臭氧(O),也称为过氧化物,是氧(O)的同素异形体 。常温下为淡蓝色气体,有特殊气味 。臭氧主要分布在10 ~ 50公里高度的平流层大气中,更大值在20 ~ 30公里之间 。常温常压下,稳定性差,可自行分解成氧气 。臭氧有青草的味道 。吸入少量对人体有益,吸入过量肯定危害人体健康 。不可燃纯物质 。氧气可以通过电击变成臭氧 。
基本介绍
臭氧是地球大气中的微量气体 。它是大气中的氧分子被太阳辐射分解成氧原子后,氧原子与周围的氧分子结合形成的 。它包含三个氧原子 。大气中90%以上的臭氧存在于距离地面10 ~ 50公里的大气上部或平流层中 。这是需要人类覆盖的大气臭氧层 。近地面仍有少量臭氧分子徘徊,仍能起到一定的阻挡紫外线的作用 。然而,一些专家发现,近地面大气中的臭氧浓度正在迅速增加,这让人感觉很糟糕 。虽然臭氧在平流层中对人类和环境起着主要的屏蔽作用,但如果它在对流层中的浓度增加,就会对人体健康产生有害影响 。臭氧会 眼睛和呼吸道,还会影响肺功能 。更高浓度的臭氧对植物有害 。
从臭氧的性质来看,可以助人为乐,也可以损人不利己 。它既是来自上天的保护伞,也是人类的保护伞,有时又像是凶猛的毒药 。到目前为止,人们已经就臭氧的积极作用以及人类应该采取什么 来覆盖臭氧层达成了共识,做了大量的工作 。然而,尽管人们已经知道臭氧层的负面影响,但除了空气监测和空空气污染预测之外,迄今为止还没有真正可行的 来解决这些问题 。
物理性质
气体明显是蓝色,液体是深蓝色,固体是蓝黑色 。它的分子结构是三角形的 。在常温、常态、常压下,浓度较低的臭氧为无色气体,浓度达到15%时,呈现淡蓝色 。臭氧不溶于液氧、四氯化碳等 。,但溶于水,在水中的溶解度大于氧 。在0℃,一维大气压下,累积的水可以溶解0.494体积的臭氧 。常温常压下,臭氧在水中的溶解度比氧气高13倍左右,比空气体高25倍 。但臭氧水溶液的稳定性受水中所含杂质影响较大,尤其是金属离子存在时,臭氧能迅速分解成氧气,在纯水中分解较慢 。臭氧的密度为2.14g/L(0C,0.1MP),沸点为-111C,熔点为-192C 。臭氧的分子结构不稳定,在水中比在空气体中更容易自行分解 。虽然臭氧在水中的溶解度比氧气大10倍,但在应用中溶解度很小,因为它遵循亨利定律,溶解度与体系中的分压和总压成正比 。空气体中臭氧的含量极低,所以分压也极低,会迫使水中的臭氧从水和空气体的界面逸出,使水中的臭氧浓度始终处于持续下降的状态 。
化学性质
1.臭氧不稳定 。常温下分解慢,200℃分解快 。它的氧化性比氧气强,能把金属银氧化成过氧化银,把硫化铅氧化成 铅 。它还能氧化有机化合物,使许多有机色素脱色,如靛蓝 。能腐蚀橡胶,容易氧化有机不饱和化合物 。臭氧、氯气和过氧化氢的氧化电位(还原电位)分离为2.07.1.36.1.28伏,可见臭氧在水处理中是最强的一种 。臭氧的氧化导致不饱和有机分子的破裂 。臭氧分子结合在有机分子的双键上,生成臭氧化物 。羧基化合物和带有酸性和碱性基团的两性离子出现在有气味的氧化物的自发破裂中 。后者不稳定,可分解成酸和醛 。由于分解时放出大量的热量,当其含量在25%以上时容易爆炸 。但一般来说空气体中臭氧的含量很难超过10% 。在臭氧用于饮用水处理的漫长过程中,没有出现过氧爆的情况 。
常温常压下空气体中含量低于1%的臭氧分解半衰期约为20~30分钟 。随着温度的升高,分解速度加快 。当温度超过100℃时,分解非常剧烈 。当温度达到270℃时,它可以立即转化为氧气 。臭氧在水中的分解速度比在空气体中的分解速度快 。在含有杂质的水溶液中,臭氧迅速恢复为形成它的氧气 。如水中臭氧浓度为6.2510-5mol/L(3mg/l)时,其半衰期为5 ~ 30 min,但在纯水中分解速度较慢 。例如,在蒸馏水或自来水中的半衰期约为20min (20℃) 。而在二次蒸馏水中,85分钟后臭氧分解率仅为10% 。如果水温接近0℃,臭氧会变得更加稳定 。臭氧在冰中极其稳定,半衰期为2000年 。
2.臭氧的氧化能力
臭氧的氧化能力极强,其氧化还原电位仅次于氟,因此在应用中利用这一特性很重要 。
臭氧支持燃烧,放入臭氧中的可燃物能产生自燃,燃烧比在氧气中更剧烈 。
毒性和腐败 。
臭氧是一种有害气体 。当其浓度为6.2510-6 mol/L(0.3mg/L)时,会 眼、鼻、喉 。浓度为(6.25-62.5) 10-5 mol/L (3-30 mg/L)时,出现头痛和呼吸器官局部麻木 。臭氧浓度在3.12510-4 ~ 1.2510-3摩尔/升(15 ~ 60毫克/升)时,会对人体产生危害 。其毒性也与暴露时间有关 。例如,长期接触1.74810-7mol/L (4ppm)以下的臭氧会造成永久性心脏紊乱,但接触20ppm以下的臭氧少于2小时,不会对人体造成永久性伤害 。因此,臭氧浓度允许值设定为4.4610-9mol/L (0.1ppm),持续8小时 。由于臭氧有强烈的气味,浓度在4.4610-9 mol/L (0.1 ppm)时,人会有感觉 。因此,臭氧在世界上已经使用了100多年,到目前为止,还没有一例因臭氧中毒而死亡的报道 。
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