Zawartość gazów w powietrzu atmosferycznym wynosi. Rewolucyjna zmiana składu powietrza

Powietrze jest naturalną mieszaniną gazów

Kiedy większość z nas słyszy słowo „powietrze”, mimowolnie przychodzi na myśl być może nieco naiwne porównanie: powietrze jest tym, czym oddychamy. Rzeczywiście, słownik etymologiczny języka rosyjskiego wskazuje, że słowo „powietrze” zostało zapożyczone z języka cerkiewno-słowiańskiego: „wzdychać”. Z biologicznego punktu widzenia powietrze jest zatem medium podtrzymującym życie poprzez tlen. Powietrze mogło nie zawierać tlenu – życie nadal rozwijałoby się w formach beztlenowych. Ale całkowity brak powietrza najwyraźniej wyklucza możliwość istnienia jakichkolwiek organizmów.

Dla fizyków powietrze to przede wszystkim atmosfera ziemska i otoczka gazowa otaczająca Ziemię.

Ale czym jest samo powietrze z chemicznego punktu widzenia?

Odkrycie tajemnicy natury, że powietrze nie jest samodzielną substancją, jak sądzono ponad 200 lat temu, ale złożoną mieszaniną gazów, wymagało od naukowców wiele wysiłku, pracy i cierpliwości. Naukowiec i artysta Leonardo da Vinci (XV w.) jako pierwszy wypowiedział się na temat złożonego składu powietrza.

Około 4 miliardów lat temu atmosfera ziemska składała się głównie z dwutlenku węgla. Stopniowo rozpuszczał się w wodzie i reagował ze skałami, tworząc węglany i wodorowęglany wapnia i magnezu. Wraz z pojawieniem się roślin zielonych proces ten zaczął przebiegać znacznie szybciej. Zanim pojawił się człowiek, dwutlenek węgla, tak niezbędny roślinom, stał się już deficytem. Jego stężenie w powietrzu przed rozpoczęciem rewolucji przemysłowej wynosiło zaledwie 0,029%. W ciągu 1,5 miliarda lat zawartość tlenu stopniowo wzrastała.

Skład chemiczny powietrza

składniki
	Objętościowo	Według wagi
Azot ( N2)	78,09	75,50
Tlen (O2)	20,95	23,10
Gazy szlachetne (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn, głównie argon)	0,94
Tlenek węgla (IV) – dwutlenek węgla	0,03	0,046

Skład ilościowy powietrza został po raz pierwszy ustalony przez francuskiego naukowca Antoine'a Laurenta Lavoisiera. Na podstawie wyników swojego słynnego 12-dniowego eksperymentu doszedł do wniosku, że całe powietrze składa się z tlenu nadającego się do oddychania i spalania oraz azotu, gazu nieożywionego, w proporcjach 1/5 i 4/5 odpowiednio głośność. Podgrzewał rtęć metaliczną w retorcie na palenisku przez 12 dni. Koniec retorty umieszczono pod dzwonem umieszczonym w naczyniu z rtęcią. W rezultacie poziom rtęci w dzwonie wzrósł o około 1/5. Pomarańczowa substancja, tlenek rtęci, tworzy się na powierzchni rtęci w retorcie. Gaz pozostały pod dzwonem nie nadawał się do oddychania. Naukowiec zasugerował zmianę nazwy „powietrza życiowego” na „tlen”, gdyż spalając się w tlenie, większość substancji zamienia się w kwasy, a „duszące powietrze” w „azot”, ponieważ nie podtrzymuje życia, szkodzi życiu.

Eksperyment Lavoisiera

Skład jakościowy powietrza można wykazać za pomocą następującego doświadczenia

Głównym składnikiem powietrza jest dla nas tlen; stanowi on 21% objętości powietrza. Tlen jest rozcieńczany dużą ilością azotu – 78% objętości powietrza i stosunkowo małą ilością szlachetnych gazów obojętnych – około 1%. W powietrzu znajdują się także składniki zmienne – tlenek węgla (IV) lub dwutlenek węgla i para wodna, których ilość zależy od różnych przyczyn. Substancje te dostają się do atmosfery w sposób naturalny. Podczas erupcji wulkanów do atmosfery przedostają się dwutlenek siarki, siarkowodór i siarka elementarna. Burze piaskowe przyczyniają się do pojawienia się pyłu w powietrzu. Tlenki azotu dostają się do atmosfery także podczas wyładowań atmosferycznych, podczas których azot i tlen z powietrza reagują ze sobą lub w wyniku działania bakterii glebowych, które mogą uwalniać tlenki azotu z azotanów; Przyczyniają się do tego także pożary lasów i wypalanie torfowisk. Procesom niszczenia substancji organicznych towarzyszy powstawanie różnych gazowych związków siarki. Woda zawarta w powietrzu decyduje o jego wilgotności. Inne substancje pełnią negatywną rolę: zanieczyszczają atmosferę. Przykładowo w pozbawionych zieleni miastach jest dużo dwutlenku węgla, a nad powierzchnią oceanów i mórz znajduje się para wodna. Powietrze zawiera niewielkie ilości tlenku lub dwutlenku siarki (IV), amoniaku, metanu, tlenku azotu (I) lub podtlenku azotu, wodoru. Szczególnie nasycone jest nimi powietrze w pobliżu przedsiębiorstw przemysłowych, pól gazowych i naftowych czy wulkanów. W górnych warstwach atmosfery występuje jeszcze inny gaz – ozon. W powietrzu unoszą się także różnorodne pyły, co łatwo zauważyć patrząc z boku na cienką wiązkę światła wpadającą zza zasłony do zaciemnionego pomieszczenia.

