Формула повітря яким ми дихаємо. Хімічний склад повітря та його гігієнічне значення

Повітря – це природна сумішрізних газів. Найбільше в ньому містяться такі елементи, як азот (близько 77%) та кисень, менше 2% складають аргон, вуглекислий газ та інші інертні гази.

Кисень, або О2 – другий елемент періодичної таблиці та найважливіший компонент, без якого навряд чи існувало б життя на планеті. Він бере участь у різноманітних процесах, Від яких залежить життєдіяльність всього живого.

Вконтакте

Склад повітря

О2 виконує функцію окислювальних процесів у людському тіліякі дозволяють виділити енергію для нормальної життєдіяльності. У стані спокою людський організм вимагає близько 350 мілілітрів кисню, при важких фізичних навантаженнях це значення зростає втричі-вчетверо.

Скільки відсотків кисню у повітрі, яким ми дихаємо? Норма дорівнює 20,95% . Повітря, що видихається, містить меншу кількість О2 - 15,5-16%. Склад видихуваного повітря також включає вуглекислий газ, азот та інші речовини. Подальше зниження відсоткового вмісту кисню призводить до порушення роботи, а критичне значення 7-8% викликає летальний кінець.

З таблиця можна зрозуміти, наприклад, що в повітрі, що видихається міститься дуже багато азоту і додаткових елементів, а ось О2 всього 16,3%. Вміст кисню у повітрі, що вдихається, приблизно становить 20,95%.

Важливо зрозуміти, що є такий елемент, як кисень. О2 - найбільш поширений на землі хімічний елемент, який не має кольору, запаху та смаку. Він виконує найважливішу функцію окислення.

Без восьмого елемента періодичної таблиці не можна добути вогонь. Сухий кисень дозволяє покращити електричні та захисні властивості плівок, зменшувати їх об'ємний заряд.

Цей елемент міститься в таких з'єднаннях:

1. Силікати – у них є приблизно 48% О2.
2. (морська та прісна) – 89%.
3. Повітря – 21%.
4. Інші сполуки у земній корі.

Повітря містить у собі як газоподібні речовини, а й пари та аерозолі, а також різні забруднюючі домішки. Це може бути пил, бруд, інше різне дрібне сміття. У ньому містяться мікробиякі можуть викликати різні захворювання. Грип, кір, кашлюк, алергени та інші хвороби – це лише малий перелік негативних наслідків, які виникають при погіршенні якості повітря та підвищенні рівня хвороботворних бактерій.

Відсоткове співвідношення повітря – це кількість всіх елементів, що входять до його складу. Показати наочно, з чого складається повітря, а також відсоток кисню у повітрі зручніше на діаграмі.

Діаграма відображає, якого газу більше міститься в повітрі. Значення, наведені на ній, будуть трохи відрізнятися для повітря, що вдихається і видихається.

Діаграма – співвідношення повітря.

Виділяють кілька джерел, з яких утворюється кисень:

1. Рослини. Ще зі шкільного курсу біології відомо, що рослини виділяють кисень при поглинанні вуглекислого газу.
2. Фотохімічне розкладання водяної пари. Процес спостерігається під впливом сонячного випромінювання у верхньому шарі атмосфери.
3. Перемішування потоків повітря у нижніх атмосферних шарах.

Функції кисню в атмосфері та для організму

Для людини велике значення має так зване парціальний тиск, яке міг би виробляти газ, якби займав весь об'єм суміші, що займає. Нормальний парціальний тиск на висоті 0 метрів над рівнем моря становить 160 міліметрів ртутного стовпа. Збільшення висоти спричиняє зменшення парціального тиску. Цей показник важливий, тому що від нього залежить надходження кисню у всі важливі органи та .

Кисень нерідко використовується для лікування різних захворювань. Кисневі балони, інгалятори допомагають органам людини нормально функціонувати за наявності кисневого голодування.

Важливо!На склад повітря впливає багато факторів, відповідно, може змінюватися відсоток кисню. Негативна екологічна ситуація призводить до погіршення якості повітря. У мегаполісах та великих міських поселеннях пропорція вуглекислого газу (СО2) буде більшою, ніж у невеликих поселеннях або на лісових та заповідних територіях. Великий вплив має і висота – відсотковий вміст кисню буде меншим у горах. Можна розглянути наступний приклад - на горі Еверест, яка досягає висоти 8,8 км, концентрація кисню в повітрі буде нижчою в 3 рази, ніж у низині. Для безпечного перебування на високогірних вершинах потрібно використовувати маски кисню.

