که به زمین می‌رسد شدت یافته و این مسأله باعث ایجاد سرطانهای پوست ، تضعیف مکانیزم دفاعی و ایمنی بدن انسان و همچنین ایجاد آب مروارید گردیده است. علاوه بر آن به علت آسیب دیدن لایه اوزون کل نظام زیست محیطی (اکوسیستم) در سراسر پهنه گیتی دچار ناهماهنگی و عدم توازن جدی و فزاینده شده است.
پیامدهای ناشی از تخریب لایه اوزون
تخریب و سوراخ شدن لایه اوزون باعث عبور غیر قابل کنترل تابش فرابنفش خورشیدی می‌شود که سبب افزایش دمای زمین و ذوب یخهای قطبی و افزایش آب دریاها شده که در نهایت به زیر آب رفتن خشکیها می‌انجامد و نیز موجب سوختگی پوست ، ابتلا به سرطان پوست و بیماریهای چشمی ، همچنین وارد آمدن خسارت عمده به جانوران و گیاهان می‌شود و بالاخره باعث انقراض زندگی تمام موجودات می‌شود.

کارهاى حفاظتى که مردم باید انجام دهند چیست؟
کارهاى حفاظتى در برابر تابش فرابنفش خورشید، که مردم بایستى انجام دهند عبارتند از:

• استفاده از عینکهاى آفتابى ضد اشعه B-UV بخصوص براى کسانى که به جهت شغلى مجبورند مدت زیادى را در تماس با تابش خورشید باشند.
• استفاده از کلاههاى لبه دار بزرگ جهت محافظت از پوست صورت و گردن در برابر تابش
• استفاده از پوشش کامل بخصوص دستها در برابر تابش
• بیشترین شدت تابش UV-B در اواسط روزهاى (۱۱ صبح الى ۲ بعد از ظهر) فصل تابستان به سطح زمین مى‌رسد، لذا بهتر است در این ساعات کمتر در معرض تابش قرار گیریم