L’ozono è una forma allotropica dell’ossigeno, costituita da tre atomi di ossigeno invece che due, come nell’ossigeno molecolare comune (O₂). Questa molecola, con formula chimica O₃, si trova principalmente nella stratosfera, dove forma uno strato che protegge la Terra dai raggi ultravioletti (UV) del sole. La sua importanza è cruciale non solo per la protezione della vita sulla Terra, ma anche per i molteplici usi che ha in vari settori industriali e ambientali. La sua scoperta e il suo studio hanno radici storiche significative e hanno coinvolto diversi scienziati nel corso dei secoli.

L’ozono si forma naturalmente nell'atmosfera attraverso un processo chimico che avviene quando l’ossigeno molecolare viene esposto a radiazioni ultraviolette o a scariche elettriche, come i fulmini. Quando l’ossigeno molecolare (O₂) assorbe energia sufficiente, si dissocia in atomi di ossigeno singoli. Questi atomi possono quindi reagire con altre molecole di ossigeno per formare ozono. Questo processo è di fondamentale importanza per il ciclo atmosferico e per la formazione dello strato di ozono, che si trova tra i 10 e i 50 chilometri sopra la superficie terrestre. Qui, l’ozono assorbe la maggior parte delle radiazioni UV, riducendo significativamente la quantità di radiazioni nocive che raggiungono la superficie terrestre.

L’ozono ha una struttura molecolare unica che gli conferisce proprietà chimiche e fisiche peculiari. La molecola di ozono ha una forma angolare, con un angolo di legame di circa 117 gradi. Questo angolo è il risultato della repulsione tra le coppie di elettroni non condivisi attorno all'atomo centrale di ossigeno, che influenzano la geometria della molecola. L’ozono è un gas incolore con un odore pungente, tipicamente percepito dopo un temporale. La sua instabilità è una delle sue caratteristiche più note: l’ozono è un potente ossidante e può decomporsi rapidamente in ossigeno molecolare e atomi di ossigeno se sottoposto a calore o luce.

La presenza di ozono nell'atmosfera ha effetti sia positivi che negativi. Mentre nella stratosfera agisce come un filtro naturale contro le radiazioni UV, a livello del suolo, l’ozono è un inquinante atmosferico. Si forma a seguito di reazioni chimiche tra ossidi di azoto (NOx) e composti organici volatili (COV) in presenza di luce solare. L’ozono troposferico è associato a problemi respiratori, irritazione degli occhi e danni alle piante. Pertanto, il monitoraggio e la regolazione della qualità dell’aria sono fondamentali per limitare l'esposizione all'ozono a livello del suolo.

L'ozono trova applicazione in numerosi settori. Uno dei suoi utilizzi principali è nel trattamento delle acque. Grazie alle sue proprietà ossidanti, l’ozono viene utilizzato per disinfettare l’acqua potabile, abbattere batteri, virus e altri contaminanti. Rispetto al cloro, l’ozono non lascia residui tossici e non produce sottoprodotti pericolosi, rendendolo una scelta sempre più popolare per le strutture di trattamento delle acque. Inoltre, l’ozono è efficace nella rimozione di odori e sapori sgradevoli, motivo per cui viene utilizzato anche nel trattamento delle acque reflue.

Un altro campo in cui l’ozono è ampiamente utilizzato è la sterilizzazione. In ambito medico, l’ozono viene impiegato per sterilizzare strumenti chirurgici e superfici, grazie alla sua capacità di uccidere microorganismi patogeni. Inoltre, l’ozono è utilizzato nell'industria alimentare per disinfettare frutta e verdura, rimuovendo pesticidi e batteri senza l’uso di sostanze chimiche aggressive.

In cosmetica, l’ozono viene utilizzato in trattamenti per la pelle, poiché stimola la circolazione sanguigna e ha proprietà antibatteriche. Le applicazioni vanno dai trattamenti per l'acne a quelli per l'invecchiamento della pelle, grazie alla capacità dell’ozono di migliorare il metabolismo cellulare e la riparazione dei tessuti.

Dal punto di vista chimico, l’ozono presenta diverse reazioni di interesse. Una delle più note è la reazione di ozonolisi, in cui l’ozono reagisce con alcheni per formare ossidi di carbonio e carbonili. Questa reazione è fondamentale nella sintesi organica, poiché consente di ottenere composti che possono essere successivamente trasformati in una varietà di prodotti chimici. La reazione di ozonolisi può essere rappresentata come segue:

RCH=CHR' + O₃ → RCHO + R'CHO + O₂

Dove R e R' rappresentano catene alchiliche. Questa reazione evidenzia il potere ossidante dell’ozono e la sua utilità nella chimica organica.

Il percorso verso la scoperta dell’ozono ha coinvolto vari scienziati. Sebbene l’ozono fosse già noto nel XVIII secolo, fu il chimico tedesco Christian Friedrich Schönbein a dare un contributo fondamentale nel 1840, quando identificò e descrisse l’ozono come un gas con un odore caratteristico, prodotto durante le scariche elettriche. Schönbein fu anche tra i primi a studiare le proprietà chimiche dell’ozono e la sua formazione. Successivamente, nel XX secolo, molti altri scienziati hanno contribuito alla comprensione dell’ozono, in particolare nella ricerca sull’atmosfera e sul suo ruolo nella protezione dai raggi UV.

Negli anni, la crescente preoccupazione per il buco dell'ozono ha portato a importanti iniziative globali, come il Protocollo di Montreal del 1987, che ha cercato di ridurre l'uso di sostanze chimiche dannose per lo strato di ozono. Questo accordo internazionale ha coinvolto scienziati, governi e organizzazioni non governative nel monitoraggio e nella protezione dell’ozono stratosferico, mostrando come la cooperazione scientifica e politica sia fondamentale per affrontare le sfide ambientali.

In sintesi, l’ozono è una molecola fondamentale per la vita sulla Terra, con un’ampia gamma di applicazioni in vari settori. La sua dualità come protettore nella stratosfera e inquinante a livello del suolo richiede un attento bilanciamento nella gestione dell'ambiente. La continua ricerca e collaborazione tra scienziati e politici è essenziale per garantire un futuro sostenibile, in cui l’ozono possa svolgere il suo ruolo vitale senza compromettere la salute pubblica e l’ambiente.