OZONO
OZONO
. Stato allotropico dell'ossigeno, corrispondente alla formula O3.
Varî autori sulla fine del sec. XVIII avevano notato l'odore caratteristico prodotto dalle scariche elettriche nell'aria; un odore analogo notò H. Davy durante l'elettrolisi dell'acqua acidulata con acido solforico. Qualche autore aveva anche notato le proprietà disinfettanti dell'aria in cui s'erano prodotte scariche elettriche. Il primo però a scoprire l'esistenza d'una sostanza ben definita alla quale si dovevano tali proprietà fu Ch. F. Schönbein nel 1840. Dapprima si credette si trattasse di un ossido dell'azoto, poi di un perossido d'idrogeno più ricco in ossigeno dell'acqua ossigenata. Ma avendo E. Frémy e altri ottenuto la stessa sostanza con scariche elettriche nell'ossigeno puro, non rimase più dubbio che si trattava d'una modificazione allotropica di questo elemento. Essa fu chiamata ozono dal gr. ὄζω "odoro".
La quantità media d'ozono contenuta nell'aria è di mg. 0,02 per metro cubo. La distribuzione dell'ozono nell'atmosfera è stata studiata con metodi spettroscopici, approfittando dell'elevato potere assorbente dell'ozono per speciali radiazioni; per tale sua proprietà esso ci preserva da radiazioni ultraviolette nocive.
La quantità d'ozono è minima all'equatore; varia con le stagioni (è massima in primavera, minima nell'autunno) e anche con la pressione. L'ozono è stato trovato anche in alcune acque ed emanazioni naturali in Italia.
Produzione d'ossigeno ozonizzato mediante elettrolisi. - Già il Davy aveva notato l'odore caratteristico dell'ozono nell'elettrolisi di soluzioni acquose d'acido solforico. Il Fischer e i suoi allievi hanno precisato le condizioni per avere un buon rendimento. Con una densità di corrente di 60 amp./cmq., l'elettrolisi dell'acido solforico di densità 1,085 fornisce ossigeno contenente 17% di ozono; mantenendo l'elettrolita a 0° e l'anodo a -14° si può raggiungere la concentrazione del 28%. Anche con correnti alternate di alta frequenza e intensità sopra soluzioni non troppo diluite d'acido solforico si può ottenere l'ozono con buon rendimento.
Preparazione d'ossigeno ozonizzato mediante l'effluvio elettrico. - Per produrre l'effluvio elettrico sono stati proposti varî apparecchi (v. fig.). Uno dei più usati è l'ozonogeno di Brodie, chiamato comunemente ozonogeno di Berthelot. Esso consta d'un tubo di vetro a doppia parete; fra l'una e l'altra si può far circolare dell'ossigeno. Nell'interno del tubo v'è H2 SO4 concentrato; l'apparecchio è tuffato in un largo cilindro contenente pure acido solforico concentrato. Questo e quello del tubo interno si mettono in comunicazione, mediante fili di platino, coi due poli d'un rocchetto d'induzione. Si usa una tensione da 5000 a 50.000 volt e un'intensità di 0,1 amp.; la frequenza più conveniente è di 500 periodi circa. L'ossigeno che circola fra le due armature esce ozonizzato. Il Briner e il Durand hanno osservato che a −1940 si può avere una trasformazione quasi integrale dell'ossigeno in ozono; a temperatura ordinaria la quantità trasformata non eccede il 15%. Il rendimento varia con la pressione e a temperatura ordinaria l'optimum è di 400-500 mm.
Formazione d'ozono in altri processi fisici. - Il Lenard ha scoperto che si forma ozono anche per azione dei raggi catodici e delle radiazioni di corpi radioattivi (particolarmente di raggi X). Anche i raggi ultravioletti hanno una debole azione ozonizzante.
Formazione d'ossigeno ozonizzato in reazioni chimiche. - L'ozono si forma, come constatò lo Schönbein, nell'ossidazione del fosforo umido all'aria. L'optimum di temperatura è circa 250; tracce di NH3 e di vapori di varie sostanze organiche ritardano la reazione. L'ozono si forma anche per reazione dell'acido nitrico sui persolfati, del fluoro sull'acqua e in piccole quantità anche nella decomposizione dell'acqua ossigenata. È stato affermato anche che si forma ozono nell'ossidazione lenta di varie sostanze organiche, ma pare si tratti della formazione di derivati organici dell'ozono (ozonidi). Alla stessa causa è da attribuirsi probabilmente la notevole solubilità dell'ozono in certi solventi organici come p. es. l'essenza di trementina.
Preparazione d'ozono puro. - L'ozono puro o quasi puro (al 99°) si può ottenere mediante distillazione frazionata dell'ossigeno ozonizzato liquido, essendo l'ozono meno volatile dell'ossigeno.
