Стиснене повітря як воно є…. Що таке повітря: природознавство для дорослих Хто придумав стискати чисте повітря
Обмовимося відразу, азот у повітрі займає більшу частину, однак і хімічний склад частки, що залишилася, дуже цікавий і різноманітний. Якщо коротко, то список основних елементів виглядає так.
Однак дамо і невеликі пояснення щодо функцій цих хімічних елементів.
1. Азот
Вміст азоту в повітрі – 78% за обсягом і 75% за масою, тобто цей елемент домінує в атмосфері, має звання одного з найпоширеніших на Землі, і, крім того, міститься і за межами зони проживання людини – на Урані, Нептуні та у міжзоряних просторах. Отже, скільки азоту у повітрі, ми вже розібралися, залишилося питання про його функцію. Азот необхідний існування живих істот, він входить до складу:
- білків;
- амінокислот;
- нуклеїнових кислот;
- хлорофілу;
- гемоглобіну та ін.
У середньому близько 2% живої клітини складають саме атоми азоту, що пояснює, навіщо стільки азоту в повітрі у відсотках обсягу та маси.
Азот також є одним із інертних газів, що видобуваються з атмосферного повітря. З нього синтезують аміак, використовують для охолодження та в інших цілях.
2. Кисень
Вміст кисню у повітрі – одне з найпопулярніших питань. Зберігаючи інтригу, відвернемось на один кумедний факт: кисень відкрили двічі – у 1771 та 1774 роках, проте через різницю в публікаціях відкриття, почесті відкриття елемента дісталися англійському хіміку Джозефу Прістлі, який фактично виділив кисень другим. Отже, частка кисню у повітрі коливається близько 21% за обсягом та 23% за масою. Разом із азотом ці два гази утворюють 99% всього земного повітря. Однак відсоток кисню в повітрі менше, ніж азоту, і при цьому ми не маємо проблем з диханням. Справа в тому, що кількість кисню в повітрі оптимально розрахована саме для нормального дихання, у чистому вигляді цей газ діє на організм подібно до отрути, призводить до труднощів у роботі нервової системи, збоїв дихання та кровообігу. При цьому недолік кисню негативно позначається на здоров'ї, викликаючи кисневе голодування і всі пов'язані з ним неприємні симптоми. Тому скільки кисню у повітрі міститься, стільки й потрібно здорового повноцінного дихання.
3. Аргон
Аргон у повітрі займає третє місце, він не має запаху, кольору та смаку. Значної біологічної ролі цього газу не виявлено, проте він має наркотичний ефект і навіть вважається допінгом. Добутий з атмосфери аргон використовують у промисловості, медицині, для створення штучної атмосфери, хімічного синтезу, пожежогасіння, створення лазерів та ін.
4. Вуглекислий газ
Вуглекислий газ становить атмосферу Венери і Марса, його відсоток у земному повітрі значно нижчий. При цьому величезна кількість вуглекислоти міститься в океані, він регулярно поставляється всіма організмами, що дихають, викидається за рахунок роботи промисловості. У житті людини вуглекислий газ використовується у пожежогасінні, харчовій промисловості як газ і як харчова добавка Е290 – консервант та розпушувач. У твердому вигляді вуглекислота – один із найвідоміших холодоагентів «сухий лід».
5. Неон
Це загадкове світло дискотечних ліхтарів, яскраві вивіски та сучасні фари використовують п'ятий за поширеністю хімічний елемент, який також вдихає людина – неон. Як і багато інертні гази, неон чинить на людину наркотичну дію за певного тиску, проте саме цей газ використовують у підготовці водолазів та інших людей, які працюють при підвищеному тиску. Також неоново-гелієві суміші використовуються в медицині при розладах дихання, сам неон використовують для охолодження, у виробництві сигнальних вогнів і тих неонових ламп. Однак, попри стереотип, неонове світло не синє, а червоне. Усі інші кольори дають лампи коїться з іншими газами.
