Wzór chemiczny powietrza, którym oddychamy. Czym jest powietrze: nauka dla dorosłych

Powietrze to mieszanina gazów otaczająca Ziemię i tworząca jej atmosferę. Powietrze jest niewidoczne, pozbawione smaku i zazwyczaj bezwonne. Powietrze ma ciężar, można je rozprężyć lub skompresować i to pod ekstremalnymi warunkami niskie temperatury można zamienić w ciecz lub nawet ciało stałe. Powietrze w ruchu nazywamy wiatrem. Ma wystarczającą moc, aby obracać ostrza młyna i przemieszczać statki po morzu.

Skład powietrza jest dość złożony, chociaż jego głównymi składnikami są azot – około 78% i tlen – około 21%. Powietrze zawiera także argon, dwutlenek węgla, parę wodną, ​​neon, hel, metan, krypton i ozon.

Tlen w powietrzu jest niezbędny dla wszystkich ziemskich zwierząt i roślin. Poprzez oddychanie zwierzęta i rośliny pozyskują tlen i wykorzystują go do pozyskiwania energii z pożywienia oraz uwalniania dwutlenku węgla. Dwutlenek węgla jest wykorzystywany przez rośliny do fotosyntezy, podczas której rośliny uzyskują energię i uwalniają tlen.

Dwutlenek węgla stanowi zaledwie 0,03% objętości powietrza. Powstaje nie tylko podczas spalania, ale także podczas spalania i rozkładu substancji organicznych.

Powietrze zawiera również wodę w postaci gazowej. Procent wody w powietrzu nazywa się wilgotnością. Wilgotność może się różnić w zależności od wysokości i temperatury.

Powietrze zazwyczaj zawiera również wiele drobnych cząstek stałych, takich jak pył wulkaniczny, pyłki, zarodniki pleśni i glonów, bakterie, sadza i kurz. Na przykład przy oświetleniu można zobaczyć cząsteczki kurzu promienie słoneczne pokój. Rozpraszanie światło słoneczne skutkuje kolorem Słońca podczas wschodu i zachodu słońca.

Powietrze ma gęstość i ciśnienie. Na poziomie morza gęstość atmosfery wynosi około 1,3 kg/m3. Ciśnienie atmosferyczne na poziomie morza wynosi 101,3 kPa. Ciśnienie to to „jedna atmosfera” – jednostka ciśnienia mierzona np. w oponach samochodowych. Wraz ze wzrostem wysokości ciśnienie maleje. Na wysokości 6 km ciśnienie powietrza jest już 2 razy mniejsze (około 50 kPa). Ciśnienie powietrza mierzy się za pomocą specjalnego urządzenia - barometru.

Sprężone powietrze jest stosowane od dawna różne pola na przykład do obsługi młotów pneumatycznych, podnośników, wciągarek, formierek, urządzeń nitujących, instrumentów medycznych. Sprężone powietrze wykorzystywane jest także w piaskarkach do czyszczenia części, a także do wiercenia szkła, metalu i betonu. Już pod koniec lat pięćdziesiątych wyprodukowano pierwszy poduszkowiec, który porusza się po warstwie wytworzonego sprężonego powietrza.

Nie można go dotknąć i nie można go zobaczyć, ale najważniejsze co mu zawdzięczamy to życie. Oczywiście jest to powietrze, które nie było zajęte ostatnie miejsce w folklorze każdego narodu. Jak wyobrażali sobie to ludzie starożytni i czym jest naprawdę – o tym napiszę poniżej.

Gazy tworzące powietrze

Naturalna mieszanina gazów zwane powietrzem. Trudno przecenić jego konieczność i znaczenie dla organizmów żywych – odgrywa on ważną rolę procesy oksydacyjne, którym towarzyszy uwolnienie energii niezbędnej wszystkim żywym istotom. Dzięki eksperymentom naukowcom udało się określić jego dokładny skład, ale najważniejszą rzeczą, którą należy zrozumieć, jest nie jest to substancja jednorodna, ale mieszanina gazów . Około 99% składu to mieszanina tlenu i azotu i ogólnie powietrze tworzy atmosferę naszej planety. Tak więc mieszanina składa się z następujących gazów:

• metan;
• krypton;
• hel;
• ksenon;
• wodór;
• neon;
• dwutlenek węgla;
• tlen;
• azot;
• argon.