Stałe składniki gazów atmosferycznych:

· Tlen

· Azot

· Gazy szlachetne

Zmienne składniki gazów atmosferycznych:

· Tlenek węgla (IV)

· Ozon

· Inny

Wniosek.

1. Powietrze jest naturalną mieszaniną substancji gazowych, w której każda substancja ma i zachowuje swoje właściwości fizyczne i chemiczne, dzięki czemu powietrze można oddzielić.

2. Powietrze jest bezbarwnym roztworem gazowym o gęstości - 1,293 g/l, w temperaturze -190 0 C przechodzi w stan ciekły. Ciekłe powietrze jest niebieskawą cieczą.

3. Organizmy żywe są ściśle powiązane z substancjami znajdującymi się w powietrzu, które mają na nie określony wpływ. A jednocześnie organizmy żywe mają na to wpływ, ponieważ pełnią określone funkcje: redoks – utleniają np. węglowodany do dwutlenku węgla i redukują je do węglowodanów; gaz - absorbuje i uwalnia gazy.

W ten sposób żywe organizmy powstały w przeszłości i utrzymują atmosferę naszej planety przez miliony lat.

Zanieczyszczenie powietrza - wprowadzenie do powietrza atmosferycznego nowych, nietypowych substancji fizycznych, chemicznych i biologicznych lub zmiana naturalnego, średniookresowego stężenia tych substancji w nim.

Proces fotosyntezy usuwa dwutlenek węgla z atmosfery i zwraca go w procesach oddychania i rozkładu. Równowaga, jaka powstała w trakcie ewolucji planety pomiędzy tymi dwoma gazami, zaczęła być zakłócana, szczególnie w drugiej połowie XX wieku, kiedy zaczął wzrastać wpływ człowieka na przyrodę. Na razie przyroda radzi sobie z zaburzeniami tej równowagi za sprawą wody oceanicznej i występujących w niej glonów. Ale czy przyrodzie starczy sił na długo?

Schemat. Zanieczyszczenie powietrza

Główne zanieczyszczenia powietrza w Rosji

Liczba samochodów stale rośnie, zwłaszcza w dużych miastach, a co za tym idzie, wzrasta emisja szkodliwych substancji do powietrza. Samochody odpowiadają za 60% szkodliwych emisji w mieście!
Rosyjskie elektrownie cieplne emitują do atmosfery do 30% zanieczyszczeń, kolejne 30% to udział przemysłu (hutnictwo żelaza i metali nieżelaznych, wydobycie i rafinacja ropy naftowej, przemysł chemiczny i produkcja materiałów budowlanych). Poziom zanieczyszczenia powietrza ze źródeł naturalnych stanowi tło ( 31–41% ), z biegiem czasu niewiele się zmienia ( 59–69% ). Obecnie problem antropogenicznych zanieczyszczeń atmosfery stał się globalny. Jakie zanieczyszczenia niebezpieczne dla wszystkich żywych istot dostają się do atmosfery? Są to kadm, ołów, rtęć, arsen, miedź, sadza, merkaptany, fenol, chlor, kwasy siarkowy i azotowy oraz inne substancje. Niektórymi z tych substancji zajmiemy się w przyszłości, poznamy ich właściwości fizyczne i chemiczne oraz porozmawiamy o destrukcyjnej mocy, jaką kryją się w nich dla naszego zdrowia.

