El ozono (O3) es una sustancia cuya molécula está compuesta por tres átomos de oxígeno, formada al disociarse los dos átomos que componen el gas oxígeno. Cada átomo de oxígeno liberado se une a otra molécula de oxígeno gaseoso (O2), formando moléculas de ozono (O3).
A temperatura y presión ambientales, el ozono es un gas que desprende olor y generalmente sin coloración, pero en grandes concentraciones puede volverse ligeramente azulado. Si se respira en grandes cantidades puede provocar una irritación en los ojos o la garganta, lo cual suele pasar después de respirar aire fresco y rico en oxígeno durante algunos minutos. El ozono a nivel del suelo (ozono troposférico) producido por combustión industrial, realmente es ozono mezclado con dióxido de nitrógeno, puede agravar las enfermedades respiratorias existentes y también provocar irritación de garganta, dolor de cabeza o de pecho.
Descubrimiento thumb|left|Christian Friedrich Schönbein (1799–1868) left|thumb|Un prototipo de ozonómetro construido por John Smyth en 1865
El ozono es el primer alótropo de un elemento químico que fue identificado por la ciencia. En la actualidad no se conoce bien quién lo descubrió originalmente, siendo varios los candidatos. Varios estudios apuntan a que fueron los químicos Charles Fabry y Henri Buisson quienes descubrieron en 1913 la capa de ozono.
En 1785, el químico neerlandés Martinus van Marum notó un olor extraño mientras estaba llevando a cabo experimentos con chispas eléctricas por encima del agua, que atribuyó a las reacciones eléctricas, sin darse cuenta de que en realidad había creado ozono. Medio siglo más tarde, Christian Friedrich Schönbein percibió el mismo olor acre y lo reconoció como el olor que se apreciaba a menudo en las tormentas eléctricas después de la caída de un rayo. En 1839, logró aislar el compuesto gaseoso y lo llamó «ozono», de la palabra griega (), 'tener olor'. Por esta razón, generalmente se acredita a Schönbein como el descubridor del ozono."Research on the nature of the odour in certain chemical reactions", Académie des Sciences in Paris, 1840 La fórmula para el ozono, O3, no fue determinada hasta 1865 por Jacques-Louis Soret y confirmada por Schönbein en 1867.
Durante gran parte de la segunda mitad del y hasta bien entrado el , el ozono se consideraba un componente saludable del medio ambiente por los naturalistas y asilos de salud. La localidad de Beaumont, California, tuvo como lema oficial «Beaumont: Zona de Ozono», como evidencian las postales y el encabezamiento de las cartas de la Cámara de Comercio.Redlands Chamber of Commerce Collection, City Archives, A.K. Smiley Public Library, Redlands, CA Los naturalistas que trabajaban al aire libre a menudo consideraban las elevaciones más altas beneficiosas debido a su contenido de ozono. «Hay una atmósfera muy diferente [en la cota más alta] con suficiente ozono para sostener la energía necesaria [para trabajar]», escribió el naturalista Henry Henshaw, trabajando en Hawái."There is quite a different atmosphere [at higher elevation] with enough ozone to sustain the necessary energy [to work]", Henry Henshaw to William Brewster, July 2, 1902, Harvard Museum of Comparative Zoology Archives. El aire marino se pensaba que era más saludable por su contenido de ozono; pero el olor que da lugar a esta creencia es, de hecho, la de los metabolitos de las algas halogenadas.
Incluso Benjamin Franklin pensaba que la presencia del cólera estaba relacionada con la deficiencia o falta de ozono en la atmósfera, una opinión compartida por la Asociación Británica de Ciencia (British Science Association, entonces conocida simplemente como British Association).
