Ozono: significato, formula chimica o₃ e struttura molecolare spiegata in modo semplice

6 October 2025

Staff Tecnico Ozonogroup

L’ozono, simbolo O₃, è una forma allotropica dell’ossigeno: un gas triatomico composto da tre atomi di ossigeno legati in modo particolare. Il termine deriva dal greco ozein, che significa “emanare odore” - infatti l’ozono ha un odore pungente caratteristico, facilmente riconoscibile dopo un temporale o vicino a macchine elettriche ad alta tensione.

Nel linguaggio scientifico, l’ozono è classificato come un gas ossidante, instabile a temperatura ambiente, dotato di forti proprietà chimiche. In condizioni standard, è un gas incolore o azzurrino, leggermente più denso dell’ossigeno, e tende a decomporsi spontaneamente in ossigeno molecolare (O₂).

Quando parliamo di ozono, dunque, parliamo di un gas che è allo stesso tempo fondamentale e pericoloso: nella stratosfera protegge la vita dai raggi ultravioletti, ma nella troposfera può risultare tossico per gli esseri viventi.

Significato e definizione di ozono

In chimica, il significato della parola ozono si riferisce a una molecola triatomica dell’ossigeno, con formula chimica O₃, appartenente alla famiglia degli ossidanti forti.

Nel vocabolario generale, “ozono” indica quindi:

un gas costituito da tre atomi di ossigeno, instabile e altamente reattivo, presente in piccole quantità nell’atmosfera terrestre.

Etimologia e definizione semplice

• Etimologia: dal greco ozein (odorare), introdotto nel XIX secolo dal chimico tedesco Christian Friedrich Schönbein (1840).
• Significato semplice: l’ozono è un gas formato da ossigeno che si trova nell’aria e ha un odore particolare.
• Simbolo chimico: O₃
• Formula molecolare: O₃
• Classificazione: gas ossidante, triatomico, non inerte

L’ozono come forma allotropica dell’ossigeno

L’ozono e l’ossigeno sono due forme allotropiche dello stesso elemento chimico.

• L’ossigeno molecolare (O₂) è la forma stabile, essenziale per la respirazione.
• L’ozono (O₃) è una forma metastabile, più energetica, ottenuta quando l’ossigeno assorbe energia (elettrica o ultravioletta) e si ricombina in molecole triatomiche.

La reazione di formazione dell’ozono è:

3 O₂ ⟶[UV o scarica elettrica] 2 O₃

Questa reazione mostra che l’ozono si forma a partire dall’ossigeno molecolare, ma la sua energia potenziale è maggiore - per questo tende a decomporsi facilmente.

Composizione e formula chimica dell’ozono

Dal punto di vista chimico, l’ozono è una molecola triatomica composta esclusivamente da atomi di ossigeno.

• Formula chimica: O₃
• Peso molecolare: 48,00 u (3 × 16,00 u)
• Tipo di legame: covalente con delocalizzazione elettronica
• Numero di atomi: 3 atomi di ossigeno

La formula chimica dell’ozono non basta però a descrivere la sua complessità. È infatti una molecola risonante, cioè la sua struttura non può essere rappresentata da una sola formula di Lewis fissa.

La struttura di lewis dell’ozono (o₃)

La formula di Lewis dell’ozono è un ottimo punto di partenza per capire il tipo di legame tra i suoi atomi.

Ogni atomo di ossigeno possiede 6 elettroni di valenza. Nella molecola O₃, due atomi sono collegati in modo asimmetrico: uno con un legame singolo e uno con un legame doppio, ma gli elettroni si delocalizzano fra i due legami.

Le due strutture di risonanza principali sono:

O=O-O ↔ O-O=O

Ciò significa che in realtà i due legami ossigeno-ossigeno hanno una lunghezza intermedia tra quella di un legame singolo e quella di un legame doppio. Questa delocalizzazione spiega la stabilità relativa della molecola e la sua forte reattività.

In breve:

• Elettroni di valenza totali: 18
• Strutture di risonanza: 2 equivalenti
• Atomo centrale: ossigeno
• Forma generale: angolata (a V)
• Legame dativo presente: sì, in una delle strutture di risonanza

Geometria e struttura molecolare dell’ozono (teoria vsepr)

Per determinare la geometria della molecola, si applica la teoria VSEPR (Valence Shell Electron Pair Repulsion). L’atomo centrale di ossigeno ha tre coppie elettroniche: due di legame e una solitaria. Secondo la teoria VSEPR, questa disposizione genera una geometria angolare simile a quella della molecola dell’acqua (H₂O), ma con angoli diversi.

• Numero di domini elettronici: 3
• Geometria elettronica: trigonale planare
• Geometria molecolare effettiva: angolare
• Angolo di legame O-O-O: ≈ 116,8°
• Simmetria: C₂v

La forma piegata dell’ozono influenza molte delle sue proprietà fisiche, come la polarità e la reattività.

