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El ozono es una forma de oxígeno elemental que se encuentra en la atmósfera y está clasificado como un contaminante del aire perjudicial para la salud humana. Utilizando la técnica de Schönbein, se pueden cuantificar los niveles de ozono en sitios de interés. Las moléculas de ozono están compuestas por tres átomos de oxígeno unidos en una estructura que es altamente reactiva como agente oxidante, y se encuentran tanto en la estratosfera como en la troposfera de la atmósfera.
Las moléculas de ozono en la estratosfera forman la capa de ozono, lo que ayuda a evitar que los dañinos rayos UV lleguen a la superficie de la Tierra. En las altitudes más bajas de la troposfera, el ozono es perjudicial para la salud humana y, como contaminante, contribuye al smog fotoquímico. El ozono puede dañar directamente el tejido respiratorio humano si se inhala, o dañar los tejidos vegetales y los materiales más blandos, incluidos los neumáticos de los vehículos.
La presencia de ozono en la troposfera se puede cuantificar utilizando papel Schönbein, una mezcla de almidón, yoduro de potasio y agua untada en papel de filtro. Una vez seco, el papel cambia de color en presencia de ozono.
Este video ilustrará el proceso de fabricación de papel Sch?nbein, la colocación y lectura de tiras reactivas y la cuantificación de los niveles de ozono utilizando la escala de colores Sch?nbein.
Una forma en que el ozono troposférico exterior se forma a nivel del suelo es cuando los óxidos nitrosos y los compuestos orgánicos volátiles de las emisiones de los automóviles se exponen a la luz solar. En consecuencia, las condiciones para la formación de ozono y la creciente preocupación por la salud aumentan en ambientes soleados, o en momentos o lugares de uso intensivo del automóvil.
En interiores, el ozono troposférico puede formarse cuando la descarga eléctrica de equipos de alto voltaje, como purificadores de aire iónicos, impresoras láser o fotocopiadoras, rompe los enlaces químicos del oxígeno atmosférico en el aire circundante. Los radicales libres de oxígeno se combinan con una molécula de oxígeno en el aire para crear ozono.
Utilizando papel Schönbein, papel de filtro impregnado con una solución de almidón y yoduro de potasio, se puede cuantificar el ozono troposférico. El ozono en el aire oxidará el yoduro de potasio en el papel, produciendo yodo. El yodo reacciona con el yoduro para producir triyoduro, que a su vez reacciona con el almidón también presente en el papel, tiñéndolo de un violeta intenso. La intensidad de este color dependerá de la cantidad de ozono presente en el aire, y los colores más oscuros indican mayores cantidades de ozono troposférico.
La determinación de la concentración de ozono utilizando este método se puede realizar en casi cualquier sitio, interior o exterior. Ahora que estamos familiarizados con los principios detrás de la medición de Sch?nbein, echemos un vistazo a cómo realizar el experimento.
Para comenzar el procedimiento, coloque 100 ml de agua destilada en un vaso de precipitados de 250 ml. A esto, agregue 6 g de maicena. Coloque el vaso de precipitados en una placa para remover caliente. Enciende el fuego a medio-alto y revuelve la mezcla hasta que alcance aproximadamente los 90 €. C y forma un gel. A continuación, retire el vaso de precipitados de la fuente de calor y añada 1 g, o ? cucharadita de yoduro de potasio y revuelva bien hasta que el yoduro de potasio se disuelva. Deje que la solución se enfríe durante 5 minutos en la mesa de trabajo.
Coloque un trozo de papel de filtro sobre una placa de vidrio y, con un pincel pequeño, cepille con cuidado la pasta sobre el papel de filtro. Dale la vuelta al papel de filtro y repite en el otro lado, aplicando la pasta lo más uniformemente posible. Coloca el papel durante la noche, lejos de la luz solar, para que se seque. Alternativamente, colóquelo en un horno de secado a 20 ? C hasta que se seque. Una vez seco, corta el papel en tiras de 1 pulgada de ancho. Si almacena el papel para su uso posterior, coloque las tiras en una bolsa de plástico hermética o en un frasco de vidrio fuera de la luz solar directa.
Para detectar el ozono, primero rocíe ligeramente las tiras de papel de prueba con agua destilada. Cuelgue un mínimo de tres tiras en cada sitio de recolección de datos fuera de la luz solar directa, sujetas de forma segura por un extremo a una estructura o colgadas con alambre. Asegúrese de que las tiras no estén obstruidas. Deje colgar las tiras reactivas durante 8 h.
Observe dónde se colgó cada tira y, con un psicrómetro, mida la humedad relativa en cada sitio. Alternativamente, accediendo a los datos meteorológicos, registre la humedad relativa en cada ubicación durante la exposición al papel. Si los resultados no se leen inmediatamente, las tiras se pueden sellar en un recipiente hermético después de la exposición.
Para observar y registrar los resultados de las pruebas, rocíe el papel con agua destilada. Observe el color comparándolo con la escala de colores de Sch?nbein y registre el número correspondiente. Calcule el número promedio de Sch?nbein para cada sitio.
Utilice los datos de humedad relativa para cada sitio y la Tabla de números de Schönbein de humedad relativa para convertir los promedios del sitio Schönbein a concentración de ozono, o partes por billón.
La capacidad de medir y registrar los niveles de ozono troposférico tiene muchas aplicaciones diversas, y los resultados de tales pruebas pueden tener implicaciones significativas para las poblaciones humanas.
En los centros urbanos densamente poblados, la convergencia del alto tráfico de automóviles y la densa población humana puede ser motivo de preocupación para los problemas de salud relacionados con el ozono. Los umbrales actuales de ozono en EE. UU. establecidos por la Administración de Seguridad y Salud Ocupacional son de 0.1 ppm. Riesgos para la salud de la exposición por encima de este nivel, incluidos los dolores de cabeza; irritación de ojos, nariz y garganta; daño pulmonar y hemorragia, entre otros. En la zona urbana de Chicago, las tiras reactivas colocadas durante 8 horas en un día de julio en Evanston, Cicero y Northbrook registraron niveles de ozono de 71 ppb, 60 ppb y 71 ppb, respectivamente.
En interiores, los umbrales seguros para los niveles de ozono son los mismos que en exteriores y conllevan los mismos riesgos potenciales para la salud. Para garantizar la seguridad de los trabajadores o residentes del edificio, cualquier local con grandes cantidades de equipos de alto voltaje debe someterse a pruebas para determinar los niveles de ozono. Las tiras colocadas en la sala de fotocopiadoras durante 8 h registraron un nivel de ozono interior de 5 ppb, que está muy por debajo de las directrices de la Oficina de Seguridad de los Estados Unidos.
Debido a la acción de la luz solar que transforma el óxido nitroso y los compuestos orgánicos volátiles en ozono, las olas de calor o los períodos excepcionalmente soleados pueden ser motivo de preocupación para los residentes urbanos. El monitoreo de los niveles de ozono a lo largo del tiempo puede crear una imagen del riesgo potencial y permitir que las autoridades emitan advertencias o pidan a los residentes que reduzcan el uso del automóvil en momentos de alto nivel de ozono.
Acabas de ver la introducción de JoVE a la medición del ozono troposférico. Ahora debe comprender cómo se forma el ozono troposférico y por qué es una preocupación, cómo hacer papel Schönbein para analizar el ozono y cómo interpretar los resultados de las pruebas. ¡Gracias por mirar!
