臭氧的性質(zhì)是怎樣的
臭氧的性質(zhì)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(xué)習(xí)啦小編來(lái)給你科普一下臭氧形成的化學(xué)式。
臭氧形成的化學(xué)式
通常都借助無(wú)聲放電作用從氧氣或空氣制備臭氧，臭氧發(fā)生器即根據(jù)這一原理制造。利用臭氧和氧氣沸點(diǎn)的差別，通過(guò)分級(jí)液化可得濃集的臭氧。在紫外線輻射下，通過(guò)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(jìn)行無(wú)聲放電制取。另外，在低溫下電解稀硫酸，或?qū)⒁后w氧氣加熱都可制得臭氧。
用過(guò)氧化鋇與濃硫酸制臭氧:
臭氧的物理性質(zhì)
臭氧的氣體明顯地呈藍(lán)色，液態(tài)呈暗藍(lán)色，固態(tài)呈藍(lán)黑色。它的分子結(jié)構(gòu)呈三角形 。在常溫、常態(tài)、常壓下，較低濃度的臭氧是無(wú)色氣體，當(dāng)濃度達(dá)到 15%時(shí)，呈現(xiàn)出淡藍(lán)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(biāo)準(zhǔn)大氣壓時(shí)，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(zhì)的影響較大，特別是有金屬離子存在時(shí)，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(diǎn)是-111°C，熔點(diǎn)是-192°C。臭氧分子結(jié)構(gòu)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(zhì)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(shí)用上它的溶解度甚小，因?yàn)樗袷睾嗬桑淙芙舛扰c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(huì)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(xué)性質(zhì)
1. 臭氧很不穩(wěn)定，在常溫下慢慢分解 ，200℃時(shí)迅速分解 ，它比氧的氧化性更強(qiáng)，能將金屬銀氧化為過(guò)氧化銀，將硫化鉛氧化為硫酸鉛，它還能氧化有機(jī)化合物，使許多有機(jī)色素脫色，如靛藍(lán)。能侵蝕橡膠，很容易氧化有機(jī)不飽和化合物。臭氧、氯和過(guò)氧化氫的氧化勢(shì)(還原電位)分別是2.07.1.36.1.28伏特，可見(jiàn)臭氧在處理水中是氧化力量最強(qiáng)的一種。臭氧的氧化作用導(dǎo)致不飽和的有機(jī)分子的破裂。使臭氧分子結(jié)合在有機(jī)分子的雙鍵上，生成臭氧化物。臭氧化物的自發(fā)性分裂產(chǎn)生一個(gè)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(yīng)式為：
2O3→3O2 + 285kJ ( 1-2 )
由于分解時(shí)放出大量熱量，故當(dāng)其含量在 25 %以上時(shí)，很容易爆炸。但一般臭氧在空氣中，臭氧的含量很難超過(guò) 10 %以上，在臭氧用于飲用水處理的較長(zhǎng)過(guò)程中，還沒(méi)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(guò) 100℃ 時(shí)，分解非常劇烈，達(dá)到 270℃高溫時(shí)，可立即轉(zhuǎn)化為氧氣。臭氧在水中的分解速度比空氣中快。在含有雜質(zhì)的水溶液中臭氧迅速恢復(fù)到形成它的氧氣。如水中臭氧濃度為 6.25×10 -5 mol/L(3mg/l) 時(shí)，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(lái)水中的半衰期大約是 20min ( 20℃ )，然而在二次蒸餾水中，經(jīng)過(guò) 85min后臭氧分解只有 10 %，若水溫接近 0℃ 時(shí)，臭氧會(huì)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(qiáng)，其氧化還原電位僅次于氟，在其應(yīng)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(xiàn)象且燃燒較氧氣中更加劇烈。
3. 臭氧的還原反應(yīng)
a 、與無(wú)機(jī)物的還原反應(yīng)
臭氧與亞鐵、Mn2+ 、硫化物、硫氰化物、氰化物、氯等均發(fā)生反應(yīng)
如：
b 、臭氧與有機(jī)物的反應(yīng)
臭氧在水溶液中與有機(jī)物的反應(yīng)極其復(fù)雜，
⑴ 臭氧與烯烴類(lèi)化合物的反應(yīng) 臭氧容易與具有雙鍵的烯烴化合物發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)的最終產(chǎn)物可能是單體的、聚合的、或交錯(cuò)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(yīng) 臭氧和芳香族化合物的反應(yīng)較慢，在系列苯<萘<菲<嵌二萘<蒽中，其反應(yīng)速度常數(shù)逐漸增大。
?、?對(duì)核蛋白(氨基酸)系、有機(jī)氨也都發(fā)生反應(yīng)
臭氧在下列混合物的氧化順序?yàn)?/p>
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(shí)，對(duì)眼、鼻、喉有刺激的感覺(jué);濃度 (6.25-62.5)×10 -5 mol/L(3 ～ 30mg/L) 時(shí)，出現(xiàn)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(shí) ， 則對(duì)人體有危害。其毒性還和接觸時(shí)間有關(guān)，例如長(zhǎng)期接觸 1.748×10 -7 mol/L(4ppm) 以下的臭氧會(huì)引起永久性心臟障礙，但接觸 20ppm 以下的臭氧不超過(guò) 2h ，對(duì)人體無(wú)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(shí)，人們就感覺(jué)到，因此，世界上使用臭氧已有一百多年的歷史，至今也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)一例因臭氧中毒而導(dǎo)致死亡的報(bào)道。
臭氧具有很強(qiáng)的氧化性，除了金和鉑外，臭氧化空氣幾乎對(duì)所有的金屬都有腐蝕作用。鋁、鋅、鉛與臭氧接觸會(huì)被強(qiáng)烈氧化，但含鉻鐵合金基本上不受臭氧腐蝕?；谶@一點(diǎn)，生產(chǎn)上常使用含 25% Cr的鉻鐵合金(不銹鋼)來(lái)制造臭氧發(fā)生設(shè)備和加注設(shè)備中與臭氧直接接觸的部件。
臭氧對(duì)非金屬材料也有了強(qiáng)烈的腐蝕作用，即使在別處使用得相當(dāng)穩(wěn)定得聚氯乙烯塑料濾板等，在臭氧加注設(shè)備中使用不久便見(jiàn)疏松、開(kāi)裂和穿孔。在臭氧發(fā)生設(shè)備和計(jì)量設(shè)備中，不能用普通橡膠作密封材料，必須采用耐腐蝕能力強(qiáng)的硅橡膠或耐酸橡膠等。
近地面高濃度的臭氧會(huì)刺激和損害眼睛、呼吸系統(tǒng)等黏膜組織，對(duì)人體健康產(chǎn)生負(fù)面作用。專(zhuān)家表示，從長(zhǎng)期觀測(cè)來(lái)看，盡管臭氧超標(biāo)集中在日照充足的4月至9月，但結(jié)合國(guó)外治理經(jīng)驗(yàn)，隨著全國(guó)對(duì)PM2.5治理力度加大，空氣能見(jiàn)度提高，臭氧超標(biāo)發(fā)生的概率會(huì)不斷增加，而且臭氧污染治理會(huì)比PM2.5治理的難度更大。
北京大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院教授潘小川說(shuō)，“臭氧的毒性主要體現(xiàn)在它的強(qiáng)氧化性上，可以破壞細(xì)胞壁，引發(fā)的危害都是急性的。對(duì)人體的危害主要是影響呼吸系統(tǒng)，容易對(duì)肺部產(chǎn)生急性危害，比如肺氣腫。還有近年來(lái)不斷增加的哮喘病，有些可能與臭氧污染有關(guān)。”
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