Tính chất hóa học của Ozone

Ozone là một chất oxy hóa mạnh, chỉ sau flo và gốc hydroxyl.

Cấu trúc phân tử của Ozone

Viện sỹ N. N. Semenov chỉ ra rằng phần lớn các phản ứng xảy ra thông qua các nguyên tử hoặc các gốc. Vì vậy các tính chất hoá học của phân tử được xác định bởi khả năng tạo nên các nguyên tử hoặc các gốc và hoạt tính hoá học của các phần tử đó.

Ôxy dạng khí tồn tại ở trạng thái bền vững chỉ trong dạng phân tử gồm hai nguyên tử O₂. Phân tử Ozone O₃ nhận được do kết quả kết hợp 3 nguyên tử ôxy.

Thành phần của phân tử Ozone đã được biết từ lâu nhưng sơ đồ thể hiện cấu trúc phân tử của loại khí này được xác định gần đây.

Tương tự như lưu huỳnh 3 nguyên tử S_{3  ->} S=S=S và SO_{2 ->} O=S=O thì có thể chấp nhận:

O_{3  ->} O = O = O                        (1)

Như vậy phải chấp nhận một trong những nguyên tử ôxy chiếm 1 chỗ đặc biệt trong phân tử. Đúng vậy, trong nhiều trường hợp phân tử ozon tham gia vào phản ứng với 1 trong những nguyên tử đó. Nhưng sự có mặt của nguyên tử hoá trị 4 trong phân tử là đáng ngờ. Nếu cho rằng các phân tử ôxy dưới tác dụng của các phản ứng hoá học hoặc phóng điện phân chia theo sơ đồ

O_{2       =}     O + O                          (2)

hoặc sự liên kết giữa chúng suy giảm, tức là

O₂     =      O^– + O^–                                                (3)

thì các nguyên tử hoặc tạo ra liên kết phức hợp rất dễ kết hợp với các phân tử nguyên vẹn nhờ sự rất giống nhau về nguồn gốc phân tử. Các phản ứng (2) và (3) được coi như là những phản ứng thứ nhất và thứ hai như sau:

O₂ + O = O₃                             (4)

O^– + O^– + O = O₃                                   (4’)

Các phản ứng (4) và (4’) là thuận nghịch và kết quả của nó dẫn đến trạng thái cân bằng phụ thuộc vào các yếu tố hoá lý khác nhau. Trong trường hợp này cần phải cho Ozone cấu trúc vòng!

Nhưng không phải sơ đồ thứ nhất (1) mà theo nó sự có mặt của nguyên tử hoá trị 4 giải thích cho khả năng đặc biệt của nguyên tử này đối với các phản ứng của hiện tượng ôxy hoá, cũng không phải sơ đồ thứ 2 (5) cho là tất cả các nguyên tử ôxy đều như nhau tuyệt đối đều không thể được công nhận là hợp lý.

Ở Mỹ các nghiên cứu mới nhất đang được thực hiện trên cơ sở xem xét phổ hấp thụ trong điều kiện siêu cao tần. Những nghiên cứu đó cho thấy cấu trúc phân tử của Ozone có thể được thể hiện bằng sơ đồ chi tiết hơn.

Xem xét sơ đồ này cho thấy công thức cấu tạo có chỉ số II và IV là hoàn toàn đối xứng với các trường hợp hình I và III. Có những công trình coi ozon như là hỗn hợp các biến thể polimer của ôxy hoá trị 4 và 3, đó là cách nhìn hiện đại về cấu trúc ozon. Dù theo cách nào thì phân tử ozon hoàn toàn không bền vững và dễ bị phân huỷ ra thành nguyên tử và phân tử ôxy. Từ những số liệu phổ và nhiệt  hoá ta thấy năng lượng cần thiết để phân huỷ ozon là 24 kcal. Trong khi đó để phân huỷ phân tử ôxy cần 117 kcal.

Đối với hoá học, nguyên tử ôxy được phân huỷ từ ozon trong phản ứng (4) có thể tác dụng với phân tử ozon theo phản ứng sau:

O + O₃      =   2O₂                                                

Phản ứng này sinh ra 95 kcal. Vì thế nếu xem xét cơ cấu của phản ứng

2O₃ = 3O₂

thì cần phải trình bày nó ở dạng sau:

O₃    =     O₂  + O -24 kcal

O + O₃    =     2O₂+ 95 kcal

2O₃    =    3O₂ + 71 kcal

Từ đó ta thấy hiệu ứng nhiệt của phản ứng là 35,5 kcal trên 1 mol Ozone; nói cách khác phản ứng biến đổi Ozone thành ôxy là phản ứng toả nhiệt. Chính điều đó giải thích cho đặc tính dễ nổ của ozon trong những điều kiện nhất định. Thực tế là ozon không thể nổ nếu nồng độ của nó trong hỗn hợp Ozone-ôxy hoặc Ozone-không khí không vượt quá 10%. Những hỗn hợp này an toàn tuyệt đối ở áp suất vài atmotphe và dưới bất kỳ tác động nào, như là: nung nóng, va đập và trong các phản ứng với các chất hữu cơ ô nhiễm. Ozone sạch 100% (tức là  tinh khiết về hoá học) sẽ nổ với lực rất lớn  do những tác động nhỏ nhất!