Skala zanieczyszczenia środowiska planety, Rosja

W jakich krajach świata powietrze jest najbardziej zanieczyszczone spalinami samochodowymi?
Największe niebezpieczeństwo zanieczyszczenia powietrza spalinami zagraża krajom posiadającym duże floty pojazdów. Przykładowo w USA pojazdy silnikowe odpowiadają za około 1/2 wszystkich szkodliwych emisji do atmosfery (do 50 mln ton rocznie). Flota samochodowa Europy Zachodniej emituje rocznie do powietrza do 70 milionów ton szkodliwych substancji, a np. w Niemczech 30 milionów samochodów wytwarza 70% całkowitej wielkości emisji szkodliwych substancji. W Rosji sytuację pogarsza fakt, że użytkowane pojazdy spełniają normy ekologiczne zaledwie w 14,5%.
Zanieczyszcza atmosferę i transport lotniczy smugami spalin wydobywającymi się z wielu tysięcy samolotów. Według szacunków ekspertów, w wyniku działalności światowej floty pojazdów (która liczy około 500 milionów silników), do atmosfery uwalnianych jest rocznie 4,5 miliarda ton dwutlenku węgla.
Dlaczego te zanieczyszczenia są niebezpieczne? Metale ciężkie – ołów, kadm, rtęć – mają szkodliwy wpływ na układ nerwowy człowieka, tlenek węgla – na skład krwi; Dwutlenek siarki, wchodząc w interakcję z wodą z deszczu i śniegu, zamienia się w kwas i powoduje kwaśne deszcze. Jaka jest skala tego zanieczyszczenia? Główne regiony występowania kwaśnych deszczy to USA, Europa Zachodnia i Rosja. Ostatnio są to regiony przemysłowe Japonii, Chin, Brazylii i Indii. Rozprzestrzenianie się kwaśnych opadów wiąże się z koncepcją charakteru transgranicznego - odległość między obszarami ich powstawania a obszarami opadu może wynosić setki, a nawet tysiące kilometrów. Przykładowo głównym „winowajcą” kwaśnych deszczy w południowej Skandynawii są tereny przemysłowe Wielkiej Brytanii, Belgii, Holandii i Niemiec. W kanadyjskich prowincjach Ontario i Quebec kwaśne deszcze przenoszone są z sąsiednich obszarów Stanów Zjednoczonych. Opady te są transportowane na terytorium Rosji z Europy przez wiatry zachodnie.
Niekorzystna sytuacja środowiskowa rozwinęła się w północno-wschodnich Chinach, w strefie Pacyfiku w Japonii, w miastach Meksyk, Sao Paulo i Buenos Aires. W Rosji w 1993 r. w 231 miastach o łącznej liczbie mieszkańców 64 milionów zawartość szkodliwych substancji w powietrzu przekroczyła normę. W 86 miastach 40 milionów ludzi żyje w warunkach, w których zanieczyszczenie 10-krotnie przekracza normy. Wśród tych miast są Briańsk, Czerepowiec, Saratów, Ufa, Czelabińsk, Omsk, Nowosybirsk, Kemerowo, Nowokuźnieck, Norylsk, Rostów. Region Uralu zajmuje pierwsze miejsce w Rosji pod względem ilości szkodliwych emisji. Tak więc w obwodzie swierdłowskim stan atmosfery nie spełnia standardów na 20 terytoriach, gdzie mieszka 60% populacji. W mieście Karabasz w obwodzie czelabińskim huta miedzi emituje do atmosfery 9 ton szkodliwych związków rocznie na mieszkańca. Zapadalność na nowotwory wynosi tu 338 przypadków na 10 tys. mieszkańców.
Niepokojąca sytuacja zaistniała także w rejonie Wołgi, na południu zachodniej Syberii i w centralnej Rosji. W Uljanowsku na choroby górnych dróg oddechowych cierpi więcej osób niż średnia w Rosji. Od 1970 r. częstość występowania raka płuc wzrosła 20-krotnie, a miasto ma jeden z najwyższych wskaźników umieralności dzieci w Rosji.
W mieście Dzierżyńsku duża liczba przedsiębiorstw chemicznych koncentruje się na ograniczonym obszarze. W ciągu ostatnich 8 lat doszło do 60 uwolnień do atmosfery silnie toksycznych substancji, które doprowadziły do ​​sytuacji awaryjnych, w niektórych przypadkach skutkujących śmiercią. W regionie Wołgi każdego roku na mieszkańców miasta spada do 300 tysięcy ton sadzy, popiołu, sadzy i tlenków węgla. Moskwa zajmuje 15. miejsce wśród rosyjskich miast pod względem całkowitego poziomu zanieczyszczenia powietrza.

