O3, noto anche come ozono è un composto chimico molto famoso nei nostri libri di chimica. L’ozono o triossigeno è il composto inorganico presente nell’atmosfera terrestre che ci salva dai dannosi raggi ultravioletti provenienti dal Sole. C’è una domanda molto famosa che riguarda se l’O3 è polare o non polare.
In questo articolo, spiegherò la risposta a questa domanda in dettaglio e cercheremo di conoscere la struttura chimica della molecola O3.
Quindi, l’O3 è polare o non polare? L’O3 è una molecola polare e ciò è dovuto alla sua geometria molecolare piegata. In O3, i momenti di dipolo elettrico dei legami non si controbilanciano l’un l’altro, il che si traduce in un momento di dipolo netto. A causa di questo, l’O3 (Ozono) è polare in natura.
Studiamo questo in dettaglio.
Struttura molecolare di O3
Guardiamo prima la struttura di Lewis di O3. L’ossigeno (O) ha un numero atomico di 8 e ci sono 6 elettroni nel suo guscio di valenza.
L’atomo di ossigeno centrale condivide 4 elettroni per formare 1 doppio legame e 1 legame singolo con gli altri 2 atomi di ossigeno.
A volte le persone si confondono sul fatto che se l’ossigeno centrale forma 1 doppio legame e 1 legame singolo con gli altri 2 atomi di ossigeno, allora dovrebbero rimanere 3 elettroni senza legame. Ma in realtà, ci sono solo 2 elettroni non legati rimasti sull’atomo di ossigeno centrale.
È perché l’O3 ha 2 strutture di risonanza che continuano a risuonare e il doppio legame e il legame singolo si formano alternativamente su entrambi i lati. Entrambe queste strutture sono mostrate nella figura mostrata sopra.
Quindi, l’atomo di ossigeno centrale è lasciato con 1 coppia solitaria di elettroni. Inoltre, la coppia solitaria fornisce una maggiore repulsione alle coppie di legami su entrambi i lati, la geometria molecolare di O3 risulta essere piegata. L’angolo tra le sue coppie di legami risulta essere di 116 gradi.
A causa della repulsione coppia solitaria-coppia di legami, la molecola O3 è piegata in forma che risulta in un dipolo netto che imprime polarità nella molecola.
Perché l’O2 non è polare ma l’O3 è polare?
Nella molecola O2, 2 atomi di ossigeno sono uniti con un doppio legame tra loro. Ognuno di questi atomi ha 2 coppie solitarie l’uno sull’altro, ma poiché ci sono solo 2 atomi in questa molecola, l’O2 ha una forma lineare.
Inoltre, gli atomi sono gli stessi, cioè atomi di ossigeno, quindi non c’è un momento di dipolo netto nella molecola. Pertanto, la molecola di O2 risulta essere non polare.
Ma il caso di O3 è diverso in quanto ci sono 3 atomi a causa dei quali ha una forma piegata. Questa forma piegata provoca un dipolo elettrico netto che conferisce natura polare alla molecola di O3.
La molecola di ozono non mantiene alcuna simmetria, è piegata in forma a causa di coppie solitarie disuguali su tutti gli atomi di ossigeno.
È molto noto che la repulsione coppia solitaria-coppia solitaria è maggiore della repulsione coppia legame-coppia e coppia solitaria-coppia legame. Pertanto, gli atomi di ossigeno nell’ozono affrontano la repulsione coppia-singolo coppia che porta ad una forma piegata.
L’atomo di ossigeno esterno che è collegato all’atomo centrale ha una parziale carica negativa poiché contiene più coppie solitarie di altri atomi di ossigeno. Mentre l’atomo di ossigeno centrale ha una parziale carica positiva.
Fattori che determinano la polarità di una molecola
Momento di dipolo
La molecola polare ha sempre un valore di momento di dipolo netto. Per esempio, il momento di dipolo dell’ozono è 0,53 D. Debye è l’unità SI del momento di dipolo indicato con ‘D’.
Il momento di dipolo netto di una molecola non polare risulta essere 0 D. Maggiore è il valore del momento di dipolo netto, maggiore è la polarità della molecola.
Elettronegatività
In una molecola, se c’è una differenza di elettronegatività dei due atomi, allora il legame condiviso da entrambi è polare. Maggiore è la differenza di elettronegatività degli atomi, maggiore è la polarità complessiva.
Se guardiamo la struttura di una molecola di ossigeno, entrambi gli atomi di ossigeno hanno la stessa elettronegatività. Quindi, O2 è non polare.
Simmetria
La polarità e la non polarità di una molecola possono essere determinate anche solo guardando la geometria strutturale di una molecola. Se la molecola non ha simmetria, risulta essere una molecola polare e se la forma è simmetrica, è non polare.
Se guardiamo la molecola del gas biossido di carbonio, il legame C-O è polare a causa della differenza di elettronegatività. La molecola di CO2 essendo simmetrica ha entrambi i legami C-O a 180 gradi che annullano la polarità. Così, la CO2 è non polare.
Guardando questi fattori, possiamo controllare se una molecola è polare o non polare.
Proprietà dell’ozono
L’ozono protegge la terra dai raggi ultravioletti provenienti dal sole. Si forma uno strato intorno allo spettro dell’atmosfera che assorbe fortemente i raggi UV intorno ai 220-290 nm.
Senza questo strato, questi raggi UV possono danneggiare la vita acquatica e le piante sulla superficie della terra e anche gli esseri umani. Tuttavia, lo strato di ozono si sta esaurendo a causa del riscaldamento globale che aumenta di giorno in giorno.
L’ozono è più denso dell’aria nell’ambiente. La sua densità di vapore è di circa 24.
Con la liquidazione dell’ozono, si trasforma in un liquido di colore blu profondo.
L’ozono puro esiste in una forma gassosa di colore blu con un forte odore irritante. Alla solidificazione, esiste come cristalli viola-neri.
Il punto di ebollizione dell’ozono è intorno ai -112 gradi Celsius.
L’ozono è solubile in acqua alla pressione atmosferica. Così, l’ozono è un buon ossidante con un potenziale di ossidazione di 2,07 V. Essendo un forte ossidante, è anche usato nel trattamento dell’acqua.
L’ozono è elettrofilo e reagisce molto selettivamente con altri elementi.
L’ozono è meno stabile in acqua che in aria. In acqua, l’emivita dell’ozono si ferma a circa 20 minuti mentre, in aria, la sua emivita si ferma a 12 ore.
Nel trattamento dell’acqua, è usato per la sterilizzazione dell’acqua potabile a causa della sua proprietà ossidante.
E’ anche usato nelle industrie tessili per scopi di candeggio.
Così, spero che abbiate capito perché l’ozono è polare in natura e quali sono le sue caratteristiche.