臭氧是一种具有刺激性特殊气味的不稳定气体，分子结构如图所示。它可在地球同温层内光化学合成，但是在地平面上仅以极低浓度存在。
共振杂化分子的四种典型形
一种简化的分子轨道图
1.1 一般物理性质
在常温下，臭氧为蓝色气体，不过在常温下，蓝色并不明显，除非是相当厚的气体。臭氧的主要物理性质列于表 1-1, 液体密度和蒸汽压列于表 1-2 。
1-1 纯臭氧的物理性质
熔点（ 760mmHg）/℃ -192.5±0.4 气体密度（ 0℃）/(g/L) 2.144
沸点（ 760mmHg）/℃ -111.9±0.3 蒸发热（ -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
表面张力（ cyn/cm）①
77.2K
90.2K 43.8
38.4 生成热
气体（ 298.15k）
液体（ 90.15k）
理想气体（ 0k） 142.98
125.60
145.45
等张比容（ 90.2K） 75.7 生成自由能（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单位）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 臭氧的溶解度
臭氧略溶于水，标准压力和温度下（ STP ），其溶解度比氧大 13 倍（见表 1-3 ），比空气大 25 倍。
表 1-3 臭氧在水中的溶解度（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
空气 1.2928 28.8 23.6 18.7 16.1
将臭氧通入蒸馏水中，可以测出不同温度、不同压力下臭氧在水中的溶解度。图 2-2 是在压力为 1atm 时，纯臭氧在水中的溶解度和温度的关系曲线。从图2-2 知，当温度为 0℃ 时，纯臭氧在水中的溶解度可达 2.858×10 -2 mol/L(1372mg/L).
臭氧和其他气体一样，在水中的溶解度符合亨利定律，即在一定温度下，任何气体溶解于已知液体中的质量，将与该气体作用在液体上的分压成正比，而亨利常数的大小只是温度的函数，与浓度无关。
C=K H P (1-1)
式中 C －臭氧在水中的溶解度， mg/L ；
P －臭氧化空气中臭氧的分压， kPa ；
K H －亨利常数， mg/ （ L·kPa ）。
从式（ 1-1 ）知，由于实际生产中采用的多是臭氧化空气，其臭氧的分压很小，故臭氧的溶解度远远小于表 1-3 中的数据。例如，用空气为原料的臭氧发生器生产的臭氧化空气，臭氧只占 0.6 ％～ 1.2 ％（体积）。根据气态方程及道尔顿分压定律知，臭氧的分压也只有臭氧化空气压力的 0.6 ％～ 1.2 ％。因此，当水温为 25℃ 时，将这种臭氧化空气加入水中，臭氧的溶解度只有（ 0.625 ～ 1.458 ） ×10 -4 mol/L(3 ～ 7mg/L) 。
表 1-4 低浓度臭氧在水中的溶解度 /(mg/L)
气体质量百分比含量 /% 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
在一般水处理中，臭氧浓度较低，所以在水中的溶解度并不大。在较低浓度下，臭氧在水中的溶解度基本满足亨利定律。低浓度臭氧在水中的溶解度见表 1-4 。 |
