EstratosferaEs la capa de la atmósfera que se extiende entre los 15 y los 50 km. La tropopausa, que es la zona que limita la troposfera y la estratosfera es un borde muy claro, pero no está exactamente a los 15 km., sino que oscila entre los 9 y los 18 km. dependiendo de la estación y de la latitud.
En esta zona la temperatura aumenta con la altitud debido a la absorción de radiaciones UV por el oxígeno y el ozono. Esta distribución de temperaturas origina una "inversión térmica" que dificulta el movimiento vertical de los gases manteniéndolos perfectamente estratificados (estratosfera).
Formación, destrucción y reacciones del ozono en la estratosfera
El ozono está continuamente formándose y destruyéndose en la estratosfera, en una serie de reacciones, llamadas reacciones de Chapman, que se pueden simplificar así:
| O2 + hn (< 240 nm) ----> O + O (1) | Formación del ozono |
| O + O2 -------------------> O3 (2) |
| O3 + hn (< 320 nm) ----> O + O2 (3) | Destrucción del ozono |
| O + O3 ------------------> O2 + O2 (4) |
Formación del ozono: Como se observa en la reacción (1), los enlaces de la molécula de oxígeno se pueden romper al absorber la energía de un fotón de radiación ultravioleta de ongitud de onda menor de 240 nm, formando dos átomos de oxígeno libres. En (2) un átomo de oxígeno libre reacciona con una molécula de oxígeno formando una de ozono. Esta reacción suele producirse con la intervención de alguna otra molécula M que no se consume en la reacción.
Destrucción del ozono: En (3) se observa que las moléculas de ozono absorben radiaciones ultravioleta de menos de 320 nm, rompiéndose en moléculas de oxígeno más átomos de oxígeno libres. Los átomos de oxígeno libres reaccionan con más moléculas de ozono (4) formándose oxígeno molecular.
La reacción (4) es bastante lenta en sí misma, pero diversas substancias como los óxidos de nitrógeno (NO y NO2), el hidrógeno y sus óxidos (H, OH, and HO2) y el cloro y sus óxidos (Cl, ClO y ClO2) actúan como catalizadores acelerando la destrucción del ozono. En esta reacción es donde inciden de forma mas relevante las substancias de origen humano que destruyen la capa de ozono.
En conjunto, en condiciones normales, se forma un sistema en equilibrio en el que tantas moléculas de ozono se forman por unidad de tiempo como las que se destruyen, por lo que su concentración permanece constante. El ozone es mucho más raro que el oxígeno normal en la alta atmósfera. De cada 10 millones de moléculas de aire, unos 2 millones son oxígeno normal y sólo 3 moléculas son de ozono.
Conversión de radiaciones UV en calor: Otra combinación del sistema de reacciones (2) a (3) está teniendo lugar continuamente en la estratosfera:
O3 + hv ----------> O2 + O (3)
O + O2 -----------> O3 (2)
En este conjunto de reacciones el átomo de oxígeno libre formado en las reacciones de tipo (2) encuentra una molécula de oxígeno, lo que es más probable, dada su mayor abundancia, que encontrar una de ozono; y se une a ella formano de nuevo ozono. Este sistema de reacciones es muy interesante porque en (3) se absorben radiaciones de baja longitud de onda, mientras que en (2) no se reemiten radiaciones de ese tipo, sino de mucha mayor longitud de onda, con lo que su resultado global es convertir radiaciones UV en calor.
Como se puede observar, en todo el conjunto de reacciones que se relacionan con el ozono hay una absorción de radiaciones UV cuya eliminación es muy beneficiosa para la vida sobre la superficie de la Tierra.
Niveles del ozono estratosférico y unidades de medida
Aunque en total hay unas tres mil millones de toneladas de ozono en la estratosfera, esta cantidad, dado el volumen, hace que sea un gas traza - en concentraciones muy bajas-, incluso en las zonas en las que es más abundante.
En términos absolutos se encuentran unas 1012 moléculas por cm3 a los 15 Km, que llegan a ser unas 1013 a los 25 Km y vuelven a bajar a unas 1011a los 45 km.
Esto significa en términos relativos a los otros gases que se encuentran en esas zonas que pasa de unas 0.5 ppm a los 15 km, a unas 8 ppm a los 35 km y cae a unas 3 ppm a los 45 km.
Unidades Dobson
El nivel de ozono en la atmósfera se suele medir en Unidades Dobson (DU). Si 100 DU de ozono fueran traídas a las condiciones de presión y temperatura de la superficie de la Tierra formarían una capa de 1 mm de espesor.
