Компоненты воздуха — азот, кислород, двуокись углерода, водяной пар и другие газы
Все мы осознаем жизненно важную роль воздуха в нашем выживании. Но что такое воздух? Воздух, также известный как атмосфера, представляет собой смесь различных газов. Первое, что приходит в голову, когда мы думаем о воздухе, — это кислород, который необходим для существования жизни на Земле. Но кислород — не единственный жизненно важный элемент, из которого состоит воздух. Другие газы также играют важную роль в поддержании жизни. Давайте подробно рассмотрим состав воздуха, благодаря которому на Земле возможна жизнь.
Состав воздуха:
Воздух состоит из 78,09% азота, 20,95% кислорода, 0,93% аргона, 0,04% углекислого газа и других газов в незначительных количествах. Водяной пар также входит в состав воздуха в различных количествах вместе с частицами пыли. Молярная масса сухого воздуха или воздуха при отсутствии / небольшом количестве водяного пара в нем составляет 28,97 г / моль. Мы можем узнать среднюю молярную массу смеси газов, используя простую формулу, в которой мы суммируем молярную массу каждого газообразного компонента, умноженную на его мольную долю.
M смесь = (x1 * M1 + …… + xn * Mn), где
xi = мольная доля каждого газа
Mi = молярная масса каждого газа
Мольная доля или xi =
Количество молей этого компонентаОбщее количество молей в смесиКоличество молей этого компонентаОбщее количество молей в смеси
Основные компоненты воздуха:
Кислород:
Кислород — важнейший химический элемент, из которого состоит воздух. Он обозначен символом O и имеет атомный номер 8. Кислород — это газ с высокой реакционной способностью, который легко образует связи, известные как оксиды, с другими элементами. Он также легко воспламеняется (быстро воспламеняется). По массе кислород является самым богатым элементом во Вселенной после водорода и гелия. Если мы рассмотрим стандартную температуру, равную 273,15 К, и стандартное давление, равное 1 атм, тогда два атома кислорода объединяются, образуя одну молекулу кислорода, известную как дикислород (O₂). Кислород используется для клеточного дыхания или дыхания. Кислород необходим не только для дыхания и сгорания, он также является основным компонентом многих других важных органических молекул, из которых состоит живой организм, например, углеводов, белков, жиров, все они в некотором количестве состоят из кислорода. Кислород используется не только с точки зрения устойчивости жизни, но и в рекреационной деятельности. Например, аквалангисты зависят от искусственно производимого кислорода для дыхания под водой. Даже альпинистам, поднимающимся на более высокие высоты, требуется запас искусственного кислорода в кислородных баллонах. Как ни странно, кислород также обладает легким эйфорическим эффектом, из-за которого кислородные батончики довольно популярны в Соединенных Штатах. Помимо вышеупомянутого, кислород также имеет промышленное применение, например, при выплавке железной руды в сталь. Это процесс, при котором кислород вводится в расплавленное железо для удаления примесей. Даже альпинистам, поднимающимся на большие высоты, требуется запас искусственного кислорода в кислородных баллонах. Как ни странно, кислород также обладает легким эйфорическим эффектом, из-за чего кислородные батончики довольно популярны в Соединенных Штатах. Помимо вышеупомянутого, кислород также имеет промышленное применение, например, при выплавке железной руды в сталь. Это процесс, при котором кислород вводится в расплавленное железо для удаления примесей. Даже альпинистам, поднимающимся на большие высоты, требуется запас искусственного кислорода в кислородных баллонах. Как ни странно, кислород также обладает легким эйфорическим эффектом, из-за которого кислородные батончики довольно популярны в Соединенных Штатах. Помимо вышеупомянутого, кислород также имеет промышленное применение, например, при плавлении железной руды в сталь. Это процесс, при котором кислород вводится в расплавленное железо для удаления примесей.
Этот процесс потребляет около 55% промышленного кислорода.
Углекислый газ:
Двуокись углерода — это следовой газ с концентрацией около 0,04%. Газы, которые присутствуют в атмосфере в очень небольших количествах, известны как следовые газы. Он имеет химический символ CO₂ и атомный номер 6. Двуокись углерода образуется при дыхании, а также при разложении органических материалов. Он также производится из некоторых природных источников, таких как гейзеры, вулканы и горячие источники. При сгорании нефти и природного газа выделяется углекислый газ. CO₂ имеет множество применений. Он используется в пищевой промышленности в качестве добавки для регулирования кислотности. Он используется в безалкогольных напитках и некоторых конфетах. Он также используется в огнетушителях. Мы знаем, что кислород необходим для горения, поэтому, когда мы используем углекислый газ для тушения огня, он окружает огонь и перекрывает подачу кислорода, необходимого для горения, и, следовательно, тушит огонь. Это важный ингредиент в производстве удобрения, мочевины. Он также используется в качестве хладагента при транспортировке и хранении замороженных продуктов.
