Ozone
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Découverte

L'ozone a été découvert pour la première fois en 1781 par Martin von Marum puis la molécule fut isolée en 1839 par le chimiste suisse Christian Friedrich 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 (Le prix Nobel de chimie est décerné une fois l'an, depuis 1901, par l'Académie royale des sciences de Suède à un scientifique dont...) 1995.

Production en laboratoire

Machine électrostatique (Une machine électrostatique est une machine qui permet d'accumuler des charges électriques par frottement sur une boule ou condensateur dont le potentiel monte.) de Whimshurst, parfois utilisée comme générateur d'ozone (L’ozone (ou trioxygène) est un composé chimique comportant 3 atomes d’oxygène (O3). Sa structure est une résonance entre...) pour des applications pédagogiques

Un appareil de laboratoire couramment utilisé pour la démonstration (En mathématiques, une démonstration permet d'établir une proposition à partir de propositions initiales, ou précédemment démontrées...) de production d'ozone était la machine électrostatique (L'électrostatique traite des charges électriques immobiles et des forces qu'elles exercent entre elles, c’est-à-dire de leurs interactions.) de Whimshurst : elle utilisait la mise en rotation par une manivelle de deux plateaux isolés identiques, mais tournant en sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but l'extension radicale de l'espérance de vie humaine. Par une évolution progressive allant du ralentissement du...) inverse (En mathématiques, l'inverse d'un élément x d'un ensemble muni d'une loi de composition interne · notée multiplicativement, est un élément y tel que x·y =...). Des balais collectent l'électricité (L’électricité est un phénomène physique dû aux différentes charges électriques de la matière, se manifestant par une énergie. L'électricité désigne également la branche de la physique qui étudie les...) statique (Le mot statique peut désigner ou qualifier ce qui est relatif à l'absence de mouvement. Il peut être employé comme :) produite par le frottement (Les frottements sont des interactions qui s'opposent à la persistance d'un mouvement relatif entre deux systèmes en contact.), ils déchargent les plaques en produisant un arc électrique (Un arc électrique est un courant électrique visible dans un milieu isolant (gaz, vide...). La découverte de ce phénomène est due au chimiste et physicien anglais sir Humphry Davy en 1813. L'explication de...) autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit constituent les 5...) duquel apparait de l'ozone (alors diffusé dans l'air).

De l’ozone peut être produite par électrolyse (Dans l'industrie chimique, l'électrolyse est une méthode de séparation d'éléments ou de composés chimiques liés utilisant l'électricité.) en utilisant une batterie de 9 V, une cathode (La cathode est une électrode siège d'une réduction, que l'on qualifie alors de réduction cathodique. Elle correspond à la borne positive (+) dans une pile électrique qui débite et à la borne négative du...) de graphite, une anode (L'anode est l'électrode où a lieu une réaction électrochimique d'oxydation (menant à la production d'électrons) par opposition à la cathode où se produit une réaction électrochimique de réduction (menant à...) de platine (Le platine est un élément chimique de symbole Pt et de numéro atomique 78.) et l’acide sulfurique comme électrolyte. Les demi-réactions qui ont lieu sont :

3HO → O + 6H+ + 6e- ΔEo = -1,53 V
6H+ + 6e- → 3H ΔEo = 0 V
2HO → O + 4H+ + 4e- ΔEo = -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.

Production industrielle

Une production industrielle d'ozone est permise par plusieurs techniques :

  • exposition d'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et incolore. Du fait de la diminution de la pression de l'air avec l'altitude, il est nécessaire de pressuriser les cabines des...) à des radiations ultraviolettes de courtes longueurs d’ondes émises par une lampe à vapeurs de mercure
  • décharge à froid (Le froid est la sensation contraire du chaud, associé aux températures basses.) dite décharge corona ou décharge à effet corona, dans un champ électrique (Dans le cadre de l'électromagnétisme, le champ électrique est un objet physique qui permet de définir et éventuellement de mesurer en tout point de l'espace l'influence exercée à...) élevé.
    L’appareil de décharge est constitué de deux plaques de métal (Un métal est un élément chimique qui peut perdre des électrons pour former des cations et former des liaisons métalliques ainsi que des liaisons ioniques dans le cas des...) séparées par une couche d’air et un isolant (Un isolant est un matériau qui permet d'empêcher les échanges d'énergie entre deux systèmes. On distingue : les isolants électriques, les isolants...) électrique de constante diélectrique (La constante diélectrique ou constante électrique, également nommée permittivité du vide ou encore permittivité diélectrique du vide, est une constante...) élevée, comme le mica ou un verre (Le verre, dans le langage courant, désigne un matériau ou un alliage dur, fragile (cassant) et transparent au rayonnement visible. Le plus souvent, le verre est constitué d’oxyde de silicium (silice SiO2) et de...) borosilicaté. Une différence de potentiel élevée est appliquée entre les deux plaques, ce qui entraîne la dissociation des molécules d’oxygène de la couche d’air et leur recombinaison en ozone.
    Une couronne peut être présente mais le champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) électrique est maintenu à une valeur inférieure à celle qui entraînerait l’apparition d’un arc électrique et d’un plasma ( En physique, le plasma décrit un état de la matière constitué de particules chargées (d'ions et d'électrons). Le plasma quark-gluon est un plasma qui constituerait les grandes étoiles à neutrons...).

Pollution à l'ozone

L'ozone est l'un des polluants de l'air dangereux pour la santé (La santé est un état de complet bien-être physique, mental et social, et ne consiste pas seulement en une absence de maladie ou d'infirmité.) au-delà de certains seuils.
Il fait l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction...) de modélisations et prévisions accessibles. Chaque été, en France, c'est la région Provence Alpes Côte d’Azur, et plus particulièrement les Bouches-du-Rhône, qui est la plus touchée par les pics de pollution à l’ozone. Résultant de l'action du rayonnement solaire (En plus des rayons cosmiques (particules animées d'une vitesse et d'une énergie extrêmement élevées), le Soleil rayonne des ondes électromagnétiques dont le spectre s'étend des ondes décamétriques aux rayons gamma en...) sur certains polluants automobiles et industriels, l'ozone touche tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) particulièrement les zones industrialisées ayant un fort ensoleillement. Cette pollution a un impact très important sur la santé. En effet, l'ozone provoque des irritations des bronches, pouvant être très importantes chez les populations les plus sensibles. En avril dernier, une étude américaine a montré que l’ozone, même à faible dose, était directement associé à la survenue des crises d’asthme chez les enfants. Lors des pics de pollutions, on observe d'ailleurs une augmentation de leur nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) et de leur gravité (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.) et donc une recrudescence des hospitalisations. Mais, l'ozone est aussi coupable de l'augmentation du taux de mortalité (La mortalité, ou taux de mortalité est le nombre de décès annuels rapporté au nombre d'habitants d’un territoire donné. Elle se distingue de la morbidité : nombre de...) des personnes ayant des problèmes respiratoires. C'est pour cette raison que l' Association Santé Environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques actuels, le terme environnement tend actuellement à prendre une...) France, qui réunit près de 2500 médecins en France, a réclamé une prise en charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement transporté par un moyen de transport donné, et qui donne lieu à un paiement ou un bénéfice non pécuniaire...) politique du problème.

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