Polarità e natura dei legami

La molecola di ozono è polare. Anche se gli atomi sono tutti uguali, la distribuzione asimmetrica degli elettroni e la forma angolare creano un momento di dipolo netto.

Questa polarità è una delle ragioni per cui l’ozono:

• è solubile in acqua più dell’ossigeno;
• ha forte potere ossidante;
• partecipa a reazioni chimiche selettive con numerose sostanze organiche e inorganiche.

Orbitali molecolari e ibridazione dell’ozono

Secondo la teoria degli orbitali molecolari, la molecola O₃ mostra una delocalizzazione elettronica lungo la catena O-O-O. I due legami ossigeno-ossigeno equivalgono a una combinazione di legami σ (sigma) e π (pi greco) delocalizzati.

• Ogni atomo di ossigeno utilizza orbitali ibridi sp², che formano un sistema planare.
• I due legami π sono delocalizzati, creando una distribuzione elettronica simmetrica su tutta la molecola.
• La risonanza π è ciò che conferisce all’ozono stabilità relativa rispetto a un ipotetico O-O-O con legami localizzati.

In altre parole, l’ozono è una molecola risonante e ibridata sp², con legami parzialmente doppi.

Struttura chimica riassuntiva dell’ozono

Proprietà fisiche dell’ozono

L’ozono (O₃) è un gas leggermente azzurrognolo, dall’odore pungente e caratteristico, percepibile già a concentrazioni molto basse (circa 0,01 ppm). È più pesante dell’aria e più denso dell’ossigeno molecolare, con una densità di circa 2,14 kg/m³ a 0 °C.

Proprietà fisiche principali:

• Stato fisico a 25 °C: gas
• Colore: azzurro pallido (più intenso allo stato liquido)
• Odore: acre e pungente, simile al cloro
• Temperatura di condensazione: -112 °C
• Temperatura di solidificazione: -193 °C
• Solubilità in acqua: moderata, maggiore di quella dell’O₂
• Densità relativa all’aria: 1,658

Quando liquefatto, l’ozono assume un colore blu intenso, mentre allo stato solido diventa violetto scuro. Tuttavia, lo stato liquido è altamente instabile: può esplodere anche spontaneamente, motivo per cui non viene mai immagazzinato in grandi quantità.

Ozono: gas ossidante e instabile

Dal punto di vista chimico, l’ozono è uno dei più forti ossidanti naturali. Ha un potenziale di ossidazione standard di +2,07 V, superiore a quello del cloro (+1,36 V).

Questo significa che è capace di:

• ossidare metalli, composti organici e inquinanti,
• trasformare sostanze riducenti in ossidate,
• inattivare microrganismi, batteri e virus.

Per la stessa ragione, l’ozono è instabile e reattivo: tende a decomporsi spontaneamente in ossigeno secondo la reazione:

2 O₃ ⟶ 3 O₂

Questa decomposizione è esotermica, cioè libera energia, e può essere accelerata da:

• luce ultravioletta (UV),
• temperature elevate,
• presenza di superfici catalitiche o impurità (come metalli).

Come si forma l’ozono

Formazione naturale (fotolisi dell’ossigeno)

L’ozono si forma naturalmente nell’atmosfera quando la radiazione ultravioletta solare (UV-C) scinde le molecole di ossigeno (O₂) in due atomi di ossigeno singolo (O). Questi atomi reagiscono rapidamente con altre molecole di ossigeno, formando ozono:

O₂ + hν (UV) ⟶ 2O

O + O₂ ⟶ O₃

Questo processo avviene principalmente nella stratosfera, dove si forma lo strato di ozono che filtra i raggi UV dannosi per la vita.

Produzione artificiale (scariche elettriche)

L’ozono può essere generato anche artificialmente, mediante:

• scariche elettriche a corona (nei generatori di ozono industriali),
• radiazioni ultraviolette ad alta energia.

Il principio è lo stesso: si scinde l’ossigeno molecolare per produrre atomi liberi di ossigeno che si ricombinano in O₃. Tuttavia, questa produzione è efficiente solo a basse temperature e umidità controllata, poiché l’umidità accelera la decomposizione.

Reattività chimica dell’ozono

L’ozono è un agente ossidante estremamente versatile. Reagisce con:

• metalli (come ferro, rame, argento), ossidandoli;
• composti organici insaturi, rompendo i doppi legami C=C (reazione di ozonolisi);
• ossidi di azoto (NOx), generando NO₂ e O₂;
• idrogeno (H₂), formando perossido d’idrogeno (H₂O₂).

