Ozono – Propiedades, Estructura, Preparación, Reacciones y Usos

El ozono es un gas irritante de color azul claro que, incluso en bajas concentraciones, es explosivo y venenoso. Ocurre naturalmente en pequeños niveles en la estratosfera de la Tierra, donde absorbe la luz ultravioleta solar, que de otro modo causaría graves daños a los seres vivos en la superficie de la Tierra. Bajo algunas condiciones, las reacciones fotoquímicas en la atmósfera inferior entre los rusts de nitrógeno y los hidrocarburos pueden producir ozono en concentraciones lo suficientemente altas como para irritar los ojos y las membranas mucosas.

El ozono es un alótropo de oxígeno triatómico que le da al aire un olor distintivo después de una tormenta eléctrica o cerca de equipos eléctricos. El olor del ozono que rodea a la maquinaria eléctrica se informó por primera vez en 1785 y la composición química del ozono se identificó en 1872.

Ozono

El olor del ozono es similar al del cloro y muchas personas pueden detectarlo en cantidades tan bajas como 0,1 ppm en el aire. En 1865 se descubrió la estructura del ozono. Más tarde, se descubrió que la molécula tiene una forma doblada y es levemente paramagnética. En condiciones normales, el ozono es un gas de color azul pálido que se condensa en un líquido azul oscuro y luego en un sólido de color negro violeta a temperaturas criogénicas. La incompatibilidad del ozono con el dioxígeno más frecuente hace que tanto el gas concentrado como el ozono líquido se descompongan explosivamente bajo altas temperaturas, trauma físico o calentamiento rápido hasta el punto de ebullición. Como resultado, solo se utiliza comercialmente en pequeñas cantidades.

El ozono es un oxidante potente (mucho más potente que el dioxígeno) con numerosas aplicaciones industriales y de consumo relacionadas con la oxidación. Por encima de concentraciones de aproximadamente 0,1 ppm, el alto potencial oxidante del ozono lo lleva a dañar las mucosas y los tejidos respiratorios de los animales, así como los tejidos de las plantas. Si bien esto hace que el ozono sea un peligro respiratorio sustancial y un contaminante cerca del suelo, una mayor concentración de la capa de ozono (de dos a ocho ppm) es beneficiosa porque evita que los dañinos rayos UV lleguen a la superficie de la Tierra.

Propiedades físicas del ozono

  1. El ozono es un gas incoloro o azul pálido que es levemente soluble en agua pero mucho más soluble en solventes no polares inertes como tetracloruro de carbono o fluorocarbonos, donde forma una solución azul.
  2. Se condensa para crear un líquido azul oscuro alrededor de 161K.
  3. Permitir que este líquido alcance su punto de ebullición es peligroso ya que tanto el ozono líquido como el gaseoso concentrado tienen el potencial de explotar.
  4. A temperaturas por debajo de los 80 grados centígrados, se solidifica como un líquido violeta-negro.
  5. La mayoría de las personas pueden detectar el ozono en el aire porque tiene un olor fuerte distintivo que es similar al cloro.
  6. La exposición al ozono causa dolores de cabeza, ardor en los ojos e irritación de las vías respiratorias.
  7. Los niveles modestos de ozono en el aire son extremadamente dañinos para los materiales orgánicos como el látex, los polímeros y el tejido pulmonar animal.
  8. El ozono tiene una propiedad paramagnética débil.

Propiedades químicas del ozono

  • El ozono actúa como un poderoso agente oxidante. La reacción es

O 3 ⇢ O 2 + O

  • El ozono reduce los perrusts a rusts y se reduce a oxígeno.

H 2 O 2 + O 3 ⇢ H 2 O + 2O 2

Estructura del ozono

El ozono es una molécula doblada con una simetría similar al agua, según los experimentos de espectroscopia de microondas. El ángulo formado por OOO es de 116,78°. Un par solitario tiene hibridación sp 2 con el átomo central. La molécula de ozono es polar. La molécula se puede describir como un híbrido de resonancia con dos estructuras contribuyentes, una con un enlace simple en un lado y la otra con un enlace doble. Tiene las mismas propiedades isoelectrónicas que el anión nitrito.

Estructura del ozono

Preparación de Ozono

En un laboratorio, el ozono se crea pasando una descarga eléctrica silenciosa a través de oxígeno seco. Algunas moléculas de oxígeno se disocian cuando se envía una corriente eléctrica a través de ellas y, posteriormente, el oxígeno atómico se mezcla con las moléculas de oxígeno para generar ozono.

 O 2 ⇢ O + O

O 2 + O ⇢ O 3

Reacciones del Ozono

El ozono es uno de los agentes oxidantes más potentes que se conocen, significativamente más potente que el O 2 . En grandes concentraciones, también es inestable y se degrada en oxígeno normal. Su vida media se ve afectada por factores atmosféricos como la temperatura, la humedad y el movimiento del aire. A medida que aumenta la temperatura, la velocidad de esta reacción se acelera. Una chispa puede provocar la deflagración del ozono, lo que puede ocurrir con concentraciones de ozono del 10 % o más. En el áNode de una celda electroquímica, el oxígeno también se puede usar para producir ozono. Este proceso puede producir cantidades más pequeñas de ozono con fines científicos.