Producción artificial
Existen diversos métodos para generar ozono de forma artificial, cada uno con sus propias características y aplicaciones. Entre los más comunes encontramos: Efecto corona Es el método más utilizado y consiste en pasar una corriente eléctrica de alto voltaje a través de una corriente de oxígeno. La descarga eléctrica rompe las moléculas de oxígeno O2 y libera átomos de oxígeno individuales, los cuales se recombinan rápidamente formando moléculas de ozono O3. Este método es relativamente simple y eficiente, y se utiliza en una amplia variedad de aplicaciones, como la purificación de agua, el tratamiento de aguas residuales y la desinfección de aire.
Lámparas de radiación ultravioleta La luz UV de alta energía puede romper las moléculas de oxígeno, liberando átomos que luego se recombinan en ozono. Este método es menos eficiente que el efecto corona, pero se puede utilizar en aplicaciones donde se requiere una baja concentración de ozono. Un ejemplo de su uso es la esterilización de equipos médicos.
Destilación de agua El ozono se produce como subproducto de la destilación del agua. Este método no es muy eficiente, pero puede ser útil para generar pequeñas cantidades de ozono.
Hidrólisis La hidrólisis es la descomposición del agua por medio de una corriente eléctrica. En este proceso, se producen átomos de oxígeno que luego se recombinan en ozono. La hidrólisis es un método relativamente nuevo y experimental, pero tiene el potencial de ser una forma eficiente y ecológica de generar ozono.
Aplicaciones El ozono se puede producir artificialmente mediante un generador de ozono.
Tiene uso industrial como precursor en la síntesis de algunos compuestos orgánicos, pero principalmente como desinfectante depurador y purificador de aire y aguas minerales. Su principal propiedad es la de ser un fuerte oxidante. También es conocido por el importante papel que desempeña en la atmósfera. A este nivel es necesario distinguir entre el ozono presente en la estratosfera y el de la troposfera. En ambos casos su formación y destrucción son fenómenos fotoquímicos.
En la naturaleza, durante una tormenta cuando el oxígeno del aire es sometido a un pulso de alta energía, como un rayo o relámpagos, el doble enlace O=O del oxígeno se rompe, entregando dos átomos de oxígeno, los cuales luego se recombinan con otras moléculas de oxígeno. Estas moléculas recombinadas contienen tres átomos de oxígeno en vez de dos, lo que origina ozono.
Desinfección del agua y aire
Según la OMS, el ozono es el desinfectante más eficiente para todo tipo de microorganismos.
La primera vez que se utilizó con este propósito tuvo lugar en 1893 en una planta de purificación de agua en Holanda, hoy existen en este país más de 3000plantas de depuración de aguas con ozono. Desde entonces ha ido ganando en popularidad y es empleado cada vez más por industrias y particulares.
Las principales ventajas que aporta el ozono para su uso en aguas son: Elimina los olores y sabores del agua. No deja residuos. Es compatible con otros tratamientos. No afecta el pH. No colorea el agua.
Una de las principales ventajas de su uso es la conversión del ozono en oxígeno, sin dejar ningún residuo químico perjudicial en el agua.
Las principales ventajas que aporta el ozono para su uso en aire son:
Elimina virus, bacterias y hongos suspendidos en ambiente, evitando contagios de enfermedades de trasmisión aérea como Covid, Catarros, Gripe, Tuberculosis, Sarampión, Rubéola, Varicela, Tos Ferina y Legionela, entre otros. Elimina los malos olores. No deja resíduos.
Por lo tanto, el empleo de ozono, para la desinfección de aire resulta mucho más recomendable que el uso de otros desinfectantes, aparte de por su eficacia, por su rápida descomposición en oxígeno.
El ozono es la versión más oxidante del oxígeno, que tan solo con pequeñas dosis consigue purificar el aire. Incluso en umbrales de baja concentración, permitidos en su utilización en presencia de personas. La Universidad de Salud de Fujita (Japón), en agosto de 2020, documentó por primera vez en el mundo el hecho de que el gas ozono a baja concentración, que es seguro para el cuerpo humano, inactiva el coronavirus.
