详细介绍臭氧的物理和化学性质

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臭氧是氧气的同素异形体,在常温下,它是一种有特殊臭味的淡蓝色气体,下面我们一起来看看臭氧的物理性质和化学性质详情介绍。

详细介绍臭氧的物理和化学性质

臭氧主要存在于距地球表面20公里的平流层下部,含量约为50ppm。它吸收对人体有害的短波紫外线,阻止其到达地球,从而屏蔽地球表面生物的紫外线。在大气中,氧分子由于高能辐射分解成氧原子(O),氧原子与另一个氧分子结合形成臭氧。臭氧会与氧原子、氯或其他游离物质发生反应,分解消失。由于这种反复产生和消失,臭氧含量可以保持在一定的平衡状态。

结构或分子式:O原子与sp2杂化轨道形成σ键,分子形状为V型等腰三角形结构。这三个氧原子位于三角形的三个顶点,顶角为116.79°,密度约为氧的1.5倍,沸点和冰点都高于氧。

性质:气态臭氧有一层很厚的蓝色层,有一种特殊的气味,浓度高时类似氯气;液态臭氧为深蓝色,固态臭氧为紫黑色。

臭氧反应性强,容易分解,不稳定,常温下会逐渐分解成氧气。其性质比氧气更活泼,比重是普通空气的1.7倍。由于光、热、湿气、金属、金属氧化物和其他催化剂,臭氧被加速分解成氧气。

臭氧可以用碘化钾测试(www.isoyu.com原创版权)。

臭氧微溶于水,易溶于四氯化碳或氟碳,形成蓝色状态。它在-112°C凝结成深蓝色液体,这很危险,因为气态和液态臭氧都容易爆炸。当温度低于-193℃时,臭氧会形成紫黑色固体。

大多数人都能闻到类似氯的刺鼻气味的臭氧。接触0.1-1 ppm的臭氧可引起头痛、眼睛灼痛和呼吸道刺激。即使空气中臭氧浓度低,也会破坏有机物质,如橡胶、塑料、动物肺组织等。

臭氧是反磁性的,这意味着它的电子都是成对的。

稳定

臭氧不稳定,常温常压下可分解成氧气。臭氧、氯气和二氧化氢的氧化电位(还原电位)分别为2.07.1.36.1.28伏,表明臭氧是处理水中最强的氧化力之一。臭氧氧化导致不饱和有机分子破裂。臭氧分子与有机分子的双键结合生成臭氧化合物。臭氧的自发分裂产生一种羧基化合物和带有酸性和碱性基团的两性离子。后者不稳定,可分解为酸和醛。反应式为2O3→3O2+285kJ

由于分解过程中释放出大量的热量,当其含量在25%以上时容易爆炸。但一般情况下,空气中的臭氧含量很难超过10%,在饮用水处理中使用臭氧的漫长过程中,也不存在氧气爆炸的情况。

含量低于1%的臭氧在常温常压空气中的分解半衰期约为16h。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,可以立即转化为氧气。臭氧在水中比在空气中分解得快。臭氧在含有杂质的水溶液中迅速返回到形成它的氧气中。例如,当水中臭氧浓度为6.25×10-5mol/L(3mg/L)时,其半衰期为5 ~ 30 min,但在纯水中分解缓慢。例如,在蒸馏水或自来水中的半衰期约为20分钟(20℃)。而在二次蒸馏水中,85分钟后只有10%的臭氧分解。如果水温接近0℃,臭氧会越来越多。

氧化性

臭氧有很强的氧化能力,氧化还原电位仅次于f,这个特性主要用在它的应用上。

臭氧具有很强的氧化性,臭氧化的空气可以腐蚀除金和铂以外的几乎所有金属。铝、锌、铅接触臭氧会被强烈氧化,但含铬铁合金基本不会被臭氧腐蚀。基于这一点,生产中经常使用含25%Cr的铬铁(不锈钢)制造与臭氧直接接触的臭氧发生设备和填充设备的部件。

氧化反应

一、与无机物的氧化反应

臭氧与亚铁、Mn2+、硫化物、硫氰酸盐、氰化物、氯反应,如O3+SO2 = = SO3+O2O 3+CO = = CO2+O2O 3+NO = = NO2+O2

臭氧和有机物的反应

臭氧与水溶液中有机物的反应极其复杂。(1)臭氧与烯烃化合物之间的反应容易使臭氧与具有双链的烯烃化合物反应,反应的最终产物可以是单体、聚合物或交错的臭氧化合物的混合物。臭氧分解成醛和酸。⑵臭氧与芳香族化合物的反应。臭氧与芳香族化合物的反应缓慢,臭氧与芳香族化合物的反应系列苯:醇>:醛>:石蜡。

C.臭氧的毒性和腐蚀性

臭氧是一种有害气体,浓度为6.25×10-6mol/L(0.3mg/m3)时,对眼、鼻、喉有刺激作用。当浓度为(6.25 ~ 62.5) × 10-5 mol/L (3 ~ 30 mg/m3)时,出现头痛、呼吸器官局部麻痹等症状。当臭氧浓度为3.125×10-4 ~ 1.25×10-3mol/L(15 ~ 60mg/m3)时,对人体有害。其毒性也与暴露时间有关。比如长期暴露于1.748×10-7mol/L(4pm)以下的臭氧会造成永久性心脏障碍,但暴露于20ppm以下的臭氧不会对人体造成2小时以上的永久性伤害。因此,允许的臭氧浓度为4.46×10-9mol/L(0.1ppm)8h。因为臭氧的气味很强,当浓度为4.46×10-9mol/L(0.1ppm)时,人就感觉到了。因此,臭氧在世界上已经使用了100多年,没有因臭氧中毒导致死亡的报道。