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臭氧 编辑词条词条保护

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臭氧 臭氧
臭氧
臭氧
臭氧
IUPAC名
Trioxygen 英文名 Ozone 识别 CAS号 10028-15-6 臭氧
PubChem 24823 ChemSpider 23208 SMILES o:o:o InChI 1/O3/c1-3-2 InChIKey CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYAY Gmelin 1101 EINECS 233-069-2 ChEBI 25812 RTECS RS8225000 MeSH Ozone 性质 化学式 O3 摩尔质量 47.998 [1] g·mol⁻¹ 精确质量 47.984743866 g/mol 外观 浅蓝色气体[1] 密度 0.002144 g/cm3 (0 ℃)

0.001962g/cm3(25 ℃)[1]

熔点 -193 ℃[1] 沸点 -111.35 ℃[1] 溶解性(水) 1.05 g/dm3 (0 °C) 折光度n
D 1.2226(液态) 结构 空间群 C2v 配位几何 对角线 分子构型 二面角 混成轨域 sp2 for O1 偶极矩 0.53 D 热力学 ΔfHmo298K 142.67 kJ·mol−1 So298K 238.92 J·mol-1·K-1 危险性 欧盟分类 臭氧
O NFPA 704 臭氧
0 2 4 OX 相关物质 相关化学品 二氧化硫

氧气

若非注明,所有数据均出自一般条件(25 ℃,100 kPa)下。

臭氧(分子式为O3)是氧气(O2)的同素异形体,在常温下,它是一种有特殊臭味的浅蓝色气体。英文臭氧(Ozone)一词源自希腊语ozon,意为“嗅”。

臭氧主要存在于距地球表面20公里的同温层下部的臭氧层中,含量约50ppm。它吸收对有害的短波紫外线,防止其到达地球。O2经紫外光照射而得。在大气层中,氧分子因高能量的辐射而分解为氧原子(O),而氧原子与另一氧分子结合,即生成臭氧。臭氧又会与氧原子、氯或其他游离性物质反应而分解消失,由于这种反复不断的生成和消失,乃能使臭氧含量维持在一定的均衡状态,而大气中约有90%的臭氧存在于离地面15到50公里之间的区域,也就是平流层,在平流层的较低层,即离地面20到30公里处,为臭氧浓度**高之区域,是为臭氧层,臭氧层具有吸收太阳光中大部分的紫外线,以屏蔽地球表面生物,不受紫外线侵害之功能。

发现

1785年,德国人在使用电机时,发现在电机放电时产生一种异味。1840年法国科学家克里斯蒂安·弗雷德日将它确定为臭氧。

物理性质

臭氧是一种淡蓝色气体,微溶于水,易溶于四氯化碳或碳氟化合物而显蓝色。在-112℃凝结成深蓝色的液体,这是有危险性的,因为气态和液态的臭氧容易发生爆炸。温度低于-193℃,臭氧会形成紫黑色固体。

大多数人都可以嗅到有点类似氯刺鼻的气味。暴露在0.1-1 ppm的臭氧会产生头痛,眼睛灼热,刺激呼吸道。即使空气中有低浓度的臭氧,亦会破坏有机材料,如橡胶、塑料,及动物的肺部组织。

臭氧是抗磁性的,这意味着它的电子都是成对的。

性状

臭氧具有等腰三角形结构,含有一个3中心4电子离域π键,三个氧原子分别位于三角形的三个顶点,顶角为116.79度,密度约为氧气的1.5倍,其沸点和凝固点均高于氧。臭氧液态呈蓝色,固态呈紫色。它与氧气不同,带明显令人恶心的气味,但低浓度的臭氧闻起来就像下过雨后出门闻到的“新鲜空气”的那种气味,十分怡人。臭氧反应活性强,极易分解,很不稳定,在常温下会逐渐分解为氧气,其性质比氧活泼,比重为一般空气的1.7倍。臭氧会因光、热、水分、金属、金属氧化物以及其他的触媒而加速分解为氧。

臭氧
低温下溶解在二氯甲烷中的臭氧,呈淡蓝色

它不溶于液态氧等。有很强的氧化性,在常温下可将银氧化成氧化银,将硫化铅氧化成硫酸铅。臭氧可使许多有机色素褪色,对橡胶和纤维破坏性很大,很容易氧化有机不饱和化合物。臭氧在冰中极为稳定,其半衰期为2000年。

臭氧可利用碘化钾来检验。

O3+2I−+H2O == I2+O2+2OH−

臭氧能迅速且定量地氧化I− 成I2,此反应也可以用来测定O3的含量。[2]

臭氧能氧化CN− 故常被用来处理电镀工业中的含氰废水[2]:

O3+CN− == OCN−+O2

OCN−+O3 == CO2+N2+O2

由于它的强氧化性,亦可用于消毒杀菌剂。[2]

