Ozono – Preparación, Propiedades, Usos, Efectos

El ozono es demasiado reactivo para permanecer en la atmósfera al nivel del mar por mucho tiempo. Se forma a partir del oxígeno atmosférico en presencia de la luz solar a una altura de unos 20 kilómetros. Esta capa de ozono protege la superficie terrestre del exceso de radiación ultravioleta (UV). Es un gas inestable, azul, diamagnético con un olor acre distintivo que protege a la tierra ya sus habitantes de la intensa radiación ultravioleta del sol. El ozono es una forma molecular alotrópica de oxígeno que contiene tres átomos de oxígeno (O ₃ ). El ozono se produce al pasar oxígeno a través de un potencial de alto voltaje, lo que resulta en la unión y formación de un tercer átomo de oxígeno. Soret descubrió la fórmula molecular del ozono (O ₃ ) (1863).

El ozono es un tipo de oxígeno que es alotrópico. 

Preparación de Ozono 

Una descarga eléctrica silenciosa convierte el 10% de una corriente constante y seca de oxígeno en ozono. El producto terminado se llama oxígeno ozonizado. Debido a que la formación de ozono a partir del oxígeno es un proceso endotérmico, se debe utilizar una descarga eléctrica silenciosa en su preparación para evitar su descomposición. Se puede usar una batería de ozonizador para producir concentraciones de ozono superiores al 10 %, y se puede condensar ozono puro en un recipiente rodeado de oxígeno líquido.

3O ₂ → 2O ₃ + 142 kJ mol ^–1

Propiedades del Ozono

• El ozono puro existe en tres formas: un gas azul pálido, un líquido azul oscuro y un sólido negro violeta.
• El ozono tiene un olor distintivo y es completamente seguro en bajas concentraciones.
• Si la concentración supera las 100 partes por millón, la respiración se vuelve difícil, lo que provoca dolores de cabeza y náuseas.
• El ozono es termodinámicamente inestable en comparación con el oxígeno porque su descomposición da como resultado la liberación de calor (H es negativo) y un aumento de la entropía (S es positivo). Estos dos efectos se refuerzan entre sí, dando como resultado un gran cambio de energía de Gibbs negativo (G) para la conversión de oxígeno. Como resultado, no sorprende que las altas concentraciones de ozono puedan ser peligrosamente explosivas.
• Es un poderoso agente oxidante debido a la facilidad con la que libera átomos de oxígeno naciente. El yodo se libera cuando el ozono reacciona con un exceso de solución de yoduro de potasio tamponado con un tampón de borato (pH 9,2), y puede valorarse frente a una solución estándar de tiosulfato de sodio. Este es un método cuantitativo para calcular la cantidad de gas O _{3 .}
• Los experimentos han demostrado que los rusts de nitrógeno (en particular, el rust nítrico) se combinan muy rápidamente con el ozono, lo que aumenta la posibilidad de que los rusts de nitrógeno emitidos por los sistemas de escape de los aviones a reacción supersónicos estén agotando lentamente la concentración de la capa de ozono en la atmósfera superior.
• Las dos longitudes de enlace oxígeno-oxígeno de la molécula de ozono son idénticas (128 pm), y la molécula es angular como se esperaba, con un ángulo de enlace de aproximadamente 117 grados.

Usos del ozono

1. Se utiliza como germicida, desinfectante y esterilizador de agua.
2. También se utiliza para blanquear aceites, marfil, harina, almidón y otros materiales.
3. En la producción de permanganato de potasio, actúa como agente oxidante.
4. El ozono se utiliza en plantas de tratamiento de agua que no cuentan con sistemas de filtración.
5. Los equipos de uso común, como fotocopiadoras, impresoras láser y otros dispositivos eléctricos, también pueden producir ozono.
6. Al minimizar los impactos de bacterias, virus, hongos, levaduras y protozoos, el tratamiento con ozono se usa en medicina para desinfectar y tratar trastornos.
7. Varios compuestos que agotan la capa de ozono tienen propiedades refrigerantes, lo que significa que pueden transferir calor de manera eficiente de un lugar a otro.

Capa de ozono

La capa de ozono es una región específica en la estratosfera de la Tierra que actúa como un escudo contra los rayos ultravioleta del sol. La capa de ozono absorbe aproximadamente el 97-99 % de la luz ultravioleta de frecuencia media del sol. 

