令干燥的氧氣通過(guò)一個(gè)叫做臭氧發(fā)生器(圖8-5)的儀器的兩片帶電極板之間,氣體的體積減少了。同時(shí)生成一種淡藍(lán)色的具有刺激性氣味的氣態(tài)物質(zhì)。這種物質(zhì)叫做臭氧;每個(gè)臭氧分子是由三個(gè)氧原子所組成;也就是它是三原子分子:
302+68,200卡→203
臭氧和氧被稱為同素異形體。同素異形現(xiàn)象這一術(shù)語(yǔ)用來(lái)表示種元素在相同的物理狀態(tài)下存在為兩種或兩種以上的變體。常見(jiàn)的氧氣O2和臭氧O3是單質(zhì)氧的不同變體,在通常的溫度和壓力條件下兩者都是氣體。
由氧生成臭氧是一個(gè)吸熱反應(yīng),在這反應(yīng)中能量是以放電、熱或紫外光的形式供給的。臭氧在工業(yè)上是用用電臭氧發(fā)生器來(lái)制備的,它在結(jié)構(gòu)上比實(shí)驗(yàn)室儀器要更為復(fù)雜,但更為有效。另一種工業(yè)生產(chǎn)臭氧的方法是電解極冷的濃硫酸。還有些方法也可生成臭氧,但產(chǎn)量不大,這些方法不適用于工業(yè)生產(chǎn)。舉例來(lái)說(shuō),通過(guò)磷的緩慢氧化作用,噴射氫氣的燃燒,閃電以及在空氣中的放電等。當(dāng)太陽(yáng)的紫外光照射到大氣高層的氧氣時(shí)會(huì)顯著地生成大量的臭氧。曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)引入大氣中的臭氧同發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣發(fā)生作用所生成的物質(zhì)是構(gòu)成煙霧的重要因素(見(jiàn)第24.4節(jié))。汽車輪胎的大量變質(zhì)是由于在空氣中同臭氧相接觸的緣故。近來(lái)有一個(gè)問(wèn)題引起了不少的辯論,即超音速飛機(jī)的廢氣可能同大氣高層中的臭氧發(fā)生反應(yīng)而使臭氧的濃度降低到如此的程度,以致使臭氧層不再能作為對(duì)太陽(yáng)有害射線的保護(hù)層。現(xiàn)在還不清楚這種情況是否會(huì)發(fā)生,但是如果它會(huì)發(fā)生的話,那么它可能對(duì)地球上生命過(guò)程的平衡產(chǎn)生強(qiáng)烈的影響。
臭氧是一種具有刺激性嗅味的淡藍(lán)色氣體。從它的分子式O3可以預(yù)料到,它的密度是分子態(tài)氧氣O2的密度的1.5倍。
因?yàn)閺难跣纬沙粞鯐r(shí)吸收能量,因此臭氧比氧具有更大的化學(xué)活浚性,以及它容易分解成氧也就不足為奇了。
203→302+68,200卡
作為一個(gè)一般規(guī)則,吸熱反應(yīng)所生成的物質(zhì)要比放熱反應(yīng)所生成的物質(zhì)有較低的穩(wěn)定性。
氣體混合物中如果含有臭氧可以容易地用下述方法檢出:將此氣體通過(guò)一含有少量淀粉漿的碘化鉀溶液,生成的單質(zhì)碘使淀粉漿顯出藍(lán)色:
[(2K+)(碘,化,鉀)]+2I-+O3+H20→(2K+)+20H-+12(碘))+O2↑
在圖8-6中提供了氧的三原子變體和臭氧的價(jià)電子結(jié)構(gòu)式。臭氧分子是V形的,由于共振現(xiàn)象臭氧中的兩個(gè)鍵是無(wú)法加以區(qū)分的。
臭氧的用途決定于它的容易同其圖8-6臭氧分子的示意圖。路它物質(zhì)反應(yīng)。它用為油脂、蠟、紡織品易斯式(上面的圖式)和球體的排布指出分子中以及淀粉的漂白劑,臭氧能把這些物的角度(127°角)質(zhì)中的有色化合物變成無(wú)色化合物。