Ozono atmosférico El ozono atmosférico se encuentra en diferentes concentraciones en la troposfera y en la estratosfera, siendo su concentración más alta alrededor de los 25 km, en la estratosfera (ozonosfera o capa de ozono).
Actúa en la atmósfera como depurador del aire y sobre todo como filtro de los rayos ultravioletas procedentes del Sol. Sin ese filtro la existencia de vida fuera del agua sería prácticamente imposible; de ahí la gran importancia de la llamada “capa de ozono”.
El ozono en su forma natural es un gas de color azul y de un olor picante muy característico. Se licúa a −111,9 °C y se solidifica a −193 °C.
El ozono en altas concentraciones y por períodos prolongados tiene efectos perjudiciales para la salud. El ozono que se produce en la combustión y actividad industrial a menudo se mezcla con dióxido de nitrógeno. Es conocido este ozono como ozono malo.
Ozono estratosférico
left|200px|thumb|El agujero de la capa de ozono el 22 de septiembre de 2004. El ozono se encuentra de forma natural en la estratosfera, formando la denominada capa de ozono. El ozono estratosférico se forma por acción de la radiación ultravioleta, que disocia las moléculas de oxígeno molecular (O2) en dos átomos, los cuales son altamente reactivos, pudiendo reaccionar estos con otra molécula de O2 formándose el ozono:
O + O2 +M -> O3 + M
En lo cual M representa cualquier gas que transfiere energía del ozono para estabilizarlo.
El ozono se destruye a su vez por acción de la propia radiación ultravioleta, ya que la radiación con longitud de onda menor de 290 nm hace que se desprenda un átomo de oxígeno de la molécula de ozono. Se forma así un equilibrio dinámico en el que se forma y destruye ozono, consumiéndose de esta forma la mayoría de la radiación de longitud de onda menor de 290 nm. Así, el ozono actúa como un filtro que no deja pasar dicha radiación perjudicial hasta la superficie de la Tierra.
El equilibrio del ozono en la estratosfera se ve afectado por la presencia de contaminantes, como pueden ser los compuestos clorofluorocarbonados (CFC), que suben hasta la alta atmósfera, donde catalizan la destrucción del ozono más rápidamente de lo que se regenera, produciendo así el agujero de la capa de ozono. El daño que causan cada uno de estos contaminantes es función de su potencial de agotamiento del ozono. Esto fue descubierto por los científicos Mario Molina (México), Frank Sherwood Rowland (Estados Unidos) y el neerlandés Paul J. Crutzen, obteniendo por ello el Premio Nobel de Química en 1995.
Para medir la concentración de ozono en la atmósfera se utilizan instrumentos en satélites, tales como GOMOS en el satélite Envisat.
Ozono troposférico thumb|Un letrero de la calidad del aire, señalando un aviso de ozono alto, Gulfton, Houston, Texas. También denominado ozono ambiental. Se trata de un gas incoloro que se crea a través de reacciones fotoquímicas entre óxidos de nitrógeno (NOx) y compuestos orgánicos volátiles (COV) derivados de fuentes como la quema de combustible. Es el compuesto más destacado de los oxidantes fotoquímicos y forma parte del llamado esmog fotoquímico.
Puede encontrarse en la zona más baja de la atmósfera, ya que proviene de emisiones naturales de COA, NO* y OC, así como del ozono estratífico descendente. Esto se convierte en un problema, puesto que el ozono, en concentración suficiente, puede provocar daños en la salud humana (a partir de unos 150 microgramos por metro cúbico) o en la vegetación (a partir de 30 ppb (partes por billón anglosajón, o millardo) y contribuye a generar un calentamiento en la superficie de la Tierra. Estas características del ozono han propiciado que dentro de la Unión Europea aparezca una normativa relativa al ozono en el aire ambiente (Directiva 2002/3/CE), que establece el nuevo régimen jurídico comunitario sobre el ozono troposférico presente en la baja atmósfera.