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          臭氧的性子

           
               
               
            一、  臭氧的物感性子

             臭氧是一种具备安慰性特别气息的不不变气体,份子布局如图所示。它可在地球同温层内光化学分化,可是在地立体上仅以极低浓度存在。

           

          共振杂化份子的四种典范形

          一种简化的份子轨道图

          1.1 通俗物感性子

            在常温下,臭氧为蓝色气体,不过在常温下,蓝色并不较着,除非是相称厚的气体。臭氧的首要物感性子列于表 1-1, 液体密度和蒸汽压列于表 1-2 。

          1-1 纯臭氧的物感性子

          熔点( 760mmHg)/℃

          -192.5±0.4

          气体密度( 0℃)/(g/L)

          2.144

          沸点( 760mmHg)/℃

          -111.9±0.3

          蒸发烧( -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/cm 3 )

          1.728

          临界体积( cm 3 /mol)

          111

          液态热容( 90~105K)/(cal/k)

          0.425+0.0014×(T-9)

          液态臭氧的粘滞度 77.6K(Pa·s)

          90.2K(Pa·s)

          0.00417

          0.00156

          汽化热

          -111.9℃

          -183℃

          14277

          15282

          外表张力( cyn/cm)①

          77.2K

          90.2K

          43.8

          38.4

          天生热

          气体( 298.15k)

          液体( 90.15k)

          抱负气体( 0k)

          142.98

          125.60

          145.45

          等张比容( 90.2K)

          75.7

          天生自在能(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单元)气体/液体

          0.002×10 -6

          0.150

           
           

          ①1dyn=10 -3 N/m;1atm=101.325Pa;1cal=4.18J 。

          表 1-2 臭氧的液体密度和蒸气压

          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

          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 臭氧的消融度

          臭氧略溶于水,规范压力和温度下( STP ),其消融度比氧大 13 倍(见表 1-3 ),比氛围大 25 倍。

          表 1-3 臭氧在水中的消融度(气体分压为 10 5 Pa ) /(ml/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

          氛围

          1.2928

          28.8

          23.6

          18.7

          16.1

              将臭氧通入蒸馏水中,能够测出差别温度、差别压力下臭氧在水中的消融度。图 2-2 是在压力为 1atm 时,纯臭氧在水中的消融度和温度的干系曲线。从图2-2 知,当温度为 0℃ 时,纯臭氧在水中的消融度可达 2.858×10 -2 mol/L(1372mg/L).

              臭氧和其余气体一样,在水中的消融度合适亨利定律,即在必然温度下,任何气体消融于已知液体中的品质,将与该气体感化在液体上的分压成反比,而亨利常数的巨细只是温度的函数,与浓度有关。

                    C=K H P                          (1-1)

          式中 C -臭氧在水中的消融度, mg/L ;

          P -臭氧化氛围中臭氧的分压, kPa ;

          K H -亨利常数, mg/ ( L·kPa )。

          从式( 1-1 )知,因为现实出产中接纳的多是臭氧化氛围,其臭氧的分压很小,故臭氧的消融度远远小于表 1-3 中的数据。比方,用氛围为质料的臭氧产生器出产的臭氧化氛围,臭氧只占 0.6 %~ 1.2 %(体积)。按照气态方程及道尔顿分压定律知,臭氧的分压也只要臭氧化氛围压力的 0.6 %~ 1.2 %。是以,当水温为 25℃ 时,将这类臭氧化氛围插手水中,臭氧的消融度只要( 0.625 ~ 1.458 ) ×10 -4 mol/L(3 ~ 7mg/L) 。

          表 1-4 低浓度臭氧在水中的消融度 /(mg/L)

          气体品质百分比含量 /%

          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

              在通俗水处置中,臭氧浓度较低,以是在水中的消融度并不大。在较低浓度下,臭氧在水中的消融度根基知足亨利定律。低浓度臭氧在水中的消融度见表 1-4 。

          二、臭氧的化学性子

          1. 臭氧的化学性子极不不变,在氛围和水中城市渐渐分化成氧气,其反映式为:

             2O3 →3O2 + 285kJ ( 1-2 )

              因为分化时放出大批热量,故当其含量在 25 %以上时,很轻易爆炸。但通俗臭氧化氛围中臭氧的含量很难跨越 10 %,在臭氧用于饮用水处置的较长汗青进程中,还不一例氧爆炸的事例。

              含量为 1 %以下的臭氧,在常温常压的氛围平分化半衰期为 16h 摆布。跟着温度的降低,分化速率加速,温度跨越 100℃ 时,分化很是猛烈,到达 270℃ 低温时,可当即转化为氧气。臭氧在水中的分化速率比氛围中快的多。在含有杂质的水溶液中臭氧敏捷答复到构成它的氧气。如水中臭氧浓度为 6.25×10 -5   mol/L(3mg/l) 时,其半衰期为 5 ~ 30min ,但在纯水平分化速率较慢,如在蒸馏水或自来水中的半衰期约莫是 20min ( 20℃ ),但是在二次蒸馏水中,颠末 85min 后臭氧分化只要 10 %,若水温靠近 0℃ 时,臭氧会变得加倍不变。

