臭氧的性質是怎樣的
臭氧的性質是怎樣的
臭氧主要存在于距地球表面20~35公里的同溫層下部的臭氧層中，其形成的方程式是怎樣的呢?下面就讓學習啦小編來給你科普一下臭氧形成的化學式。
臭氧形成的化學式
通常都借助無聲放電作用從氧氣或空氣制備臭氧，臭氧發(fā)生器即根據這一原理制造。利用臭氧和氧氣沸點的差別，通過分級液化可得濃集的臭氧。在紫外線輻射下，通過電子放射或暴曬從雙原子氧氣可自然形成臭氧。
工業(yè)上，用干燥的空氣或氧氣，采用5 ~ 25 kV的交流電壓進行無聲放電制取。另外，在低溫下電解稀硫酸，或將液體氧氣加熱都可制得臭氧。
用過氧化鋇與濃硫酸制臭氧:
臭氧的物理性質
臭氧的氣體明顯地呈藍色，液態(tài)呈暗藍色，固態(tài)呈藍黑色。它的分子結構呈三角形 。在常溫、常態(tài)、常壓下，較低濃度的臭氧是無色氣體，當濃度達到 15%時，呈現出淡藍色。臭氧不溶于液態(tài)氧，四氯化碳等，可溶于水，且在水中的溶解度較氧大，0℃,一標準大氣壓時，一體積水可溶解0.494體積臭氧。在常溫常態(tài)常壓下臭氧在水中的溶解度比氧約高13倍，比空氣高25倍。但臭氧水溶液的穩(wěn)定性受水中所含雜質的影響較大，特別是有金屬離子存在時，臭氧可迅速分解為氧，在純水中分解較慢。臭氧的密度是2.14g/L(0°C，0.1MP)，沸點是-111°C，熔點是-192°C。臭氧分子結構是不穩(wěn)定的，它在水中比在空氣中更容易自行分解。臭氧的主要物理性質列于表1-1，臭氧在不同溫度下的水中溶解度列于表1-2。臭氧雖然在水中的溶解度比氧大10倍，但是在實用上它的溶解度甚小，因為它遵守亨利定律，其溶解度與體系中的分壓和總壓成比例。臭氧在空氣中的含量極低，故分壓也極低，那就會迫使水中臭氧從水和空氣的界面上逸出，使水中臭氧濃度總是處于不斷降低狀態(tài)。
臭氧的化學性質
1. 臭氧很不穩(wěn)定，在常溫下慢慢分解 ，200℃時迅速分解 ，它比氧的氧化性更強，能將金屬銀氧化為過氧化銀，將硫化鉛氧化為硫酸鉛，它還能氧化有機化合物，使許多有機色素脫色，如靛藍。能侵蝕橡膠，很容易氧化有機不飽和化合物。臭氧、氯和過氧化氫的氧化勢(還原電位)分別是2.07.1.36.1.28伏特，可見臭氧在處理水中是氧化力量最強的一種。臭氧的氧化作用導致不飽和的有機分子的破裂。使臭氧分子結合在有機分子的雙鍵上，生成臭氧化物。臭氧化物的自發(fā)性分裂產生一個羧基化合物和帶有酸性和堿性基的兩性離子，后者是不穩(wěn)定的，可分解成酸和醛。其反應式為：
2O3→3O2 + 285kJ ( 1-2 )
由于分解時放出大量熱量，故當其含量在 25 %以上時，很容易爆炸。但一般臭氧在空氣中，臭氧的含量很難超過 10 %以上，在臭氧用于飲用水處理的較長過程中，還沒有一例氧爆炸的事例。
含量為 1 %以下的臭氧，在常溫常態(tài)常壓的空氣中分解半衰期為20~30分鐘左右。隨著溫度的升高，分解速度加快，溫度超過 100℃ 時，分解非常劇烈，達到 270℃高溫時，可立即轉化為氧氣。臭氧在水中的分解速度比空氣中快。在含有雜質的水溶液中臭氧迅速恢復到形成它的氧氣。如水中臭氧濃度為 6.25×10 -5 mol/L(3mg/l) 時，其半衰期為 5 ～ 30min ，但在純水中分解速度較慢，如在蒸餾水或自來水中的半衰期大約是 20min ( 20℃ )，然而在二次蒸餾水中，經過 85min后臭氧分解只有 10 %，若水溫接近 0℃ 時，臭氧會變得更加穩(wěn)定。臭氧在冰中極為穩(wěn)定，其半衰期為2000年。
