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2014年2月27日 (木)

リクエストにお応えして

前回のエントリーを投稿しましたら「なんでオゾンで除菌ができるのか教えて欲しい」とコメントが寄せられました。

ハイ!
お題をいただきました!
今回のテーマは、オゾン除菌!

なるべく簡単、手短に、かつ、分かりやすく説明したいと思います。
文系のオジサンが説明するので、細かいところのミスは勘弁してね(^-^;


オゾンについて語る前に、まず「酸素」について少し学ぶ必要があります。
「酸素」は元素周期表で言うと...



Periodictable_2




この位置にあり、一つ手前は窒素、一つ先はフッ素になります。
もう今となっては思い出したくもない(思い出せない)表ですねぇ〜(@Д@;


「酸素」という元素は、この宇宙で3番目に多く存在するとされている元素です。
一番多いのは「水素」。
太陽や木星、土星などの主成分はこの「水素」ですし、星間物質と呼ばれる宇宙に漂う物質のほとんども「水素」と言われ、これが集まって濃縮され、星の赤ん坊が産まれます。

次に多いのは「ヘリウム」。
「ヘリウム」は「水素」の核融合反応と呼ばれる過程を経て、太陽のような恒星の中で生まれます。


以上二つの元素は地球の大気よりも軽く、特にヘリウムは燃えない(他の物質と化学反応を起こさない)安定した物質なので、よく風船を膨らませる気体として使われますね。


さて、問題の酸素ですが、地球上には大量に存在します。
主に地殻(地球の表面を覆っている、人間で言えば表皮のような皮の部分。日本列島やあらゆる海、大陸は、全て地殻の一部です)や、地殻の下を対流しているマントルに、そのほとんどが含まれます。
ただし、純粋な酸素としてあるのではなく、例えば「酸化鉄(平たく言えば鉄サビ)」のような化合物として存在しています。
また「水」も、「水素」と「酸素」の化合物で、非常に安定した物質です。



Water_2




赤いのが酸素原子で、青いのが水素原子。
1個の酸素原子と2個の水素原子で構成されるのでと表記されます。

また私たちに身近な酸素化合物と言えば「二酸化炭素」



Carbondioxide_2




1個の炭素原子と2個の酸素原子が化合して構成されCOと表記されます。



上に挙げた「水」も「二酸化炭素」も、水素と酸素、炭素と酸素が化学反応を起こして合成されると同時に、エネルギーを発します。

例えば、気体の水素と気体の酸素を混ぜ合わせ、熱を加える(マッチなどで火を付ける)と、爆発的な熱と光を発し、水蒸気が発生します。
(この爆発的な化学合成を緩やかに行い、熱や光ではなく、電気として取り出すのが「燃料電池」と言われるものの原理なのですが、それはまた別のお話)

二酸化炭素も同じで、例えば大気中で紙に火を付ければ、大気中の酸素と紙の主成分である炭素が化学反応を起こして、熱と光、そして二酸化炭素を発生させます。
私たちはこのような二酸化炭素の化学合成時に発生するエネルギーを、生命維持や運動のために利用しています。
食物として炭素を含む物質を摂取します。
呼吸で大気中の酸素を取り入れます。
細胞内でこの二つの物質を、緩やかに化学反応させます。
合成された二酸化炭素は不要なので、血液を介して肺に送られ、体外に排出します。


このように、酸素というのは色んな物質と化学反応を起こし(酸化反応)、その際にエネルギーを発生させます。
これを上手く利用して私たちは生存しているのですが、同時に、身体にとっては有害な物質も作っています。
生命維持や運動に必要なエネルギーを作り出すために使われますが、同時に、私たちの身体には本来不必要で、有害な物質も作りだすからです。
大気中の酸素濃度は約21%。
より高い酸素濃度の中におかれると、私たちの身体は肺腺腫を起こしたり、また視力に悪影響を与えることもあります。

ちなみに、大気中の酸素濃度が数%上昇するだけで、地球上の生物は死滅します。
酸素の酸化反応が大きくなりすぎて、生命を維持できなくなるのです。
数%下降しても死滅します。