Склад повітря змінювався протягом років. Еволюційні процеси, природні катаклізми призвели до змін у , тому зменшився відсоток кисню, необхідний нормальної роботи біоорганізмів. Можна розглянути кілька історичних етапів:

1. Доісторична доба. Саме тоді концентрація кисню у атмосфері становила близько 36%.
2. 150 років тому О2 займав 26%від загального повітряного складу.
3. В даний час концентрація кисню в повітрі становить трохи менше 21%.

Подальший розвиток навколишнього світу може призвести до подальшої зміни складу повітря. Найближчим часом малоймовірно, що концентрація О2 може бути нижчою за 14%, оскільки це викличе порушення роботи організму.

До чого призводить нестача кисню

Мале надходження найчастіше спостерігається в задушливому транспорті, приміщенні, що погано провітрюється, або на висоті . Зниження рівня вмісту кисню в повітрі може спричинити негативний вплив на організм. Відбувається виснаження механізмів, найбільше впливає нервова система. Причин, через які організм страждає від гіпоксії, можна виділити кілька:

1. Кров'яна нестача. Викликається при отруєнні чадним газом. Подібна ситуація знижує кисневу складову крові. Це небезпечно тим, що кров припиняє доставити кисень до гемоглобіну.
2. Циркуляторна нестача. Вона можлива при діабеті, серцевій недостатності. У такій ситуації погіршується чи стає неможливим транспорт крові.
3. Гістотоксичні фактори, що впливають на організм, можуть спричинити втрату здатності поглинати кисень. Виникає при отруєнні отрутамиабо через вплив тяжких.

По ряду симптомів можна зрозуміти, що організму потрібно О2. В першу чергу підвищується частота дихання. Також зростає частота серцевих скорочень. Ці захисні функції покликані поставити кисень у легені та забезпечити їм кров та тканини.

Нестача кисню викликає головний біль, підвищену сонливість, погіршення концентрації Поодинокі випадки не такі страшні, їх досить просто підкоригувати. Для нормалізації дихальної недостатності лікар виписує бронхорозширювальні ліки та інші засоби. Якщо ж гіпоксія набуває важких форм, таких як втрата координації людини або навіть коматозний станте лікування ускладнюється.

Якщо виявлено симптоми гіпоксії, важливо негайно звернутися до лікаряі займатися самолікуванням, оскільки застосування тієї чи іншої лікарського засобу залежить від причин порушення. Для легких випадків допомагає лікування кисневими маскамита подушками, кров'яна гіпоксія вимагає переливання крові, а коригування циркулярних причин можливе лише при операції на серці або судини.

Неймовірна подорож кисню по нашому організму

Висновок

Кисень – найважливіша складова повітря, без якої неможливе здійснення багатьох процесів на Землі. Повітряний склад змінювався протягом десятків тисяч років через еволюційні процеси, але в даний час кількість кисню в атмосфері досягла значення у 21%. Якість повітря, яким дихає людина, впливає на його здоров'я,тому необхідно стежити за його чистотою у приміщенні та постаратися скоротити забруднення навколишнього середовища.

Будова та склад атмосфери Землі, треба сказати, не завжди були постійними величинами в той чи інший період розвитку нашої планети. Сьогодні вертикальна будова цього елемента, що має загальну «товщину» 1,5-2,0 тис. км, представлена ​​кількома основними шарами, у тому числі:

1. Тропосфера.
2. Тропопаузою.
3. Стратосфера.
4. Стратопаузою.
5. Мезосферою та мезопаузою.
6. Термосфера.
7. Екзосферою.

Основні елементи атмосфери

Тропосфера є шаром, у якому спостерігаються сильні вертикальні та горизонтальні рухи, саме тут формується погода, осадові явища, кліматичні умови. Вона простягається на 7-8 кілометрів від поверхні планети майже повсюдно, крім полярних регіонів (там - до 15 км). У тропосфері спостерігається поступове зниження температури, приблизно 6,4°З кожним кілометром висоти. Цей показник може відрізнятися для різних широт та пір року.

Склад атмосфери Землі у цій частині представлений такими елементами та його відсотковими частками:

Азот – близько 78 відсотків;

Кисень – майже 21 відсоток;

Аргон – близько одного відсотка;

Вуглекислий газ – менше 0.05%.

Єдиний склад до висоти 90 км

Крім того, тут можна знайти пил, крапельки води, водяну пару, продукти горіння, кристалики льоду, морські солі, безліч аерозольних частинок та ін. Такий склад атмосфери Землі спостерігається приблизно до дев'яноста кілометрів висоти, тому повітря приблизно однакове за хімічним складом, не тільки у тропосфері, а й у вищележачих шарах. Але там атмосфера має інші фізичні характеристики. А шар, який має загальний хімічний склад, називають гомосферою.