结构

臭氧分子的共振式:

臭氧

臭氧分子呈弯曲形对称结构。中心原子采取sp²杂化(混成),两个杂化轨道与其他两个氧原子形成两根σ键,另一杂化轨道容纳孤对电子,除此之外,互相平行的2pz轨道重叠形成三中心四电子的大π键。

臭氧分子可以结合一个电子形成臭氧根离子(O3-),所形成的化合物为离子型臭氧化合物。臭氧分子也可以形成臭氧链-O-O-O-,构成共价型臭氧化物,如O3F2。[3]

影响

因臭氧反应活性远远比氧(O2)强,是强氧化剂,对植物、动物及很多结构材料如塑胶、橡胶有害。它还会伤害肺组织,严重会导致肺出血而死亡,因此当空气中臭氧含量过高时,一般建议老人和幼儿不宜于户外作剧烈运动,以免吸入过量臭氧。低层空气中臭氧有时称为“有害的”臭氧,主要源于汽机车排气中二氧化氮产生的光化学烟雾。

由于工业和汽车废气的影响,尤其在大城市周围农林地区,在地表臭氧会形成和聚集。地表臭氧对,尤其是对眼睛、呼吸道等有侵蚀和损害作用。地表臭氧也对农作物或森林有害。

与“有害的”臭氧相反,“有益的”臭氧存在于地球大气层的平流层上部,覆盖着地球表面,阻隔大部分破坏生物组织的太阳紫外线辐射。而稀薄的臭氧会给人以清新的感觉,因此在大雷雨后,空气总是特别清新。

用途与制备
主条目:臭氧发生器

工业上,用干燥的空气或氧气,采用5-25kv的交流电压进行无声放电制取,用空气做氧源时会衍生出大量氮氧化合气体。目前**先进的臭氧制备方法为高能量紫外线光解空气而对应生成纯净的臭氧。另外,在低温下电解稀硫酸,或将液体氧气加热都可制得臭氧。大自然很容易产生臭氧,在打雷闪电时会产生几十万伏的高压电,电离空气及有机物形成臭氧。臭氧能于短时间内将空气中的浮游细菌消灭,并能中和、分解毒气,去除恶臭。臭氧作为一种常温下的气态强氧化剂,能迅速弥漫到整个灭菌空间,灭菌不留死角,杀菌更彻底。因此臭氧可用于净化空气及饮用水、杀菌、处理工业废物和作为漂白剂。在一些游泳池以臭氧取代氯气做为消毒用途。

三聚体的三过氧化三丙酮分解也可以产生臭氧,但反应较为剧烈,不宜使用:

C 9 H 18 O 6 =
=
=
= O 3 + 3 C 3 H 6 O {\displaystyle {\rm {C_{9}H_{18}O_{6}{=\!=\!=\!=}O_{3}+3C_{3}H_{6}O}}} 臭氧

臭氧的灭菌原理:灭菌过程属生物化学氧化反应。臭氧能对细菌的细胞体直接氧化,即破坏其DNA而达到抑制的效果,对病毒的RNA亦有破坏作用;对各种毒素具有一定的氧化作用,降低其毒性。

臭氧能氧化分解细菌内部葡萄糖所需的酶,使细菌灭活死亡。 直接与细菌、病毒作用,破坏它们的细胞器和DNA、RNA,使细菌的新陈代谢受到破坏,导致细菌死亡。 透过细胞膜组织,侵入细胞内,作用于外膜的脂蛋白和内部的脂多糖,使细菌发生通透性畸变而溶解死亡。 臭氧对的影响

臭氧具有强烈的刺激性,吸入过量对健康有一定危害。它主要是刺激和损害深部呼吸道,并可损害中枢神经系统,对眼睛有轻度的刺激作用。

当大气中臭氧浓度为0.1mg/m3时,可引起鼻和喉头粘膜的刺激;臭氧浓度在0.1-0.2mg/m3时,引起哮喘发作,导致上呼吸道疾病恶化,同时刺激眼睛,使视觉敏感度和视力降低[来源请求]。臭氧浓度在2mg/m3以上可引起头痛、胸痛、思维能力下降,严重时可导致肺气肿和肺水肿。

此外,臭氧还能阻碍血液输氧功能,造成组织缺氧;使甲状腺功能受损、骨骼钙化,还可引起潜在性的全身影响,如诱发淋巴细胞染色体畸变,损害某些酶的活性和产生溶血反应。臭氧超过一定浓度,除对有一定毒害外,对某些植物生长也有一定危害。臭氧还可以使橡胶制品变脆和产生裂纹。臭氧对也有致畸性,母亲孕期接触臭氧可导致新生儿睑裂狭小发生率增多。[4]

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