これは一説ですが、過去の地球上を、巨大昆虫類が支配していた時代があります。
カモメほどの大きさのトンボとか、巨大ゴキブリとか...
ヒェェェェェ〜!ですね!ヽ(;´Д`ヽ)(ノ;´Д`)ノ

そのような巨大昆虫が発生したのは、当時の大気中酸素濃度が30%程もあったからだという説があるそうです。
私たちは3億5千万年前ではなく、現代に生きていて、本当に良かったですね!(@Д@;



ごく初期の地球には、大気としての酸素は存在していなかったであろうと言われています。
ではどのような形で存在していたかというと、酸化化合物のような他の物質と結びついた形で、主に固体として存在していたと考えられています。


現在の大気のように、気体として酸素が存在できるようになったのは、植物の生命活動のおかげです。
いわゆる「光合成」と呼ばれる、太陽光に含まれるエネルギーを用いて、二酸化炭素と水から糖質と酸素分子を得る化学反応です。



Simple_photosynthesis_overview_2





以上、ざっと酸素について見てみました。

下の絵は、酸素原子です。



Oxygen1_2




大気中では元素単体として存在することはなく、元素二つで分子構造をとっています。




Oxygen2_2




私たちが通常「酸素」と呼ぶのは、この「酸素分子」です。
この「酸素分子」に、紫外線のようなエネルギー量の高い光線を当てたり、放電現象の中におくと、「酸素分子」が壊れ、一時的に「酸素原子」になり、その「酸素原子」が他の「酸素分子」と化合して「オゾン」が生じます。



Ozone_2




1840年に、雷雨の中で発生しているのが確認され、その際に刺激臭を伴っていたので、ギリシャ語の「臭い」という語から「オゾン」という名が付けられました。

オゾンは、私たちの身近でも発生しています。
大きな電気モーターはオゾンを発生させます。
電車などが駅のプラットフォームにブレーキをかけながら進入してくるときも、盛大に発生させています。
なぜなら電車は減速時に、駆動用のモーターを使って発電をする「回生ブレーキ」を利用しており、その際にオゾンが発生します。(回生ブレーキは元々鉄道で開発、培われた技術です)
電車到着時に刺激臭を嗅いだことがあるならば、それがオゾンです。


さて、「酸素分子」でさえ激しい酸化反応を示すのですから、「オゾン」に至っては言うまでもありません。
非常に激しい酸化反応を起こし、人間がオゾンで満たされた大気中にいると、肺臓などの内蔵がびらん状の炎症を起こし、死に至ります。
これは微生物においても同じで、このオゾンの強烈な酸化作用を利用して、雑菌などを殺すのが「オゾン除菌」のカラクリです。

同様な方法でお風呂の残り水も除菌できますし、洗剤を使わないでオゾンだけで洗濯する「洗剤なし」の洗濯もできます。
洗濯槽のカビ取りも、特別な薬剤を使うことなく、オゾンで自動除去。
しかもオゾンは非常に不安定な分子なので、しばらく時間をおくことで、普通の酸素分子になり、無害化できます。


以上が「オゾン洗浄」の概要です。


オゾンそのものの毒性が強いため、それを家電品で利用するには、大変な苦労があったのでしょう。
サンヨーだけがそれにチャレンジしたものの、経営的には困難を極め、他社に吸収合併され、白物家電部門は外資に売却。
面白い商品を作っていたんですけど、マーケティングで失敗したか、資本力が脆弱すぎたか...



そうそう、私たちは「オゾン」のおかげで、この地球上に生存できていることを忘れてはいけません。
成層圏の上層部に「オゾン層」があります。
太陽からの強烈な紫外線により、酸素分子が破壊され、オゾンが形成。
このオゾンが、強力な紫外線吸収の性質を持っています。
オゾン層がなければ、太陽の発する強烈な紫外線により、細胞核内の遺伝子が傷つき、皮膚ガンなどを罹患したり、重篤な火傷を負うことになります。
地上の生物が死に絶えてしまうでしょう。

まさに毒をもって毒を制す、ですね!
(* ̄ー ̄*)



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