臭氧的气体明显地呈蓝色，液态呈暗蓝色，固态呈蓝黑色。它的分子结构呈三角形 。在常温、常态、常压下，较低浓度的臭氧是无色气体，当浓度达到 15%时水中臭氧，呈现出淡蓝色。

臭氧不溶于液态氧，四氯化碳等，可溶于水水中臭氧，且在水中的溶解度较氧大，0℃,一标准大气压时，一体积水可溶解0.494体积臭氧。在常温常态常压下臭氧在水中的溶解度比氧约高13倍，比空气高25倍。但臭氧水溶液的稳定性受水中所含杂质的影响较大，特别是有金属离子存在时水中臭氧，臭氧可迅速分解为氧，在纯水中分解较慢。

臭氧的密度是2.14g/L(0°C，0.1MP)，沸点是-111°C，熔点是-192°C。臭氧分子结构是不稳定的，它在水中比在空气中更容易自行分解。臭氧虽然在水中的溶解度比氧大10倍，但是在实用上它的溶解度甚小，因为它遵守亨利定律，其溶解度与体系中的分压和总压成比例。臭氧在空气中的含量极低甲醇报警器，故分压也极低，那就会迫使水中臭氧从水和空气的界面上逸出臭氧检测仪，使水中臭氧浓度总是处于不断降低状态。

臭氧很不稳定，在常温下慢慢分解 ，200℃时迅速分解 ，它比氧的氧化性更强，能将金属银氧化为过氧化银，将硫化铅氧化为硫酸铅，它还能氧化有机化合物，使许多有机色素脱色，如靛蓝。能侵蚀橡胶，很容易氧化有机不饱和化合物。

臭氧、氯和过氧化氢的氧化势（还原电位）分别是2.07．1.36．1.28伏特，可见臭氧在处理水中是氧化力量最强的一种。臭氧的氧化作用导致不饱和的有机分子的破裂。使臭氧分子结合在有机分子的双键上，生成臭氧化物。

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