臭氧（英文：Ozone），是氧氣的一種同素異形體，化學式是O3，摩爾質量為47.998g/摩爾，相對密度為1.658，濃度較低時為無色氣體，濃度較高時呈現淡藍色，液態為深藍色，固態為紫黑色。
臭氧具有極強的氧化性，具有良好的殺菌消毒效果，廣泛應用于水處理、醫療衛生等行業。高空的臭氧層，能夠吸收對人類有害的紫外線波段，保護地球上的生命。然而，近地面臭氧對人類健康具有極大的危害性，從事臭氧生產使用的相關行業人員需要嚴格遵守安全法規。
發現歷史
人類對于臭氧最早的認識來源于1785年，當時荷蘭科學家馬丁努斯 ·馬倫（Martinus van Marum）注意到一個現象，每當在進行放電實驗時，就會出現一種特殊的氣味，由于這種氣味與自然界電閃雷鳴時產生的氣味類似，他將其同樣歸因于放電反應，沒有意識到他實際上已經創造了臭氧。
1840年，德國化學家克里斯蒂安·弗里德里希·舍恩拜因（Christian Friedrich Sch?nbein）證實了這種刺激性氣味來自一種氣體，這種氣體是由氧氣通電產生的。他將這種帶有異味的氣體正式命名為臭氧 。這個詞來自希臘語的OZEIN（?ζειν），原意是 "臭味"。
1858年，科學家們在地球的大氣層中發現了臭氧成分，這是臭氧首次被證實在自然界中同樣存在。
1857年，德國發明家維爾納·馮·西門子（Ernst Werner von Siemens）發明了一種“超級感應管”，這種管能夠產生臭氧，極大地方便了人們對臭氧性質的研究。
1866年，瑞士科學家雅克-路易·索雷（Jacques-Louis Soret）通過臭氧和氮氧化合物發生反應后生成物的體積變化，測定出臭氧和氧氣的密度比為1.5:1。
第一次世界大戰期間，德國醫生將臭氧用于士兵戰傷的治療，這是臭氧用于臨床的源頭。
分布情況
臭氧是地球上早已經存在的自然物質，普遍存在于地球大氣層中，但不同的高度的含量差異較大。臭氧主要分布在距地球表面10~50公里的平流層里，占大氣中臭氧總量的90%。其中，在大約20—25公里處，臭氧的含量達到極值，該高度范圍也被稱為臭氧層。臭氧在大氣中的含量非常少，在平流層中也僅占大氣總量的0.3%，即使在臭氧層，濃度也僅為0.2ppm。隨著環境的惡化，臭氧含量逐漸下降，臭氧層也面臨著被破壞的風險。
臭氧也廣泛存在于人類的生產實踐中，主要作用是殺菌消毒，用于自來水消毒、食品加工保鮮等領域，此外，臭氧也應用于工業生產，醫療衛生等行業中。
O3分子結構
O3由三個氧原子構成，分子結構為折線型，呈等腰三角形結構（類似于水分子）。如右圖上半圖所示，三個氧原子分別位于三角形的頂點，鍵角為116.8°，中鍵長127.8pm，中間的氧原子采取sp2雜化的形式與兩端原子結合，氧原子的最外層有六個電子，其中，有兩個單電子與兩端的氧原子形成兩個鍵，另外還有一對電子與兩端各一個電子（一共四個電子）形成三中心四電子的離域大π鍵，如右圖下半圖所示。 臭氧是一種極性分子，偶極矩為0.53D。臭氧分子中氧原子之間作用力主要來源于一個鍵，因此臭氧分子非常容易分解為一個氧分子和一個自由的氧原子。這使得臭氧分子的氧化性非常強，化學性質非常活躍。
理化性質
物理性質
常溫常壓下，臭氧為淺藍色氣體，具有刺激性氣味，其摩爾質量為47.977g/摩爾，密度為2.144mg/cm3（在0°C時），沸點為?112℃，熔點為-192.2℃。臭氧略溶于水，其溶解度是氧的13 倍，空氣的25倍。 臭氧的液態呈深藍色，固體為紫黑色。臭氧具有弱順磁性。
化學性質
無機反應
臭氧是已知最強大的氧化劑之一，如上表所示，臭氧的氧化性僅次于氟，遠遠強于O2。它在高濃度下也是不穩定的，會衰變成普通的氧氣。它的半衰期隨大氣條件如溫度、濕度和空氣流動而變化。在實驗室條件下，半衰期（HLT）在室溫（24℃）、零濕度、每小時換氣次數為零的靜止空氣中平均為1500分鐘（25小時）。
有機反應
臭氧分解烯烴可以被臭氧氧化裂解，這個過程稱為臭氧分解，根據不同的反應條件得到醇類、醛類、類或者羧酸。例如，
制備方法
紫外線照射法
該方法模擬的是大氣層上空臭氧產生的原理，當使用紫外線（波長為185 nm）照射氧氣時，部分氧氣會分解為氧原子，這些氧原子與未分解的氧分子結合形成臭氧，該方法主要涉及如下反應：
同時存在臭氧轉化為氧氣的以下副反應。
該方法的優點在于臭氧的生成無需考慮溫度條件，缺點在于存在副反應，即生成的臭氧分子同樣會與氧原子結合轉化回氧原子。因此制備的臭氧濃度、純度都比較低，一般用于小范圍空間內的殺菌消毒。
電暈放電法
該方法首先將空氣或氧氣進行干燥處理，而后輸入放電室。放電室由兩個電極組成，在電極下方一般會連接電介質以提升放電效果。通過對兩個極板施加高幅交流電壓，使得電極間的氣體被擊穿發生放電，從而產出臭氧氣體。
