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，液態呈暗藍色，固態呈藍黑色。它的分子結構呈三角形 。在常溫、常態、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。
臭氧的化學性質
1. 臭氧很不穩定，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，臭氧會變得更加穩定。臭氧在冰中極為穩定，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，
⑴ 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。
⑵ 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。
⑶ 對核蛋白(氨基酸)系、有機氨也都發生反應
臭氧在下列混合物的氧化順序為
鏈烯烴>胺>酚>多環芳香烴>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，引發的危害都是急性的。對人體的危害主要是影響呼吸系統，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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