En las zonas tropicales los niveles de ozono típicos se mantienen entre 250 y 300 DU a lo largo del año. En las regiones templadas se suelen dar grandes variaciones de nivel en las distintas estaciones, con oscilaciones que van desde niveles de 475 DU a menos de 300 DU. En la zona de la Antártida, durante la formación del "agujero" de ozono, en la primavera, se han llegado a medir valores tan bajos como de poco más de 100 DU.
Variación y disminución del ozono estratosférico
En las concentraciones de ozono influyen diversos factores como los vientos estratosféricos, el ciclo solar, etc.; aunque en proporciones no muy grandes. También algunos incendios y ciertas formas de vida marina producen compuestos con cloro que llegan a alcanzar la estratosfera.
Los aerosoles de sulfato estratosféricos introducidos en la estratosfera por las grandes erupciones volcánicas llegan a tener una cierta influencia en algunas zonas. Junto a importantes cantidades de aerosoles introducen además de ciertas cantidades de cloro. En la primavera siguiente a la explosión del Pinatubo en 1991 el agujero de ozono de la Antártida fue un 20% superior a lo normal lo que sugiere, aunque no prueba, que los dos acontecimientos podrían estar relacionados. La influencia de las grandes erupciones volcánicas sobre el total del ozono atmosférico es más modesta (no llega al 3%) y dura sólo unos 2 ó 3 años. Los aerosoles no actúan directamente destruyendo el ozono, sino que aumentan la capacidad destructiva de los átomos de Cloro. Por eso, en ausencia de substancias destructoras del ozono de origen humano, su acción sería mucho menor.
De cualquier forma numerosos experimentos muestran que de la disminución del ozono estratosférico las substancias destructoras del ozono de origen humano son responsables de un 85%, mientras que las alteraciones naturales sólo son responsables del 15% restante.
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molecula de ozono
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El ozono es el estado del oxígeno en el que cada molécula se compone de tres átomos del mismo (O3). A temperatura y presión ambientales el ozono es un gas de olor acre e incoloro, que en grandes concentraciones puede volverse azulado.
Como principales acciones, el Ozono es un gas con un gran poder desinfectante, desodorizante, y de oxidación, lo que hace que tenga numerosas aplicaciones científicas, medicas e industriales.
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| El ozono tiene un interesante uso industrial como precursor en la síntesis de algunos compuestos orgánicos, y sobre todo, como desinfectante mediante los generadores de ozono. Su principal propiedad es que es un fortísimo oxidante. Es, sin embargo, 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 |
Que es el ozono?
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El ozono es una sustancia gaseosa. En 1781 Van Marum predijo su existencia cuando observó el olor del aire atravesado por descargas eléctricas, pero no fue descubierto hasta 1839 por Christian Schönbein que le dio el nombre de ozono. Su nombre deriva del griego ozein = oler. Se trata de un gas azul de olor metálico y picante, peligroso para la respiración pues ataca las mucosas, fácilmente reconocible. Se puede detectar durante las tormentas y cerca de equipos eléctricos de alto voltaje o que produzcan chispas. Es el caso de muchos motores eléctricos (por ejemplo, en las batidoras o en juguetes con un pequeño motor) cuando se producen las chispas en los contactos de las escobillas se produce ozono que podemos oler al acercarnos.
El ozono puede condensarse y, en este estado, se presenta como un líquido de color azul índigo muy inestable. También, si se congela lo podemos observar como un sólido de color negro-violeta. En estos dos estados es una sustancia muy explosiva dado su gran poder oxidante.
Su estado natural es el gaseoso y se encuentra en el aire, cerca de la superficie de la Tierra, en muy pequeñas cantidades, en una proporción aproximada de 20 partes por mil millones (ppmm) y en verano puede llegar a subir hasta las 100 ppmm.
Aunque el ozono fue estudiado por Marignac, Becquerel y Fremi, no se determinó su estructura hasta 1863 cuando J. L. Soret demostró que se trataba de una forma alotrópica del oxígeno (O3). Su molécula está formada por tres átomos de oxígeno unidos con una geometría angular. De aquí deriva su nombre científico: trioxígeno.
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| Propiedades físicas del ozono |
Molécula del ozono
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Peso molecular (PM)..........................................................47,998
Temperatura de condensación ..........................................- 112 º C
Temperatura de fusión .................................................... -197,2 º C
Densidad ......................................................................... 2,144g/l
Densidad (líquido a –182 º C) ..................................... 1.572 gr/cm 3
Peso del litro de gas (a 0º y 1 átm.) ................................. 1,144 gr.
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El ozono es un gas compuesto por moléculas (O3) que constan de tres átomos de oxígeno.