Należy zauważyć że skład nie jest stały i może się znacznie różnić w zależności od obszaru. Na przykład, duże miasta charakteryzuje się wysoką zawartością dwutlenku węgla. W górach będzie to obserwowane obniżony poziom tlenu, ponieważ gaz ten jest cięższy od azotu i w miarę wzrostu jego gęstość będzie się zmniejszać. Nauka twierdzi, że skład może się różnić w zależności od różne części planety od 1% do 4% dla każdego gazu.

Z wyjątkiem odsetek gazy, powietrze charakteryzuje się następującymi parametrami:

• wilgotność;
• temperatura;
• ciśnienie.

Powietrze jest w ciągłym ruchu, tworząc przepływy pionowe. Poziomo - wiatry, zależą od pewnych naturalne warunki więc mogą mieć różne cechy prędkość, siła i kierunek.

Powietrze w folklorze

Legendy każdego narodu nadawać powietrzu pewne „żywe” właściwości. Z reguły duchy tego żywiołu były stworzeniami nieuchwytnymi i niewidzialnymi. Według legend, oni zamieszkane szczyty gór lub chmury i różniły się pod względem predyspozycji do ludzi. To oni byli tymi, za których uważano stworzył płatki śniegu i zebrał chmury w chmurach, latając po niebie na wietrze.

Egipcjanie liczyli powietrze symbol życia i Indianie w to wierzyli Wydech Brahmy jest życiem, a wdychanie oznacza odpowiednio śmierć. Jeśli chodzi o Słowian, powietrze (wiatr) zajmowało niemal centralne miejsce w legendach tego ludu. Potrafił słuchać, a czasem nawet spełniać drobne prośby. Jednak nie zawsze był życzliwy, czasami stając po stronie sił zła. w postaci złego i nieprzewidywalnego wędrowca.

Powietrze gorącego, słonecznego południa i surowej, zimnej północy zawiera tę samą ilość tlenu.

Jeden litr powietrza zawsze zawiera 210 centymetrów sześciennych tlenu, co stanowi 21 procent objętościowych.

Najwięcej azotu w powietrzu zawiera się w 780 centymetrach sześciennych na litr, czyli 78 procent objętościowych. W powietrzu znajduje się również niewielka ilość gazów obojętnych. Gazy te nazywane są obojętnymi, ponieważ prawie nie łączą się z innymi pierwiastkami.

Spośród gazów obojętnych w powietrzu argon występuje w największej ilości - w litrze znajduje się około 9 centymetrów sześciennych. Neon występuje w powietrzu w znacznie mniejszych ilościach: w litrze powietrza znajduje się 0,02 centymetra sześciennego. Jest jeszcze mniej helu - tylko 0,005 centymetra sześciennego. Krypton jest 5 razy mniejszy niż hel - 0,001 centymetra sześciennego, a ksenon jest bardzo mały - 0,00008 centymetra sześciennego.

Powietrze zawiera także gazowe związki chemiczne, na przykład dwutlenek węgla lub dwutlenek węgla (CO2). Ilość dwutlenku węgla w powietrzu waha się od 0,3 do 0,4 centymetra sześciennego na litr. Zmienna jest także zawartość pary wodnej w powietrzu. Jest ich mniej w czasie suchej i upalnej pogody, a więcej w deszczową pogodę.

Skład powietrza można również wyrazić jako procent wagowy. Znając masę 1 litra powietrza i ciężar właściwy każdego gazu zawartego w jego składzie, łatwo jest przejść od wartości objętościowych do wagowych. Azot w powietrzu zawiera około 75,5, tlen – 23,1, argon – 1,3, a dwutlenek węgla (dwutlenek węgla) – 0,04 procent wagowych.

Różnica między procentami wagowymi i objętościowymi wynika z różnych ciężarów właściwych azotu, tlenu, argonu i dwutlenku węgla.

Na przykład tlen łatwo utlenia miedź w wysokich temperaturach. Dlatego też, jeśli przepuszczasz powietrze przez rurkę wypełnioną gorącymi opiłkami miedzi, opuszczając rurkę, nie będzie ono zawierać tlenu. Za pomocą fosforu można również usunąć tlen z powietrza. Podczas spalania fosfor łapczywie łączy się z tlenem, tworząc bezwodnik fosforu (P 2 O 5).

Skład powietrza określił w 1775 roku Lavoisier.

