臭氧的性质.docx
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臭氧的性质
臭氧得性质
一、 臭氧得物理性质
臭氧就是一种具有刺激性特殊气味得不稳定气体,分子结构如图所示。
它可在地球同温层内光化学合成,但就是在地平面上仅以极低浓度存在。
共振杂化分子得四种典型形
一种简化得分子轨道图
1、１一般物理性质
在常温下,臭氧为蓝色气体,不过在常温下,蓝色并不明显，除非就是相当厚得气体。
臭氧得主要物理性质列于表 1-1,液体密度与蒸汽压列于表 1-２。
1－1 纯臭氧得物理性质
熔点（760mmHg）/℃
-192、5±0、4
气体密度（0℃）/（g/L）
2、144
沸点（760mmHg）/℃
-111、9±0、3
蒸发热（-112℃）/（J/L）
316、8
临界温度/℃
-12、1
临界密度/（g/ml）
0、437
临界压力/atm
54、6
固态臭氧密度（77、4K）/（g/cm3）
1、728
临界体积（cm3/mol）
111
液态热容（90～105K）/（cal/k）
0、425+0、0014×（T-9）
液态臭氧得粘滞度77、6K（Pa·s）
90、2K（Pa·s）
0、00417
0、00156
汽化热
-111.9℃
-183℃
14277
15282
表面张力（cyn/cm）①
77、2K
90、2K
43、8
38、4
生成热
气体（298、15k）
液体（90、15k）
理想气体（0k）
142、98
125、60
145、45
等张比容（90、2K）
75、7
生成自由能（气体,298、15k）
162、82
介电常数（液态90、2k）
4、79
偶极距/Debye（德拜）
0、55
磁化率（cm-g-s单位）气体/液体
0、002×10-6
0、150
①1dｙn＝10-3N/ｍ;１atm＝101、３25Ｐa;１cal=4、18Ｊ 。
表1-2臭氧得液体密度与蒸气压
温度/℃
液体密度
/（g/cm3）
液体蒸气压
/mmHg
温度/℃
液体密度/（g/cm3）
液体蒸气压
/mmHg
-183
1、574
0、11
-140
1、442
74、2
-180
1、566
0、21
-130
1、410
190
-170
1、535
1、41
-120
1、318
427
-160
1、504
6、75
-110
1、347
865
-150
1、473
24、3
-100
1、316
1605
１、2臭氧得溶解度
臭氧略溶于水,标准压力与温度下（STＰ），其溶解度比氧大13倍（见表1-3）,比空气大25倍。
表１-3臭氧在水中得溶解度（气体分压为10５Pａ） /（ｍｌ/L）
气体
密度（g/L）
温度/℃
0
10
20
30
O2
1、492
49、3
38、4
31、4
26、7
O3
2、143
641
520
368
233
空气
1、2928
28、8
23、6
18、7
16、1
将臭氧通入蒸馏水中,可以测出不同温度、不同压力下臭氧在水中得溶解度。
图 2-２ 就是在压力为1atm时,纯臭氧在水中得溶解度与温度得关系曲线。
从图2-2 知,当温度为０℃ 时,纯臭氧在水中得溶解度可达2、８5８×10－2mｏl／L（1372mg/L）、
臭氧与其她气体一样,在水中得溶解度符合亨利定律，即在一定温度下,任何气体溶解于已知液体中得质量,将与该气体作用在液体上得分压成正比,而亨利常数得大小只就是温度得函数,与浓度无关。
C＝KＨ P （1-1）
式中Ｃ－臭氧在水中得溶解度，ｍｇ／L;
Ｐ －臭氧化空气中臭氧得分压, kPa;
ＫH-亨利常数, ｍg／（Ｌ·kＰa）。
从式（1－1）知，由于实际生产中采用得多就是臭氧化空气,其臭氧得分压很小，故臭氧得溶解度远远小于表1-3 中得数据。
例如,用空气为原料得臭氧发生器生产得臭氧化空气,臭氧只占 0、6％~１、2%（体积）。
根据气态方程及道尔顿分压定律知,臭氧得分压也只有臭氧化空气压力得０、６%～１、2％。
因此，当水温为25℃ 时,将这种臭氧化空气加入水中,臭氧得溶解度只有（０、625~1、４58）×10－４ moｌ/L（３～ ７mg/Ｌ）。
表1-４低浓度臭氧在水中得溶解度/（mｇ／Ｌ）
气体质量百分比含量/%
温度/℃
0
5
10
15
20
25
30
1
8、31
7、39
6、5
5、6
4、29
3、53
2、7
1、5
12、47
11、09
9、75
8、4
6、43
5、09
4、04
2
16、64
17、79
13
11、19
8、57
7、05
5、39
3
24、92
22、18
19、5
16、79
12、86
10、58
8、09
