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臭氧的物理性质
 
慧聪网   2005年12月1日15时12分      

    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 。
 
作者:张学志 
 
 
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