Ogrzewając niewielką ilość rtęci metalicznej w szklanej retorcie, Lavoisier umieścił wąski koniec retorty pod szklanym dzwonem, który wrzucono do naczynia wypełnionego rtęcią. Eksperyment ten trwał dwanaście dni. Rtęć w retorcie, podgrzana niemal do wrzenia, coraz bardziej pokrywała się czerwonym tlenkiem. W tym samym czasie poziom rtęci w przewróconym nakrętce zaczął zauważalnie wzrastać powyżej poziomu rtęci w naczyniu, w którym znajdowała się nasadka. Rtęć w retorcie utleniając się, pobierała z powietrza coraz więcej tlenu, ciśnienie w retorcie i dzwonze spadało, a zamiast zużywanego tlenu, rtęć była zasysana do dzwonu.

Kiedy zużyto cały tlen i ustało utlenianie rtęci, ustało również wchłanianie rtęci do dzwonu. Zmierzono objętość rtęci w dzwonku. Okazało się, że stanowiła ona V 5 części całkowitej objętości dzwonu i retorty.

Gaz pozostały w dzwonie i retorcie nie sprzyjał spalaniu ani życiu. Tę część powietrza, która zajmowała prawie 4/6 objętości, nazwano azot.

Dokładniejsze eksperymenty w koniec XVIII wieku odkryto, że powietrze zawiera objętościowo 21% tlenu i 79% azotu.

I tylko w koniec XIX wieku okazało się, że powietrze zawiera argon, hel i inne gazy obojętne.

Na stronach bloga dużo rozmawiamy na różne tematy chemikalia i mieszaniny, ale nie mieliśmy jeszcze historii o jednej z najważniejszych substancji złożonych – powietrzu. Naprawmy to i porozmawiajmy o powietrzu. W pierwszym artykule: trochę historii badań powietrza, jego skład chemiczny i podstawowe fakty na jego temat.

Trochę historii eksploracji powietrza

Obecnie powietrze rozumiane jest jako mieszanina gazów tworzących atmosferę naszej planety. Ale nie zawsze tak było: przez długi czas naukowcy myśleli, że powietrze jest substancją prostą, substancją integralną. I choć wielu naukowców stawiało hipotezy o złożony skład powietrza, aż do XVIII wieku sprawy nie wykraczały poza domysły. Ponadto powietrzu nadano znaczenie filozoficzne. W Starożytna Grecja powietrze uważano za jeden z podstawowych elementów kosmicznych, obok ziemi, ognia, ziemi i wody, tworzących wszystko. Arystoteles przypisywał powietrze elementom światła podksiężycowego, uosabiając wilgoć i ciepło. Nietzsche w swoich dziełach pisał o powietrzu jako o symbolu wolności, jako o najwyższej i najbardziej subtelnej formie materii, dla której nie ma barier.

W XVII wieku udowodniono, że powietrze jest bytem materialnym, substancją, której właściwości, takie jak gęstość i ciężar, można zmierzyć.

W XVIII wieku naukowcy przeprowadzali reakcje powietrza z różnymi substancjami w szczelnych naczyniach chemicznych. W ten sposób stwierdzono, że około jedna piąta objętości powietrza jest pochłaniana, a pozostała część spalania i oddychania nie jest wspierana. W rezultacie stwierdzono, że powietrze jest substancją złożoną, składającą się z dwóch składników, z których jeden – tlen, wspomaga spalanie, a drugi – azot, „zanieczyszczone powietrze”, nie wspomaga spalania i oddychania. W ten sposób odkryto tlen. Nieco później otrzymał w czysta forma azot. I dopiero pod koniec XIX wieku odkryto argon, hel, krypton, ksenon, radon i neon, które również znajdowały się w powietrzu.

Skład chemiczny

Powietrze składa się z mieszaniny około dwudziestu siedmiu różnych gazów. Około 99% to mieszanina tlenu i azotu. Pozostały procent obejmuje parę wodną, ​​dwutlenek węgla, metan, wodór, ozon, gazy obojętne (argon, ksenon, neon, hel, krypton) i inne. Na przykład w powietrzu często można znaleźć siarkowodór, tlenek węgla, jod, tlenki azotu i amoniak.

Uważa się, że czyste powietrze w normalnych warunkach zawiera 78,1% azotu i 20,93% tlenu. Jednak w zależności od położenie geograficzne i wysokości nad poziomem morza, skład powietrza może się różnić.