Ma znaczenie w realizacji funkcji oddechowych. Powietrze atmosferyczne jest mieszaniną gazów: tlenu, dwutlenku węgla, argonu, azotu, neonu, kryptonu, ksenonu, wodoru, ozonu itp. Najważniejszy jest tlen. W spoczynku człowiek wchłania 0,3 l/min. Podczas wysiłku fizycznego zużycie tlenu wzrasta i może osiągnąć 4,5–8 l/min. Wahania zawartości tlenu w atmosferze są niewielkie i nie przekraczają 0,5%. Jeśli zawartość tlenu spadnie do 11-13%, pojawiają się objawy niedoboru tlenu. Zawartość tlenu na poziomie 7-8% może prowadzić do śmierci. Dwutlenek węgla jest bezbarwny i bezwonny, powstaje podczas oddychania i rozkładu, spalania paliwa. W atmosferze wynosi 0,04%, a w strefach przemysłowych – 0,05-0,06%. Przy dużym skupisku ludzi może wzrosnąć do 0,6 - 0,8%. Przy długotrwałym wdychaniu powietrza zawierającego 1-1,5% dwutlenku węgla obserwuje się pogorszenie stanu zdrowia, a przy 2-2,5% - zmiany patologiczne. Przy 8-10% utracie przytomności i śmierci powietrze ma ciśnienie zwane atmosferycznym lub barometrycznym. Mierzy się ją w milimetrach słupa rtęci (mmHg), hektopaskalach (hPa), milibarach (mb). Za normalne ciśnienie atmosferyczne uważa się poziom morza na 45° szerokości geograficznej i temperaturę powietrza 0°C. Jest ono równe 760 mmHg. (Powietrze w pomieszczeniu uważa się za złej jakości, jeśli zawiera 1% dwutlenku węgla. Wartość tę przyjmuje się jako wartość wyliczeniową przy projektowaniu i montażu wentylacji w pomieszczeniach.

Zanieczyszczenie powietrza. Tlenek węgla to bezbarwny i bezwonny gaz powstający podczas niepełnego spalania paliwa i przedostający się do atmosfery wraz z emisjami przemysłowymi i spalinami z silników spalinowych. W megamiastach jego stężenie może sięgać 50-200 mg/m3. Podczas palenia tytoniu tlenek węgla przedostaje się do organizmu. Tlenek węgla jest krwią i ogólnie toksyczną trucizną. Blokuje hemoglobinę, traci zdolność przenoszenia tlenu do tkanek. Ostre zatrucie występuje, gdy stężenie tlenku węgla w powietrzu wynosi 200-500 mg/m3. W tym przypadku obserwuje się ból głowy, ogólne osłabienie, nudności i wymioty. Maksymalne dopuszczalne średniodobowe stężenie wynosi 0,1 mg/m3, jednorazowo – 6 mg/m3. Powietrze może być zanieczyszczone dwutlenkiem siarki, sadzą, substancjami smołowymi, tlenkami azotu i dwusiarczkiem węgla.

Mikroorganizmy. Występują zawsze w małych ilościach w powietrzu, gdzie są przenoszone z pyłem glebowym. Drobnoustroje chorób zakaźnych dostające się do atmosfery szybko giną. Powietrze w pomieszczeniach mieszkalnych i obiektach sportowych stwarza szczególne zagrożenie epidemiologiczne. Na przykład w halach zapaśniczych zawartość drobnoustrojów sięga 26 000 na 1m3 powietrza. W takim powietrzu infekcje aerogenne rozprzestrzeniają się bardzo szybko.

Pył Są to lekkie, gęste cząstki pochodzenia mineralnego lub organicznego; gdy kurz dostanie się do płuc, pozostaje tam i powoduje różne choroby. Pyły przemysłowe (ołów, chrom) mogą powodować zatrucie. W miastach stężenie pyłu nie powinno przekraczać 0,15 mg/m3. Tereny sportowe muszą być regularnie podlewane, posiadać teren zielony i przeprowadzane czyszczenie na mokro. Dla wszystkich przedsiębiorstw zanieczyszczających atmosferę utworzono strefy ochrony sanitarnej. Zgodnie z klasą zagrożenia mają one różne rozmiary: dla przedsiębiorstw klasy 1 - 1000 m, 2 - 500 m, 3 - 300 m, 4 -100 m, 5 - 50 m. Przy umieszczaniu obiektów sportowych w pobliżu przedsiębiorstw jest to możliwe konieczne jest uwzględnienie róży wiatrów, stref ochrony sanitarnej, stopnia zanieczyszczenia powietrza itp.

Jednym z ważnych działań służących ochronie środowiska powietrznego jest prewencyjny i bieżący nadzór sanitarny oraz systematyczne monitorowanie stanu powietrza atmosferycznego. Odbywa się to za pomocą zautomatyzowanego systemu monitoringu.

Czyste powietrze atmosferyczne na powierzchni Ziemi ma następujący skład chemiczny: tlen – 20,93%, dwutlenek węgla – 0,03-0,04%, azot – 78,1%, argon, hel, krypton 1%.

W wydychanym powietrzu jest o 25% mniej tlenu i 100 razy więcej dwutlenku węgla.
Tlen. Najważniejszy składnik powietrza. Zapewnia przepływ procesów redoks w organizmie. Osoba dorosła w spoczynku zużywa 12 litrów tlenu, a podczas pracy fizycznej 10 razy więcej. We krwi tlen wiąże się z hemoglobiną.

