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臭氧基礎知識
概述 :臭氧的稱謂同它的獨特氣味最早記載于荷馬（ Homer) 的長詩 " 伊里亞德和奧德賽 ” （ Iliad and Odyssey) 里，他注意了伴隨雷電產生的這種氣味，并把他的印象寫了進去。因此在圣經第 12 章奧德賽第 417 節里，有丘比特（ Jupiter) 用雷電擊船，船內 “ 完全充滿了硫黃臭味 ” 。 1785 年德國物理學家馮 · 馬魯姆（ Van Marum) 用他的大功率電機進行試驗時發現，當空氣流過一串電火花時，就產生一種特殊的氣味。克魯伊克仙克（ Cruikshank)1801 年觀察到水電解過程中在陽極產生同樣氣味的氣體。 1840 年荷蘭的科學家舒貝因（ Schonbein) 向慕尼黑科學院提交的一份備忘錄中宣告了臭氧的發現，他在電解和火花放電試驗過程中曾聞到一種獨特的氣味，他還指出，在閃電過后亦可聞到同樣的氣味。舒貝因斷定這是一種新物質產生的氣味，他把它命名為 “Ozone”( 臭氧 ) ，取自希臘字 “Ozein” 一詞，意為 “ 難聞 ” 。 1845 年，德 · 拉 · 里韋（ De La Rive) 和馬里亞斯（ Marignac) 通過用純氧電火花作用獲得了臭氧。 1848 年亨特（ Hunt) 根據當時所了解的臭氧的性質得出他的判斷，預言臭氧為三個原子氧。 1860 年安德魯（ Andrew) 和泰特（ Tait) 發現氧氣在轉化為臭氧的過程中體積減少。然而當臭氧轉化為氧氣時恢復到原有的體積，同時還發現少量的汞或金屬銀具有分解臭氧的能力。 1866 年索雷特（ Soret) 利用通過電解得到臭氧和氧的混合氣體進行試驗，斷定臭氧的密度是氧的 1.5 倍。為驗證此結論，索雷特測定了臭氧向空氣中擴散的速率，并將其與同一方法測定得的二氧化碳擴散速率相比。估算出臭氧與二氧化碳的密度比，發現它存在著與 CO2: O3 ＝ 44:48 完全一致的關系。 1857 年，馮 · 西門斯（ Von Siemens) 研制出了臭氧發生管，臭氧技術有了很大進步。這種類型的臭氧發生器，成為當時大量應用的放電臭氧發生器的原型。西門斯第一臺臭氧發生器基本上是由兩根玻璃管構成的，外管外壁和內管內壁均用錫箔覆蓋，空氣原料氣流從環狀空間通過。內管內壁和外管外壁的金屬表面聯結到電感線圈或電機接線柱上。用這種裝置，干燥氧氣的 3 ％～ 8 ％可能轉化為臭氧。布羅迪（ Brodie) 和伯塞樂（ Bertholet) 采用此種設備的改型，他們都用電解液取代金屬電極給臭氧發生過程起到一定的冷卻作用。 1868 年霍爾曼（ Hollman ）研究了臭氧的熱化學特性。把不同的氣體（ H2 和 C2H2 ）在純氧氣體中燃燒時所釋放出的熱，與同一氣體在臭氧氣體中燃燒時所產生的熱量相比較，發現有臭氧存在時釋放的熱量總要大一些。由于知道 O3 /O2 混合氣體濃度（ 1 ％～ 2 ％質量）以及臭氧存在時放出的熱量，就能計算出每克臭氧變成氧氣所放出的熱量。 他求出分解臭氧產生 17.064kcal/mol(1kcal=4.18kJ ，下同 ) 。這大約是目前采用值的一半。此后 1876 年伯塞樂測定得出值為29.6kcal/mol 。 1908 年楊（ Jahn ）求出的值為 34.0kcal/mol 。由于臭氧是一種吸熱化合物，使人們試圖用熱工藝來設計臭氧發生器，但這一設想由于臭氧在高溫下快速分解而告失敗。 氣態臭氧的自然分解在室溫下需要數小時，然而當臭氧溶于水時將以較快速度分解，分解時間一般以分鐘計。在水中臭氧的穩定性受水質的影響很大。蒸餾水中臭氧的半衰期大約為 25min ，但在二次蒸餾水中，即使在 20℃ 下，經過 80min 也只有 10 ％的臭氧分解，若在水溫接近 0℃ 臭氧變得很穩定。 由于臭氧在水溶液中分解率的差異，有關臭氧在水中溶解度值亦逐步確定。 1873 年舍內（ Schone) 得出溶解度值為 0.366L/L （ 18℃ ）。 1874 年卡里烏斯（ Carius) 得出值是 0.834 （ 1℃ ）， 1894 年梅爾弗特（ Mailfert ）求出以下值：
以上溶解度值大約為氧氣的 10 ～ 15 倍。 因低溫對臭氧穩定性的影響很大，所以在低溫條件下產生臭氧的工藝研究引起人們的重視。豪特福伊勒（ Hautefeuille) 和夏皮斯（ Chappuis) 在極低溫度下通過氧氣放電得到高濃度臭氧，在 0℃ 下得到含量為 14.9 ％（質量）的臭氧，在 -23℃ 下臭氧濃度為 21.4 ％。后 來通過 -100℃ 下對富臭氧氧氣氣體施加 125atm （ 1atm=0.1MPa) 壓力，成功地生產出液態臭氧，為深靛藍色液體。氣態臭氧必須在持續冷卻地條件下慢慢加壓，否則會發生爆炸。 1887 年奧爾左斯基（ Olszeuski) 測定了臭氧的沸點，在 -106 ～ -109℃ 范圍內， 1898 年魯斯特（ Troost) 測定為 -111.9℃ 。現在臭氧沸點值采用的是 -111.9℃ 。
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