Istnieje również pojęcie powietrza zanieczyszczonego, czyli takiego, którego skład różni się od naturalnego powietrza atmosferycznego ze względu na obecność substancji zanieczyszczających. Substancje te to:
. pochodzenia naturalnego (gazy i pyły wulkaniczne, sól morska, dym i gazy z pożarów naturalnych, pyłki roślin, pyły powstałe w wyniku erozji gleby itp.).
. pochodzenia antropogenicznego – powstałe w wyniku przemysłowej i bytowej działalności człowieka (emisje węgla, siarki, związków azotu, węgla i innych pyłów pochodzących z górnictwa i przedsiębiorstw przemysłowych; odpady rolnicze, składowiska przemysłowe i domowe, awaryjne wycieki ropy i inne niebezpieczne środowisko Substancje; wydechy gazu Pojazd i tak dalej.).

Nieruchomości

Czyste powietrze atmosferyczne jest bezbarwne i bezwonne, jest niewidoczne, choć można je wyczuć. O parametrach fizycznych powietrza decydują następujące cechy:

Masa;
. temperatura;
. gęstość;
. ciśnienie atmosferyczne;
. wilgotność;
. pojemność cieplna;
. przewodność cieplna;
. lepkość.

Większość parametrów powietrza zależy od jego temperatury, dlatego istnieje wiele tabel parametrów powietrza dla różnych temperatur. Temperaturę powietrza mierzy się za pomocą termometru meteorologicznego, a wilgotność za pomocą higrometru.

Powietrze ma właściwości utleniające (dzięki świetna treść tlen), wspomaga spalanie i oddychanie; słabo przewodzi ciepło i dobrze rozpuszcza się w wodzie. Jego gęstość maleje wraz ze wzrostem temperatury, a lepkość wzrasta.

W poniższym artykule dowiesz się o kilku interesujące fakty o powietrzu i jego wykorzystaniu.

Dolne warstwy atmosfery składają się z mieszaniny gazów zwanej powietrzem , w którym zawieszone są cząstki cieczy i ciała stałe. Całkowita masa tego ostatniego jest niewielka w porównaniu z całą masą atmosfery.

Powietrze atmosferyczne jest mieszaniną gazów, z których główne to azot N2, tlen O2, argon Ar, dwutlenek węgla CO2 i para wodna. Powietrze pozbawione pary wodnej nazywane jest powietrzem suchym. Na powierzchni ziemi suche powietrze składa się w 99% z azotu (78% objętościowo lub 76% masowo) i tlenu (21% objętościowo lub 23% masowo). Pozostały 1% to prawie w całości argon. Dla dwutlenku węgla CO2 pozostaje tylko 0,08%. Liczne inne gazy wchodzą w skład powietrza w tysięcznych, milionowych, a nawet mniejszych ułamkach procenta. Są to krypton, ksenon, neon, hel, wodór, ozon, jod, radon, metan, amoniak, nadtlenek wodoru, podtlenek azotu itp. Skład suchego powietrze atmosferyczne w pobliżu powierzchni Ziemi podano w tabeli. 1.

Tabela 1

Skład suchego powietrza atmosferycznego w pobliżu powierzchni Ziemi

Skład procentowy suchego powietrza w pobliżu powierzchni ziemi jest bardzo stały i wszędzie prawie taki sam. Znacząco może zmienić się jedynie zawartość dwutlenku węgla. W wyniku procesów oddychania i spalania jego zawartość objętościowa w powietrzu zamkniętych, słabo wentylowanych pomieszczeń, a także ośrodków przemysłowych może kilkakrotnie wzrosnąć - do 0,1-0,2%. Procent azotu i tlenu zmienia się dość nieznacznie.

Prawdziwa atmosfera zawiera trzy ważne, zmienne składniki – parę wodną, ​​ozon i dwutlenek węgla. Zawartość pary wodnej w powietrzu waha się w znacznych granicach, w przeciwieństwie do innych składniki powietrze: w pobliżu powierzchni ziemi waha się od setnych procenta do kilku procent (od 0,2% na szerokościach polarnych do 2,5% na równiku, a w niektórych przypadkach waha się od niemal zera do 4%). Wyjaśnia to fakt, że w warunkach panujących w atmosferze para wodna może przekształcić się w stan ciekły i stały i odwrotnie, może ponownie przedostać się do atmosfery w wyniku parowania z powierzchni ziemi.

