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臭氧基礎(chǔ)知識(shí)

     概述 :臭氧的稱謂同它的獨(dú)特氣味最早記載于荷馬（ Homer) 的長(zhǎng)詩(shī) " 伊里亞德和奧德賽 ” （ Iliad and Odyssey) 里，他注意了伴隨雷電產(chǎn)生的這種氣味，并把他的印象寫了進(jìn)去。因此在圣經(jīng)第 12 章奧德賽第 417 節(jié)里，有丘比特（ Jupiter) 用雷電擊船，船內(nèi) “ 完全充滿了硫黃臭味 ” 。

     1785 年德國(guó)物理學(xué)家馮 · 馬魯姆（ Van Marum) 用他的大功率電機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)空氣流過(guò)一串電火花時(shí)，就產(chǎn)生一種特殊的氣味。克魯伊克仙克（ Cruikshank)1801 年觀察到水電解過(guò)程中在陽(yáng)極產(chǎn)生同樣氣味的氣體。

1840 年荷蘭的科學(xué)家舒貝因（ Schonbein) 向慕尼黑科學(xué)院提交的一份備忘錄中宣告了臭氧的發(fā)現(xiàn)，他在電解和火花放電試驗(yàn)過(guò)程中曾聞到一種獨(dú)特的氣味，他還指出，在閃電過(guò)后亦可聞到同樣的氣味。舒貝因斷定這是一種新物質(zhì)產(chǎn)生的氣味，他把它命名為 “Ozone”( 臭氧 ) ，取自希臘字 “Ozein” 一詞，意為 “ 難聞 ” 。

1845 年，德 · 拉 · 里韋（ De La Rive) 和馬里亞斯（ Marignac) 通過(guò)用純氧電火花作用獲得了臭氧。 1848 年亨特（ Hunt) 根據(jù)當(dāng)時(shí)所了解的臭氧的性質(zhì)得出他的判斷，預(yù)言臭氧為三個(gè)原子氧。 1860 年安德魯（ Andrew) 和泰特（ Tait) 發(fā)現(xiàn)氧氣在轉(zhuǎn)化為臭氧的過(guò)程中體積減少。然而當(dāng)臭氧轉(zhuǎn)化為氧氣時(shí)恢復(fù)到原有的體積，同時(shí)還發(fā)現(xiàn)少量的汞或金屬銀具有分解臭氧的能力。 1866 年索雷特（ Soret) 利用通過(guò)電解得到臭氧和氧的混合氣體進(jìn)行試驗(yàn)，斷定臭氧的密度是氧的 1.5 倍。為驗(yàn)證此結(jié)論，索雷特測(cè)定了臭氧向空氣中擴(kuò)散的速率，并將其與同一方法測(cè)定得的二氧化碳擴(kuò)散速率相比。估算出臭氧與二氧化碳的密度比，發(fā)現(xiàn)它存在著與 CO2: O3 ＝ 44:48 完全一致的關(guān)系。

1857 年，馮 · 西門斯（ Von Siemens) 研制出了臭氧發(fā)生管，臭氧技術(shù)有了很大進(jìn)步。這種類型的臭氧發(fā)生器，成為當(dāng)時(shí)大量應(yīng)用的放電臭氧發(fā)生器的原型。西門斯第一臺(tái)臭氧發(fā)生器基本上是由兩根玻璃管構(gòu)成的，外管外壁和內(nèi)管內(nèi)壁均用錫箔覆蓋，空氣原料氣流從環(huán)狀空間通過(guò)。內(nèi)管內(nèi)壁和外管外壁的金屬表面聯(lián)結(jié)到電感線圈或電機(jī)接線柱上。用這種裝置，干燥氧氣的 3 ％～ 8 ％可能轉(zhuǎn)化為臭氧。布羅迪（ Brodie) 和伯塞樂(lè)（ Bertholet) 采用此種設(shè)備的改型，他們都用電解液取代金屬電極給臭氧發(fā)生過(guò)程起到一定的冷卻作用。

1868 年霍爾曼（ Hollman ）研究了臭氧的熱化學(xué)特性。把不同的氣體（ H2 和 C2H2 ）在純氧氣體中燃燒時(shí)所釋放出的熱，與同一氣體在臭氧氣體中燃燒時(shí)所產(chǎn)生的熱量相比較，發(fā)現(xiàn)有臭氧存在時(shí)釋放的熱量總要大一些。由于知道 O3 /O2 混合氣體濃度（ 1 ％～ 2 ％質(zhì)量）以及臭氧存在時(shí)放出的熱量，就能計(jì)算出每克臭氧變成氧氣所放出的熱量。

他求出分解臭氧產(chǎn)生 17.064kcal/mol(1kcal=4.18kJ ，下同 ) 。這大約是目前采用值的一半。此后 1876 年伯塞樂(lè)測(cè)定得出值為29.6kcal/mol 。 1908 年楊（ Jahn ）求出的值為 34.0kcal/mol 。由于臭氧是一種吸熱化合物，使人們?cè)噲D用熱工藝來(lái)設(shè)計(jì)臭氧發(fā)生器，但這一設(shè)想由于臭氧在高溫下快速分解而告失敗。

氣態(tài)臭氧的自然分解在室溫下需要數(shù)小時(shí)，然而當(dāng)臭氧溶于水時(shí)將以較快速度分解，分解時(shí)間一般以分鐘計(jì)。在水中臭氧的穩(wěn)定性受水質(zhì)的影響很大。蒸餾水中臭氧的半衰期大約為 25min ，但在二次蒸餾水中，即使在 20℃ 下，經(jīng)過(guò) 80min 也只有 10 ％的臭氧分解，若在水溫接近 0℃ 臭氧變得很穩(wěn)定。

由于臭氧在水溶液中分解率的差異，有關(guān)臭氧在水中溶解度值亦逐步確定。 1873 年舍內(nèi)（ Schone) 得出溶解度值為 0.366L/L （ 18℃ ）。 1874 年卡里烏斯（ Carius) 得出值是 0.834 （ 1℃ ）， 1894 年梅爾弗特（ Mailfert ）求出以下值：

以上溶解度值大約為氧氣的 10 ～ 15 倍。

因低溫對(duì)臭氧穩(wěn)定性的影響很大，所以在低溫條件下產(chǎn)生臭氧的工藝研究引起人們的重視。豪特福伊勒（ Hautefeuille) 和夏皮斯（ Chappuis) 在極低溫度下通過(guò)氧氣放電得到高濃度臭氧，在 0℃ 下得到含量為 14.9 ％（質(zhì)量）的臭氧，在 -23℃ 下臭氧濃度為 21.4 ％。后

來(lái)通過(guò) -100℃ 下對(duì)富臭氧氧氣氣體施加 125atm （ 1atm=0.1MPa) 壓力，成功地生產(chǎn)出液態(tài)臭氧，為深靛藍(lán)色液體。氣態(tài)臭氧必須在持續(xù)冷卻地條件下慢慢加壓，否則會(huì)發(fā)生爆炸。

1887 年奧爾左斯基（ Olszeuski) 測(cè)定了臭氧的沸點(diǎn)，在 -106 ～ -109℃ 范圍內(nèi)， 1898 年魯斯特（ Troost) 測(cè)定為 -111.9℃ �，F(xiàn)在臭氧沸點(diǎn)值采用的是 -111.9℃ 。

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