臭氧的性质.docx

1、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、 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- 。 11纯臭氧得物理性质 熔点( 760mmHg)/ -192、50、4 气体密度( 0)/(g/L) 2、144 沸点( 760mmHg)/ -111、90、3 蒸发热( -112)/(J/L) 316、8 临界温度 / -

2、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/cm 3 ) 1、728 临界体积( cm 3 /mol) 111 液态热容( 90105K)/(cal/k) 0、425+0、0014(T-9) 液态臭氧得粘滞度 77、6K(Pas) 90、2K(Pas) 0、00417 0、00156 汽化热 -111.9 -183 14277 15282 表面张力( cyn/cm) 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、4

3、5 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、00210 -6 0、150 1dn10 -3 N/;atm101、25a;cal=4、18。 表 1-2 臭氧得液体密度与蒸气压温度 / 液体密度 /(g/cm 3 ) 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 1

4、90 -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 、2 臭氧得溶解度 臭氧略溶于水,标准压力与温度下( ST )，其溶解度比氧大 13 倍(见表 1-3 ),比空气大 25 倍。 表 -3 臭氧在水中得溶解度(气体分压为 10 P ）/（/L) 气体 密度( g/L) 温度 / 0 10 20 30 O 2 1、492 49、3 38、4 31、4 26、7 O 3 2、143 641 520 368 233 空气 1、2928 28、8 23、6 1

5、8、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-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 时,纯臭氧在水中得溶解度可达 2、510 2 mlL（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。 CK P （1-1） 式中 臭氧在水中得溶解度， L ; 臭氧化空气中臭氧得分压,kPa ; H -亨利常数,g ( ka )。 从式( 11 )知，由于实际生产

6、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 、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 、 % 、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( 、625 1、58 ） 10 mo/L( mg/） 。 表 1- 低浓度臭氧在水中得溶解度 /(m)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、7

7、5 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- 。 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 85kJ ( 12 )由于分解时放出大量热量，故当其含量在5 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 0 ，在臭氧用于饮用水

8、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 0 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、510 - /L(/l) 时,其半衰期为5 30mn ，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 0m( 2 )，然而在二次蒸馏水中,经过in 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H 值得提高而加快,图

9、 1-3 为 PH=7时,水温与分解速度得关系,图 1-为 0 ， 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 F 2，在其应用中主要用这一特性。从表 - 中瞧出。从表 -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 - 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

10、 标准电极电位 /mv 氟 F2 2、87 二氧化氯 ClO 2 1、50 臭氧 O3 2、07 氯 Cl 2 1、36 过氧化氢 H2O2 1、78 氧 O 2 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 臭氧与亚铁得反应 臭氧与 得反应 臭氧与硫化物得反应 臭氧与硫氰化物得反应 臭氧与氰化物得反应 总反应为: 臭氧与氯得反应 、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。 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、OC3 、

11、OCH 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。 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、0 -6ol(0、3mgm )时，对眼、鼻、喉有刺激得感觉;浓度(6、25-6、5)10 5 ml/(3 30g/m3) 时,出现头疼及呼吸器官局部麻痹等症 ; 臭氧浓度为 、2510 -4 1、10-3 ol/L(15 60mg/m ) 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、74810-7 molL（4ppm) 以下得臭氧

12、会引起永久性心脏障碍,但接触 2pp 以下得臭氧不超过 h ,对人体无永久性危害。因此,臭氧浓度得允许值定为、461 - moL（0、1pm)8h、 由于臭氧得臭味很浓,浓度为 4、461 -9 m/(0、1m) 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 5% 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。