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臭氧

IUPAC名

Trioxygen 英文名 Ozone 識(shí)別 CAS號(hào) 10028-15-6

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 性質(zhì) 化學(xué)式 O3 摩爾質(zhì)量 47.998 [1] g·mol?1 精確質(zhì)量 47.984743866 g/mol 外觀 淺藍(lán)色氣體[1] 密度 0.002144 g/cm3 （0 ℃）

0.001962g/cm3（25 ℃）[1]

熔點(diǎn) -193 ℃[1] 沸點(diǎn) -111.35 ℃[1] 溶解性（水） 1.05 g/dm3 （0 °C） 折光度n

D 1.2226（液態(tài)） 結(jié)構(gòu) 空間群 C2v 配位幾何 對(duì)角線 分子構(gòu)型 二面角 混成軌域 sp2 for O1 偶極矩 0.53 D 熱力學(xué) ΔfHmo298K 142.67 kJ·mol?1 So298K 238.92 J·mol-1·K-1 危險(xiǎn)性 歐盟分類

O NFPA 704

0 2 4 OX 相關(guān)物質(zhì) 相關(guān)化學(xué)品 二氧化硫

氧氣

若非注明，所有數(shù)據(jù)均出自一般條件（25 ℃，100 kPa）下。

臭氧（分子式為O3）是氧氣（O2）的同素異形體，在常溫下，它是一種有特殊臭味的淺藍(lán)色氣體。英文臭氧（Ozone）一詞源自希臘語ozon，意為“嗅”。

臭氧主要存在于距地球表面20公里的同溫層下部的臭氧層中，含量約50ppm。它吸收對(duì)有害的短波紫外線，防止其到達(dá)地球。O2經(jīng)紫外光照射而得。在大氣層中臭氧，氧分子因高能量的輻射而分解為氧原子（O），而氧原子與另一氧分子結(jié)合，即生成臭氧。臭氧又會(huì)與氧原子、氯或其他游離性物質(zhì)反應(yīng)而分解消失，由于這種反復(fù)不斷的生成和消失，乃能使臭氧含量維持在一定的均衡狀態(tài)，而大氣中約有90%的臭氧存在于離地面15到50公里之間的區(qū)域，也就是平流層，在平流層的較低層，即離地面20到30公里處，為臭氧濃度**高之區(qū)域臭氧，是為臭氧層，臭氧層具有吸收太陽光中大部分的紫外線，以屏蔽地球表面生物，不受紫外線侵害之功能。

發(fā)現(xiàn)

1785年，德國人在使用電機(jī)時(shí)，發(fā)現(xiàn)在電機(jī)放電時(shí)產(chǎn)生一種異味。1840年法國科學(xué)家克里斯蒂安·弗雷德日將它確定為臭氧。

物理性質(zhì)

臭氧是一種淡藍(lán)色氣體，微溶于水，易溶于四氯化碳或碳氟化合物而顯藍(lán)色。在-112℃凝結(jié)成深藍(lán)色的液體，這是有危險(xiǎn)性的，因?yàn)闅鈶B(tài)和液態(tài)的臭氧容易發(fā)生爆炸。溫度低于-193℃，臭氧會(huì)形成紫黑色固體。

大多數(shù)人都可以嗅到有點(diǎn)類似氯刺鼻的氣味。暴露在0.1－1 ppm的臭氧會(huì)產(chǎn)生頭痛，眼睛灼熱，刺激呼吸道。即使空氣中有低濃度的臭氧，亦會(huì)破壞有機(jī)材料，如橡膠、塑料，及動(dòng)物的肺部組織。

臭氧是抗磁性的，這意味著它的電子都是成對(duì)的。

性狀

臭氧具有等腰三角形結(jié)構(gòu)，含有一個(gè)3中心4電子離域π鍵，三個(gè)氧原子分別位于三角形的三個(gè)頂點(diǎn)，頂角為116.79度，密度約為氧氣的1.5倍，其沸點(diǎn)和凝固點(diǎn)均高于氧。臭氧液態(tài)呈藍(lán)色，固態(tài)呈紫色。它與氧氣不同，帶明顯令人惡心的氣味，但低濃度的臭氧聞起來就像下過雨后出門聞到的“新鮮空氣”的那種氣味，十分怡人。臭氧反應(yīng)活性強(qiáng)，極易分解，很不穩(wěn)定，在常溫下會(huì)逐漸分解為氧氣，其性質(zhì)比氧活潑，比重為一般空氣的1.7倍。臭氧會(huì)因光、熱、水分、金屬、金屬氧化物以及其他的觸媒而加速分解為氧。

低溫下溶解在二氯甲烷中的臭氧，呈淡藍(lán)色

它不溶于液態(tài)氧等。有很強(qiáng)的氧化性，在常溫下可將銀氧化成氧化銀，將硫化鉛氧化成硫酸鉛。臭氧可使許多有機(jī)色素褪色，對(duì)橡膠和纖維破壞性很大，很容易氧化有機(jī)不飽和化合物。臭氧在冰中極為穩(wěn)定，其半衰期為2000年。

臭氧可利用碘化鉀來檢驗(yàn)。

O3+2I?+H2O == I2+O2+2OH?