該方法具有效率高、能耗低等優點，在工業上使用比較普遍。缺點在于輸入放電室的氣體（純氧或者空氣）必須經過干燥處理，這使得設備的費用昂貴，此外，如果以空氣作為原料，不僅會降低臭氧的濃度，而且會生成氮氧化物，污染環境。
電解法
由陰陽兩極和電解質溶液構成電解裝置。在陽極析出臭氧，陰極析出氫氣，該方法能夠產生高濃度的臭氧氣體，反應裝置如右圖所示。該裝置以鉛鈣錫合金電極作為陽極，以鉑電極作為陰極。
陽極發生下列反應。
（副反應）
陰極發生下列反應。
用途
臭氧作為一種無污染強氧化劑，已被廣泛應用到各個領域，包括水處理(自來水、生活用水、城市生活污水、工廠廢水等)，工業生產，醫療衛生，食品衛生等。
水處理
臭氧可用于飲用水的消毒，利用其氧化性，氧化水中有害的化合物，并且不會有異味；臭氧可用于工業廢水的處理，將有害成分如含酚化物等氧化為無害成分。
醫療衛生
臭氧有較強的殺菌能力，在醫學上可作為消毒殺菌劑。臭氧對人體血液健康具有促進作用，能用于腦和心臟等器官的缺血性疾病的治療，如心血管疾病缺血等。此外，臭氧還能用于骨骼、皮膚燒傷等。
食品行業
利用其強氧化性，臭氧能用于食品的保鮮、除臭、消毒等。
農業
臭氧對農藥和有機毒物有很強的降解作用，能夠殺滅害蟲及病菌。從而使溫室、大棚蔬菜在不用或少用農藥的情況下達到防治病蟲害的目的。臭氧可以分解氨氣、硫化氫等氣體，對畜禽舍進行消毒，并且可以帶畜禽消毒，實現“無蟲無味無毒”。
化工行業
除了工業廢水的處理外，在化工行業中，利用臭氧能與色素分子反應，從而將其氧化破壞的特點，可用作過氧化鈉，用于油脂、蠟、淀粉、紙漿及紡織品的制造。臭氧還能用于測定有機化合物的結構。
安全事項
盡管地球上空的臭氧層起著保護人類健康的功能，但近地表面的高濃度臭氧卻是一種有害污染源，世界衛生組織規定空氣中的臭氧濃度應不大于0.06ppm，在從事臭氧相關的活動中，需要嚴格遵守安全規則。
環境影響
臭氧層
大氣中的臭氧主要存在于大氣層的最上層。地球上的生物之所以能安然無恙地生存，就是由于高空處有一個由太陽紫外線強輻射而形成的臭氧層。臭氧層存在于距離地面20—25公里處的大氣層中，它能吸收 90%以上的對生物有害的太陽紫外線波段，而對生物無害的太陽紫外線卻可全部通過。正是由于臭氧層這道天保護地面生物免遭紫外線輻射的傷害。研究表明，大氣層里臭氧減小10%，有害紫外線的輻射量就將增加19~22%。
正常情況下，大氣中的臭氧的合成速度和分解速度平時是處于平衡狀態的，當大氣受到了污染，臭氧的平衡狀態就會受到破壞，導致臭氧的分解速度大于合成速度，局部大氣層的臭氧濃度就會減小，減小到一定程度，就會形成空洞現象，這就是“臭氧層空洞”。人類在生產生活中排放的鹵代烴（氟氯化碳為代表的）以及含氮化合物是破壞臭氧層的重要原因。
近地面
近地面臭氧是在光照條件下，由氮氧化物和揮發性有機物反應生成的二次污染物。近地面臭氧濃度過高，長期暴露會對人類健康造成影響，增加慢性阻塞性肺病的患病率和死亡率等。高濃度臭氧環境還影響植物的生命活動，進而對生態系統造成破壞。
健康危害
臭氧通過吸入或通過液體接觸皮膚、眼睛或粘膜而具有高度毒性。它能夠引起急性至慢性肺損傷、燒傷、死亡或永久性損傷。臭氧在100ppm的濃度下，1分鐘就能產生毒性。臭氧能夠導致肺水腫而死亡。它增加了肺部對支氣管收縮劑和過敏原的敏感性，增加了對肺部細菌和病毒感染的易感性和嚴重性。在急性吸入接觸的情況下，臭氧對肺部有致纖維化作用，并伴隨著閉塞性支氣管炎。
火災危險
當受到沖擊、暴露于熱或火焰中，或與有機化合物，特別是還原劑發生化學反應時，有嚴重的爆炸危險。臭氧是一種強大的氧化劑。與烯烴、芳香族化合物、苯、橡膠、溴、雙胺、乙醚、四氧化二氮、溴化氫、4-羥基4-甲基1,6-庚二烯、三氯化氮、苯乙烯、四氟肼不相容。不可燃，但會促進其他物質的燃燒。許多反應可能引起火災或爆炸。與可燃物質接觸時有火災和爆炸的危險。
急救措施
貯存與運輸
由臭氧分子的結構特點和光譜吸收特性，在光照條件下，它會迅速分解成氧氣。白天臭氧的壽命不超過3分鐘，若環境為高溫、潮濕條件，其分解則更快。但在黑暗、干燥和低溫條件下，臭氧的壽命可長達15小時，這也是臭氧的儲存或運輸條件。使用冰水混合物儲存臭氧是目前常用的方法，這是因為臭氧在冰水混合物中更加穩定，成本低廉。由于臭氧的極不穩定，一般來說，臭氧的生產往往遵循現用現制的原則。
參考資料 >
Ozone | O3.PubChem.2023-03-05
Melting-Point.pubchem.2023-03-18
Ozone.NIST Chemistry WebBook, SRD 69.2023-03-05