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Ozon

[787] Ozon (aktiver Sauerstoff O₃), eine besondere, von Schönbein 1840 entdeckte Modifikation des Sauerstoffs, die sich durch einen eigentümlichen Geruch, wie nach verbranntem Schwefel, und durch eine große Reaktionsfähigkeit auszeichnet.

Wo Elektrisiermaschinen, Induktionsapparate, Quecksilberlampen im Gange sind, wo also hochgespannte elektrische Entladungen oder wo ultraviolette Strählen des Sonnenlichts durch die Luft gehen, bildet sich aus dem Luftsauerstoff Ozon. In den oberen Schichten der Atmosphäre,[787] wo das ultraviolette Licht bei sehr niederer Temperatur auf den Luftsauerstoff einwirken kann, findet sich vorzugsweise Ozon. Nach starken Gewittern ist es auch in den unteren Luftschichten nachweisbar.

Man glaubte früher, daß Ozon fast stets in der Luft vorhanden sei, weil eine auftretende Jodkaliumstärkepapierreaktion das Vorhandensein angedeutet hat. Man fand aber, daß diese Ansicht eine irrige ist und daß die Ozonreaktionen wahrscheinlich durch Wasserstoffsuperoxyd hervorgerufen worden sind, das in der Luft fast stets vorhanden ist und dem Ozon sehr ähnlich reagiert. Bei der elektrolytischen Zersetzung des Wassers bilden sich ebenfalls geringe Ozonmengen, ferner entsteht es bei der Einwirkung von Fluor auf Wasser. Ferner bildet es sich bei der langsamen Oxydation von feuchtem Phosphor, bei der Verbrennung von Kohlenwasserstoffen, bei der Zerlegung von Superoxyden durch konzentrierte Schwefelsäure und bei der Einwirkung von sogenannten dunkeln elektrischen Entladungen auf Sauerstoff bezw. Luft. Diese letztere Bildungsweise dient vorzugsweise zur Darstellung des Ozons. Reines Ozon ist aber bis jetzt noch nicht erhalten worden. Bei der Umwandlung von Luftsauerstoff oder Luft in Ozon wird nur ein Teil des Sauerstoffs in Ozon verwandelt und somit immer nur ein Gemenge von beiden Gasen erhalten. Auch bei der Einwirkung von Fluor auf Wasser entsteht nur ein Sauerstoffgas von ca. 14% Ozon. Da Ozon zu verschiedenen technischen Zwecken sowie in der Wasserversorgung zur Wasserreinigung in größeren Mengen gebraucht wird, sind verschiedene Apparate konstruiert worden. Die Ozonisierung von Luft bezw. Sauerstoffgas wird mittels der Durchleitung des elektrischen Stromes bewirkt. Es können aber wegen des außerordentlich hohen Widerstandes der Gase nur sehr hochgespannte Ströme, wie sie die Elektrisiermaschinen und die Funkeninduktoren liefern, verwendet werden. In welcher Weise die Elektrizität bei ihrem Ausgleich auf den Sauerstoff einwirkt, ist nicht bekannt; man weiß nur, daß in der gedachten Weise Ozon erzeugt werden kann. Die Umwandlung von Sauerstoff in Ozon, die, wie schon erwähnt, stets nur zu einem prozentualen Teil erzielt werden kann, läßt sich auf zwei Wegen erreichen. Einmal durch einen durch die Luft oder das Sauerstoffgas geleiteten Funkenstrom oder durch den allmählichen Ausgleich zwischen zwei mit entgegengesetzter Ladung versehenen Leitern. Die ozonisierende Wirkung ist im zweiten Fall stärker und wird deshalb auch neuerdings bei der technischen Anwendung vorwiegend benutzt. In der einfachsten Form besteht der Influenzozonisator aus einer an beiden Enden geschlossenen Glasröhre, die im Innern eine zentralliegende Metallröhre enthält. Zwischen der Innenwandung der Glasröhre und der Metallröhre hat ein Raum zu verbleiben, durch welche die zu ozonisierende Luft bezw. der Sauerstoff streichen kann. An den Anschlußenden der Glasröhre sind Zu- und Abführungsröhren eingesetzt. Die Glasröhre ist mit Stanniol belegt und mit dem einen Pol eines Funkeninduktors verbunden. Die Metallröhre ist mit dem andern Pol in Verbindung. Es wird durch den Funkeninduktor der Stanniolbelag einerseits und die zentrale Metallröhre anderseits mit entgegengesetzten Elektrizitäten geladen und die Ladungen wechseln in rascher Folge entsprechend der Erzeugung entgegengesetzter Stromstöße durch den Induktor. Es gibt eine Reihe von Apparatkonstruktionen. Aehnlich ist auch der Siemenssche Apparat, der aus zwei Glasröhren besteht, von denen die eine die andre umgibt und die äußere außen, die innere an der Innenseite mit Stanniolbelag versehen ist. In dieser zirkuliert der Sauerstoff- oder Luftstrom, die beiden Beläge stehen mit den Polen eines Induktionsapparats in Verbindung. Eine gute Apparatkonstruktion ist die von Elworthy-Kölle. Bei letzterem Apparat findet zwischen zwei durch eine Glasröhre getrennten Aluminiumelektroden mittels eines hochgespannten Wechselstromes fortwährend eine stille elektrische Entladung statt. Durch diese wird die vom Ventilator kommende Luftmenge hindurchgedrückt, so zwar, daß die Luft zuerst den Zwischenraum zwischen dem ersten und zweiten Glas und äußerer Elektrode, hierauf den Zwischenraum vom zweiten Glas und innerer Elektrode passiert. Ein am Apparat befindlicher Regulierwiderstand gestattet eine beliebige Aenderung der Tourenzahl des Motors und dadurch auch eine Aenderung in der Ozonausbeute; Der Stromverbrauch beträgt samt Ventilator je nach der Größe des Apparats 2–3,5 Ampere bei 220 Volt.