6. Метан
Метан і повітря мають дуже давню історію: у первинній атмосфері, ще до появи людини, метан був у значно більшій кількості. Зараз цей газ, що видобувається і використовуваний як паливо і сировину у виробництві, не так широко поширений в атмосфері, але, як і раніше, виділяється із Землі. Сучасні дослідження встановлюють роль метану в диханні та життєдіяльності організму людини, проте авторитетних даних щодо цього поки немає.
7. Гелій
Подивившись, скільки гелію в повітрі, будь-який зрозуміє, що цей газ не належить до першорядних за важливістю. Справді, важко визначити біологічне значення цього газу. Крім кумедного спотворення голосу при вдиханні гелію з кульки 🙂 Однак гелій широко застосовується в промисловості: в металургії, харчовій промисловості, для наповнення повітроплавних суден і метеорологічних зондів, в лазерах, ядерних реакторах і т.д.
8. Криптон
Не йдеться про батьківщину Супермена 🙂 Криптон – інертний газ, який втричі важчий за повітря, хімічно інертний, видобувається з повітря, використовується в лампах розжарювання, лазерах і все ще активно вивчається. З цікавих властивостей криптону варто відзначити, що при тиску в 3,5 атмосфери він має наркотичний ефект на людину, а при 6 атмосферах набуває різкого запаху.
9. Водень
Водень у повітрі займає 0,00005% за обсягом та 0,00008% за масою, але при цьому саме він – найпоширеніший елемент у Всесвіті. Про його історію, виробництво та застосування цілком можна написати окрему статтю, тому зараз обмежимося невеликим списком галузей: хімічна, паливна, харчова промисловості, авіація, метеорологія, електроенергетика.
10. Ксенон
Останній у складі повітря, що спочатку і зовсім вважався лише домішкою до криптону. Його назва перекладається як «чужий», а відсоток змісту і Землі, і її межами мінімальний, що зумовило його високу вартість. Зараз без ксенону не обходяться: виробництво потужних та імпульсних джерел світла, діагностика та наркоз у медицині, двигуни космічних апаратів, ракетне паливо. Крім того, при вдиханні ксенон значно знижує голос (зворотний ефект гелію), а віднедавна вдихання цього газу зараховано до списку допінгів.
Повітря необхідне всім живим організмам: тваринам для дихання, а рослинам - для харчування. До того ж, повітря захищає Землю від згубного ультрафіолетового випромінювання Сонця. Основні складові повітря - азот та кисень. У повітрі є також невеликі домішки благородних газів, вуглекислого газу та кілька твердих частинок - кіптяви, пилу. Повітря потрібне всім тваринам для дихання. Близько 21% повітря становить кисень. Молекула кисню (Про 2) складається з двох пов'язаних кисню.
Склад повітря
Відсоткове співвідношення різних газів у повітрі злегка змінюється залежно від місця, пори року та доби. Азот та кисень – основні компоненти повітря. Один відсоток повітря становлять благородні гази, вуглекислий газ, водяна пара та забруднення, наприклад діоксид азоту. Гази, що входять до складу повітря, можна розділити шляхом фракційної перегонки. Повітря охолоджується доти, доки гази не перейдуть у рідкий стан (див. статтю ««). Після цього рідка суміш нагрівається. кипіння у кожної рідини своя, і гази, що утворюються при кипінні, можна збирати окремо. Кисень, азот і вуглекислий газ постійно потрапляють із повітря і повертаються у повітря, тобто. відбувається кругообіг. Тварини вдихають кисень повітря та видихають вуглекислий газ.
Кисень
Азот
Понад 78% повітря становить азот. Білки, у тому числі побудовані живі організми, також містять азот. Головне промислове застосування азоту виробництво аміакудля добрив. Азот при цьому з'єднують з . Азот накачується в упаковки м'яса чи риби, т.к. При контакті зі звичайним повітрям продукти окислюються і псуються Призначені для пересадки людські органи зберігаються в рідкому азоті, тому що він холодний і хімічно інертний. Молекула азоту (N 2) і двох зв'язаних атомів азоту.
