Ozono
Caratteristiche dell'ozono
L'ossigeno può presentarsi in una forma allotropica O3, anch'essa gassosa: l'ozono.
Questo è un gas di odore caratteristico e di colore blu poco intenso, che liquefa a -111,9°C formando un liquido fortemente colorato in blu, e congela a -192,6°C dando un solido colorato in violetto; ha temperatura critica di -5,16 °C.
La molecola O3 presenta momento dipolare (μ = 0,58 D), e si ammette che risuoni tra più forme di risonanza:
L'angolo di legame è di 116°50', l'energia di legame è circa 300 kJ/mol e la distanza tra due atomi di ossigeno legati è di 0,128 nm; questa distanza, intermedia fra quella del legame O-O (0,149 nm) e quella del legame O=O (0,121 nm), mostra l'esistenza di un deciso carattere di doppio legame fra gli atomi O-O della molecola O3.
Proprietà chimiche dell'ozono
L'ozono è una specie chimica instabile che si decompone a circa 250°C ed è assai più reattiva ed ossidante dell'ossigeno:
O3 + 2 H3O+ + 2e− ⇄ O2 + 3H2O (E° = 2,07 V)
Di norma l'ozono, ossidando, dà luogo (per i ⅔) alla formazione di ossigeno molecolare, come se ogni molecola O3 fosse portatrice di un atomo di ossigeno atomico (O) e di una molecola O2
2 KI + H2O + O3 → 2 KOH + I2 + O2
NaNO2 + O3 → NaNO3 + O2
e solo in pochi casi (ad esempio 3SO2 + O3 → 3SO3) ossida senza formare O2.
L'ozono reagisce con i metalli alcalini disciolti in NH3 liquida, con i superossidi, formando ozonidi:
K + O3 → KO3
KO2 + O3 → KO3 + O2
Gli ozonidi sono solidi ionici e contengono lo ione O3−.
Preparazione dell'ozono
È possibile preparare l'ozono dall'ossigeno fornendo a questo l'energia necessaria per la reazione:
3 O2 + 271 KJ → 2O3
o sotto forma di scariche elettriche oscure, in opportuni apparecchi (ozonizzatori) o mediante radiazioni ultraviolette di lunghezze d'onda inferiori a 200 nm.
Nell'alta atmosfera (>100 km), le molecole O2 assorbono le radiazioni solari con lunghezza d'onda inferiore a 200 nm, si dissociano in atomi, e questi, diffondendo nell'atmosfera e urtando molecole O2, danno luogo alla formazione di molecole O3 (O2 + O → O3).
La concentrazione dell'ozono nell'atmosfera (c) viene di norma espressa in cm/km, e tale misura indica lo spessore (in cm) che avrebbe (a c.n.) lo strato di ozono puro, contenuto in uno strato di atmosfera di 1 kilometro di spessore.
Tale valore al suolo è in media pari a 10-3 cm/km. Tale concentrazione raggiunge un massimo a circa 18 km di altezza, ove vale circa 0,02 cm/km.
La presenza di ozono nell'atmosfera è indispensabile per l'esistenza della vita sulla Terra; esso infatti assorbe radiazioni ultraviolette del Sole, di elevata energia (2000 - 3000 Å) che se giungessero sulla Terra non attenuate sarebbero letali per gli esseri viventi.
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