- O central con carga formal +1; los O terminales comparten una carga −1 (−½ cada uno de media)
- Ambos enlaces O–O con orden de enlace 1,5 (intermedio entre simple y doble)
- Un par solitario no enlazante en el oxígeno central
Esta estructura de resonancia tiene consecuencias espectroscópicas importantes: el ozono absorbe radiación UV entre 200 y 310 nm (con máximo alrededor de 260 nm) — exactamente el rango de la radiación UV-B (280–315 nm) que daña el ADN y causa melanoma. La absorción ocurre porque la energía del fotón UV-B es suficiente para excitar el sistema π del ozono y romper uno de los enlaces O–O, regenerando O₂.
La química de la ozonosfera: ciclo de Chapman
El ozono estratosférico se crea y destruye naturalmente por el ciclo de Chapman (1930):
Formación:
O₂ + hν (UV-C, λ < 240 nm) → 2 O·
O· + O₂ + M → O₃ + M (M = molécula tercera que absorbe el exceso de energía)
Destrucción natural:
O₃ + hν (UV-B, λ = 200–310 nm) → O₂ + O·
O· + O₃ → 2 O₂
El ciclo de Chapman produce una capa de ozono en equilibrio a unos 25 km de altitud. Sin embargo, la destrucción observada en la atmósfera real es más rápida de lo que predice Chapman — hay ciclos catalíticos naturales que aceleran la destrucción:
Ciclo del NO:
NO + O₃ → NO₂ + O₂
NO₂ + O· → NO + O₂
Neto: O₃ + O· → 2 O₂ (el NO se regenera — catalítico)
Ciclo del HO·:
HO· + O₃ → HO₂· + O₂
HO₂· + O· → HO· + O₂
Neto: O₃ + O· → 2 O₂ (el HO· se regenera — catalítico)
Estos ciclos catalíticos naturales son parte del equilibrio normal de la ozonosfera. El problema comenzó cuando añadimos otro ciclo catalítico — el del cloro — cuya fuente son los CFC.
Los CFC: catalizadores artificiales de la destrucción
Los clorofluorocarbonos (CFC) — concretamente el CFC-11 (CCl₃F), CFC-12 (CCl₂F₂) y el CFC-113 — fueron desarrollados por Thomas Midgley Jr. en 1928 como refrigerantes no tóxicos, no inflamables, ideales para aires acondicionados y refrigeradores. Durante décadas se consideraron completamente seguros.
El problema: son extremadamente estables en la troposfera (vida media de 45–100 años), lo que les permite ascender intactos hasta la estratosfera. Allí, la radiación UV-C (que no llega a la troposfera porque el mismo ozono la absorbe más arriba) rompe el enlace C–Cl, liberando radicales cloro:
CCl₂F₂ + hν → ·CClF₂ + Cl·
El radical cloro ataca el ozono catalíticamente:
Cl· + O₃ → ClO· + O₂
ClO· + O· → Cl· + O₂
Neto: O₃ + O· → 2 O₂ (el Cl· se regenera — catalítico)
Cada átomo de cloro puede destruir hasta 100.000 moléculas de ozono antes de ser inactivado (por reacción con metano o NO₂ para formar HCl o ClONO₂, los "reservorios" temporales de cloro). La escala de la destrucción catalítica es la razón por la que pequeñas cantidades de CFC producen un efecto desproporcionado.
El agujero antártico: química de las nubes polares
El agujero de ozono antártico — descubierto en 1985 por Joe Farman y colaboradores del British Antarctic Survey — es más severo que en el resto del planeta por una razón química específica: las nubes estratosféricas polares (PSC).
Durante el invierno antártico (mayo–agosto), la temperatura estratosférica cae por debajo de −78 °C, suficiente para que el ácido nítrico y el agua congelen formando partículas de PSC. Estas partículas catalizan reacciones heterogéneas que convierten los "reservorios" inertes de cloro (HCl, ClONO₂) en formas reactivas (Cl₂, HOCl). Cuando llega la primavera antártica (septiembre–octubre) y el sol ilumina la estratosfera, la fotólisis de Cl₂ y HOCl libera radicales Cl· en masa — produciendo la destrucción acelerada del ozono que observamos como el "agujero".
El agujero de ozono no es un agujero literal sino una región con menos del 220 DU de ozono total (la unidad Dobson, 1 DU = 0,01 mm de espesor de la capa de ozono a presión normal). En los peores años (1998–2006), el agujero llegó a cubrir más de 28 millones de km² — dos veces el tamaño de la Antártida.
El Protocolo de Montreal: el tratado que funcionó
En 1987 se firmó el Protocolo de Montreal para eliminar progresivamente la producción de CFC y otras sustancias destructoras del ozono. En 2009 se convirtió en el primer tratado de la ONU con ratificación universal —hoy tiene 198 partes: los 197 Estados y la Unión Europea— y es también el tratado ambiental más exitoso:
- La producción de CFC cayó un 99,7 % desde 1987
- La concentración estratosférica de cloro activo ha comenzado a descender
- Los modelos predicen la recuperación completa de la capa de ozono para 2060–2080
Las expediciones antárticas de 1986–87 dirigidas por Susan Solomon confirmaron el papel del cloro y de las PSC en el agujero, la base científica del Protocolo. Paul Crutzen, Mario Molina y Frank Rowland recibieron el Nobel de Química en 1995 por describir la química del cloro estratosférico.
El Protocolo de Montreal es el contraejemplo que demuestra que la acción climática global coordinada es posible — aunque el problema del ozono tenía la ventaja de tener sustitutos tecnológicos claros (los HFC, que sin embargo son potentes gases de efecto invernadero, problema abordado en la enmienda de Kigali de 2016).
El ángulo que absorbe la UV
En Studio, el ozono muestra su geometría angular de 116,8° — más abierta que la del agua (104,5°). Esa geometría, junto con los electrones π deslocalizados de la resonancia, es lo que permite al ozono absorber la radiación UV-B que dañaría nuestro ADN.
🔬 Ozono en Studio
El siguiente artículo baja de la estratosfera al nivel del suelo para examinar el otro gran gas de efecto invernadero: el metano — con un poder de calentamiento 80 veces mayor que el CO₂ a 20 años, y fuentes que van desde el ganado hasta el permafrost ártico.