Mit den einzelnen Apparaten sollen sich 12–118 g Ozon auf die Kilowattstunde herstellen lassen. Elworthy-Kölle geben auf Grund von durch Ramsey gelieferten Feststellungen bei ihrem Apparat 200 g für die Kilowattstunde an.

Neuerdings hat auch Bridge einen Ozonapparat von guter Wirkung konstruiert. Er hat nämlich durch Anwendung durchbohrter Elektroden manche Mängel von bisherigen Apparaten zum wesentlichen Teil beseitigt. Das Ozon findet ausgedehnte Anwendung in der Wasserreinigung (Ozonisierung), zur Luftverbesserung in Theatern, Versammlungssälen, in Krankenhäusern. Ferner verwendet man Ozon zur Konservierung von Milch, Fleisch und von andern Nahrungsmitteln, weil es außerordentlich bakterientötend wirkt; zur Reinigung vergilbter Drucke, zum Bleichen von Elfenbein u.s.w., überhaupt zu Bleichereizwecken sowie zu medizinischen Zwecken (Wundbehandlung, Lungentuberkulose). In längerer Schicht zeigt das Ozon auch als Gas eine bläuliche Farbe. Durch einen Druck von 150 Atmosphären oder durch Temperaturerniedrigung auf – 181° läßt sich aus ozonisierter Luft das Ozon zu einer indigoblauen Flüssigkeit verdichten, die bei – 106° siedet. Bei gewöhnlicher Temperatur ziemlich beständig, wird das Ozon beim Erhitzen rasch in gewöhnlichen Sauerstoff verwandelt. Reines Ozon kann nicht dargestellt werden, da es sich explosionsartig in gewöhnlichen Sauerstoff verwandelt. Das Ozon ist radioaktiv und in Wasser noch schwerer löslich als Sauerstoff; da es aber auf das Wasser allmählich unter Bildung von Wasserstoffsuperoxyd (H₂O₃) einwirkt, so erhält Wasser, das man längere Zeit mit Ozon in Berührung läßt, oxydierende Wirkungen« die wohl zu der sehr verbreiteten, aber falschen Ansicht verleitet haben, daß das Ozon in nennenswertem Grade wasserlöslich sei und »daß sich ein Ozonwasser mit besonders heilkräftigen und antiseptischen Eigenschatten herstellen lasse«.[788]