Шляхетні гази
Шляхетні гази - це 6 8-ї групи. Вони надзвичайно інертні хімічно. Тільки вони існують у вигляді окремих атомів, які не утворюють молекули. Через їхню пасивність деякими з них наповнюють лампи. Ксенон практично не використовується людиною, зате аргон накачують в електролампочки, а криптон наповнюють люмінесцентні лампи. Неон спалахує червоно-жовтогарячим світлом під час проходження електричного розряду. Він використовується в вуличних натрієвих лампах і неонових лампах. Радон радіоактивний. Він утворюється внаслідок розпаду металу радію. Жодні сполуки гелію науці невідомі, і гелій вважається абсолютно інертним. Його щільність у 7 разів менша за щільність повітря, тому їм наповнюють дирижаблі. Наповнені гелієм повітряні кулі оснащуються науковою апаратурою та запускаються у верхні шари атмосфери.
Парниковий ефект
Так називається підвищення вмісту вуглекислого газу в атмосфері, що спостерігається зараз, і викликане цим глобальне потепління, тобто. підвищення середньорічних температур у всьому світі. Вуглекислий газ не дає теплу залишати Землю, як і скло зберігає високу температуру всередині парника. Оскільки вуглекислого газу повітря стає все більше, все більше тепла затримується в атмосфері. Навіть невелике потепління викликає підвищення рівня Світового океану, зміну вітрів та танення частини льоду біля полюсів. Вчені вважають, що якщо вміст вуглекислого газу зростатиме так само швидко, то за 50 років середня температура може зрости на величину від 1,5 до 4°С.
Атмосферне повітря є сумішшю різних газів — кисню, азоту, вуглекислого газу, водяної пари, озону, інертних газів та ін. Найбільш важливою частиною повітря є кисень. У повітрі, що вдихається міститься 20,7% кисню. Він необхідний здійснення окислювальних процесів в організмі. Людина споживає близько 12 л кисню на годину, потреба у ньому зростає при фізичній роботі. Вміст кисню в закритих приміщеннях нижче 17% є несприятливим показником, при 13-14% настає кисневе голодування, при 7-8% - смерть. У видихуваному повітрі кількість кисню становить 15-16%.
Вуглекислота (С02) становить зазвичай 0,03-0,04% повітря. У повітрі, що видихається вуглецю в 100 разів більше, тобто. 3-4%. Гранично допустимим вмістом вуглекислоти у повітрі приміщень є 0,1%. При недостатній вентиляції приміщень, де є багато людей, вміст вуглекислоти досягає 0,8%. При 1-1,5% С02 відзначається погіршення самопочуття, більш високий рівень С02 у повітрі може призвести до значних порушень здоров'я. Зниження концентрації С02 повітря не небезпечне.
Азот (N2) міститься у повітрі на рівні 78,97 - 79,2%. Він не бере участі в обмінних процесах живих організмів і служить розріджувачем інших газів, переважно кисню. Азот повітря бере участь у кругообіг азоту в природі.
Озон (О3) зазвичай у навколоземному повітрі міститься дуже невеликих дозах (0,01—0,06 мг/м3). Він утворюється під час електричних розрядів під час грози. Чим чистіше повітря, тим більше озону, це спостерігається у горах, у хвойних лісах. Озон благотворно впливає на організм людини. Озон застосовується для знезараження води та дезодорації повітря, оскільки має сильну окислювальну дію за рахунок виділення атомарного кисню.
Інертні гази - аргон, криптон та інші не мають фізіологічного значення.
Шкідливі домішки. Газоподібні домішки та зважені частки потрапляють у повітря внаслідок діяльності людини. Найбільш поширеними газоподібними забруднювачами повітря є окис вуглецю, сірчистий газ, аміак та оксиди азоту, сірководень. На підприємствах громадського харчування забруднення повітряного середовища можливе продуктами неповного згоряння палива, газовою сумішшю (у газифікованих кухнях), газами (NH3, H2S), що виділяються під час гниття, аміаком (при використанні аміачних холодильних установок). При тепловій обробці їжі можливе виділення високотоксичної речовини акролеїну, а також летких жирних кислот.