Ozon. Gaz niestabilny chemicznie, zdolny do pochłaniania krótkofalowego promieniowania ultrafioletowego, które ma szkodliwy wpływ na wszystkie żywe istoty. Ozon pochłania długofalowe promieniowanie podczerwone pochodzące z Ziemi, zapobiegając w ten sposób jego nadmiernemu wychłodzeniu (warstwa ozonowa Ziemi). Pod wpływem promieniowania ultrafioletowego ozon rozkłada się na cząsteczkę tlenu i atom. Ozon jest środkiem bakteriobójczym do dezynfekcji wody. W naturze powstaje podczas wyładowań elektrycznych, podczas parowania wody, podczas promieniowania ultrafioletowego, podczas burzy, w górach i lasach iglastych.

Dwutlenek węgla. Powstaje w wyniku procesów redoks zachodzących w organizmie ludzi i zwierząt, spalania paliw i rozkładu substancji organicznych. W powietrzu miast stężenie dwutlenku węgla wzrasta w wyniku emisji przemysłowych - do 0,045%, w pomieszczeniach mieszkalnych - do 0,6-0,85. Osoba dorosła w spoczynku emituje 22 litry dwutlenku węgla na godzinę, a podczas pracy fizycznej - 2-3 razy więcej. Oznaki pogorszenia stanu zdrowia człowieka pojawiają się dopiero przy długotrwałym wdychaniu powietrza zawierającego 1-1,5% dwutlenku węgla, wyraźnych zmianach funkcjonalnych - przy stężeniu 2-2,5% i wyraźnych objawach (ból głowy, ogólne osłabienie, duszność, kołatanie serca, zmniejszenie wydajność) – na poziomie 3-4%. Higieniczne znaczenie dwutlenku węgla polega na tym, że służy on jako pośredni wskaźnik ogólnego zanieczyszczenia powietrza. Norma dwutlenku węgla na siłowniach wynosi 0,1%.

Azot. Obojętny gaz służy jako rozcieńczalnik dla innych gazów. Zwiększone wdychanie azotu może mieć działanie narkotyczne.

Tlenek węgla. Powstaje podczas niepełnego spalania substancji organicznych. Nie ma koloru ani zapachu. Stężenie w atmosferze zależy od natężenia ruchu pojazdów. Wnikając przez pęcherzyki płucne do krwi, tworzy karboksyhemoglobinę, w wyniku czego hemoglobina traci zdolność przenoszenia tlenu. Maksymalne dopuszczalne średniodobowe stężenie tlenku węgla wynosi 1 mg/m3. Toksyczne dawki tlenku węgla w powietrzu wynoszą 0,25-0,5 mg/l. Przy długotrwałym narażeniu mogą wystąpić bóle głowy, omdlenia, kołatanie serca.

Dwutlenek siarki. Dostaje się do atmosfery w wyniku spalania paliwa bogatego w siarkę (węgiel). Powstaje podczas prażenia i wytapiania rud siarki oraz podczas barwienia tkanin. Działa drażniąco na błony śluzowe oczu i górnych dróg oddechowych. Próg odczuwania wynosi 0,002-0,003 mg/l. Gaz ma szkodliwy wpływ na roślinność, zwłaszcza drzewa iglaste.
Mechaniczne zanieczyszczenia powietrza występują w postaci dymu, sadzy, sadzy, pokruszonych cząstek gleby i innych ciał stałych. Zawartość pyłu w powietrzu zależy od rodzaju gleby (piasek, glina, asfalt), jej stanu sanitarnego (podlewanie, czyszczenie), zanieczyszczenia powietrza emisjami przemysłowymi oraz stanu sanitarnego pomieszczeń.

Pył mechanicznie podrażnia błony śluzowe górnych dróg oddechowych i oczu. Systematyczne wdychanie pyłów powoduje choroby układu oddechowego. Podczas oddychania przez nos zatrzymuje się do 40-50% kurzu. Najbardziej niekorzystny z higienicznego punktu widzenia jest pył mikroskopijny, który utrzymuje się przez dłuższy czas w zawiesinie. Ładunek elektryczny pyłu zwiększa jego zdolność do penetracji i zatrzymywania się w płucach. Pył. zawierający ołów, arsen, chrom i inne substancje toksyczne, powoduje typowe zjawiska zatrucia, a w przypadku przedostania się nie tylko drogą oddechową, ale także przez skórę i przewód pokarmowy. W zapylonym powietrzu intensywność promieniowania słonecznego i jonizacja powietrza ulegają znacznemu zmniejszeniu. Aby zapobiec niekorzystnemu wpływowi pyłów na organizm, budynki mieszkalne lokalizuje się po nawietrznej stronie zanieczyszczeń powietrza. Pomiędzy nimi rozmieszczone są strefy ochrony sanitarnej o szerokości 50-1000 m i większej. W pomieszczeniach mieszkalnych systematyczne sprzątanie na mokro, wietrzenie pomieszczeń, zmiana obuwia i odzieży wierzchniej, na terenach otwartych stosowanie bezpyłowych gleb i podlewanie.

