Ozono: fórmula, estructura y propiedades

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Preparar y hacer ozono

Si pudiera viajar alto en la atmósfera terrestre y entrar en la estratosfera, se encontraría con una gran concentración de moléculas de ozono. El ozono se define como un tipo de gas formado por moléculas que constan de tres átomos de oxígeno. La fórmula química del ozono es O 3 . En la estratosfera de la tierra, el ozono se forma a partir de un proceso reactivo de dos pasos. Primero, la luz solar rompe una molécula de oxígeno (O 2 , como recordará) en dos átomos de oxígeno. En el segundo paso, estos átomos de oxígeno chocan con otro átomo de oxígeno para producir ozono.

Además de su ocurrencia natural en la atmósfera terrestre, ¿sabías que puedes producir ozono? El aparato o la máquina que se utiliza para producir ozono se llama ozonizador. Estos dispositivos se utilizan comúnmente como purificadores de aire o agua. Es decir, el ozono del ozonizador elimina las bacterias para matarlas. El ozono también actúa para eliminar cualquier sustancia tóxica no deseada.

Recuerde que puede tomar moléculas de oxígeno y producir ozono. En el laboratorio se aplica el mismo principio, excepto que se utiliza una corriente eléctrica de alto voltaje en lugar de la luz solar. Este proceso funciona tomando oxígeno seco y colocándolo en un ozonizador. A medida que se alimenta la molécula de oxígeno, recibe una corriente eléctrica de alto voltaje llamada descarga eléctrica silenciosa. Esta electricidad convierte la molécula de oxígeno en ozono.

Nuestra ecuación es la siguiente:

• 3O 2 + energía = 2O 3

Los ozonizadores de Siemens y Brodie son dos ejemplos de ozonizadores de uso común en el laboratorio.

Propiedades del ozono

¿Por qué sería ventajoso utilizar electricidad en lugar de calor al producir ozono en el laboratorio? Una propiedad del ozono es que es muy reactivo. Es especialmente reactivo en presencia de calor. De hecho, el ozono gana el premio por descomponerse nuevamente en oxígeno, en presencia de calor. Este proceso se llama descomposición térmica.

La reacción de usar moléculas de oxígeno para producir ozono sigue el principio de Le Chatelier. Es decir, el número de reactivos utilizados y el número de productos formados están en equilibrio. Cuando aumenta la temperatura, se produce una reacción exotérmica. Esto da como resultado la descomposición del ozono en una molécula de oxígeno y un átomo de oxígeno. La descomposición puede ocurrir instantáneamente a unos 300 grados Celsius.

Reactividad y resonancia del ozono

Hablando de descomposición, el ozono también es un gran agente oxidante . Un agente oxidante es la sustancia en una reacción de oxidación que se reduce al ganar electrones. Cuando el ozono se descompone en una molécula de oxígeno y un átomo de oxígeno, este átomo de oxígeno se puede utilizar para impulsar varias reacciones de oxidación diferentes con otras sustancias.

Por ejemplo, el ozono puede oxidar el sulfuro de plomo a sulfato de plomo. ¿Necesitas yodo? Bueno, el ozono puede ayudarlo a satisfacer esa solicitud. Cuando el átomo de oxígeno del ozono reacciona con el yoduro de potasio, en presencia de agua, se puede aislar el yodo. Otra reacción única que tiene lugar con el ozono (debido a su naturaleza oxidante) es la formación de restos de mercurio. Si tiene mercurio en un tubo de vidrio y lo pasa a través del ozono, el mercurio cambiará su movimiento, o cola, hacia los lados del vidrio. El ozono oxida el mercurio a óxido mercurioso, lo que hace que vea este efecto de cola en acción.

Una última propiedad del ozono tiene que ver con su estructura. El ozono tiene dos estructuras de resonancia diferentes. Piense en la resonancia como la capacidad de atraer la molécula de ozono de dos formas diferentes según el movimiento de los electrones. Aunque puede estar viendo doble, en la naturaleza solo verá una estructura. El verdadero estado del ozono (en la naturaleza) es un híbrido de ambas formas de resonancia. A los científicos les gusta dibujar estos diferentes estados del ozono cuando evalúan su estabilidad durante diferentes mecanismos de reacción.

Dónde se usa el ozono

Además de usarse en sistemas de purificación de aire y agua, el ozono se usa comúnmente en el laboratorio para crear grupos funcionales orgánicos. Esta es una gran herramienta, ya que esos grupos funcionales se pueden utilizar como materiales de partida para crear una amplia variedad de compuestos y productos útiles. Específicamente, el ozono se usa en el mecanismo Criegee, que también se conoce como ozonólisis . Durante la ozonólisis, se escinde un doble enlace alqueno para formar diferentes productos.

Cuando corta el doble enlace en la molécula de alqueno, esos enlaces carbono-carbono se rompen. Estos átomos de carbono pueden usarse para formar dos compuestos carbonílicos (es decir, compuestos con un doble enlace carbono-oxígeno). La formación del producto depende del tipo de reactivos que utilice. Por ejemplo, la ozonólisis puede conducir a la formación de ácidos carboxílicos y cetonas si realiza una reacción de oxidación después de la ozonólisis.

Resumen de la lección

Dediquemos un par de minutos a revisar lo que hemos aprendido sobre el ozono y su fórmula, estructura y propiedades. El ozono es un tipo de gas que está formado por moléculas que constan de tres átomos de oxígeno. Además de la formación natural en la estratosfera de la tierra, el ozono se prepara y fabrica mediante un ozonizador. Este dispositivo utiliza electricidad para convertir moléculas de oxígeno en ozono. El ozono tiene muchas propiedades diferentes. A altas temperaturas, puede sufrir descomposición térmica , por lo que el ozono gana el premio por descomponerse de nuevo en oxígeno, en presencia de calor.

El ozono también es un gran agente oxidante , que es la sustancia en una reacción de oxidación que se reduce al ganar electrones. En una reacción de oxidación, el ozono crea el efecto de cola de mercurio , en el que si tiene mercurio en un tubo de vidrio y lo pasa a través del ozono, el mercurio cambiará su movimiento, o cola, a los lados del vidrio. También participa en la reacción de oxidación de sulfuro de plomo a sulfato de plomo y yoduro de potasio a yodo.

Se puede decir que el ozono tiene dos estructuras de resonancia diferentes. Cuando se combinan, estas estructuras de resonancia forman una estructura híbrida. Este híbrido es característico del ozono en la naturaleza.

Finalmente, aprendimos que el ozono se puede usar en la reacción de ozonólisis para escindir enlaces de alqueno a diferentes grupos funcionales.

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