Окис вуглецю (СО) утворюється при неповному згорянні палива, входить до складу горючих газових сумішей, не має запаху та викликає як гострі, так і хронічні отруєння. У газифікованих кухнях накопичується при витік газу з мережі або неповному його згорянні. Гранична концентрація в атмосферному повітрі, яка може бути допущена, 1 мг/м3 (середня за добу), тоді як для робочої зони допускається вміст 20-100 мг/м3 в залежності від тривалості роботи.
Наша планета надійно захищена від негативного впливу з космосу дивовижною оболонкою – атмосферою, без якої життя на Землі було б немислимим.
Багато хто знає, що без повітря людина може прожити не більше 5-9 хвилин, але не кожен розуміє, що таке повітря і з чого складається ця життєво важлива речовина, що утворює земну атмосферу. Спробуємо розібратися.
Слово «повітря» сталося завдяки доданню приставки до старослов'янського слова дх, що означає «дух», «дихнути», «дихати». Приставка має давньоруське походження і ототожнюється з приводом «вгору» або іменником «підйом».
Понад тисячу років у слов'янській мові було давньогрецьке слово аер (ἀηρ), перекладене як «повітря». Згодом воно було практично забуте, хоч і зараз зустрічається в деяких топонімах - аероплан, аерохідний, аеродинаміка.
Повітря є головною умовою існування всього живого. По суті, він є природною сумішшю газів, що беруть безпосередню участь у кругообігу речовин у природі. У своєму складі повітря містить близько 21% кисню, який під час дихання надходить у клітини нашого організму та сприяє виділенню життєвої енергії.
Ще однією важливою його складовою є азот, обсяг якого в атмосфері перевищує 78 %. У невеликих кількостях повітря містяться вуглекислий газ, метан, водень, аргон, неон та інших хімічних елементів, і навіть водяні пари, обсяг яких безпосередньо впливає загальну атмосферну масу.
Оскільки повітря є природною сумішшю газів, його маса в одиниці об'єму (щільність) може змінюватися в залежності від змін пропорцій тих чи інших компонентів, а також від вологості, температури і висоти, на якій ця величина буде вимірюватися. Як правило, за основу береться показник 1,225 кгм3, який зазвичай фіксується на рівні моря при температурі +15 °С.
У разі підвищення стовпчика термометра до +35 °З маса повітря знижується до 1,1455 кг/м3, при зниженні температури до -25 °З – зростає до 1,4224 кг/м3. Крім густини, однією з фізичних властивостей повітря є молярна маса, тобто відношення його густини до кількості молей. Цей показник залишається незмінним та становить 28,98 г/моль.
У містах (особливо у мегаполісах та промислових центрах) шкідливі гази потрапляють у повітря при згорянні бензину, різних хімічних речовин, кам'яного вугілля (у теплових ТЕЦ) та різноманітних штучних матеріалів. Найбільшої шкоди екології міст завдають транспортні засоби та діяльність підприємств, що забруднюють атмосферу сторонніми домішками. Крім азоту, кисню і вуглецю, у повітрі великих населених пунктів присутні окису метану, сірчистого газу та інших речовин, які негативно впливають на біосферу нашої планети.
Сьогодні в усьому світі вчені та екологи докладають усіх зусиль для того, щоб максимально скоротити кількість шкідливих викидів в атмосферу та запобігти її забрудненню. З цією метою створюються екологічно чисті види транспорту, опалювальні системи, що використовують у своїй роботі силу сонця та вітру, а також нові технології, що дають змогу забезпечити екологічну безпеку на виробництві. Втім, кожна людина і сама може зробити чимало для навколишнього середовища, виконуючи щодня прості правила – не мити автомобілі у природних водоймах, не палити, гасити багаття в парку після пікніка та багато іншого.
