臭氧(O₃)又称为超氧,是氧气(O₂)的,在常温下,它是一种有特殊臭味的淡蓝色气体。臭氧主要分布在10~50km高度的大气中,极大值在20~30km高度之间。在常温常压下,稳定性较差,可自行分解为氧气。臭氧具有青草的味道,吸入少量对人体有益,吸入过量对人体健康有一定危害。不可燃,纯净物。氧气通过电
击可变为臭氧。 臭氧是氧气的,在常温下,它是一种有特殊臭味的电子结构式淡蓝色气体。英文臭氧(Ozone)一词源自希腊语ozon,意为“嗅”。 臭氧主要存在于距地球表面20千米的下部的臭氧层中,含量约50ppm。它吸收对人体有害的短波紫外线,防止其到达地球,以屏蔽地球表面生物,不受紫外线侵害。 在大气层中,氧分子因高能量的辐射而分解为氧原子(O),而氧原子与另一氧分子结合,即生成臭氧。臭氧又会与氧原子、氯或其他游离性物质反应而分解消失,由于这种反复不断的生成和消失,臭氧含量可维持在一定的均衡状态。
物理性质
臭氧的气体明显地呈蓝色,液态呈暗蓝色,固态呈蓝黑色。它的分子结构呈三角形 。在常温、常态、常压下,较低浓度的臭氧是无色气体,当浓度达到 15%时,呈现出淡蓝色。臭氧不溶于,四氯化碳等,可溶于水,且在水中的溶解度较氧大,0℃,一时,一体积水可溶解0.494体积臭氧。在常温常态常压下臭氧在水中的溶解度比氧约高13倍,比空气高25倍。但臭氧水溶液的稳定性受水中所含杂质的影响较大,特别是有金属离子存在时,臭氧可迅速分解为氧,在纯水中分解较慢。臭氧的密度是2.14g/L(0°C,0.1MP),沸点是-111°C,熔点是-192°C。臭氧分子结构是不稳定的,它在水中比在空气中更容易自行分解。臭氧虽然在水中的溶解度比氧大10倍,但是在实用上它的溶解度甚小,因为它遵守,其溶解度与体系中的分压和总压成比例。臭氧在空气中的含量极低,故分压也极低,那就会迫使水中臭氧从水和空气的界面上逸出,使水中臭氧浓度总是处于不断降低状态。
化学性质
1. 臭氧很不稳定,在常温下慢慢分解 ,200℃时迅速分解 ,它比氧的更强,能将金属银氧化为,将氧化为,它还能氧化,使许多有机色素脱色,如靛蓝。能侵蚀橡胶,很容易氧化有机。臭氧、氯和过氧化氢的氧化势(还原电位)分别是2.07.1.36.1.28伏特,可见臭氧在处理水中是氧化力量最强的一种。臭氧的氧化作用导致不饱和的有机分子的破裂。使臭氧分子结合在有机分子的双键上,生成臭氧化物。臭氧化物的自发性分裂产生一个羧基化合物和带有酸性和碱性基的,后者是不稳定的,可分解成酸和醛。其反应式为:
2O3→3O2+ 285kJ ( 1-2 )
由于分解时放出大量热量,故当其含量在 25 %以上时,很容易爆炸。但一般臭氧在空气中,臭氧的含量很难超过 10 %以上,在臭氧用于饮用水处理的较长过程中,还没有一例氧爆炸的事例。
含量为 1 %以下的臭氧,在常温常态常压的空气中分解半衰期为20~30分钟左右。随着温度的升高,分解速度加快,温度超过 100℃ 时,分解非常剧烈,达到 270℃高温时,可立即转化为氧气。臭氧在水中的分解速度比空气中快。在含有杂质的水溶液中臭氧迅速恢复到形成它的氧气。如水中为 6.25×10-5mol/L(3mg/l) 时,其半衰期为 5 ~ 30min ,但在纯水中分解速度较慢,如在或自来水中的半衰期大约是 20min ( 20℃ ),然而在二次蒸馏水中,经过 85min后臭氧分解只有 10 %,若水温接近 0℃ 时,臭氧会变得更加稳定。臭氧在冰中极为稳定,其半衰期为2000年。
2. 臭氧的氧化能力
臭氧的氧化能力极强,其仅次于氟,在其应用中主要用这一特性。
臭氧支持燃烧,放入臭氧中可发生自燃现象且燃烧较氧气中更加剧烈。
3. 臭氧的还原反应
a 、与的还原反应
臭氧与亚铁、Mn2+ 、、硫氰化物、、氯等均发生反应
如:
b 、臭氧与有机物的反应
臭氧在水溶液中与有机物的反应极其复杂,
⑴ 臭氧与烯烃类化合物的反应 臭氧容易与具有双键的烯烃化合物发生反应,反应的最终产物可能是单体的、聚合的、或交错的臭氧化物的混合体。臭氧化物分解成醛和酸。
⑵ 臭氧和的反应 臭氧和芳香族化合物的反应较慢,在系列苯<萘<菲<嵌二萘<蒽中,其反应速度常数逐渐增大。
⑶ 对(氨基酸)系、有机氨也都发生反应
臭氧在下列混合物的氧化顺序为
链烯烃>胺>酚>>醇>醛>链烷烃