OSSIGENO Scuola Interuniversitaria Campana di Specializzazione all‘Insegnamento (VIII ciclo a.a. 2008/2009) Prof. Andini Chimica degli elementi dell’ambiente

PREREQUISITI: Stati di aggregazione della materia Tavola periodica degli elementi Legame chimico e composti chimici OBIETTIVI: Conoscere le caratteristiche principali dell’ossigeno: struttura, proprietà, i principali composti e i metodi di preparazione Conoscere l’importanza dell’ossigeno come molecola essenziale per la vita e conoscere le problematiche ambientali relative all’ozono DESTINATARI: Lezione dedicata ad un biennio di un istituto tecnico industriale

Densità (g/cm 3 ) Massa atomica -2, Stati di ossidazione Numero atomico 1.429

Importanza dell’ossigeno L’ossigeno è il terzo elemento più abbondante per massa nell’universo dopo H e He E’ l’elemento più abbondante della crosta terrestre di cui costituisce il 47% in peso sotto forma combinata in rocce e minerali Costituisce in combinazione con l’idrogeno nell’acqua circa il 90% in peso dell’idrosfera Come molecola biatomica costituisce circa il 20,9% dell’ atmosfera Nell’ universo Sulla terra Nell’atmosfera

Reattività e Composti L’ossigeno è un elemento molto reattivo in grado di combinarsi con quasi tutti gli elementi della tavola periodica formando composti detti: OSSIDI Il più famoso di questi ossidi è l’ossido di di-idrogeno meglio conosciuto come acqua H2O2H2O2 H2OH2O CO 2 CaO SO 3 NO FeO Al 2 O 3 Nella maggior parte dei suoi composti l’ossigeno ha numero di ossidazione -2 e raramente numero di ossidazione –1 come nel caso dei PEROSSIDI. Perossido di idrogeno meglio noto come acqua ossigenata L’ossigeno è una molecola biatomica che si presenta come gas incolore ed inodore in condizioni ordinarie. Condensa in un liquido blu a –182°C e solidifica dando un solido blu pallido a -218°C

Insieme al C è l’elemento più abbondante nella composizione degli esseri viventi, È presente in tantissimi composti organici,e molecole biologiche quali carboidrati, grassi, proteine, DNA, indispensabili per la vita. Ma cosa rende l’ossigeno così importante?

L’ossigeno e la respirazione RESPIRAZIONE ESTERNA: La funzione respiratoria del corpo umano comprende tutte quelle attività fisiologiche finalizzate a:assicurare un adeguato apporto di O 2 ai tessuti; assicurare lo smaltimento della CO 2 prodotta dal metabolismo delle cellule. RESPIRAZIONE INTERNA : scambio di ossigeno e anidride carbonica fra il sangue e la cellula mediato dalle molecole di emoglobina e mioglobina RESPIRAZIONE CELLULARE: estrazione di energia (molecole di ATP) da molecole di carbonio organico (ad es. a partire da glucosio, carboidrati,lipidi e proteine) mediante consumo di O2 e produzione di CO 2 e H 2 O.

IL CICLO DELL’ OSSIGENO E’ STRETTAMENTE LEGATO A QUELLO DEL CARBONIO L’O 2 è fondamentale per il passaggio del carbonio da forma inorganica a organica e viceversa FOTOSINTESI: Produzione di ossigeno e carbonio organico da parte di alghe e piante verdi a spese dell’energia solare. Alghe verdi e cianobatteri presenti in ambiente marino producono il 70% dell’O 2 terrestre la restante quota viene prodotta dalle piante verdi terrestri. RESPIRAZIONE CELLULARE : estrazione di energia da molecole di carbonio organico mediante consumo di O 2 e produzione di CO 2

Preparazione dell’ O 2 L’ossigeno viene ottenuto su larga scala per liquefazione dell’aria e successiva separazione dei componenti per distillazione frazionata. L’ossigeno si può ottenere per elettrolisi dell’acqua facendo passare una corrente elettrica si ha la decomposizione dell’acqua in O 2 e H 2 gassosi. 2H 2 O → 2H 2 + O 2

L’OZONO L’ozono è una forma allotropica dell’ossigeno ed è una molecola triatomica. E’ un gas azzurro pallido che si trova nell’aria in piccolissime quantità. Il suo nome deriva dal greco e significa “mando odore” infatti il suo caratteristico odore può essere avvertito durante i temporali e vicino a macchinari elettrici. Esso si forma per azione delle scariche elettriche, scintille,fulmini sull’ossigeno e anche per azione dei raggi ultravioletti. La molecola di ozono è un ibrido di risonanza; i 2 legami O-O hanno parziale carattere di doppio legame.