У більшості сучасних країн температуру повітря прийнято вимірювати в градусах за шкалою Цельсія, що передбачає 0 °С як температуру танення льоду, а +100 °С - кипіння води. У деяких державах застосовується шкала Фаренгейта, згідно з якою різниця між точкою танення льоду та кипіння води ділиться на 180°.
Для вимірювання температури найчастіше використовують рідинні або ртутні скляні термометри, рідше – електричні та механічні, а також оптичні, що реєструють градус за рахунок зміни спектра світла, його рівня та інших показників.
Вологість повітря визначається психрометром (гігрометром психометричним), що складається з сухого та вологого спиртових термометрів. Різниця між їхніми показниками визначає швидкість випаровування води, а відтак і вологість.
Та частина атмосфери, яка прилягає до Землі і якої дихає людина, називається тропосферою. Тропосфера має висоту від дев'яти до одинадцяти кілометрів і є механічною сумішшю різноманітних газів.
Склад повітря не має сталості. Залежно від географічного розташування, місцевості, погодних умов повітря може мати різний склад і різні властивості. Повітря може бути загазованим або розрядженим, свіжим або важким - все це означає, що в ньому мають певні домішки.
Азот – 78,9 відсотка;
Кисень – 20,95 відсотка;
Двоокис вуглецю - 0,3 відсотка.
Крім того, в атмосфері присутні інші гази (гелій, аргон, неон, ксенон, криптон, водень, радон, озон), а також Сума їх становить трохи менше одного відсотка.
Також варто вказати на наявність у повітрі деяких постійних домішок природного походження, зокрема деяких газоподібних продуктів, які утворюються в результаті як біологічних, так і хімічних процесів. Спеціальної згадки серед них заслуговує аміак (склад повітря вдалині від населених місць включає близько трьох-п'яти тисячних міліграма на кубічний метр), метан (його рівень дорівнює в середньому двом десятитисячним міліграма на кубічний метр), оксиди азоту (в атмосфері їх концентрація досягає приблизно п'ятнадцять десятитисячних міліграма на метр кубічний), сірководню та інших газоподібних продуктів.
Крім пароподібних і газоподібних домішок, хімічний склад повітря зазвичай включає пил космічного походження, що випадає на поверхню Землі в кількості семи стотисячних тонни на квадратний кілометр протягом року, а також пилові частинки, які надходять при виверженнях вулканів.
Однак найбільшою мірою змінює (причому не на краще) склад повітря і забруднює тропосферу так званий наземний (рослинний, ґрунтовий) пил та дим лісових пожеж. Особливо багато такого пилу в континентальних повітряних масах, що беруть свій початок у пустелях Центральної Азії та Африки. Саме тому з упевненістю можна заявити, що ідеально чистого повітряного середовища просто не існує, і воно є поняттям, яке існує лише теоретично.
Склад повітря має властивість постійно змінюватися, причому його природні зміни зазвичай мають досить невелику роль, особливо в порівнянні з можливими наслідками його штучних порушень. Такі порушення здебільшого пов'язані з виробничою діяльністю людства, використанням пристроїв для побутового обслуговування, а також транспортними засобами. Ці порушення здатні призводити навіть до денатурації повітря, тобто до яскраво вираженим відмінностям її складу та властивостей від відповідних показників атмосфери.
Ці та багато інших видів людської діяльності призвели до того, що основний склад повітря почав зазнавати повільних і незначних, проте абсолютно незворотних змін. Наприклад, вчені підрахували, що за останні п'ятдесят років людством було використано приблизно стільки ж кисню, скільки за попередній мільйон років, а у відсотковому співвідношенні - два десяті відсотки від його загального запасу в атмосфері. При цьому відповідно підвищується викид у повітряну. Цей викид за останніми даними досяг майже чотирьох сотень мільярдів тонн за останні сто років.
Таким чином, склад повітря змінюється на гірший бік, і складно припустити, яким воно стане вже за кілька десятків років.