Las moléculas de oxígeno (O2) contenidas en el aire que respiramos constan de dos átomos de oxígeno solamente. Las Moléculas de ozono se crean en una reacción fotoquímica, que se puede describir en forma simplificada de la siguiente manera:
3 O2 <-> 2 O2 + 2 O <-> 2 O3
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Formas de obtención del ozono
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Existen dos formas de obtener ozono en la industria. El método más generalizado consiste en hacer pasar aire a través de unos tubos de vidrio con superficies metalizadas dispuestos de forma concéntrica (ozonizadores) entre los que se hace saltar una descarga de alta diferencia de potencial (unos 15 kV) y alta frecuencia (50 Hz) que actúa sobre las moléculas de dioxígeno (O2) provocando la formación del ozono (trioxígeno). Posteriormente se puede separar el ozono por destilación fraccionada. De esta forma se obtiene ozono mezclado con el aire en concentraciones de aproximadamente un 2 %. Otra forma de obtención, en concentraciones menores, consiste en irradiar aire con luz ultravioleta.
También se obtiene ozono como subproducto de la destilación del agua.
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| Ozono estratosférico |
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. El ozono estratosférico se destruye a su vez por acción de la propia radiación ultravioleta. Se forma así un equilibrio dinámico en el que se forma y destruye ozono. Así, el ozono actúa como un filtro que no deja pasar dicha radiación perjudicial hasta la superficie de la Tierra.
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El equilibrio del ozono en la estratosfera se ve afectado por la presencia de contaminantes, como pueden ser los compuestos clorofluorocarbonados (CFCs), que reaccionan con el ozono y hacen que se destruya más rápidamente de lo que se regenera. El daño que causan cada uno de estos contaminantes es función de su potencial de agotamiento del ozono.
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| Ozono troposférico |
Sin embargo, también podemos encontrar ozono en la zona más baja de la atmósfera, convirtiéndose en un problema, puesto que el ozono, en concentración suficiente puede provocar daños en la vegetación (a partir de unos 60 microgramos por metro cúbico).
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El mecanismo mediante el cual se genera el ozono en la troposfera es completamente distinto, ya que a esta altura no llegan las radiaciones ultravioletas. El conjunto del ozono, NOx y VOCs forma una neblina visible en zonas muy contaminadas denominada smog fotoquímico.
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| Medición del ozono atmosférico |
El contenido total de ozono en la atmósfera se define a partir de la cantidad de ese gas, contendida en una columna vertical de 1 cm2 de base, a valores de presión y temperatura '' standard". Puede ser expresada en unidades de presión y un valor típico de esa cantidad es del 0,3 atmósfera-centímetros. Un valor más frecuente es el que se expresa en miliatmosferas/centímetros, lo que define a la UNIDAD DOBSON(UD) Una UD corresponde, en promedio, a una concentración aproximada a una parte por billón en volumen.
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Los valores usuales de ozono observados en la atmósfera, oscilan entre los 230 y 500 UD. A su vez, su distribución no es absolutamente uniforme en toda la vertical, calculándose que cerca del 90% de su concentración se encuentra en la baja estratosfera, con un máximo entre 19 y 23 km. de altura en promedio.
La primera vez que se ha utilizado el ozono para el tratamiento del agua ha sido en 1893. Desde entonces se está utilizando cada vez más con grandes resultados.
Durante todos estos años ha demostrado ser mucho más eficaz que el cloro, pues es el oxidante natural más rápido y efectivo, aparte de que no es dañino.
En el campo de tratamiento del agua con ozono las ventajas son enormes debido a sus propiedades.
Desinfección del agua
El ozono cuenta con un alto poder bactericida. Las moléculas del ozono actúan sobre los microorganismos destruyéndolos y evitando su reproducción.
Es muy efectivo para la eliminación de mohos, virus y bacterias como la legionella.
Ventajas del tratamiento del agua con ozono
- Elimina colores, olores y sabores. Los tratamientos químicos convencionales varían el color, olor y sabor del agua. El ozono elimina las partículas de los olores y sabores que pueda tener el agua.
- No tiene derivados perjudiciales. Al interactuar con otras sustancias no crea ningún derivado que pueda ser dañino para la salud del consumidor.
- No deja residuos. Las moléculas del ozono se dividen, convirtiéndose en oxígeno. Esto impide que que pueda quedar algún rastro de su aplicación.
- Compatible con otros tratamientos. El ozono puede ser aplicado en conjunto con otros elementos desinfectantes como el cloro y la luz ultravioleta.
- No afecta al pH del agua. La variación del pH en el agua es mínima.
Consumo del agua ozonizada
El ozono en el agua tiene un tiempo de vida muy corto, tras los cual sus átomos se descomponen formando oxígeno. No queda ningún residual en el agua que pueda perjudicar la salud.
Por ello el uso del ozono en los aljibes es muy recomendado.
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