令干燥的氧气通过一个叫做臭氧发生器(图8-5)的仪器的两片带电极板之间,气体的体积减少了。同时生成一种淡蓝色的具有刺激性气味的气态物质。这种物质叫做臭氧;每个臭氧分子是由三个氧原子所组成;也就是它是三原子分子:
302+68,200卡→203
臭氧和氧被称为同素异形体。同素异形现象这一术语用来表示种元素在相同的物理状态下存在为两种或两种以上的变体。常见的氧气O2和臭氧O3是单质氧的不同变体,在通常的温度和压力条件下两者都是气体。
由氧生成臭氧是一个吸热反应,在这反应中能量是以放电、热或紫外光的形式供给的。臭氧在工业上是用用电臭氧发生器来制备的,它在结构上比实验室仪器要更为复杂,但更为有效。另一种工业生产臭氧的方法是电解极冷的浓硫酸。还有些方法也可生成臭氧,但产量不大,这些方法不适用于工业生产。举例来说,通过磷的缓慢氧化作用,喷射氢气的燃烧,闪电以及在空气中的放电等。当太阳的紫外光照射到大气高层的氧气时会显著地生成大量的臭氧。曾经发现引入大气中的臭氧同发动机废气发生作用所生成的物质是构成烟雾的重要因素(见第24.4节)。汽车轮胎的大量变质是由于在空气中同臭氧相接触的缘故。近来有一个问题引起了不少的辩论,即超音速飞机的废气可能同大气高层中的臭氧发生反应而使臭氧的浓度降低到如此的程度,以致使臭氧层不再能作为对太阳有害射线的保护层。现在还不清楚这种情况是否会发生,但是如果它会发生的话,那么它可能对地球上生命过程的平衡产生强烈的影响。
臭氧是一种具有刺激性嗅味的淡蓝色气体。从它的分子式O3可以预料到,它的密度是分子态氧气O2的密度的1.5倍。
因为从氧形成臭氧时吸收能量,因此臭氧比氧具有更大的化学活浚性,以及它容易分解成氧也就不足为奇了。
203→302+68,200卡
作为一个一般规则,吸热反应所生成的物质要比放热反应所生成的物质有较低的稳定性。
气体混合物中如果含有臭氧可以容易地用下述方法检出:将此气体通过一含有少量淀粉浆的碘化钾溶液,生成的单质碘使淀粉浆显出蓝色:
[(2K+)(碘,化,钾)]+2I-+O3+H20→(2K+)+20H-+12(碘))+O2↑
在图8-6中提供了氧的三原子变体和臭氧的价电子结构式。臭氧分子是V形的,由于共振现象臭氧中的两个键是无法加以区分的。
臭氧的用途决定于它的容易同其图8-6臭氧分子的示意图。路它物质反应。它用为油脂、蜡、纺织品易斯式(上面的图式)和球体的排布指出分子中以及淀粉的漂白剂,臭氧能把这些物的角度(127°角)质中的有色化合物变成无色化合物。