Proprietà fisiche dell'ozono. - L'ozono gassoso è di colore azzurro intenso. Un litro d'acqua a 0° scioglie 20 mg. di O3. A differenza dell'ossigeno l'ozono è diamagnetico. La temperatura critica dell'ozono è −5°; la pressione critica 67 atm. L'ozono liquido è di un intenso colore blu indaco. Il p. di eboll. a pressione normale è −111°,5± 0,5. Il p. spec. a −183° è 1,71± 0,5. L'ozono forma dei cristalli color indaco che fondono a −251°,4 ± 0,6. Per l'ozono sono state proposte varie formule fra le quali
e O=O=O. Quest'ultima sarebbe appoggiata da costanti fisiche quali il volume molecolare critico. L'ozono è un potente ossidante. Se è allo stato puro si decompone spontaneamente con rapidità, la decomposizione è accelerata da certi catalizzatori come polvere di carbone. Tale instabilità è in relazione col fatto che la reazione di trasformazione dell'ossigeno in ozono è fortemente endotermica.
L'ozono a temperatura ordinaria ossida solo lentamente l'idrogeno; pure debole (inferiore a quella dell'ossigeno stesso) è la sua azione su NO. Non reagisce affatto con l'azoto.
L'ozono reagisce con l'acqua ossigenata secondo la reazione H2O2+O3 = H2O + 2O2; tale reazione è rapida in soluzione alcalina, molto più lenta in soluzione acida. La velocità è aumentata anche dall'azione catalitica di sali di manganese e da radiazioni ultraviolette.
L'ozono ossida cloro, bromo e iodio formando miscugli non ben definiti di ossidi; controversa è la questione della sua azione sul fluoro. Gl'idracidi degli alogeni, acida fluoridrico eccettuato, vengono ossidati con formazione d'acqua e alogeno libero. Gli iodati in soluzione alcalina sono ossidati a periodati. Lo zolfo a secco è ossidato a SO2, in presenza d'acqua ad H2SO4. L'idrogeno solforato viene ossidato lentamente.
L'acido solforico contenente disciolto ozono è più ossidante dell'ozono stesso; sembra escluso si formi acqua ossigenata o acido persolforico.
L'ozono agisce sull'ammoniaca formando varî prodotti d'ossidazione; l'idrazina in soluzione alcalina viene completamente bruciata. L'ossido di carbonio è lentamente ossidato ad anidride carbonica. Il fosforo e l'arsenico vengono ossidati; più lentamente lo è l'antimonio. L'ozono ossida tutti i metalli escluso il platino e l'oro: anche quest'ultimo è ossidato se in soluzione colloidale. I metalli alcalini e gli alcalino-terrosi dànno ozonidi contenenti il gruppo O−O−O; l'argento dà il perossido Ag2O2, altri dànno ossidi ordinari. L'alluminio è ossidato solo superficialmente. La lega Fe−Cr con 25% Cr non è attaccata.
I solfuri di molti metalli (p. es. di Pb, Zn, Cd, Cu, Ag) sono trasformati in solfati, altri (Ni, Co, Mn, Pd) dànno perossidi e acido solforico. Molti sali al minimo vengono dall'ozono trasformati in sali al massimo.
L'ozono reagisce con molte sostanze organiche. Notevole è l'ossidazione del borneolo che conduce alla canfora con rendimento quantitativo operando a −80°, come pure l'ossidazione dell'isoeugenolo in vanillina, applicata all'industria. Le sostanze coloranti sono ossidate: p. es. l'indaco dà isatina. I grassi vengono distrutti, cosa della quale bisogna tener conto nella lubrificazione di apparecchi che debbono stare in contatto con ozono. Anche il caucciù e la gomma vengono attaccati: sembra invece resista il nuovo caucciù sintetico ottenuto mediante il cloropene.
I composti non saturi, specie della serie etilenica, fissano ozono dando ozonidi (v.) secondo lo schema
Gli ozonidi sono composti instabili, spesso esplosivi. Varie reazioni proposte per riconoscere l'ozono sono comuni all'acqua ossigenata e ad altri ossidanti. Specifico invece è l'annerimento della foglia d'argento (reazione catalizzata da tracce di ossidi di ferro) e la colorazione viola che l'ozono dà col tetrametildiparadiaminodifenilmetano (tetrabase). Per la determinazione quantitativa si titola lo iodio messo in libertà da ioduro potassico. Sono stati proposti anche metodi basati sull'uso dello spettrofotometro.
Usi. - L'ozono si adopera per la depurazione delle acque per uso potabile; esso distrugge le sostanze organiche disciolte ed ha potente azione battericida. S'utilizza anche nella preparazione di profumi e di sostanze coloranti. Esso accelera la solidificazione degli oli siccativi e viene applicato anche per imbiancare la carta, la cera, l'amido, lo zucchero; è stato proposto altresì per l'invecchiamento artificiale dei vini.
Bibl.: P. Pascal, Traité de Chimie Minérale, I, p. 337; J. W. Mellor, Treatise on Inorg. and Theoret. Chemistry, I, p. 877.