在一般水处理中,臭氧浓度较低,所以在水中得溶解度并不大。
在较低浓度下，臭氧在水中得溶解度基本满足亨利定律。
低浓度臭氧在水中得溶解度见表1-４。
二、臭氧得化学性质
1、臭氧得化学性质极不稳定,在空气与水中都会慢慢分解成氧气,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。
但一般臭氧化空气中臭氧得含量很难超过１0％，在臭氧用于饮用水处理得较长历史过程中,还没有一例氧爆炸得事例。
含量为1%以下得臭氧,在常温常压得空气中分解半衰期为16h 左右。
随着温度得升高,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。
臭氧在水中得分解速度比空气中快得多。
在含有杂质得水溶液中臭氧迅速回复到形成它得氧气。
如水中臭氧浓度为6、２5×10-５ ｍｏｌ/L（３ｍｇ/l）时,其半衰期为 5~30mｉn，但在纯水中分解速度较慢，如在蒸馏水或自来水中得半衰期大约就是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。
臭氧在水中得分解速度随水温与 ＰH值得提高而加快,图1-3为PH=7 时,水温与分解速度得关系,图1-４ 为２0℃，PH与分解速度得关系。
为提高臭氧利用率，水处理过程中要求臭氧分解得慢一些，而为了减轻臭氧对环境得污染,则要求处理后尾气中得臭氧分解快一些。
2、臭氧得氧化能力
臭氧得氧化能力极强,其氧化还原电位仅次于F2 ，在其应用中主要用这一特性。
从表１-５中瞧出。
从表１-5可知,臭氧得标准电极电位除比氟低之外,比氧、氯、二氧化氯及高锰酸钾等氧化剂都高。
说明臭氧就是常用氧化剂中氧化能力最强得。
同时,臭氧反应后得生成物就是氧气,所以臭氧就是高效得无二次污染得氧化剂。
表１-５氧化还原电位比较
名称
分子式
标准电极电位/mv
名称
分子式
标准电极电位/mv
氟
F2
2、87
二氧化氯
ClO2
1、50
臭氧
O3
2、07
氯
Cl2
1、36
过氧化氢
H2O2
1、78
氧
O2
1、23
高锰酸钾
MnO4-
1、67
3、 臭氧得氧化反应
a、与无机物得氧化反应
⑴ 臭氧与亚铁得反应
⑵臭氧与Ｍｎ２＋ 得反应
⑶臭氧与硫化物得反应
⑷臭氧与硫氰化物得反应
⑸臭氧与氰化物得反应
总反应为:
⑹臭氧与氯得反应
ｂ、臭氧与有机物得反应
臭氧在水溶液中与有机物得反应极其复杂,下面仅以大家公认得几种反应式列出以供参考。
⑴臭氧与烯烃类化合物得反应臭氧容易与具有双链得烯烃化合物发生反应,反应历程描述如下:
式中G代表OH 、 OCＨ3、OCＣH３等基。
反应得最终产物可能就是单体得、聚合得、或交错得臭氧化物得混合体。
臭氧化物分解成醛与酸。
⑵臭氧与芳香族化合物得反应臭氧与芳香族化合物得反应较慢,在系列苯<萘＜菲<嵌二萘＜蒽中,其反应速度常数逐渐增大。
其
⑶对核蛋白（氨基酸）系得反应
⑷对有机氨得氧化
臭氧在下列混合物得氧化顺序为
链烯烃＞胺>酚>多环芳香烃>醇＞醛＞链烷烃
c、臭氧得毒性与腐蚀性
臭氧属于有害气体,浓度为6、２５×１0-6 ｍol／Ｌ（0、3mg／m３） 时，对眼、鼻、喉有刺激得感觉;浓度 （6、25-6２、5）×10－5mｏl/Ｌ（3~ 30ｍg/m3 ）时,出现头疼及呼吸器官局部麻痹等症;臭氧浓度为３、１25×10-4～1、２５×10 -3 ｍol/L（15 ~60mg/m３） 时, 则对人体有危害。
其毒性还与接触时间有关,例如长期接触1、748×10 -7mol／L（4ppm）以下得臭氧会引起永久性心脏障碍,但接触2０ppｍ以下得臭氧不超过２h,对人体无永久性危害。
因此,臭氧浓度得允许值定为 ４、46×1０-９moｌ／L（0、1pｐm）8h、由于臭氧得臭味很浓,浓度为4、46×1０-9mｏｌ/Ｌ（0、1ｐｐm）时,人们就感觉到,因此,世界上使用臭氧已有一百多年得历史,至今也没有发现一例因臭氧中毒而导致死亡得报道。
臭氧具有很强得氧化性,除了金与铂外，臭氧化空气几乎对所有得金属都有腐蚀作用。
铝、锌、铅与臭氧接触会被强烈氧化,但含铬铁合金基本上不受臭氧腐蚀。
基于这一点,生产上常使用含２5 %Ｃｒ得铬铁合金（不锈钢）来制造臭氧发生设备与加注设备中与臭氧直接接触得部件。
臭氧对非金属材料也有了强烈得腐蚀作用,即使在别处使用得相当稳定得聚氯乙烯塑料滤板等,在臭氧加注设备中使用不久便见疏松、开裂与穿孔。
在臭氧发生设备与计量设备中,不能用普通橡胶作密封材料,必须采用耐腐蚀能力强得硅橡胶或耐酸橡胶等。
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