Esempio - ozonolisi:

RCH=CHR′ + O₃ ⟶ RCHO + R′CHO

(rompe il doppio legame e forma aldeidi o chetoni)

Questa reattività fa sì che l’ozono venga utilizzato:

• nella purificazione dell’acqua,
• nella sterilizzazione dell’aria,
• e come reagente ossidante in chimica organica.

Ozono: tossicità e sicurezza

L’ozono è un gas tossico per l’uomo se inalato a concentrazioni elevate. Sebbene sia utile in piccole dosi per disinfettare, l’esposizione diretta può causare irritazione respiratoria, tosse, cefalea e danni polmonari.

Limiti di sicurezza (secondo oms e osha):

• 0,1 ppm (8 ore di esposizione): soglia massima raccomandata.

• 1 ppm: rischio di irritazione e infiammazione delle vie respiratorie.

• 10 ppm: concentrazioni potenzialmente letali.

L’ozono non è infiammabile, ma è un comburente: accelera la combustione di altre sostanze. Inoltre, a concentrazioni elevate, può danneggiare materiali organici come:

• gomma, plastica, legno,
• componenti elettronici,
• tessuti naturali.

Queste reazioni avvengono perché l’ozono rompe i legami C=C e C-H nei materiali organici.

Ozono, umidità e temperatura

L’ozono è fortemente influenzato dalle condizioni ambientali:

• a temperature elevate, si decompone più rapidamente;
• l’umidità accelera la formazione di radicali OH·, che ne favoriscono la disgregazione;
• a basse temperature e ambiente secco, la sua vita media aumenta sensibilmente.

Ecco perché i generatori di ozono industriali operano in ambienti freddi e asciutti, spesso con ossigeno puro anziché aria, per aumentare la resa.

Ozono: gas non inerte e altamente reattivo

A differenza dei gas nobili, l’ozono non è inerte. È un gas poliatomico instabile, capace di reagire con numerosi composti chimici e di auto-decomporsi facilmente. Le sue reazioni possono essere esotermiche (rilasciano calore) e persino esplosive in presenza di sostanze organiche concentrate o oli.

Reazione di decomposizione catalitica:

2 O₃ ⟶[MnO₂, Ag, Pt] 3 O₂

Questa è la base del principio di sicurezza: nelle apparecchiature industriali l’ozono viene distrutto cataliticamente prima del rilascio.

Differenze tra ozono e ossigeno

Ozono e apparecchiature elettroniche

L’ozono, essendo un forte ossidante, può danneggiare componenti elettronici, circuiti stampati e superfici metalliche esposte. Per questo, nei sistemi di disinfezione ambientale a ozono, è sempre consigliato limitare il tempo di esposizione e ventilare accuratamente dopo l’uso.

Odore e sensazione dell’ozono

L’ozono possiede un odore pungente e metallico, spesso descritto come “fresco dopo il temporale”. Si percepisce anche vicino a fotocopiatrici, stampanti laser o dispositivi elettrici, dove piccole scariche ionizzano l’aria e producono tracce di O₃.

Questa caratteristica olfattiva è ciò che ha dato il nome al gas stesso (ozein = odorare). Tuttavia, se l’odore è forte, significa che la concentrazione è potenzialmente nociva.

Ruolo dell’ozono nella ricerca chimica

In chimica teorica, l’ozono è una molecola modello per lo studio della risonanza e delle interazioni π delocalizzate. Inoltre, la sua particolare struttura è spesso usata per spiegare concetti di:

• ibridazione sp²,
• momento dipolare molecolare,
• teoria VSEPR,
• meccanismi di ozonolisi in chimica organica.

È un esempio perfetto di come una molecola piccola possa contenere una grande complessità elettronica.

Curiosità chimiche sull’ozono

• L’ozono liquido è più blu dell’acqua e può esplodere spontaneamente se contaminato.
• È uno dei pochi gas che assorbe fortemente la luce UV (intorno a 255 nm).
• Anche piccole quantità di ozono nell’aria possono neutralizzare odori e batteri in pochi minuti.
• L’ozono è paramagnetico a causa della presenza di elettroni spaiati nella struttura elettronica del suo orbitale π*.

Tabella riassuntiva delle proprietà chimiche e fisiche dell’ozono

Conclusione

L’ozono è molto più di un semplice gas atmosferico: è una molecola complessa, risonante e polare, un simbolo perfetto dell’interazione tra struttura chimica e funzione naturale. La sua formula O₃ racchiude un equilibrio tra instabilità e utilità, tra reattività e protezione.

Nel mondo microscopico, l’ozono è un laboratorio in miniatura per studiare la chimica dei legami, la delocalizzazione elettronica e la polarità molecolare. Nel mondo macroscopico, è una barriera vitale che filtra i raggi UV e rende possibile la vita sulla Terra.