Mikroorganizmy powietrzne. Bakteryjne zanieczyszczenie powietrza, a także innych obiektów środowiska (woda, gleba) stwarza zagrożenie epidemiologiczne. W powietrzu znajdują się różne mikroorganizmy: bakterie, wirusy, pleśnie, komórki drożdży. Najczęstszym jest przenoszenie infekcji drogą powietrzną: duża liczba drobnoustrojów przedostaje się do powietrza i do dróg oddechowych zdrowych ludzi podczas oddychania. Przykładowo podczas głośnej rozmowy, a tym bardziej podczas kaszlu i kichania, drobne kropelki rozpylane są na odległość 1-1,5 m i rozprzestrzeniają się wraz z powietrzem na odległość 8-9 m. Krople te można zawiesić na 4-5 godzin, ale w większości przypadków ustępują po 40-60 minutach. W kurzu wirus grypy i prątki błonicy zachowują żywotność przez 120-150 dni. Istnieje dobrze znana zależność: im więcej kurzu jest w powietrzu w pomieszczeniach, tym większa jest w nim zawartość mikroflory.

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 powietrza atmosferycznego w pobliżu powierzchni Ziemi podano w tabeli. 1.

Tabela 1

Skład suchego powietrza atmosferycznego w pobliżu powierzchni Ziemi

	Stężenie objętościowe,%	Masa cząsteczkowa	Gęstość względem gęstości suche powietrze
Tlen (O2)
Dwutlenek węgla (CO2)
Krypton (Kr)
Wodór (H2)
Xenon (Xe)
Suche powietrze

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 zmienia się w znacznych granicach, w przeciwieństwie do innych składników powietrza: na powierzchni ziemi waha się od setnych części procenta do kilku procent (od 0,2% na szerokościach polarnych do 2,5% na równiku, a na w niektórych przypadkach waha się od prawie 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 i przez transpirację z roślin, i pojawia się w różnych ilościach w różnych miejscach i czasie. 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.

Najważniejsze procesy pogodowe i cechy klimatu związane są z parą wodną występującą w powietrzu i jej przejściami ze stanu gazowego do ciekłego i stałego. 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 sama emituje promieniowanie podczerwone, którego większość trafia do powierzchni ziemi. Ogranicza to nocne ochłodzenie powierzchni ziemi, a co za tym idzie, także dolnych warstw powietrza.

Na odparowanie wody z powierzchni ziemi zużywane są duże ilości ciepła, 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 . Na każde 10° wzrostu temperatury elastyczność nasycenia wzrasta w przybliżeniu dwukrotnie.

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 stosunku rzeczywistej elastyczności mi pary wodnej w powietrzu do elastyczności nasycenia mi w tej samej temperaturze, wyrażonej procentowo, tj.

Na przykład w temperaturze 20°C 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).

Powietrze jest niezbędne wszystkim żywym organizmom: zwierzętom do oddychania i roślinom do odżywiania. Ponadto powietrze chroni Ziemię przed szkodliwym promieniowaniem ultrafioletowym Słońca. Głównymi składnikami powietrza są azot i tlen. W powietrzu znajdują się także niewielkie domieszki gazów szlachetnych, dwutlenku węgla oraz pewna ilość cząstek stałych – sadzy i pyłów. Wszystkie zwierzęta potrzebują powietrza do oddychania. Około 21% powietrza stanowi tlen. Cząsteczka tlenu (O2) składa się z dwóch związanych atomów tlenu.

Skład powietrza

Procent różnych gazów w powietrzu różni się nieznacznie w zależności od lokalizacji, pory roku i dnia. Azot i tlen są głównymi składnikami powietrza. Jeden procent powietrza składa się z gazów szlachetnych, dwutlenku węgla, pary wodnej i substancji zanieczyszczających, takich jak dwutlenek azotu. Gazy zawarte w powietrzu można oddzielić za pomocą destylacja frakcyjna. Powietrze jest schładzane, aż gazy przejdą w stan ciekły (patrz artykuł „”). Następnie ciekłą mieszaninę ogrzewa się. Każda ciecz ma swoją własną temperaturę wrzenia, a gazy powstające podczas wrzenia można zbierać osobno. Tlen, azot i dwutlenek węgla stale przedostają się z powietrza do powietrza i do niego wracają, tj. następuje cykl. Zwierzęta wdychają tlen z powietrza, a wydychają dwutlenek węgla.

Tlen

Azot

Ponad 78% powietrza stanowi azot. Białka, z których zbudowane są organizmy żywe, zawierają także azot. Głównym zastosowaniem przemysłowym azotu jest produkcja amoniaku potrzebne do nawozów. W tym celu azot łączy się z. Azot pompowany jest do opakowań do mięsa czy ryb, ponieważ... w kontakcie ze zwykłym powietrzem produkty utleniają się i psują. Narządy ludzkie przeznaczone do przeszczepów przechowywane są w ciekłym azocie, ponieważ jest on zimny i chemicznie obojętny. Cząsteczka azotu (N2) składa się z dwóch związanych atomów azotu.

