臭氧基础知识
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一、臭氧的简介
臭氧的分子式为O3，是氧气（O2）的同素异性体。臭氧分子是由三个氧原子组成，其中一个氧原子与另外两个氧原子以单键的形式相连接，这种单键不稳定，断裂后生成一个单原子氧和一个氧气分子，其中单原子氧具有极强的氧化能力，所以决定了臭氧的性质极为活跃、易分解、氧化能力强的特点。
二、臭氧的物理性质
臭氧是一种具有腥臭气味的不稳定气体，臭氧与氧气的主要物理性质对比见表1-1。
表1-1 氧气和臭氧的主要性质
氧 气 臭 氧
分子式 O2 O3
分子量 32 48
一般情况下的形态 气态 气态
气 味 无 腥臭味
气体颜色 无色 淡蓝色
液体颜色 淡蓝色 暗蓝色
1个大气压，0℃时的溶解度（mg/L） 49.1 640
1个大气压，0℃时的密度（g/L） 1.429 2.144
稳定性 稳定 易分解
以空气为基准时的密度 1.103 1.658
由上表不难看出，与氧气比较，臭氧比重大、有腥臭味、较氧气易溶于水。
三、臭氧的化学性质
臭氧的强氧化性使臭氧可迅速灭菌消毒，臭氧的强氧化性取决于臭氧有高的氧化还原电位，表1-2列出常见的消毒物质还原电位与臭氧的比较。
表1-2 氧化还原电位比较
名 称 分子式 氧化还原电位（mV）
氟 F2 2.87
臭 氧 O3 2.07
过氧化氢 H2O2 1.78
高锰酸钾 KMnO4 1.67
二氧化氯 ClO2 1.50
氯 气 Cl2 1.36
1．臭氧的化学性质极不稳定，在空气和水中都会慢慢分解成氧气，其反应式为：
2O3→3O2＋285kJ
由于分解时放出大量热量，故当其含量在25%以上时，如急剧压缩，容易爆炸。但一般臭氧化空气中臭氧的含量很难超过10%，在臭氧应用较长历史过程中，还没有一例臭氧爆炸的事例。
含量为1%以下的臭氧，在常温常压的空气中分解半衰期为16h左右。随着温度的升高，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。臭氧在水中的分解速度比空气中快的多。在含有杂质的水溶液中臭氧迅速回复到形成它的氧气。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的半衰期大约是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。
臭氧在水中的分解速度随水温和PH值的提高而加快，图1-3为PH=7时，水温和分解速度的关系，下图为20℃，PH和分解速度的关系。
2．臭氧的氧化能力
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1-3中看出。
从表1-3可知，臭氧的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。说明臭氧是常用氧化剂中氧化能力最强的。同时，臭氧反应后的生成物是氧气，所以臭氧是高效的无二次污染的氧化剂。
表1-3 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．臭氧的氧化反应
a、与无机物的氧化反应
⑴臭氧与亚铁的反应
3Fe2＋ ＋ 2O3→ 3Fe3+ +3O2
⑵臭氧与Mn2+的反应
Mn2+＋O3＋H2O→MnO2＋2H＋＋O2 （易）
Mn2+＋O3＋H2O→MnO4-＋2H＋（难）
⑶臭氧与硫化物的反应
H2S＋O3→SO2＋H2O
3H2S＋4O3→3H2SO4
⑷臭氧与硫氰化物的反应
CNS－＋2O32OH－→CN－＋SO32－＋2O2＋H2O
CN－＋SO32－＋2O3→CNO－＋SO42－＋2O2
⑸臭氧与氰化物的反应
CN－＋O3→CNO－＋O2
CNO－＋2H＋＋H2O→CO2＋NH4＋
NH4＋＋CNO－→NH2CONH2
NH2CONH2+O3→N2+CO2+2H2O
总反应为：
2CN－＋2H＋＋H2O+3O3→N2+2O2+2H2CO3
⑹臭氧与氯的反应
3Cl2+6O3→2ClO2+2ClO7
b、臭氧与有机物的反应
臭氧在水溶液中与有机物的反应极其复杂，下面仅以大家公认的几种反应式列出以供参考。
（1）臭氧与烯烃类化合物的反应： 臭氧容易与具有双链的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。反应的最终产物可能是单体的、聚合的、或交错的臭氧化物的混合体。臭氧化物分解成醛和酸。
（2）臭氧和芳香族化合物的反应： 臭氧和芳香族化合物的反应较慢，在系列苯＜萘＜菲＜嵌二萘＜蒽中，其反应速度常数逐渐增大。其反应如下：
（3）对核蛋白（氨基酸）系的反应
（4）对有机氨的氧化
臭氧在下列混合物的氧化顺序为：
链烯烃＞胺＞酚＞多环芳香烃＞醇＞醛＞链烷烃
c、臭氧的毒性和腐蚀性
臭氧属于有害气体，对眼、鼻、喉有刺激的感觉，出现头疼及呼吸器官局部麻痹等症。其毒性与浓度和接触时间有关，例如长期接触 4ppm以下的臭氧会引起永久性心脏障碍，但接触20ppm以下的臭氧不超过2h，对人体无永久性危害。因此，臭氧浓度的允许值定为0.1ppm，接触时间小于8h。由于臭氧的臭味很浓，浓度为0.1ppm时，人们就明显感觉到并及时采取措施。世界上使用臭氧已有一百多年的历史，至今也没有发现一例因臭氧中毒而导致死亡的报道，相对于氯气、甲醛、二氧化碳等气体，臭氧属于比较安全的气体。
臭氧具有很强的氧化性，除了金和铂外，臭氧化空气几乎对所有的金属都有腐蚀作用。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的铬铁合金（不锈钢）来制造臭氧发生设备和加注设备中与臭氧直接接触的部件。
臭氧对非金属材料也有了强烈的腐蚀作用，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、开裂和穿孔。在臭氧发生设备和计量设备中，不能用普通橡胶作密封材料，必须采用耐腐蚀能力强的硅橡胶或耐酸橡胶等。
老听说臭氧，还真不了解，也算是扫盲了。 谢谢分享，普及知识！ 谢谢分享，学习学习。
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