Які елементи входять до складу атмосфери Землі? У відсотках (за обсягом, у сухому повітрі) тут представлені такі гази як криптон (близько 1.14 х 10 -4), ксенон (8.7 х 10 -7), водень (5.0 х 10 -5), метан (близько 1.7 х 10 -4) 4), закис азоту (5.0 х 10 -5) та ін. У відсотках по масі з перерахованих компонентів найбільше закису азоту і водню, далі слідує гелій, криптон та ін.

Фізичні властивості різних атмосферних верств

Фізичні властивості тропосфери тісно пов'язані з її приляганням до планети. Звідси відбите сонячне тепло у формі інфрачервоних променів прямує назад нагору, включаючи процеси теплопровідності та конвекції. Саме тому із віддаленням від земної поверхні падає температура. Таке явище спостерігається до висоти стратосфери (11-17 кілометрів), потім температура стає практично незмінною до позначки 34-35 км, і далі йде знову зростання температур до висот 50 кілометрів (верхня межа стратосфери). Між стратосферою та тропосферою є тонкий проміжний шар тропопаузи (до 1-2 км), де спостерігаються постійні температури над екватором – близько мінус 70°С та нижче. Над полюсами тропопауза «прогрівається» влітку до мінус 45°С, взимку температури тут коливаються біля позначки -65°С.

Газовий склад атмосфери Землі включає такий важливий елемент, як озон. Його відносно трохи біля поверхні (десять мінус шостої від відсотка), оскільки газ утворюється під впливом сонячних променів з атомарного кисню у верхніх частинах атмосфери. Зокрема, найбільше озону на висоті близько 25 км, а весь озоновий екран розташований в областях від 7-8 км в області полюсів, від 18 км на екваторі і до п'ятдесяти кілометрів загалом над поверхнею планети.

Атмосфера захищає від сонячної радіації

Склад повітря атмосфери Землі грає дуже важливу роль у збереженні життя, так як окремі хімічні елементи і композиції вдало обмежують доступ сонячної радіації до земної поверхні і людей, тварин, рослин, що живуть на ній. Наприклад, молекули водяної пари ефективно поглинають майже всі діапазони інфрачервоного випромінювання, крім довжин в інтервалі від 8 до 13 мкм. Озон же поглинає ультрафіолет аж до довжини хвиль в 3100 А. Без його тонкого шару (складе всього в середньому 3 мм, якщо його розташувати на поверхні планети) живуть можуть лише води на глибині більше 10 метрів і підземні печери, куди не доходить сонячна радіація .

Нуль за Цельсієм у стратопаузі

Між двома наступними рівнями атмосфери, стратосферою та мезосферою, існує чудовий шар – стратопауза. Він відповідає приблизно висоті озонних максимумів і тут спостерігається відносно комфортна для людини температура - близько 0°С. Вище стратопаузи, у мезосфері (починається десь на висоті 50 км і закінчується на висоті 80-90 км), спостерігається знову ж таки падіння температур зі збільшенням відстані від поверхні Землі (до мінус 70-80°С). У мезосфері зазвичай повністю згоряють метеори.

У термосфері – плюс 2000 К!

Хімічний склад атмосфери Землі в термосфері (починається після мезопаузи з висот близько 85-90 до 800 км) визначає можливість такого явища, як поступове нагрівання шарів дуже розрідженого «повітря» під впливом сонячного випромінювання. У цій частині «повітряного покривала» планети зустрічаються температури від 200 до 2000 К, які у зв'язку з іонізацією кисню (понад 300 км знаходиться атомарний кисень), а також рекомбінацією атомів кисню в молекули, що супроводжується виділенням великої кількості тепла. Термосфера – це місце виникнення полярних сяйв.

Вище термосфери знаходиться екзосфера - зовнішній шар атмосфери, з якого легкі атоми водню, що швидко переміщаються, можуть йти в космічний простір. Хімічний склад атмосфери Землі тут представлений більше окремими атомами кисню в нижніх шарах, атомами гелію в середніх і майже виключно атомами водню - у верхніх. Тут панують високі температури – близько 3000 К та відсутній атмосферний тиск.

Як утворилася земна атмосфера?

Але, як згадувалося вище, такий склад атмосфери планета мала який завжди. Усього існує три концепції походження цього елемента. Перша гіпотеза припускає, що атмосфера була взята в процесі акреції з протопланетної хмари. Однак сьогодні ця теорія піддається суттєвій критиці, оскільки така первинна атмосфера повинна була бути зруйнована сонячним вітром від світила в нашій планетній системі. Крім того, передбачається, що леткі елементи не могли утриматися в зоні утворення планет за типом земної групи через занадто високі температури.

