kclo3 第十一章 卤素和氧族元素(4)

氧气中有两个单电子，使 它表现出顺磁性。 在水中溶解度很小，但这是水中各种生物赖以生存的条件2 臭氧 1995年度诺贝尔化学奖----臭氧化学的研究 表彰三人(德国马克斯-普朗克化学研究所的荷兰籍大气化 学家保罗·克鲁森，美国麻省理工学院墨西哥籍大气化 学家马里奥·莫利纳，美国加州大学化学系大气化学家 罗兰)在平流层臭氧化学，特别是提出平流层臭氧受人 类活动影响，并阐明了其机理方面所作出的卓越贡献 臭氧是地球大气层中含有的一种少量气体，若把大气中的 所有臭氧压缩到相当于地球表面的大气压力，则臭氧 将只有3mm厚。 从距地面的垂直分布看，约90%的O3存在于高度为10～ 15km的平流层，形成所谓的“臭氧层”，仅10%分布 于在距地面10km以内的对流层中。 O3的作用是巨大的，它能吸收太阳光中的紫外线。如果 一旦失去了O3的保护，地球的动植物将无法生成。“臭氧层破坏的危害”他们三人对平流层中O3是如何通过化学过程形成和分解 方面率先作出了解释 平流层的O3是由于O2吸收太阳及宇宙射线中的紫外线后 分裂成原子氧，再和氧分子反应而形成的O 2 ?? ?→ O + O O + O 2 → O3生成的O3又可以吸收太阳辐射而分解。

这样在平流层中 维持O3的生成和分解平衡，可使O3的含量长期保持在一 个合适的范围之内。 1974年，莫利纳和罗兰发表了有关氟氯烃(CFC)气体对O3 层破坏的论文。CFC气体即“氟利昂”（freon）类化合 物，它是CCl3F、CCl2F2和CClF3等的总称,它广泛存在于 致冷剂(冰箱中用)，喷雾剂，塑料发泡剂，灭火剂和电子 工业清洗剂等。由于CFC在对流层中很稳定，不溶于水， 且无毒，因此人们普遍认为将它排放到大气中是极理想的。紫外线但后来，他们发现CFC能逐渐被扩散到平流层中，并在那里受到强 烈的紫外光照射，主要指波长为200nm的紫外光，分解为Cl原子 自由基。 Cl原子自由基引起O3的耗损的反应是以链式反应进行 的： Cl + O3 → ClO+ O2 ClO + O(可由O3分解为O2+O得到) → Cl + O2 根据平流层中各有关物质的浓度，以及链中止的条件，他们估算出 在平流层中，一个Cl可以与105个O3分子发生链反应。因此，即 使进入平流层的CFC量很少，也能导致O3的严重破坏。若按目 前人类使用CFC量持续不变来计算，几十年后O3绝大多数将被 消耗掉。 他们的这一预测，在全世界引起了很大震动，从而使七十年代末到 八十年代初CFC的排放得到了一定程度的限制。

1985年，英国的法曼及同事们发现南极上空的O3 层的严重耗损，即存在了“臭氧洞”。这一发现真 正震憾了各国政府和广大公众，认为必须采取行 动来限制CFC的使用。同年即1985年，由联合国环境署发起，由相当多国家签署 的，保护O3层的维也纳公约。 1987年，在加拿大蒙特利尔又签订了保护O3层的蒙特利尔 议定书。议定书规定了受控物质和禁用期。1990、1992 年又分别通过了对该议定书的伦敦和哥本哈根修正案， 扩充了受控物质，并将CFC的禁用期提前到1994年(对发 达国家而言)，发展中国家的禁用期限为2010年。 我国政府于1991年签署了蒙特利尔议定书的伦敦修正案， 我国从此也加入到了全球保护O3层的行列中。 由于破坏O3的气体达到O3层需要一定的时间，所以预期在 未来的几年内O3的耗损将会变得更糟。若人们能遵守禁 令，到20世纪末O3将开始弥合，而要让平流层中对O3有 害的氯和溴原子的含量减少到1975年以前的水平，则至 少要100年！臭氧的结构中心O采用sp2杂化，杂化轨道上两个未成对电子分别与两 旁O的sp2杂化轨道上未成对电子形成两个(sp2-sp2) σ键 三个O中未杂化的三个p轨道相互平行，彼此重叠形成垂 直于分子平面的三中心四电子大π键π 34 臭氧的V型分子为极性分子，是唯一有极性的单质分子(键 角：117o μ=1.8×10-30C?m )，正电荷中心靠近中心O，负电 荷中心靠近端O 臭氧分子中没有成单电子，故为反磁性物质性质：O3是蓝色气体，具有特殊鱼腥臭味，故称为臭氧 O3 比O2易溶于水 O3 极不稳定，在常温下缓慢分解，200 ℃以上分 解较快，且是放热反应 2O3 → 3O2 ΔHθ =-286 kJ·mol-1 O3的氧化性比O2更强，仅次于F2 O3能氧化许多不活泼单质如：Hg、Ag等，O2则不能 O3能将碘化钾氧化而析出单质碘，此反应可用来鉴定 O3和测定O3的含量，反应如下： O3 + 2I- + 2H+ → I2 + O2 + H2O 利用O3的强氧化性和不容易导致二次污染这一优点，O3 可用来净化废气和废水例如：电镀工业中含氰废水可用臭氧来处理 CN- + O3 → OCN- + O2 2OCN- + O3 + H2O → 2HCO3- + N2 + 3O2 O3还可作杀菌剂，用O3代替Cl2作饮水消毒剂，其优点 是杀菌快且消毒后无味。