(dal greco
ózein: mandare odore). Chim. - Forma allotropica
dell'ossigeno, detta anche
triossigeno, che si differenzia dalla forma
comune per avere una molecola triatomica O
3, invece che biatomica
O
2, e per il caratteristico odore, spiccato e pungente. Si forma
facilmente per azione di scariche elettriche sull'ossigeno (la sua presenza si
può talvolta avvertire anche dopo un violento temporale). L'azione delle
scariche elettriche sull'aria e la conseguente modificazione dell'ossigeno in
essa contenuto era già stata osservata nel 1875 da Von Marum, tuttavia
solo nel 1840 Schonbein dimostrò che ciò era dovuto alla
trasformazione parziale dell'ossigeno in
o. L'
o. si presenta come
un gas di colore blu (mentre allo stato liquido ha colore blu-nero) ed è
presente in tutta l'atmosfera, sia pure con tenori assai bassi: a livello del
mare esso ha una pressione parziale che si aggira su 2,5·10
-8
atmosfere, ma che tuttavia subisce notevoli modificazioni a seconda della
temperatura. In genere l'
o. si decompone lentamente in ossigeno, ma ad
alte temperature la sua decomposizione avviene rapidamente ed è immediata
a 400 °C. Concentrazioni molto maggiori si possono avere in
prossimità di apparecchiature di generazione, trasmissione ed
utilizzazione di energia elettrica, specialmente in alta tensione. L'
o.
atmosferico deriva essenzialmente dall'alta atmosfera (stratosfera e mesosfera),
dove si forma secondo la reazione:
3 O
2 
2 O
3 - 68.400 calorie
prodotta dalla luce solare,
ed in particolare dalla frazione ultravioletta di questa, con lunghezze d'onda
di circa 250 millimicron. Tale reazione, di fondamentale importanza per la vita
sul nostro pianeta, si verifica con più facilità nella fascia
compresa fra i 20 e 30 km di altitudine. La reazione sopra considerata è
fortemente endotermica e per questo l'
o. è fortemente instabile e
tende a decomporsi in ossigeno molecolare ed ossigeno
monoatomico:
O
3 → O
2+O
il
quale si combina subito a dare altro ossigeno molecolare:
2O →
O
2Le condizioni di equilibrio dell'alta atmosfera
derivano da una continua produzione di
o. per effetto delle radiazioni
solari e dalla sua continua eliminazione dovuta sia a decomposizione locale sia
alla diffusione verso gli strati più bassi dell'atmosfera stessa, dove
trova sostanze ossidabili che lo distruggono. In concentrazioni sensibili
l'
o. è tossico per l'uomo e per tutti gli esseri viventi, in
quanto attacca i costituenti organici dei tessuti.
O. puro può
essere ottenuto per frazionamento delle miscele di O
2 e
O
3, a loro volta ottenute dagli ozonizzatori, a causa della forte
differenza che esiste fra i punti di ebollizione. La seguente tabella riporta
alcune delle principali caratteristiche fisiche dell'
o., confrontate con
quelle dell'ossigeno bimolecolare O
2:
Caratteristica
|
O3 O2
|
punto di ebollizione (°C)
|
- 111,9 -183
|
punto di fusione (°C)
|
-192,7 -218,4
|
temperatura critica (°C)
|
-12,1 -11 8,8
|
pressione critica (atm)
|
56,4 49,7
|
peso specifico (liq., -183°C)
|
1,571 1,14
|
solubilità in acqua (a 0°C, in un cm3/l)
|
4,94 48,9
|
peso molecolare
|
48,00 32,00
|
L'
o. presenta una solubilità in acqua decrescente
all'aumentare della temperatura; a 60°C essa diventa pressoché
nulla. È possibile congelare acqua ozonizzata, ottenendo il cosiddetto
ghiaccio ozonizzato, che conserva a lungo l'
o. al suo interno.
L'
o. puro può decomporsi con una reazione fortemente esotermica,
autocatalitica, che ha quindi un decorso esplosivo. In miscela con ossigeno la
reazione può avvenire solo se innescata. Alla temperatura di ebollizione
dell'ossigeno (-183°C), l'
o. è solubile nell'ossigeno liquido
fino a dare una soluzione al 30% circa. A temperature minori anche la
solubilità è minore: ad esempio, a –196 °C (temperatura
di ebollizione dell'azoto) la soluzione è satura con il 9% circa di
o. L'
o. presenta inoltre uno spiccato assorbimento delle
radiazioni ultraviolette nella banda 240 ÷ 280 millimicron, con un
assorbimento massimo intorno ai 250 millimicron. Nello spettro visibile il
massimo assorbimento si ha sui 5.600 ÷ 6.200 Angström, pari a 560
÷ 620 millimicron. La molecola dell'
o. è ritenuta ciclica,
cioè del tipo:

con angolo
di 127° circa fra ogni coppia di legami O―O; la lunghezza di questi
legami è pari a 1,26 A. I legami dell'ossigeno, che in condizioni normali
tendono ad essere a 90° l'uno dall'altro, sono quindi fortemente deformati:
ciò spiega la scarsa stabilità di questo composto ed il fatto che
la reazione di formazione sia fortemente endotermica. ║
Proprietà chimiche: l'
o. è un fortissimo ossidante
per la facilità con cui si decompone, generando ossigeno molecolare ed
ossigeno atomico. A questa sua caratteristica è da attribuire l'azione
sterilizzante e sbiancante che esso presenta anche se in miscela a bassa
concentrazione con ossigeno. Molti elementi e composti (zolfo ad acido
solforico, fosforo ad acido fosforico, arsenico ad acido arsenico, solfuro di
piombo a solfato di piombo, ammoniaca ad acido nitrico, ecc.) se posti a
contatto con
o. vengono ossidati al massimo grado. Molti composti
bruciano con
o. con fiamma assai brillante, sviluppando temperature molte
elevate; ad esempio, il cianogeno brucia con una fiamma che giunge a circa 5.000
°C. Con i doppi legami C═C dei composti organici l'
o.
dà una reazione caratteristica di addizione, con formazione di
ozonuri; ad esempio, partendo da una olefina si ottiene:

Tali ozonuri si formano anche a temperature molto basse, ma sono
instabili e facilmente esplosivi anche a temperatura ambiente. A contatto con
acqua si decompongono quantitativamente dando origine ad aldeidi o chetoni, a
seconda del numero di sostituenti (oltre all'idrogeno) presenti sul doppio
legame dell'olefina, e ad acqua ossigenata. Ad esempio, nel caso sopra citato si
hanno una molecola di aldeide e una di chetone secondo la reazione del
tipo:

Queste due reazioni sono
quantitative: esse possono quindi servire sia a determinare il numero di doppi
legami olefinici esistenti in una molecola organica, sia a stabilire la
quantità di
o. presente in una determinata corrente gassosa. Il
riconoscimento qualitativo dell'
o. può anche essere fatto mediante
carta impregnata di solfuro di piombo (nero), trasformato in solfuro di piombo
(bianco), o con idrato talloso (bianco), trasformato in idrato tallico (bruno).
║
Applicazioni: il maggior impiego dell'
o. si ha nel
processo di sterilizzazione dell'acqua, compiuta emulsionando con l'acqua una
corrente d'aria prelevata all'uscita di un ozonizzatore. La quantità di
o. necessaria per la sterilizzazione (in assenza di sostanze riducenti)
si aggira sugli 0,2 ÷ 0,3 grammi per metro cubo di acqua. L'
o. viene
mantenuto in concentrazione molto bassa (qualche parte per milione) nelle celle
frigorifere per la conservazione di alimenti, poiché esso impedisce lo
sviluppo di microorganismi. Aria ozonizzata può essere impiegata per un
invecchiamento artificiale di vini e altre bevande alcooliche, come pure per
certe reazioni organiche di ossidazione. ║
Buco dell'o.:
espressione con la quale gli studiosi indicano la costante diminuzione della
concentrazione stagionale di
o. rilevata nella zona dell'Antartide a
partire dal 1979. Tale diminuzione, rilevata per la prima volta dal fisico
Joseph Ferman, in alcuni casi raggiungerebbe addirittura il dimezzamento della
percentuale di
o. Il fenomeno ha origine chimica; ne sono responsabili i
clorofluorocarburi che, sprigionati da impianti di refrigerazione e di
condizionamento, spray e soprattutto nel corso dei diversi processi industriali,
nella stratosfera liberano molecole distruttive dell'
o. (ossidi di azoto
e composti clorati). Al fenomeno del buco dell'
o. sarebbe collegato anche
il cosiddetto
effetto serra (V.).