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臭氧的氣體明顯地呈藍色，液態呈暗藍色，固態呈藍黑色。它的分子結構呈三角形。在常溫、常態、常壓下，較低濃度的臭氧是無色氣體，當濃度達到 15%時，呈現出淡藍色。臭氧不溶于液態氧，四氯化碳等，可溶于水，且在水中的溶解度較氧大，0℃,一標準大氣壓時，一體積水可溶解0.494體積臭氧。在常溫常態常壓下臭氧在水中的溶解度比氧約高13倍，比空氣高25倍。但臭氧水溶液的穩定性受水中所含雜質的影響較大，特別是有金屬離子存在時，臭氧可迅速分解為氧，在純水中分解較慢。臭氧的密度是2.14g/L(0°C，0.1MP)，沸點是-111°C，熔點是-192°C。臭氧分子結構是不穩定的，它在水中比在空氣中更容易自行分解。臭氧雖然在水中的溶解度比氧大10倍，但是在實用上它的溶解度甚小，因為它遵守亨利定律，其溶解度與體系中的分壓和總壓成比例。臭氧在空氣中的含量極低，故分壓也極低，那就會迫使水中臭氧從水和空氣的界面上逸出，使水中臭氧濃度總是處于不斷降低狀態。