臭氧

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臭氧
IUPAC名
Trioxygen
識別
CAS號 10028-15-6
PubChem 24823
ChemSpider 23208
SMILES
InChI
InChIKey CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYAY
Gmelin 1101
EINECS 233-069-2
ChEBI 25812
RTECS RS8225000
MeSH Ozone
性質
化學式 O3
摩爾質量 48 g·mol−1
精確質量 47.984743866 g mol−1
外觀 Pale, blue gas
密度 0.002144 g cm-3 (at 0 °C)
熔點 -192 °C(81 K)
沸點 -112 °C(161 K)
溶解性 1.05 g dm-3 (at 0 °C)
折光度n
D
1.2226(液態)
結構
空間群 C2v
配位幾何 對角線
分子構型 二面角
混成軌域 sp2 for O1
偶極矩 0.53 D
熱力學
ΔfHmo298K 142.67 kJ mol−1
So298K 238.92 J K−1 mol−1
危險性
歐盟分類 氧化劑 O
NFPA 704
NFPA 704.svg
0
4
4
OX
相關物質
相關化學品 二氧化硫
若非註明,所有數據均出自一般條件(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淡藍色氣體英文臭氧(Ozone)一詞源自希臘語ozon,意為「嗅」。

臭氧主要存在於距地球表面20公里的同溫層下部的臭氧層中,含量約50ppm。它吸收對人體有害的短波紫外線,防止其到達地球。O2經紫外光照射而得。在大氣層中,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合,即生成臭氧。臭氧又會與氧原子、氯或其他游離性物質反應而分解消失,由於這種反覆不斷的生成和消失,乃能使臭氧含量維持在一定的均衡狀態,而大氣中約有90%的臭氧存在於離地面15到50公里之間的區域,也就是平流層,在平流層的較低層,即離地面20到30公里處,為臭氧濃度最高之區域,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。

發現[編輯]

1785年,德國人在使用電機時,發現在電機放電時產生一種異味。1840年法國科學家克里斯蒂安·弗雷德日將它確定為臭氧。

物理性質[編輯]

臭氧是一種淡藍色氣體,微溶於,易溶於四氯化碳或碳氟化合物而顯藍色。在-112℃凝結成深藍色的液體,這是有危險性的,因為氣態和液態的臭氧容易發生爆炸。溫度低於-193℃,臭氧會形成紫黑色固體。

大多數人都可以嗅到有點類似刺鼻的氣味。暴露在0.1~1 ppm的臭氧會產生頭痛,眼睛灼熱,刺激呼吸道。即使空氣中有低濃度的臭氧,亦會破壞有機材料,如橡膠塑料,及動物的部組織。

臭氧是抗磁性的,這意味著它的電子都是成對的。

性狀[編輯]

臭氧具有等腰三角形結構,含有一個3中心4電子離域π鍵,三個氧原子分別位於三角形的三個頂點,頂角為116.79度,密度約為氧氣的1.5倍,其沸點和凝固點均高於氧。臭氧液態呈藍色,固態呈紫色。它與氧氣不同,帶明顯令人噁心的氣味,但低濃度的臭氧聞起來就像下過雨後出門聞到的「新鮮空氣」的那種氣味,十分怡人。臭氧反應活性強,極易分解,很不穩定,在常溫下會逐漸分解為氧氣,其性質比氧活潑,比重為一般空氣之1.7倍。臭氧會因光、熱、水份、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,呈淡藍色

它不溶於液態氧等。有很強的氧化性,在常溫下可將氧化成氧化銀,將硫化鉛氧化成硫酸鉛。臭氧可使許多有機色素褪色,對橡膠纖維破壞性很大,很容易氧化有機不飽和化合物。臭氧在冰中極為穩定,其半衰期為2000年。

臭氧可利用碘化鉀來檢驗。

結構[編輯]

臭氧分子的共振式

Resonance Lewis structures of the ozone molecule

臭氧分子呈彎曲形對稱結構。中心原子採取sp²雜化,兩個雜化軌道與其他兩個氧原子形成兩根σ鍵,另一雜化軌道容納孤對電子,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

