오존의 영향과 활용 사례

흔히 오존이라고 하면 대개 '태양에서 나오는 자외선을 흡수하는 역할' 을 한다고 알고 있을 것이다. 하지만 오존은 이미 일반 가계에서도 많이 사용되고 있고 화학공업에도 쓰이고 있다. 오존은 산소원자로 이루어져 있으며, 화학식으로 O3 라고 표기하고 산소원자와 산소분자가 반응하여 만들어진다. 산소원자로 이루어져 있는 대표적인 것으로는 산소분자(O2)가 있다. 보기엔 산소원자 하나의 차이지만 그 차이는 매우 크며 둘은 조금도 닮지 않은 서로 다른 물질이다. 그렇다면 이제 가계와 화학공업에서 적용되는 오존의 활용 사례와 일상에서의 오존의 역할에 대해 자세히 알아보자.

공기청정기와 오존의 영향

천둥 번개가 치며 비가 내린 뒤에는 호흡이 편해진다. 번개가 쳐서 방전이 일어나면 공기 중에 오존이 생기는데, 이것이 공기를 신선하게 만든다. 이러한 원리로 오존이 발생하는 공기청정기가 있는 한편, 요즘은 안전이 걱정되는 소비자의 니즈에 맞춰 오존의 발생여부를 0%로 가능하게끔 하여 서서히 음이온 기능이 없는 공기청정기를 개발해내고 있는 추세다. 음이온과 양이온을 발생시켜 공기를 정화하는 제품은 최소의 오존이 발생하고 국내 공기청정협회에서는 오존의 농도를 0.03ppm이하로 규정하고 있다. 대기환경보전법 시행규칙상 오존주의보 발령 기준은 0.12ppm이며, CA인증(한국공기청정협회에서 주는 민간 인증) 공기청정기의 경우 0.05ppm이하여야 통과가 가능하다.

오존이 대류권에 머물면 사람의 호흡기를 자극하여 호흡을 곤란하게 하며 식물의 잎을 자극하여 광합성을 방해한다. 광합성의 화학반응식은 6H2O + 6CO2 -> C6H12O6 + 6O2 로, 산소원자가 없으면 생물은 살아갈 수 없고, 식물은 광합성을 통해 산소를 만들어 내는 역할을 하기 때문이다. 그러나, 오존의 농도가 높아도 생물은 살아갈 수 없다. 오존은 불소처럼 매우 강한 산화제이기 때문이다.

 

강한 산화력을 지니고 있는 오존은 좋지 못한 영향만 주는 것일까?

태양에서 나오는 자외선은 에너지가 매우 강하여 지상의 생물에게 치명적이다. 오존층은 태양으로부터 오는 자외선을 흡수하여 지상의 생명체들을 보호하는 역할을 한다. 성층권의 중간 부분인 고도 20~30km 부근에는 오존이 밀집해 있는 오존층이 있다. 오존은 20~25km사이에 가장 많이 분포하는데 온도곡선은 50km인 성층권계면에서 가장 높다. 그 이유는 열용량 때문이다. 성층권이 고도가 높아질수록 온도가 높아지는 것은 오존에 의한 자외선 흡수가 위쪽에서 더 많이 이루어지기 때문이다.

오존층은 성층권에서 온도를 증가시키는 역할을 한다. 25km부근은 오존도 많지만 공기도  많기 때문에 오존이 열을 흡수한다 해도 주위의 많은 공기를 데우는데는 역부족이다. 하지만 50km에서는 오존의 양은 적지만, 적은 오존으로도 주위의 공기가 적기 때문에 쉽게 데워진다. 따라서 질량이 작은 50km부근의 공기는 적은 오존의 열 흡수에도 쉽게 온도가 상승하게 되는 것이다(열용량).

우리는 주로 염소로 소독한 수돗물을 마시고 있고, 그 수돗물은 염소 특유의 맛이 난다. 오존은 수돗물을 소독할 때 O3 -> O2 + O 으로 분해가 되는데 산소가 산화력이 굉장히 크기 때문에 물속의 세균이나 바이러스를 산화시켜 준다. 염소소독법은 바이러스까지 제거를 못하는 단점이 있는 반면 오존은 바이러스도 제거할 수 있으며 염소의 거북한 맛 또한 나지 않는다.