Con metales: el ozono oxidará la mayoría de los metales (excepto el oro, el platino y el iridio) a rusts de los metales en su estado de oxidación más alto. Considere el siguiente escenario:

Cu+O3 CuO+ O2

Incluso a temperatura ambiente, el ozono interactúa con el carbono para producir dirust de carbono:

C+ 2O 3 → CO 2 + 2O 2

Descomposición del ozono

El ozono es un gas nocivo que se encuentra o produce ampliamente en el entorno humano (cabinas de aviones, oficinas con fotocopiadoras, impresoras láser y esterilizadores, por ejemplo), y su descomposición catalítica es fundamental para la reducción de la contaminación. Este es el tipo de descomposición más común, especialmente con catalizadores sólidos, y tiene varias ventajas, incluida una mejor conversión a temperaturas más bajas. Además, el producto y el catalizador se pueden separar instantáneamente, lo que permite recuperar el catalizador sin necesidad de un proceso de separación. Además, los metales nobles como Pt, Rh o Pd, así como los metales de transición como Mn, Co, Cu, Fe, Ni o Ag, son los materiales más empleados en la descomposición catalítica del ozono en fase gaseosa.

En la fase gas, existen dos opciones alternativas para la descomposición del ozono: La primera es una descomposición térmica, que descompone el ozono únicamente por la acción del calor. El problema es que a temperaturas por debajo de los 250 °C, este tipo de avería es extremadamente lenta. Sin embargo, al trabajar a temperaturas más altas, se puede aumentar la tasa de descomposición, aunque con un gasto energético considerable. El segundo es un desglose fotoquímico, que ocurre cuando el ozono se expone a la radiación ultravioleta (UV), lo que resulta en la formación de oxígeno y perrust radical.

Usos del ozono

  1. Las plantas de tratamiento de agua sin sistemas de filtrado emplean ozono.
  2. Los equipos de uso común, como fotocopiadoras, impresoras láser y otros dispositivos eléctricos, pueden producir ozono.
  3. La ozonoterapia se utiliza para desinfectar y tratar enfermedades al minimizar los impactos de bacterias, virus, hongos, levaduras y protozoos.
  4. Varios productos químicos que agotan la capa de ozono tienen características que les permiten transferir calor de manera eficiente de un sitio a otro, lo que los convierte en buenos refrigerantes.

¿Qué es una capa de ozono?

La capa de ozono, también conocida como escudo de ozono, es una región de la estratosfera de la Tierra que absorbe la mayor parte de la radiación ultravioleta del sol. Tiene una alta concentración de ozono en comparación con el resto de la atmósfera, aunque es relativamente baja en comparación con otros gases en la estratosfera. La capa de ozono contiene menos de 10 ppm de ozono, mientras que la concentración media de ozono en la atmósfera terrestre es de alrededor de 0,3 ppm. La capa de ozono se encuentra principalmente en la estratosfera inferior, entre 15 y 35 kilómetros sobre la Tierra, sin embargo, su espesor varía estacional y geográficamente.

Ejemplos de preguntas

Pregunta 1: ¿Qué es el ozono?

Responder:

El ozono es un gas que existe naturalmente en nuestro medio ambiente. Cada molécula de ozono tiene tres átomos de oxígeno y se designa químicamente como O 3 .

Pregunta 2: ¿Dónde se encuentra el ozono en la atmósfera?

Responder:

El ozono está típicamente presente en dos regiones de la atmósfera. La troposfera, que se extiende desde la superficie hasta una altura aproximada de 10 a 15 kilómetros, contiene alrededor del 10 % del ozono de la Tierra. La estratosfera, la región de la atmósfera entre la parte superior de la troposfera y unos 50 kilómetros de altitud, contiene aproximadamente el 90 por ciento del ozono de la Tierra. La “capa de ozono” se refiere a la región de la estratosfera con la mayor concentración de ozono. 

Pregunta 3: ¿Cómo se forma el ozono?

Responder:

El ozono se genera en la atmósfera a través de procesos químicos de varios pasos iniciados por la luz solar. El proceso comienza en la estratosfera cuando la luz ultravioleta del sol desgarra una molécula de oxígeno. El ozono se genera en la troposfera a través de un conjunto separado de reacciones químicas que involucran tanto productos químicos naturales como aquellos emitidos por fuentes de contaminación del aire.

Pregunta 4: ¿Cómo se mide el ozono en la atmósfera?

Responder:

Los instrumentos en tierra y transportados en el aire en globos, aviones y satélites miden la cantidad de ozono en la atmósfera. Algunos instrumentos utilizan un muestreador de aire continuo para monitorear el ozono en una pequeña cámara de detección. Otras tecnologías utilizan las características ópticas distintivas de absorción o emisión del ozono para evaluar el ozono a través de grandes distancias.

Pregunta 5: ¿Qué emisiones de las actividades humanas conducen al agotamiento de la capa de ozono?

Responder:

Algunas operaciones industriales y artículos de consumo liberan sustancias que agotan la capa de ozono (SAO) a la atmósfera. El Protocolo de Montreal regula el uso de gases fuente de halógeno producidos en todo el mundo. Estos gases transportan átomos de cloro y bromo a la estratosfera, donde los procesos químicos destruyen el ozono. Los clorofluorocarbonos (CFC), que se utilizaron originalmente en prácticamente todos los sistemas de refrigeración y aire acondicionado, y los halones, que se utilizaron como agentes de extinción de incendios, son dos ejemplos notables.

Publicación traducida automáticamente

Artículo escrito por Prateek Sharma 7 y traducido por Barcelona Geeks. The original can be accessed here. Licence: CCBY-SA

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