2. 臭氧的氧化能力
臭氧的氧化能力極強，其氧化還原電位僅次于氟，在其應用中主要用這一特性。
臭氧支持燃燒，可燃物放入臭氧中可發(fā)生自燃現象且燃燒較氧氣中更加劇烈。
3. 臭氧的還原反應
a 、與無機物的還原反應
臭氧與亞鐵、Mn2+ 、硫化物、硫氰化物、氰化物、氯等均發(fā)生反應
如：
b 、臭氧與有機物的反應
臭氧在水溶液中與有機物的反應極其復雜，
?、?臭氧與烯烴類化合物的反應 臭氧容易與具有雙鍵的烯烴化合物發(fā)生反應，反應的最終產物可能是單體的、聚合的、或交錯的臭氧化物的混合體。臭氧化物分解成醛和酸。
?、?臭氧和芳香族化合物的反應 臭氧和芳香族化合物的反應較慢，在系列苯<萘<菲<嵌二萘<蒽中，其反應速度常數逐漸增大。
?、?對核蛋白(氨基酸)系、有機氨也都發(fā)生反應
臭氧在下列混合物的氧化順序為
鏈烯烴>胺>酚>多環(huán)芳香烴>醇>醛>鏈烷烴
c 、臭氧的毒性和腐蝕性
臭氧屬于有害氣體，濃度為 6.25×10-6mol/L(0.3mg/L) 時，對眼、鼻、喉有刺激的感覺;濃度 (6.25-62.5)×10 -5 mol/L(3 ～ 30mg/L) 時，出現頭疼及呼吸器官局部麻痹等癥 ; 臭氧濃度為 3.125×10 -4 ～ 1.25×10 -3 mol/L(15 ～ 60mg/L)時 ， 則對人體有危害。其毒性還和接觸時間有關，例如長期接觸 1.748×10 -7 mol/L(4ppm) 以下的臭氧會引起永久性心臟障礙，但接觸 20ppm 以下的臭氧不超過 2h ，對人體無永久性危害。因此，臭氧濃度的允許值定為 4.46×10 -9 mol/L(0.1ppm)8h. 由于臭氧的臭味很濃，濃度為 4.46×10 -9 mol/L(0.1ppm) 時，人們就感覺到，因此，世界上使用臭氧已有一百多年的歷史，至今也沒有發(fā)現一例因臭氧中毒而導致死亡的報道。
臭氧具有很強的氧化性，除了金和鉑外，臭氧化空氣幾乎對所有的金屬都有腐蝕作用。鋁、鋅、鉛與臭氧接觸會被強烈氧化，但含鉻鐵合金基本上不受臭氧腐蝕。基于這一點，生產上常使用含 25% Cr的鉻鐵合金(不銹鋼)來制造臭氧發(fā)生設備和加注設備中與臭氧直接接觸的部件。
臭氧對非金屬材料也有了強烈的腐蝕作用，即使在別處使用得相當穩(wěn)定得聚氯乙烯塑料濾板等，在臭氧加注設備中使用不久便見疏松、開裂和穿孔。在臭氧發(fā)生設備和計量設備中，不能用普通橡膠作密封材料，必須采用耐腐蝕能力強的硅橡膠或耐酸橡膠等。
近地面高濃度的臭氧會刺激和損害眼睛、呼吸系統(tǒng)等黏膜組織，對人體健康產生負面作用。專家表示，從長期觀測來看，盡管臭氧超標集中在日照充足的4月至9月，但結合國外治理經驗，隨著全國對PM2.5治理力度加大，空氣能見度提高，臭氧超標發(fā)生的概率會不斷增加，而且臭氧污染治理會比PM2.5治理的難度更大。
北京大學公共衛(wèi)生學院教授潘小川說，“臭氧的毒性主要體現在它的強氧化性上，可以破壞細胞壁，引發(fā)的危害都是急性的。對人體的危害主要是影響呼吸系統(tǒng)，容易對肺部產生急性危害，比如肺氣腫。還有近年來不斷增加的哮喘病，有些可能與臭氧污染有關。”
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