오존 [ozone, Ozon]

 

O₃. 산소의 동소체. 명칭은 그리스어의 όζειν(냄새맡는 것)에 유래한다.

【제법】
원리적으로는 산소 분자 O₂에 활성 산소 O가 작용해서 생성하는 것이다.

이 원자상의 산소를 얻는 수단에 따라 여러 가지 제법이 있다. 가장 일반적인 제법은 청정한 건조 공기 또는 산소 안에 무성 방전(無聲放電)을 하게 하는 방법이다(⇀ 오존 발생기). 그외에 저온에서 묽은 황산을 전해하는 방법, 액체 산소를 가열하는 방법 등이 있다. 자외선(2090Å)을 공기에 대거나, 플루오르와 물이 반응하거나, 인이 산화하거나 할 때도 발생한다.

【구조】
이등변삼각형, 서로 같은 2변 O-O의 거리는 1.28Å, 꼭지각 OOO는 117°(마이크로파 영역의 회전 스팩트럼에서).

【물리적 성질】
기체는 옅은 청색, 액체는 흑청색, 고체는 암자색. 특이한 냄새를 가지며, 공기 중에 1/500000용량 존재해도 그 냄새를 느낄 수 있다. 녹는점 －193℃, 끓는점 －111.9℃. d⁰ 2.144(기체), d^－183 1.571(액체). 임계 온도 －5℃, 임계압 92.3기압. 기체는 물에 잘 안 녹는다. 용해도 40℃, 49.4mL/100mL : 액체 질소, 사염화탄소, 클로로포름에 녹는다. 테레빈유, 계피유에 잘 흡수된다.

【화학적 성질】
상온에서 자연스럽게 분해해서 산소가 된다. 산화망간(Ⅳ), 산화납(Ⅳ), 백금 분말 등은 분해를 촉진한다. 강한 산화력을 가지며, 예를 들면 상온에서 은을 과산화은으로, 황화납을 황산납으로, 황을 삼산화황으로, 비소를 오산화이비소로 산화한다. 요오드화칼륨 수용액 안에 넣으면 요오드를 유리한다.

이 반응은 오존의 정량에 이용된다. 인디고, 리트머스 등의 유기 색소는 탈색되고, 고무, 코르크 등은 곧 침해된다. 불포화 결합을 갖는 유기 화합물과 오조니드를 만든다.

【분석법】
정성 :
1) 흑색의 황화납을 희게 변화시켜 황산납으로 한다.

2) 백색의 수산화납을 갈색으로 변하게 해서 산화납(Ⅳ)로 한다.

3) 금속은을 흑색으로 변화시켜 과산화은으로 한다.

4) 중성 요오드화칼륨 수용액에서 즉시 요오드를 유리한다. 녹말 용액을 병용하면 한계 농도 20ppm, 검출 한계 1μg의 감도가 있다(과산화수소와의 차).

5) 염산 산성의 인디고카르민 용액을 황화수소로 알맞게 탈색한 수용액에 대면 청색으로 변한다(과산화수소, 아질산은 방해).

6) 아놀드 시약을 적자색으로 변하게 한다(⇀ 아놀드 시약).

7) 간단한 방법으로서는 요오드화칼륨 녹말 종이(청으로 변색) 또는 요오드화칼륨 리트머스 시험지(청으로 변색)를 이용한다. 후자는

라는 반응에 기초하는 것으로, 다른 산화성 가스(과산화수소를 제외)에서는 변색하지 않는다는 점이 전자보다 뛰어나다(⇀ 오존 시험지).

정량 :
1) 0.01% 요오드화칼륨과 0.01% 수산화칼륨을 포함하는 용액 20mL에 일정량의 오존 함유 시료 가스를 섞은 다음, 다 끓은 녹말 수용액을 첨가하면 청색이 되므로, 이것을 표준에 대해 비색하든가 또는 유리시킨 요오드를 티오황산나트륨 표준액으로 적정한다.

2) 상당히 묽은(1 : 10⁶) 플루오레세인의 수산화나트륨 용액은 오존과 반응해서 정량적으로 형광을 잃는다. 오존 2몰이 플루오레세인 1몰을 산화해서 무형광의 류코 염기를 생성하는 반응을 이용해서 형광 정량한다.

3) 최근 원적외선 흡수를 이용하는 분석법이 연구되고 있다.

4) 검지관법(檢知管法)을 이용한다.

5) 0~10%의 고농도 오존에 대해서는 1952년 A.D. Kiffer의 자동 연속 비색 정량법이 유력하다.

【용도】
1) 극장, 학교, 병원 등에 있어서의 공기의 정화, 2) 양모, 상아, 비단, 왁스, 녹말 등의 표백, 3) 음료수의 살균, 4) 유기 화합물의 구조 결정 등에 이용된다. 농후한 오존은 호흡기를 상하게 한다.