臭氧的产生及其性质

臭氧（03）是氧气（O2）的一种异构体，在大气中的含量仅占一亿分之一，其浓度因海拔

高度而异。臭氧层可以说是地球的保护层，它主要围绕在地球外部离地面20—25公里高度

的地方，起到吸收太阳紫外线中对生物有害部分UV－B（UV－B是紫外线的一段波长，为

280—315nm。。我们V-UV100-200nm）的作用。同时，由于紫外线是平流层的热能来源，臭

氧分子是平流层大气的重要组成部分，所以臭氧层在平流层的垂直分布对平流层的温度结构

和大气运动起着决定性的作用，发挥着调节气候的重要功能。南极上空的臭氧层是在20亿

年的漫长岁月中形成的，可是仅在一个世纪里就被破坏了60％。

太阳光线中的紫外线分为长波和短波两种，当大气中（含有21%）的氧气分子受到短波紫外

线照射时，氧分子会分解成原子状态。氧原子的不稳定性极强，极易与其它物质发生反应。

如与氢（H2）反应生成水（H2O)，与碳（C）反应生成二氧化碳（C02）。同样的，与氧分子

（O2）反应时，就形成了臭氧（O3）。臭氧形成后，由于其比重大于氧气，会逐渐的向臭氧

层的底层降落，在降落过程中随着温度的变化（上升），臭氧不稳定性愈趋明显，再受到长

波紫外线的照射，再度还原为氧。臭氧层就是保持了这种氧气与臭氧相互转换的动态平衡。

2004-08-30

在平流层中，一部分氧气分子可以吸收小于240μm波长的太阳光中的紫外线，并分解形成氧原子。这些氧原子与氧分子相结合生成臭氧，生成的臭氧可以吸收太阳光而被分解掉，也可与氧原子相结合，再度变成氧分子。其过程可用下面的化学反应方程式来表示：

O2+Hυ → 2O

O2+O+M+O3 → M

O3+hυ → J［10］O2+O

O3+O → 2O2

M为反应第三体，它们是氮气和氧气分子，其作用是与生成的臭氧相碰撞，接受过剩的能量以使臭氧稳定。臭氧的浓度取决于上述纯氧反应理论生成反应和消除反应的平衡状态，它可以大体上重现出臭氧浓度的高度分布。但是从定量角度看，这一理论得出的平流层臭氧浓度是实际臭氧浓度的2倍左右。

纯氧理论出现的问题，主要是没有考虑到大气中的微量成份的催化作用，通过链式反应消除臭氧。其链式反应方程式如下：

图1-2-1

X+O3→XO+O2

XO+O→X+O2

合计O+O2→2O2

其中X为H，OH，NO，Cl。

如果考虑了上述大气中微量成分消除臭氧的反应，再考虑大气运动效果，则大体上可以再现实际的臭氧高度分布。

臭氧化学性质

臭氧很不稳定，在常温下即可分解为氧气。臭氧、氯和二氧化氢的氧化势（还原电位）分别是2.07、1.36、1.28伏特，可见臭氧的氧化能力是常见氧化剂中最强的。臭氧与无机物的反应除铂、金、铱、氟以外，臭氧几乎可与元素周期表中的所有元素反应。臭氧可与K、Na反应生成氧化物或过氧化物，在臭氧化物中的阴离子O3实质上是游离基。臭氧可以将过渡金属元素氧化到较高或最高氧化态，形成更难溶的氧化物，人们常利用此性质把污水中的Fe2+、Mn2+及Pb、Ag、Cd、 Hg、Ni等重金属离子除去。此外，可燃物在臭氧中燃烧比在氧气中燃烧更加猛烈，可获得更高的温度。

臭氧与有机物反应

臭氧与有机物以三种不同的方式反应：一是普通化学反应；二是生成过氧化物；三是发生臭氧分解或生成臭氧化物。如有害物质二甲苯与臭氧反应后，生成无毒的水及二氧化碳。所谓臭氧分解是指臭氧在与极性有机化合物的反应，是在有机化合物原来的双键的位置上发生反应，把其分子分裂为二。由于臭氧的氧化力极强，不但可以杀菌，而且还可以除去水中的色味等有机物，这是它的优点，然而它的自发性分解性、性能不稳，只能随用随生产，不适于储存和输送，这是它的缺点。当然，如果从净化水和净化空气的角度来看，由于其分解快而没有残留物质存在，又可以说成是臭氧的一大优点。、

臭氧的化学性质

臭氧为已知最强的氧化剂之一，仅次于氟，可以氧化大多有机物、无机物。臭氧与其它氧化性物质氧化性强弱对比如下：

氟＞氢氧根＞臭氧＞过氧化氢＞高锰酸根＞二氧化氯＞次氯酸＞氯气＞氧气

部分物质的氧化还原电位比较如下表：

名称

臭氧过氧化氢高锰酸离子二氧化氯氯

分子式 O3 H2O2 MnO2 CLO2 CL2

标准电极电位（伏） 2.07 1.78 1.67 1.50 1.36

臭氧稳定性极差，在常温下可自行分解为氧气，1%浓度以下臭氧在空气（常温常压）中的半衰期为半个小时左右，随温度的升高，分解速度加快。当温度达到270℃高温时可立即转为氧气。1%水溶液在常温下的半衰期为20分钟左右。所以臭氧不易贮存，需现场制作，立即使用。