Ozone

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Ozone
Image:Ozon Molecular-Forms.png
Général
Nom systématique	Trioxygène
Formule moléculaire	O₃
Masse molaire	47,998 g/mol
Apparence	Gaz bleu pâle
N° CAS	[10028-15-6]
Propriétés physiques
Densité et phase	2,144 g/l (0 °C), gaz
Solubilité dans l'eau	0,105 g/100 ml (0 °C)
Point de fusion	−197,2 °C
Point d'ébullition	−111,9 °C
Propriétés thermodynamiques
Enthalpie standard de formation Δ_fH°_solide	+142,3 kJ/mol
Entropie molaire standard S°_solide	237,7 J.K⁻¹.mol⁻¹
Dangers
Classification CE	non listé
Sauf exception, ces valeurs sont données aux Conditions normales de température et de pression

L'ozone est un composé chimique comportant 3 atomes d'oxygène (O₃). Sa structure est une résonance entre trois états. Métastable aux conditions ambiantes, l'ozone a tendance à se décomposer naturellement en dioxygène. À température ambiante, c'est un gaz bleu pâle. Il se liquéfie à -111,9 °C et se solidifie à -192,5 °C.

On produit l'ozone par décharge électrique dans du dioxygène. L'ozone réagit avec les métaux alcalins et métaux alcalino-terreux pour former des ozonides (<math>M + O_3 \rightarrow MO_3</math>), instables et réagissant avec l'eau pour former du dioxygène. Cette succession de réactions chimiques explique pour la plus grande part le caractère de polluant qui est attribué à l'ozone quand il est présent dans l'atmosphère près du sol.

Contrairement au dioxygène inodore, l'ozone est perçu par l'odorat humain. Respiré en grande quantités, il est toxique.

Sommaire

1 Découverte
2 L'ozone dans l'atmosphère
3 Production industrielle
4 Utilisation dans le traitement de l'eau
- 4.1 Potabilisation et purification de l'eau
- 4.2 Eaux usées
5 Utilisations industrielles de l'ozone
6 Voir aussi
- 6.1 Liens externes

[modifier] Découverte

L'ozone a été découvert en mai 1840 par le suisse Christian Schönbein. Il le dénomma ainsi en se référant à la racine grecque Ozein (exhaler une odeur, sentir). La relation entre l'ozone et les oxydes d'azote a été mise en évidence dans les années 1970 par Paul Josef Crutzen, prix Nobel de Chimie 1995.

[modifier] L'ozone dans l'atmosphère

Image:Ozon hole AntOzone.jpg

Dans la haute atmosphère de la Terre, la couche d'ozone est une concentration d'ozone qui filtre une partie des rayons ultraviolets émis par le Soleil, ultraviolets notamment responsables de cancers de la peau. Cette couche protectrice est menacée par la pollution, en particulier par les émissions de gaz CFC (Chlorofluorocarbone), qui montent dans la haute atmosphère et y catalysent la destruction de l'ozone, étant ainsi à l'origine du trou dans la couche d'ozone. Comme instrument de mesure, on peut noter l'instrument GOMOS du satellite ENVISAT.

L'ozone est aussi très présent autour des grandes agglomérations qui en fournissent les précurseurs, notamment le dioxyde d'azote NO₂, par leur pollution atmosphérique. Lors des canicules, on trouve l'ozone en grande quantité dans les basses couches de l'atmosphère, surtout autour des centres urbains. Il y est principalement produit par la réaction des hydrocarbures imbrûlés et des oxydes d'azote des gaz d'échappement des véhicules avec l'oxygène de l'air sous l'influence de la lumière solaire. Lors de fortes températures, son évacuation vers les couches supérieures de l'atmosphère est freinée, ce qui peut entraîner des problèmes de santé chez les personnes fragiles. <div style="clear:both;" />

[modifier] Production industrielle

A l'échelle industrielle, l'ozone est produite en utilisant des radiations ultraviolettes de courtes longueurs d'ondes émises par une lampe à vapeurs de mercure, ou par le procédé de décharge à froid ou décharge corona qui utilise un champ électrique élevé. L'appareil de décharge est constitué de deux plaques de métal séparé par une couche d'air et un isolant électrique de constante diélectrique élevée, comme le mica ou un verre borosilicaté. Une différence de potentiels élevée est appliquée entre les deux plaques, ce qui entraine la dissociation des molécules d'oxygène de la couche d'air et leur recombinaison en ozone. Une couronne peut être présente mais le champ électrique est maintenu à une valeur inférieure à celle qui entraînerait l'apparition d'un arc électrique et d'un plasma.

En laboratoire, l'ozone peut être produite par électrolyse en utilisant une batterie de 9V, une cathode de graphite, une anode de platine et l'acide sulfurique comme électrolyte. Les demi-réactions qui ont lieu sont :

3H₂O → O₃ + 6H⁺ + 6e^- ΔE^o = - 1.53 V

6H⁺ + 6e^- → 3H₂ ΔE^o = 0 V

2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e^- ΔE^o = -1. 23 V

Trois équivalents d'eau sont utilisés pour produire un équivalent d'ozone. Cette réaction est en compétition avec celle de formation d'oxygène.

[modifier] Utilisation dans le traitement de l'eau

[modifier] Potabilisation et purification de l'eau

L'ozone présente une série d'avantages par rapport au chlore pour le traitement de l'eau, ce qui explique qu'il soit employé malgré le coût souvent significatif d'une installation d'ozonisation de l'eau. Ces avantages sont les suivants :

il ne reste pas présent dans l'eau ;
il ne provoque pas l'apparition de produits organo-chlorés, qui peuvent être cancérigènes ;
il ne laisse pas de mauvais goût peu apprécié des consommateurs d'eau potable.

L'ozone est employé dans le traitement de l'eau pour plusieurs fonctions :

Oxydation du fer
Amélioration de la performance de filtres à sable
Désinfection de l'eau
Élimination de composés organiques nocifs, en particuliers pesticides et herbicides. Pour cette application l'ozone est en général injecté en amont d'un filtre à charbon actif

[modifier] Eaux usées

L'ozone est utilisé dans des procédés de traitement des eaux usées, en particulier pour rendre digestible par des bactéries la DCO dite "dure", et pour la désinfection de l'eau en sortie de stations d'épuration (traitement dit tertiaire). Ces applications nécessitent la maîtrise de plusieurs technologies: ozonisation, mais aussi bio-réacteurs. Parfois la performance de l'ozone peut être améliorée en combinant l'ozonisation par une traitement UV à haute dose d'irradiation. On parle alors de procédés d'oxydation avancés.

[modifier] Utilisations industrielles de l'ozone

[modifier] Importance des applications industrielles de l'ozone

L'utilisation de l'ozone dans le traitement de l'eau reste actuellement l'application industrielle prévalente. Toutefois une série d'autres applications ont étés développées au cours des 2 dernières décennies, essentiellement en substitution du chlore.

[modifier] Motivations de l'utilisation de l'ozone

L'ozone est un oxydant et un désinfectant puissant. Il présente certains avantages par rapports à d'autres oxydants habituellement utilisés dans l'industrie, en particluier le chlore. Le principal avantage est l'absence de rémanence : l'ozone étant chimiquement instable, il ne reste pas de traces d'oxydant ou de produits dérivés sur les produits traités.

[modifier] Blanchisserie

Cette application est très répandue dans les pays anglo-saxons et peu en Europe continentale. L'ozone est utilisé essentiellement pour le lavage de linge blanc dans les installations commerciales.