Gazy szlachetne

Gazy szlachetne należą do 6 grupy 8. Są wyjątkowo obojętne chemicznie. Tylko one istnieją w postaci pojedynczych atomów, które nie tworzą cząsteczek. Część z nich ze względu na swoją bierność wykorzystywana jest do wypełniania lamp. Ksenon praktycznie nie jest używany przez ludzi, ale argon jest pompowany do żarówek, a lampy fluorescencyjne są wypełnione kryptonem. Neon miga na czerwono-pomarańczowo, gdy jest naładowany elektrycznie. Stosowany jest w sodowych latarniach ulicznych i neonach. Radon jest radioaktywny. Powstaje w wyniku rozpadu metalicznego radu. Nauka nie zna żadnych związków helu, a hel jest uważany za całkowicie obojętny. Jego gęstość jest 7 razy mniejsza od gęstości powietrza, dlatego wypełniane są nim sterowce. Balony wypełnione helem są wyposażone w sprzęt naukowy i wystrzeliwane w górne warstwy atmosfery.

Efekt cieplarniany

Tak nazywa się obecnie obserwowany wzrost zawartości dwutlenku węgla w atmosferze i wynikający z tego wzrost globalne ocieplenie, tj. wzrost średnich rocznych temperatur na całym świecie. Dwutlenek węgla zapobiega wydostawaniu się ciepła z Ziemi, podobnie jak szkło utrzymuje wysoką temperaturę wewnątrz szklarni. Im więcej dwutlenku węgla w powietrzu, tym więcej ciepła jest zatrzymywane w atmosferze. Nawet niewielkie ocieplenie powoduje podniesienie się poziomu mórz, zmianę wiatrów i topnienie części lodu na biegunach. Naukowcy uważają, że jeśli poziom dwutlenku węgla będzie rósł tak szybko, to za 50 lat średnia temperatura może wzrosnąć od 1,5°C do 4°C.

Zróbmy od razu rezerwację: azot zajmuje większość powietrza, ale skład chemiczny pozostałej części jest bardzo ciekawy i różnorodny. W skrócie lista głównych elementów jest następująca.

Podamy jednak również pewne wyjaśnienia dotyczące funkcji tych pierwiastków chemicznych.

1. Azot

Zawartość azotu w powietrzu wynosi 78% objętościowo i 75% masowo, czyli pierwiastek ten dominuje w atmosferze, ma miano jednego z najpowszechniejszych na Ziemi, a w dodatku występuje poza obszarami zamieszkania człowieka strefa - na Uranie, Neptunie i w przestrzeniach międzygwiezdnych. Ustaliliśmy już zatem, ile azotu jest w powietrzu, pozostaje jednak pytanie o jego funkcję. Azot jest niezbędny do istnienia istot żywych, wchodzi w skład:

• białka;
• aminokwasy;
• kwasy nukleinowe;
• chlorofil;
• hemoglobina itp.

Średnio około 2% żywej komórki składa się z atomów azotu, co wyjaśnia, dlaczego w powietrzu jest tak dużo azotu jako procent objętości i masy.
Azot jest także jednym z gazów obojętnych pozyskiwanych z powietrza atmosferycznego. Syntetyzuje się z niego amoniak i wykorzystuje go do chłodzenia i innych celów.

2. Tlen

Zawartość tlenu w powietrzu to jedno z najpopularniejszych pytań. Kontynuując intrygę, odejdźmy od ciekawostki: tlen odkryto dwukrotnie – w 1771 i 1774 r. jednak ze względu na różnicę w publikacjach odkrycia, zaszczyt odkrycia pierwiastka przypadł angielskiemu chemikowi Josephowi Priestleyowi, który faktycznie wyizolował drugi tlen. Zatem zawartość tlenu w powietrzu waha się w granicach 21% objętościowo i 23% masowo. Razem z azotem te dwa gazy stanowią 99% całego powietrza na Ziemi. Jednak zawartość procentowa tlenu w powietrzu jest mniejsza niż azotu, a mimo to nie doświadczamy problemów z oddychaniem. Faktem jest, że ilość tlenu w powietrzu jest optymalnie obliczona specjalnie dla normalnego oddychania; w czystej postaci gaz ten działa na organizm jak trucizna, prowadząc do trudności w funkcjonowaniu układu nerwowego, zaburzeń oddychania i krążenia krwi. . Jednocześnie brak tlenu wpływa również negatywnie na zdrowie, powodując głód tlenowy i wszystkie nieprzyjemne objawy z tym związane. Dlatego ilość tlenu zawarta w powietrzu jest potrzebna do zdrowego, pełnego oddychania.