Dato il suo potere ossidante (si decompone per dare O 2 ), l'ozono viene impiegato per sbiancare e disinfettare, in maniera analoga al cloro.cloro Tra gli usi industriali dell'ozono si annoverano i seguenti: USI NDUSTRIALI DELL’ O 3 disinfezione dell'acqua negli acquedotti disinfezione dell'acqua delle piscine disinfezione dell'acqua destinata all'imbottigliamento disinfezione di superfici destinate al contatto con gli alimenti disinfezione dell'aria da spore di muffe e lieviti disinfezione di frutta e verdura da spore di muffe e lieviti

L'ozono è un gas e si trova quindi in atmosfera, in particolare nella stratosfera (90%) e nella troposfera (10%). DOVE SI TROVA L’OZONO ?

A causa dell'atomo "in più" l'ozono è una specie estremamente reattiva: l'ozono in stratosfera interagisce con la luce solare, assorbe la radiazione UV-B ed UV-C e svolge una funzione fondamentale di schermo nei confronti delle radiazioni nocive per la pelle. L'ozono è una molecola molto reattiva

UV-B I raggi UV-B sono in grado di attaccare e danneggiare molecole come il DNA e l’RNA, così se l’esposizione a questi raggi diviene eccessiva,si possono sviluppare sia dei melanomi che altri tipi di cancro della pelle. Possono provocare interferenze nella regolazione dei meccanismi di difesa immunitaria Danni alla sulla retina dell’occhio (rischio di cecità) DANNI PER L’ UOMO DEI RAGGI UV-B:

L’ozono stratosferico: Formazione e distruzione La concentrazione di ozono in stratosfera è il risultato del bilanciamento fra reazioni di formazione e distruzione. formazione distruzione

Il Buco dell'ozono sull'Antartide (Polo Sud)Polo Sud nel settembre del 2006 è il più grande mai registrato ai giorni nostri.2006 BUCO DELL’OZONO A partire dalla metà degli anni '70 è stata notata una progressiva e consistente diminuzione della quantità stratosferica di ozono misurata ogni mese di ottobre sopra l'Antartide, un vero e proprio "buco" nel già sottile strato di ozono della primavera antartica. L’assottigliamento risulta più marcato in questa zona del globo soprattutto per l’azione determinante che ha il freddo nei meccanismi di degradazione dell’ozono.

La causa della formazione del "buco" dell'ozono è stata individuata nell'immissione in atmosfera di massicce quantità di composti di origine antropogenica, i clorofluorocarburi (CFC). LA CAUSA DEL BUCO I clorofluorocarburi sono composti chimici di origine sintetica composti da carbonio, cloro e fluoro, non tossici e chimicamente inerti. Proprio per queste ottime caratteristiche, il loro utilizzo è stato massiccio: sono stati impiegati come liquidi refrigeranti nei frigoriferi e nei condizionatori, come solventi, negli estintori, come isolanti termici, come propellenti, nella produzione di schiume espanse.

COME I CFC DISTRUGGONO L’OZONO TROPOSFERICO Il cloro radicale è il vero catalizzatore della distruzione di ozono Un solo radicale cloro è capace di promuovere la distruzione di moltissime molecole di ozono. I CFC una volta immessi in troposfera vi rimangono per anni (più di 50 anni), si distribuiscono su tutto il pianeta, raggiungono inalterati la stratosfera e qui, per effetto della forte radiazione solare, liberano atomi di cloro radicale.

 A partire dagli anni'80 e soprattutto dopo gli accordi del protocollo di Montreal, la produzione ed il consumo di CFC sono rapidamente diminuiti.  I clorofluorocarburi sono stati sostituiti nei loro impieghi con altri composti meno pericolosi per l'ozono: i perfluorocarburi PFC, composti che non contengono cloro e gli idroclorofluorocarburi HCFC, composti che oltre a carbonio, cloro e fluoro contengono anche idrogeno.  Gli HCFC sono meno pericolosi per l'ozono stratosferico perché meno persistenti e più degradabili dei primi CFC. Il futuro sostenibile

l'ozono in troposfera se in eccesso risulta tossico ed irritante per molte piante ed animali ed è in grado di danneggiare materiali plastici. L‘O 3 in troposfera

Lo smog fotochimico si produce nelle giornate caratterizzate da condizioni meteorologiche di stabilità e di forte insolazione (T almeno di18°C). COSA DETERMINA UN AUMENTO DELL’O 3 TROPOSFERICO? Gli ossidi di azoto (NOx) e i composti organici volatili (VOC), emessi nell’atmosfera da molti processi naturali od antropogenici, vanno incontro ad un complesso sistema di reazioni fotochimiche indotte dalla luce ultravioletta che porta alla formazione di ozono O 3 LO SMOG FOTOCHIMICO SMOG FOTOCHIMICO caratteristico colore che va dal giallo-arancio al marroncino