La capa de ozono está formada por tres átomos de oxígeno y se denota con el símbolo O ₃ . Hay mucho ozono en la estratosfera. Sorprendentemente, la propia radiación ultravioleta crea la capa de ozono. El ozono se forma cuando una radiación o descarga eléctrica hace que la molécula de oxígeno (O2) se divida en dos átomos distintos, cada uno de los cuales puede unirse a otros átomos para formar ozono.

Agotamiento de la capa de ozono

El público se dio cuenta del agotamiento de la capa de ozono luego del desarrollo de un compuesto químico conocido como clorofluorocarbonos o CFC. Debido a que los CFC son livianos, pueden viajar por el aire y llegar a la estratosfera. En presencia de radiación ultravioleta, los clorofluorocarbonos reaccionan con la capa de ozono, provocando su descomposición en moléculas de oxígeno. 

Como resultado, la capa de ozono se agota. Tras la firma de un Tratado Internacional en 1973, el uso de CFC se redujo y luego se prohibió. En la década de 1980, se descubrió que la capa de ozono en un área de la estratosfera antártica había descendido a niveles tan bajos como el 33 % de los niveles anteriores a 1975. El agujero de ozono recibió su nombre de esta zona.  

Los clorofluorocarbonos químicos, o CFC, son una de las principales causas del agotamiento de la capa de ozono. Los CFC están compuestos de carbono, flúor y cloro. Son extremadamente duraderos y pueden soportar condiciones adversas. Los CFC no reaccionan en general, sino solo con la luz solar cuando se degradan y liberan cloro. 

Efectos del agotamiento de la capa de ozono

1. Más rayos UV ingresan a la atmósfera a medida que se agota la capa de ozono. Cuando estos rayos UV entran en contacto con la piel humana, tienen el potencial de causar cáncer de piel maligno. Las cataratas también pueden ser causadas por ella. La vitamina D se sintetiza en nuestro cuerpo cuando reacciona con los rayos UV. El exceso de vitamina D también puede causar un aumento en los niveles de calcio en la sangre, lo que puede provocar un aumento en las tasas de mortalidad.
2. El adelgazamiento de la capa de ozono ha provocado daños epidérmicos en las ballenas como resultado de los altos rayos UV. Debido al agotamiento de la capa de ozono, se ha observado más daño solar en muchos animales acuáticos.
3. El aumento de los rayos UV puede dañar la vida vegetal al dañarla cuando se expone a altos niveles de rayos UV. El crecimiento de las plantas también se verá obstaculizado.

Ejemplos de preguntas 

Pregunta 1: ¿Es tóxico el ozono cuando se inhala?

Responder:

El ozono, ya sea en su forma pura o en combinación con otros productos químicos, puede ser peligroso para la salud. Cuando se inhala, el ozono puede causar daño a los pulmones. Los niveles bajos de ozono pueden causar dolor de garganta, tos, dificultad para respirar e inflamación pulmonar.

Pregunta 2: ¿Cuántos pares solitarios hay en Ozone?

Responder: 

El doble enlace que contiene oxígeno tiene dos pares solitarios en el ozono, el oxígeno que contiene carga positiva tiene un par solitario y el oxígeno que contiene carga negativa tiene tres pares solitarios. Así que hay un total de seis pares solitarios en una molécula de ozono.

Pregunta 3: ¿Por qué el ozono se dobla en lugar de ser lineal?

Responder:

Los electrones repelerán la nube de electrones de los dos átomos de oxígeno en cada extremo, de acuerdo con la teoría VSEPR (repulsión del par de electrones de la capa de valencia). Como resultado, los grupos O finales serán empujados hacia abajo, dando a la molécula O3 una geometría molecular doblada o forma de V.

Pregunta 4: ¿Cómo se agota la capa de ozono?

Responder:

Los clorofluorocarbonos químicos, o CFC, son una de las principales causas del agotamiento de la capa de ozono. Los CFC están compuestos de carbono, flúor y cloro. Son extremadamente duraderos y pueden soportar condiciones adversas. Los CFC no reaccionan en general, sino solo con la luz solar cuando se degradan y liberan cloro.

Pregunta 5: ¿Cuál es el efecto del agotamiento de la capa de ozono en los humanos?

Responder:

Más rayos UV llegan a la atmósfera a medida que se agota la capa de ozono. Estos rayos UV pueden desarrollar tumores malignos de la piel cuando entran en contacto con la piel humana. Las cataratas pueden ser potencialmente el resultado de ello. La vitamina D se produce en nuestro cuerpo cuando los rayos UV reaccionan con ella. El exceso de vitamina D puede aumentar los niveles de calcio en la sangre, lo que puede aumentar las tasas de mortalidad.