Ozon reizt, in konzentrierter Form eingeatmet, die Atmungsorgane sehr heftig und verursacht Hüften. Es ist giftig und tötet kleinere Tiere rasch. Es wirkt schon bei gewöhnlicher Temperatur und in hohem Maße oxydierender als Sauerstoff. Phosphor, Schwefel, Arsen werden zu Phosphor- bezw. Schwefel- und Arsensäure, Ammoniak zu Salpetersäure und salpetriger Säure oxydiert. Ferner werden alle organischen Substanzen angegriffen und daher auch widerstandsfähige Farbstofflösungen, wie die von Indigo und Lackmus, zerstört und gebleicht. Aus den Volumänderungen, die bei der Ozonisierung bestimmter Volume Sauerstoff stattfinden, sowie aus der Dampfdichte des Ozons, die aus der Diffussionsgeschwindigkeit von ozonisiertem Sauerstoff ermittelt worden ist, folgt, daß das Molekül des Ozons aus 3 Atomen Sauerstoff besteht, das chemische Zeichen für Ozon mithin O₃ ist, während gewöhnlicher Sauerstoff 2 Atome im Molekül enthält und daher O₂ zu schreiben ist. Wie schon erwähnt, ist das Ozon radioaktiv; es bringt ebenso wie die Röntgen- und Radiumstrahlen einen mit Schwefelzink bestrichenen Schirm zum Leuchten, desgleichen roten Phosphor, der gegen einfachen Sauerstoff unempfindlich ist. Eine weitere Parallele zwischen Radiumsalzen und Ozon besteht darin, daß beide bei ihrer Zersetzung eine erhebliche Menge von Wärme entwickeln.

Zur Erkennung des Ozons dient Jodkaliumstärkepapier, das durch Ozon gebläut wird, indem aus dem Jodkalium Jod ausgeschieden wird, das mit der Stärke blaue Jodstärke bildet. Aus der Schnelligkeit und Intensität der Färbung lassen sich annähernde Schlüsse auf die Menge an vorhandenem Ozon ziehen. – Ozonometer. Als fernere Reagenzien auf Ozon sind Thalliumoxydulhydrat, Bleiacetat, Guayaktinktur (die beiden ersten werden gebräunt, das letzte gebläut) empfohlen worden. Doch zeigt das Wasserstoffsuperoxyd die gleichen Reaktionen. Geringe Mengen von Ozon können daher mit Sicherheit vom Wasserstoffsuperoxyd nur durch die Schwärzung unterschieden werden, die Ozon auf einem blanken Silberblech hervorruft. Quantitativ wird das Ozon dadurch bestimmt, daß ein gemessenes Quantum ozonisierter Luft oder ozonisierten Sauerstoffs durch eine mit Jodkaliumstärkelösung beschickte Peligotröhre oder Waschflasche geleitet wird, wobei durch das Ozon die entsprechende Menge Jod in Freiheit gesetzt wird, die ihrerseits in bekannter Weise durch Natriumthiosulfat maßanalytisch ermittelt wird.

Literatur: Erdmann, Lehrb. der organischen Chemie, 4. Aufl., Braunschweig 1906; Wilke, Die Elektrizität, ihre Erzeugung und ihre Anwendung in Industrie und Gewerbe, 1895; de la Coux, L'ozone et ses applications industrielles, Paris 1906.

Bujard.