臭氧分子可以結合一個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-,構成共價型臭氧化物,如O3F2[1]

影響[編輯]

因臭氧反應活性遠遠比(O2)強,是強氧化劑,對植物、動物及很多結構材料如塑膠、橡膠有害。它還會傷害肺組織,嚴重會導致肺出血而死亡,因此當空氣中臭氧含量過高時,一般建議老人和幼兒不宜於戶外作劇烈運動,以免吸入過量臭氧。低層空氣中臭氧有時被稱為「有害的」臭氧,主要源於汽機車排氣中二氧化氮光化學分解。 由於工業和汽車廢氣的影響,尤其在大城市周圍農林地區,在地表臭氧會形成和聚集。地表臭氧對人體,尤其是對眼睛呼吸道等有侵蝕和損害作用。地表臭氧也對農作物或森林有害。 與「有害的」臭氧相反,「有益的」臭氧存在於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。而稀薄的臭氧會給人以清新的感覺,因此在大雷雨後,空氣總是特別清新。

用途與制備[編輯]

工業上,用乾燥的空氣或氧氣,採用5~25kv的交流電壓進行無聲放電製取,用空氣做氧源時會衍生出大量氮氧化合氣體。目前最先進的臭氧製備方法為高能量紫外線光解空氣而對應生成純淨的臭氧。另外,在低溫下電解硫酸,或將液體氧氣加熱都可製得臭氧。大自然很容易產生臭氧,在打雷閃電時會產生幾十萬伏的高壓電,電離空氣及有機物形成臭氧。臭氧能於短時間內將空氣中的浮游細菌消滅,並能中和、分解毒氣,去除惡臭。因此臭氧可用於淨化空氣、飲用水,殺菌,處理工業廢物和作為漂白劑。在一些游泳池以臭氧取代做為消毒用途。 臭氧的滅菌原理:滅菌過程屬生物化學氧化反應。臭氧是一種強氧化劑,能對細菌的細胞體直接氧化,即破壞其DNA而達到抑制的效果,對病毒的RNA亦有破壞作用;對各種毒素具有一定的氧化作用,降低其毒性。1.臭氧能氧化分解細菌內部葡萄糖所需的酶,使細菌滅活死亡。2.直接與細菌、病毒作用,破壞它們的細胞器和DNA、RNA,使細菌的新陳代謝受到破壞,導致細菌死亡。3.透過細胞膜組織,侵入細胞內,作用於外膜的脂蛋白和內部的脂多糖,使細菌發生通透性畸變而溶解死亡。殺菌徹底,無殘留,O3是一種無污染的消毒劑。O3為氣體,能迅速瀰漫到整個滅菌空間,滅菌不留死角,殺菌更徹底。

臭氧對人體的影響[編輯]

臭氧具有強烈的刺激性,吸入過量對人體健康有一定危害。它主要是刺激和損害深部呼吸道,並可損害中樞神經系統,對眼睛有輕度的刺激作用。

當大氣中臭氧濃度為0.1mg/m3時,可引起鼻和喉頭粘膜的刺激;臭氧濃度在0.1-0.2mg/m3時,引起哮喘發作,導致上呼吸道疾病惡化,同時刺激眼睛,使視覺敏感度和視力降低。臭氧濃度在2mg/m3以上可引起頭痛、胸痛、思維能力下降,嚴重時可導致肺氣腫和肺水腫。

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,如誘發淋巴細胞染色體畸變,損害某些酶的活性和產生溶血反應。臭氧超過一定濃度,除對人體有一定毒害外,對某些植物生長也有一定危害。臭氧還可以使橡膠製品變脆和產生裂紋。臭氧對人體也有致畸性,母親孕期接觸臭氧可導致新生兒瞼裂狹小發生率增多。[2]

參見[編輯]

參考文獻[編輯]

  1. ^ 劉新錦等.無機元素化學 氧族元素.北京:科學出版社.2010.01 ISBN 978-7-03-026399-5
  2. ^ 《常見有毒化學品應急救援手冊》,中山大學出版社

外部連結[編輯]