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    氣體知識(shí)

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    臭氧O3

    2011-12-31 8:59:32

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        臭氧是氧的同素異構(gòu)件，分子式為O3，相對(duì)分子質(zhì)量為48，是一種較不穩(wěn)定的、活潑的氣體。在常溫下可自行分解為氧。臭氧具有特殊的與磷或二氧化硫相似的“臭”味。氣態(tài)時(shí)無(wú)色，層厚時(shí)呈淡藍(lán)色，液態(tài)呈不透明的藍(lán)黑色，結(jié)晶時(shí)呈現(xiàn)藍(lán)紫色。
     
        臭氧是自然界早已存在的天然氣體。遠(yuǎn)古時(shí)代人們就發(fā)現(xiàn)伴隨雷電，空氣會(huì)產(chǎn)生獨(dú)特的氣味。最早的記載是在荷馬的長(zhǎng)詩(shī)《伊利亞德和奧德塞》里寫入了伴隨雷電所產(chǎn)生的這種氣味。在《圣經(jīng)》第12章“奧德塞”》第417節(jié)里，有“丘比特用雷電擊船，船內(nèi)完全充滿了硫磺的臭味”的記載。
     
        1785年，德國(guó)的物理學(xué)家Van Marum進(jìn)行電擊試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)空氣通過(guò)電火花時(shí)產(chǎn)生刺鼻的臭味。1801年，Cruikshank在電解和火花放電試驗(yàn)中曾聞到一種獨(dú)特的氣味，與自然界雷電擊后產(chǎn)生的氣味相同，他首次提出這是一種新物質(zhì)，并將它命名為“Ozone”（臭氧），取自希臘“Ozein”一詞，意為“難聞”。
     
        1845年，Da La Rive和Marignac通過(guò)純氧和電火花作用獲得了臭氧。隨后人們對(duì)臭氧的性質(zhì)進(jìn)行許多研究，1848年亨特依據(jù)自己所了解的臭氧的性質(zhì)，預(yù)言臭氧為三原子氧。1860年Andren和Tait發(fā)現(xiàn)氧氣轉(zhuǎn)化為臭氧時(shí)體積減少，反之臭氧轉(zhuǎn)化為氧時(shí)體積又恢復(fù)到原來(lái)體積，同時(shí)還發(fā)現(xiàn)少量的汞具有分解臭氧的能力。1866年Soret通過(guò)電解所得到臭氧和氧混合氣的試驗(yàn)斷定臭氧密度是氧密度的1.5倍。
     
        1857年，Von Siemens研制出臭氧發(fā)生管，這是臭氧制造技術(shù)的突破性進(jìn)展。這一原理一直沿用至今可謂是當(dāng)前大型臭氧發(fā)生機(jī)的雛形。臭氧發(fā)生管由兩根玻璃管構(gòu)成，外管外壁和內(nèi)管內(nèi)壁均用錫箔覆蓋，金屬表面連接到電感線圈和電機(jī)連線柱上。這種裝置可以將干燥氧氣的3%~8%轉(zhuǎn)變?yōu)槌粞酢４撕?，Brodie和Bertholet對(duì)臭氧發(fā)生管進(jìn)行了改造，相繼制成了布迪式和伯塞爾式工業(yè)規(guī)模的臭氧發(fā)生機(jī)。
     
        1868年，Hollman研究了臭氧的熱化學(xué)性質(zhì)，得出臭氧分解時(shí)所放出的熱量為71.33Kj/mol，這個(gè)值大約為目前采用值的一半。1876年，Bertholet測(cè)定得出臭氧分解熱為123.73 Kj/mol。1908年，John得出值為142.12 Kj/mol。通過(guò)對(duì)臭氧熱化學(xué)性質(zhì)的研究，因臭氧吸熱，人們?cè)噲D用熱工藝制造臭氧發(fā)生器，但由于臭氧在高溫下快速分解，而使這種設(shè)想宣告失敗。
     
        在1873年以后Schone、Carius等科學(xué)家又對(duì)臭氧的穩(wěn)定性、在水溶液中的溶解度及沸點(diǎn)進(jìn)行了研究。Hautefeuille和Chappuis在溫度—100℃和2.5MPa壓力的條件下，成功地獲得深靛藍(lán)色的液態(tài)臭氧。1898和Troost提出臭氧的沸點(diǎn)為—119℃，現(xiàn)在采用的臭氧沸點(diǎn)值為—111.9℃。
     
        直到1980年才出現(xiàn)高頻沿面放電臭氧發(fā)生器。1990年以后流光放電和強(qiáng)電離放電臭氧發(fā)生器才問(wèn)世，其臭氧產(chǎn)生率才大幅度提高。
     
        包圍著地球的大氣層中存在著臭氧層。在距離地面12～15km的平流層內(nèi)，氧受到日光的輻射，發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)而生成臭氧，并在20～25km處形成濃度較高的一層臭氧層。這層臭氧可以吸收太陽(yáng)常量輻射280～320km波長(zhǎng)的紫外線，從而形成了保護(hù)地球生物生存的屏障。臭氧在約9.7nm波長(zhǎng)的紅外區(qū)也有一個(gè)強(qiáng)吸附帶，將太陽(yáng)的輻射熱保存起來(lái)以使地球表面保持適宜的溫度。
     
        臭氧層百度及臭氧濃度與自然條件、大氣氧濃度有關(guān)。臭氧層的厚度在地球低緯度地區(qū)較薄，據(jù)測(cè)定臭氧層中最大的濃度約6*10-6。在高緯度的極區(qū)，由于溫度的關(guān)系，臭氧層較厚，最大濃度約在22km處。在11km對(duì)流層內(nèi)臭氧濃度只有（50～70）*10-12，一般無(wú)害。在地球表面，臭氧濃度和地理位置、季節(jié)以及大氣的污染程度有關(guān)，隨著污染物的擴(kuò)散，臭氧濃度升高。核爆炸會(huì)使大氣中的臭氧濃度急劇升高，使之有害。
     
        臭氧層的破壞，臭氧濃度降低甚至形成“空洞”是非常嚴(yán)重的問(wèn)題。據(jù)報(bào)道，臭氧層濃度降低10%，將會(huì)使輻射到地面的紫外線（190～320nm）強(qiáng)度增加20%，據(jù)推算可導(dǎo)致皮膚癌病例增加30%～50%，而且還會(huì)造成視力減退、白內(nèi)障發(fā)病率增加以及人體免疫系統(tǒng)破壞、增加感染機(jī)會(huì)等危險(xiǎn)。同時(shí)造成農(nóng)作物的減產(chǎn)，海洋生態(tài)環(huán)境的破壞，海洋浮游生物繁殖減緩，甚至?xí)斐婶~類大量死亡。
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