Para wodna przedostaje się do atmosfery w sposób ciągły poprzez parowanie z powierzchni wody, z wilgotnej gleby oraz poprzez transpirację roślin, w różnych miejscach i w inny czas występuje w różnych ilościach. Rozprzestrzenia się w górę od powierzchni ziemi i jest przenoszony przez prądy powietrza z jednego miejsca na ziemi do drugiego.

W atmosferze może wystąpić stan nasycenia. W tym stanie w powietrzu zawarta jest para wodna w ilości maksymalnej możliwej w danej temperaturze. Nazywa się para wodna nasycanie(Lub nasycony), i zawarte w nim powietrze nasycony.

Stan nasycenia osiąga się zwykle, gdy temperatura powietrza spada. Po osiągnięciu tego stanu, wraz z dalszym spadkiem temperatury, część pary wodnej staje się nadmiarem i kondensuje, przechodzi w stan ciekły lub stały. W powietrzu pojawiają się kropelki wody i kryształki lodu chmur i mgły. Chmury mogą ponownie wyparować; w innych przypadkach kropelki i kryształy chmur, stając się większe, mogą spaść na powierzchnię ziemi w postaci opadów. W rezultacie zawartość pary wodnej w każdej części atmosfery stale się zmienia.

Z parą wodną w powietrzu i jej przejściami stan gazowy połączone w ciecz i ciało stałe procesy krytyczne cechy pogodowe i klimatyczne. Obecność pary wodnej w atmosferze znacząco wpływa na warunki termiczne atmosfery i powierzchni ziemi. Para wodna silnie pochłania długofalowe promieniowanie podczerwone emitowane przez powierzchnię ziemi. Z kolei sam emituje promieniowanie podczerwone, większość który wypływa na powierzchnię ziemi. Ogranicza to nocne ochłodzenie powierzchni ziemi, a co za tym idzie, także dolnych warstw powietrza.

Następuje parowanie wody z powierzchni ziemi duże ilości ciepło, a gdy para wodna skrapla się w atmosferze, ciepło to jest przekazywane do powietrza. Chmury powstałe w wyniku kondensacji odbijają i pochłaniają promieniowanie słoneczne w drodze na powierzchnię ziemi. Opady atmosferyczne z chmur są istotnym elementem pogody i klimatu. Wreszcie obecność pary wodnej w atmosferze jest ważna dla procesów fizjologicznych.

Para wodna, jak każdy gaz, ma elastyczność (ciśnienie). Ciśnienie pary wodnej mi jest proporcjonalna do jego gęstości (zawartość na jednostkę objętości) i temperatury bezwzględnej. Wyraża się go w tych samych jednostkach co ciśnienie powietrza, tj. albo w milimetry rtęci, albo w milibary

Nazywa się ciśnieniem pary wodnej w stanie nasycenia elastyczność nasycenia. Ten maksymalne ciśnienie pary wodnej możliwe w danej temperaturze. Na przykład w temperaturze 0° elastyczność nasycenia wynosi 6,1 mb . Przy każdym wzroście temperatury o 10° elastyczność nasycenia w przybliżeniu się podwaja.

Jeśli powietrze zawiera mniej pary wodnej niż potrzeba do nasycenia go w danej temperaturze, można określić, jak blisko jest ono do stanu nasycenia. Aby to zrobić, wykonaj obliczenia wilgotność względna. Jest to nazwa nadana stosunkowi rzeczywistej elastyczności mi pary wodnej w powietrzu do elastyczności nasycenia mi w tej samej temperaturze, wyrażonej procentowo, tj.

Na przykład w temperaturze 20° ciśnienie nasycenia wynosi 23,4 mb. Jeżeli rzeczywiste ciśnienie pary w powietrzu wynosi 11,7 mb, wówczas wilgotność względna wynosi

Elastyczność pary wodnej na powierzchni ziemi waha się od setnych milibara (przy bardzo niskich temperaturach zimą na Antarktydzie i Jakucji) do ponad 35 mb (na równiku). Im cieplejsze powietrze, tym więcej pary wodnej może zawierać bez nasycenia, a zatem tym większe jest w nim ciśnienie pary wodnej.

Wilgotność względna powietrza może przyjmować wszystkie wartości - od zera dla całkowicie suchego powietrza ( mi= 0) do 100% dla warunku nasycenia (e = E).