              臭氧在水中的分化速率随水暖和 PH 值的进步而加速,图 2-3 为 PH=7 时,水暖和分化速率的干系,图 2-4 为 20℃ , PH 和分化速率的干系。

              为进步臭氧操纵率,水处置进程中请求臭氧分化得慢一些,而为了加重臭氧对情况的净化,则请求处置后尾气中的臭氧分化快一些。

          2. 臭氧的氧化才能

              臭氧得氧化才能极强,其氧化复原电位仅次于 F 2 ,在其利用中首要用这一特征。从表 1-5 中看出。

          从表 1-5 可知,臭氧的规范电极电位除比氟低以外,比氧、氯、二氧化氯及高锰酸钾等氧化剂都高。申明臭氧是经常利用氧化剂中氧化才能最强的。同时,臭氧反映后的天生物是氧气,以是臭氧是高效的无二次净化的氧化剂。

          表 1-5 氧化复原电位比拟

          称号

          份子式

          规范电极电位 /mv

          称号

          份子式

          规范电极电位 /mv

          F2

          2.87

          二氧化氯

          ClO 2

          1.50

          臭氧

          O3

          2.07

          Cl 2

          1.36

          过氧化氢

          H2O2

          1.78

          O 2

          1.23

          高锰酸钾

          MnO4 -

          1.67

           

           

           

           

          3. 臭氧的氧化反映

          a 、与无机物的氧化反映

          ⑴ 臭氧与亚铁的反映

          ⑵ 臭氧与 Mn2+ 的反映

           

          ⑶ 臭氧与硫化物的反映

           

          ⑷ 臭氧与硫氰化物的反映

             

          ⑸ 臭氧与氰化物的反映

            

          总反映为:

            

          ⑹ 臭氧与氯的反映

            

          b 、臭氧与无机物的反映

              臭氧在水溶液中与无机物的反映极为庞杂,上面仅以大师公认的几种反映式列出以供参考。

          ⑴ 臭氧与烯烃类化合物的反映 臭氧轻易与具备双链的烯烃化合物产生反映,反映过程描写以下:

          式中 G 代表 OH 、 OCH3 、 OCCH3 等基。反映的终究产品能够是单体的、聚合的、或交织的臭氧化物的夹杂体。臭氧化物分化成醛和酸。

          ⑵ 臭氧和芬芳族化合物的反映 臭氧和芬芳族化合物的反映较慢,在系列苯<萘<菲<嵌二萘<蒽中,其反映速率常数逐步增大。其

          ⑶ 对核卵白(氨基酸)系的反映

           

          ⑷ 对无机氨的氧化

            

          臭氧在以下夹杂物的氧化挨次为

          链烯烃>胺>酚>多环芬芳烃>醇>醛>链烷烃

          c 、臭氧的毒性和侵蚀性

               臭氧属于无害气体,浓度为 6.25×10 -6 mol/L(0.3mg/m3 ) 时,对眼、鼻、喉有安慰的感受;浓度 (6.25-62.5)×10 -5 mol/L(3 ~ 30mg/m3 ) 时,呈现头疼及呼吸器官部分麻木等症 ; 臭氧浓度为 3.125×10 -4 ~ 1.25×10 -3  mol/L(15 ~ 60mg/m 3 )  时 , 则对人体有风险。其毒性还和打仗时候有关,比方持久打仗 1.748×10 -7 mol/L(4ppm) 以下的臭氧会引发永远性心脏妨碍,但打仗 20ppm 以下的臭氧不跨越 2h ,对人体无永远性风险。是以,臭氧浓度的许可值定为 4.46×10 -9 mol/L(0.1ppm)8h. 因为臭氧的臭味很浓,浓度为 4.46×10 -9 mol/L(0.1ppm) 时,人们就感受到,是以,天下上利用臭氧已有一百多年的汗青,至今也不发明一例因臭氧中毒而致使灭亡的报道。

              臭氧具备很强的氧化性,除金和铂外,臭氧化氛围几近对一切的金属都有侵蚀感化。铝、锌、铅与臭氧打仗会被激烈氧化,但含铬铁合金根基上不受臭氧侵蚀。基于这一点,出产上常利用含 25 % Cr 的铬铁合金(不锈钢)来制作臭氧产生装备和加注装备中与臭氧间接打仗的部件。

              臭氧对非金属资料也有了激烈的侵蚀感化,即便在别处利用得相称不变得聚氯乙烯塑料滤板等,在臭氧加注装备中利用未几便见松散、开裂和穿孔。在臭氧产生装备和计量装备中,不能用通俗橡胶作密封资料,必须接纳耐侵蚀才能强的硅橡胶或耐酸橡胶等。

           
               
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