臭氧能迅速且定量地氧化I? 成I2，此反應(yīng)也可以用來測(cè)定O3的含量。[2]

臭氧能氧化CN? 故常被用來處理電鍍工業(yè)中的含氰廢水[2]:

O3+CN? == OCN?+O2

OCN?+O3 == CO2+N2+O2

由于它的強(qiáng)氧化性，亦可用于消毒殺菌劑。[2]

結(jié)構(gòu)

臭氧分子的共振式：

臭氧分子呈彎曲形對(duì)稱結(jié)構(gòu)。中心原子采取sp2雜化(混成)臭氧，兩個(gè)雜化軌道與其他兩個(gè)氧原子形成兩根σ鍵，另一雜化軌道容納孤對(duì)電子，除此之外，互相平行的2pz軌道重疊形成三中心四電子的大π鍵。

臭氧分子可以結(jié)合一個(gè)電子形成臭氧根離子(O3-),所形成的化合物為離子型臭氧化合物。臭氧分子也可以形成臭氧鏈-O-O-O-,構(gòu)成共價(jià)型臭氧化物，如O3F2。[3]

影響

因臭氧反應(yīng)活性遠(yuǎn)遠(yuǎn)比氧（O2）強(qiáng)，是強(qiáng)氧化劑，對(duì)植物、動(dòng)物及很多結(jié)構(gòu)材料如塑膠、橡膠有害。它還會(huì)傷害肺組織，嚴(yán)重會(huì)導(dǎo)致肺出血而死亡，因此當(dāng)空氣中臭氧含量過高時(shí)，一般建議老人和幼兒不宜于戶外作劇烈運(yùn)動(dòng)，以免吸入過量臭氧。低層空氣中臭氧有時(shí)稱為“有害的”臭氧，主要源于汽機(jī)車排氣中二氧化氮產(chǎn)生的光化學(xué)煙霧。

由于工業(yè)和汽車廢氣的影響，尤其在大城市周圍農(nóng)林地區(qū)，在地表臭氧會(huì)形成和聚集。地表臭氧對(duì)，尤其是對(duì)眼睛、呼吸道等有侵蝕和損害作用。地表臭氧也對(duì)農(nóng)作物或森林有害。

與“有害的”臭氧相反，“有益的”臭氧存在于地球大氣層的平流層上部，覆蓋著地球表面，阻隔大部分破壞生物組織的太陽紫外線輻射。而稀薄的臭氧會(huì)給人以清新的感覺，因此在大雷雨后，空氣總是特別清新。

用途與制備

主條目：臭氧發(fā)生器

工業(yè)上，用干燥的空氣或氧氣，采用5－25kv的交流電壓進(jìn)行無聲放電制取，用空氣做氧源時(shí)會(huì)衍生出大量氮氧化合氣體。目前**先進(jìn)的臭氧制備方法為高能量紫外線光解空氣而對(duì)應(yīng)生成純凈的臭氧。另外，在低溫下電解稀硫酸，或?qū)⒁后w氧氣加熱都可制得臭氧。大自然很容易產(chǎn)生臭氧，在打雷閃電時(shí)會(huì)產(chǎn)生幾十萬伏的高壓電，電離空氣及有機(jī)物形成臭氧。臭氧能于短時(shí)間內(nèi)將空氣中的浮游細(xì)菌消滅，并能中和、分解毒氣，去除惡臭。臭氧作為一種常溫下的氣態(tài)強(qiáng)氧化劑，能迅速彌漫到整個(gè)滅菌空間，滅菌不留死角，殺菌更徹底。因此臭氧可用于凈化空氣及飲用水、殺菌、處理工業(yè)廢物和作為漂白劑。在一些游泳池以臭氧取代氯氣做為消毒用途。

三聚體的三過氧化三丙酮分解也可以產(chǎn)生臭氧，但反應(yīng)較為劇烈，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}}}

臭氧的滅菌原理：滅菌過程屬生物化學(xué)氧化反應(yīng)。臭氧能對(duì)細(xì)菌的細(xì)胞體直接氧化，即破壞其DNA而達(dá)到抑制的效果，對(duì)病毒的RNA亦有破壞作用；對(duì)各種毒素具有一定的氧化作用，降低其毒性。

臭氧能氧化分解細(xì)菌內(nèi)部葡萄糖所需的酶，使細(xì)菌滅活死亡。 直接與細(xì)菌、病毒作用，破壞它們的細(xì)胞器和DNA、RNA，使細(xì)菌的新陳代謝受到破壞，導(dǎo)致細(xì)菌死亡。 透過細(xì)胞膜組織，侵入細(xì)胞內(nèi)一氧化碳報(bào)警器，作用于外膜的脂蛋白和內(nèi)部的脂多糖，使細(xì)菌發(fā)生通透性畸變而溶解死亡。 臭氧對(duì)的影響

臭氧具有強(qiáng)烈的刺激性，吸入過量對(duì)健康有一定危害。它主要是刺激和損害深部呼吸道，并可損害中樞神經(jīng)系統(tǒng)，對(duì)眼睛有輕度的刺激作用。

當(dāng)大氣中臭氧濃度為0.1mg/m3時(shí)，可引起鼻和喉頭粘膜的刺激；臭氧濃度在0.1－0.2mg/m3時(shí)，引起哮喘發(fā)作，導(dǎo)致上呼吸道疾病惡化，同時(shí)刺激眼睛voc氣體檢測(cè)儀，使視覺敏感度和視力降低[來源請(qǐng)求]。臭氧濃度在2mg/m3以上可引起頭痛、胸痛、思維能力下降，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致肺氣腫和肺水腫。

此外，臭氧還能阻礙血液輸氧功能，造成組織缺氧；使甲狀腺功能受損、骨骼鈣化，還可引起潛在性的全身影響，如誘發(fā)淋巴細(xì)胞染色體畸變，損害某些酶的活性和產(chǎn)生溶血反應(yīng)。臭氧超過一定濃度，除對(duì)有一定毒害外，對(duì)某些植物生長也有一定危害。臭氧還可以使橡膠制品變脆和產(chǎn)生裂紋。臭氧對(duì)也有致畸性，母親孕期接觸臭氧可導(dǎo)致新生兒瞼裂狹小發(fā)生率增多。[4]

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