3. Argon

Argon zajmuje trzecie miejsce w powietrzu; jest bezwonny, bezbarwny i pozbawiony smaku. Nie zidentyfikowano żadnej istotnej roli biologicznej tego gazu, ma on jednak działanie narkotyczne i jest nawet uznawany za doping. Argon pozyskiwany z atmosfery wykorzystywany jest w przemyśle, medycynie, do tworzenia sztucznej atmosfery, syntezie chemicznej, gaszeniu pożarów, tworzeniu laserów itp.

4. Dwutlenek węgla

Dwutlenek węgla tworzy atmosferę Wenus i Marsa; jego procentowa zawartość w powietrzu ziemskim jest znacznie niższa. Jednocześnie w oceanie znajduje się ogromna ilość dwutlenku węgla, który jest regularnie dostarczany przez wszystkie organizmy oddychające i jest uwalniany w wyniku pracy przemysłu. W życiu człowieka dwutlenek węgla stosowany jest w gaszeniu pożarów, przemyśle spożywczym jako gaz oraz jako dodatek do żywności E290 – środek konserwujący i spulchniający. W postaci stałej dwutlenek węgla jest jednym z najbardziej znanych czynników chłodniczych, zwanym „suchym lodem”.

5. Neon

To samo tajemnicze światło dyskotekowych świateł, jasnych znaków i nowoczesnych reflektorów wykorzystuje piąty najpopularniejszy pierwiastek chemiczny, który jest również wdychany przez człowieka – neon. Podobnie jak wiele gazów obojętnych, neon pod pewnym ciśnieniem działa na człowieka narkotycznie, jednak to właśnie ten gaz wykorzystuje się w szkoleniu nurków i innych osób pracujących pod wysokim ciśnieniem. Również mieszaniny neonu i helu wykorzystuje się w leczeniu chorób układu oddechowego, sam neon wykorzystuje się do chłodzenia, do produkcji świateł sygnalizacyjnych i tych samych neonów. Jednak wbrew stereotypowi światło neonu nie jest niebieskie, ale czerwone. Wszystkie inne kolory są wytwarzane przez lampy z innymi gazami.

6. Metan

Metan i powietrze mają bardzo starą historię: w atmosferze pierwotnej, jeszcze przed pojawieniem się człowieka, metan występował w znacznie większych ilościach. Gaz ten, obecnie wydobywany i wykorzystywany jako paliwo i surowiec w produkcji, nie jest tak szeroko rozpowszechniony w atmosferze, ale nadal jest uwalniany z Ziemi. Współczesne badania ustalają rolę metanu w oddychaniu i funkcjach życiowych organizmu ludzkiego, ale nie ma jeszcze wiarygodnych danych na ten temat.

7. Hel

Patrząc na ilość helu w powietrzu, każdy zrozumie, że ten gaz nie jest jednym z najważniejszych. Rzeczywiście trudno jest określić biologiczne znaczenie tego gazu. Poza śmiesznym zniekształceniem głosu podczas wdychania helu z balonu :) Jednak hel ma szerokie zastosowanie w przemyśle: w metalurgii, przemyśle spożywczym, do napełniania samolotów i balonów pogodowych, w laserach, reaktorach jądrowych itp.

8. Krypton

Nie mówimy o ojczyźnie Supermana :) Krypton to gaz obojętny, trzykrotnie cięższy od powietrza, obojętny chemicznie, ekstrahowany z powietrza, stosowany w lampach żarowych, laserach i wciąż aktywnie badany. Wśród ciekawych właściwości kryptonu warto zauważyć, że przy ciśnieniu 3,5 atmosfery działa on narkotycznie na ludzi, a przy 6 atmosferach nabiera ostrego zapachu.

9. Wodór

Wodór w powietrzu zajmuje 0,00005% objętościowo i 0,00008% masy, ale jednocześnie jest najpowszechniejszym pierwiastkiem we Wszechświecie. O jego historii, produkcji i zastosowaniu można napisać osobny artykuł, dlatego teraz ograniczymy się do małej listy branż: chemicznej, paliwowej, spożywczej, lotniczej, meteorologicznej, elektroenergetycznej.

10. Ksenon

Ten ostatni jest składnikiem powietrza, które początkowo uważano jedynie za domieszkę kryptonu. Jego nazwę tłumaczy się jako „obcy”, a procent treści zarówno na Ziemi, jak i poza nią jest minimalny, co doprowadziło do jego wysokich kosztów. W dzisiejszych czasach nie mogą obejść się bez ksenonu: produkcja mocnych i pulsacyjnych źródeł światła, diagnostyka i znieczulenie w medycynie, silniki statków kosmicznych, paliwo rakietowe. Ponadto ksenon wdychany znacznie obniża głos (działanie odwrotne do helu), a od niedawna wdychanie tego gazu zostało wpisane na listę środków dopingujących.