Ozono: struttura, sintesi e CFC

L’ozono è una molecola triatomica con formula O3 ed è uno stato allotropico dell’ossigeno. È un gas  presente negli strati alti dell’atmosfera concentrandosi nell’ozonosfera e protegge la Terra dalle radiazioni U.V. Fu scoperto nel 1839 dal chimico tedesco Christian Friedrich Schönbein.

Struttura dell’ozono

La molecola presenta un atomo di ossigeno centrale legato tramite legame semplice a un ossigeno e tramite legame doppio all’altro. La struttura è quindi stabilizzata per risonanza:

ozono: strutture di risonanza
strutture di risonanza

e si presenta a separazione di carica. L’ossigeno centrale è caricato positivamente e quello legato tramite legame semplice è caricato negativamente. Pertanto la molecola non ha una carica netta.

Proprietà

È un gas da incolore a blu chiaro scarsamente solubile in acqua. È  solubile in solventi apolari come il tetracloruro di carbonio e fluorocarburi, in cui forma una soluzione blu. A valori di temperatura inferiori a -193.2 °C forma un solido viola scuro

Sintesi dell’ozono

Si forma naturalmente nella stratosfera quando la componente U.V. della luce solare colpisce le molecole di ossigeno presenti.

Nel primo stadio si verifica una scissione dell’ossigeno con formazione di due atomi:

O2 → 2 O

Nel secondo stadio gli atomi di ossigeno, altamente reattivi si combinano con una molecola di ossigeno per dare ozono:

O2 + O → O3

La reazione complessiva è:

3 O2 → 2 O3

Nella stratosfera reagisce con sostanze sia di origine naturale che antropiche.

Quando  è colpito da una radiazione solare un ossigeno radicale si può combinare con una molecola di ozono per dare ossigeno molecolare:

O3 + O∙ → 2 O2

In condizioni normali queste reazioni fotochimiche sono in equilibrio tra loro e lo strato di ozono rimane inalterato.

Vi sono tuttavia gas quali i fluoroclorocarburi (CFC)  che penetrano nella stratosfera dove incontrano fotoni ad alta energia liberando i singoli componenti.

Il cloro liberato agisce da catalizzatore in due reazioni di ossidoriduzione:

Cl + O3 → ClO + O2

ClO + O∙ → Cl + O2

Pertanto la reazione complessiva è:

O3 + O∙ → 2 O2

Ciò comporta l’assottigliamento dello strato protettivo presente naturalmente e tale fenomeno è noto come buco dell’ozono.

Buco dell’ozono e trattato di Montreal

buco dell'ozono
buco dell’ozono

Il trattato di Montreal risalente al 1987 aveva l’intento di ridurre la produzione di quelle sostanze che costituiscono una minaccia per lo strato di ozono e l’Unione Europea lo ha reso operativo nel 1994.

I HCFC,  di cui il più importante è HCClF2, hanno sostituito i CFC per il loro minore impatto sullo strato, ma stante il loro contributo all’effetto serra sono stati anch’essi messi al bando dal 31 dicembre 2009.

Il mercato ha cominciato così a muoversi seguendo due strade diverse: la ricerca di un refrigerante sintetico con minor impatto ambientale e la riscoperta dei refrigeranti “naturali”.

Grazie all’osservanza del protocollo di Montreal di recente gli scienziati hanno comunicato che se le attuali politiche rimarranno in vigore, lo strato di ozono dovrebbe tornare ai valori del 1980 entro il 2040.

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