Несмотря на то, что углекислый газ является микроэлементом, его количество в воздухе постоянно увеличивается, что приводит к так называемому загрязнению воздуха. Различные виды деятельности человека, такие как вырубка лесов, сжигание ископаемого топлива и индустриализация, приводят к огромным выбросам углекислого газа в атмосферу. При вдыхании в больших количествах он также вызывает заболевания легких. Это парниковый газ, что означает, что он поглощает и излучает вредный ультрафиолетовый свет, тем самым повышая температуру окружающей среды. Это повышение температуры атмосферы в гораздо большем масштабе и есть то, что обычно называют глобальным потеплением.
Азот:
Самым распространенным чистым компонентом воздуха является азот с концентрацией 78%. Он имеет символ N и атомный номер 7. Азот производится в процессе, называемом фиксацией азота, который представляет собой непрерывный цикл между живыми организмами и атмосферой. Его также производят в промышленности путем фракционной перегонки воздуха в жидком виде. Динитроген — это молекула из двух атомов азота, связанных прочной тройной связью. Из-за тройной связи разложение N₂ затруднено, и, следовательно, процесс его разложения, который включает в себя такие процессы, как взрыв, дает огромное количество полезной энергии. Азот присутствует в живых организмах в виде нуклеиновых кислот и аминокислот. Искусственно произведенный азот также является очень важным компонентом удобрений. Азот также находит применение в медицине, первичное использование в различных лекарствах и даже в антибиотиках. Азот — нетоксичный газ, но когда он выделяется в замкнутом пространстве, он может вытеснять кислород, что может привести к ситуации асфиксии.
Аргон:
При концентрации 0,93% аргон является третьим по распространенности элементом в атмосфере. Это благородный газ. Аргон обозначается символом Ar и имеет атомный номер 18. Естественно, аргон образуется из-за изотопа калия K-40. Промышленно его получают путем фракционной перегонки жидкого воздуха. Аргон применяется в основном в среде, где вещества, которые обычно не вступают в реакцию, становятся реактивными, например, он используется в графитовых печах для предотвращения возгорания самого графита. Также используется как люминесцентная лампа. Чтобы предотвратить окисление нитей при высокой температуре, они заполнены аргоном. Поскольку аргон — это газ без цвета, вкуса и запаха, часто очень трудно обнаружить его присутствие. В медицинских приложениях, аргон используется в качестве синего лазера для лечения дефектов глаз и часто для уничтожения опухолей. Он также используется для получения голубовато-зеленого лазера.
Водяной пар:
Концентрация водяного пара в атмосфере варьируется от 0,01% до 4,24% в зависимости от температуры. Когда мы дышим, мы также выделяем некоторое количество водяного пара. Во многих химических реакциях водяной пар выделяется как побочный продукт. Помимо углекислого газа и метана, водяной пар также способствует парниковому эффекту, поскольку он поглощает и излучает радиацию. Водяной пар используется в качестве пара, который помогает в приготовлении пищи, а также в производстве энергии. Водяной пар также используется в качестве «подъемного газа», поскольку его плотность ниже, чем у воздуха. Например, он используется в воздушных шарах в виде пара, так что его давление пара намного больше, чем у окружающей атмосферы, так что форма воздушного шара может быть сохранена.
Частицы пыли:
Мелкие твердые частицы известны как частицы пыли. Атмосферная пыль также известна как эоловая. Эти частицы состоят из частиц, которые возникают в результате извержений вулканов, загрязнения или почвы. Эти частицы пыли также содержат в небольших количествах пыльцу, волосы людей и животных, частицы сажи. Пыль, осевшая на дорогах, также разносится по воздуху из-за постоянного движения транспортных средств. Угольная пыль вызывает респираторные заболевания. Частицы пыли также вызывают у некоторых людей аллергию. Если в атмосфере присутствует большое количество частиц пыли, это также может ухудшить видимость и создать угрозу безопасности. Частицы пыли также могут забивать фильтры автомобиля и влиять на его эффективность. Чтобы уменьшить количество пыли в атмосфере, можно использовать различные методы. Использование устройств для фильтрации воздуха — один из методов обеспечения чистоты воздуха. В настоящее время также используются пыленепроницаемые материалы, чтобы предотвратить осаждение пыли на веществах. Подметально-уборочные машины и автомобили с установленными пылесосами используются для очистки от осевшей на дороге пыли.
Выше перечислены основные составляющие воздуха. Помимо них, есть несколько других газов, которые составляют нашу атмосферу, такие как сера, неон, гелий. Часто свойства вышеупомянутых основных компонентов воздуха меняются в зависимости от различных факторов, таких как высота, температура и давление воздуха. Для того, чтобы жизнь существовала на Земле, как мы знаем, важно, чтобы существовал баланс между различными составляющими и чтобы те, которые оказывают вредное воздействие на окружающую среду, были устранены или контролировались.