Склад первинної атмосфери Землі, як передбачає друга гіпотеза, міг бути сформований за рахунок активного бомбардування поверхні астероїдами та кометами, які прибули з околиць Сонячної системи на ранніх етапах розвитку. Підтвердити чи спростувати цю концепцію досить складно.

Експеримент у ІДГ РАН

Найправдоподібнішою є третя гіпотеза, яка вважає, що атмосфера з'явилася в результаті виділення газів з мантії земної кори приблизно 4 млрд. років тому. Цю концепцію вдалося перевірити в ІДГ РАН в ході експерименту під назвою «Царів 2», коли у вакуумі розігріли зразок речовини метеорного походження. Тоді було зафіксовано виділення таких газів як Н 2 , СН 4 , СО, Н 2 О, N 2 та ін. Тому вчені справедливо припустили, що хімічний склад первинної атмосфери Землі включав водяний і вуглекислий газ, пари фтороводню (HF), чадного газу (CO), сірководню (H 2 S), сполук азоту, водень, метан (СН 4), пари аміаку (NH 3), аргон та ін. у зв'язаному стані в органічних речовинах і гірських породах азот перейшов до складу сучасного повітря, а також знову в осадові породи та органічні речовини.

Склад первинної атмосфери Землі не дозволив би сучасним людям перебувати у ній без дихальних апаратів, оскільки кисню у необхідних кількостях тоді був. Цей елемент у значних обсягах з'явився півтора мільярда років тому, як вважають, у зв'язку з розвитком процесу фотосинтезу у синьо-зелених та інших водоростей, які є найдавнішими мешканцями нашої планети.

Мінімум кисню

На те, що склад атмосфери Землі спочатку був майже безкисневим, вказує на те, що в найдавніших (катархейських) породах знаходять легкоокислюваний, але не окислений графіт (вуглець). Згодом з'явилися так звані полосчасті залізні руди, які включали прошарки збагачених оксидів заліза, що означає появу на планеті потужного джерела кисню в молекулярній формі. Але ці елементи траплялися лише періодично (можливо, ті ж водорості чи інші продуценти кисню з'явилися невеликими острівцями в безкисневій пустелі), тоді як світ був анаеробним. На користь останнього говорить те, що пірит, що легко окислюється, знаходили у вигляді гальки, обробленої течією без слідів хімічних реакцій. Оскільки текучі води неможливо знайти погано аэрированными, виробилася думка, що атмосфера на початок кембрія містила менше відсотка кисню від сьогоднішнього складу.

Революційна зміна складу повітря

Приблизно в середині протерозою (1,8 млрд років тому) відбулася «киснева революція», коли світ перейшов до аеробного дихання, в ході якого з однієї молекули поживної речовини (глюкоза) можна отримувати 38, а не дві (як при анаеробному диханні) одиниці енергії. Склад атмосфери Землі, у частині кисню, став перевищувати один відсоток від сучасного, став виникати озоновий шар, який захищає організми від радіації. Саме від неї «ховалися» під товстими панцирями, наприклад такі древні тварини, як трилобіти. З того часу і до нашого часу зміст основного «дихального» елемента поступово і повільно зростав, забезпечуючи різноманітність форм життя на планеті.

Повітря – природна суміш газів

При слові «повітря» більшості з нас мимоволі спадає на думку, можливо, дещо наївне зіставлення: повітря – це те, чим дихають. Справді, в етимологічному словнику російської вказується, що слово «повітря» запозичене з церковно-слов'янської мови: «воздыхать». З біологічної точки зору, повітря, отже, є середовищем для підтримки життя за рахунок кисню. У складі повітря могло б і не бути кисню – життя все одно розвивалося в анаеробних формах. Але повна відсутність повітря, мабуть, виключає, можливість існування будь-яких організмів.

Для фізиків повітря – насамперед земна атмосфера та газова оболонка, що оточує землю.

А що ж уявляє саме повітря з погляду хімії?

Багато сил, праці та терпіння знадобилося вченим, щоб розкрити цю загадку природи, що повітря – не самостійна речовина, як вважалося ще понад 200 років тому, а є складною сумішшю газів. Вперше висловився про складний склад повітря вчений художник Леонардо да Вінчі (XV століття).

Близько 4 мільярдів років тому атмосфера Землі складалася здебільшого з вуглекислого газу. Поступово він розчинявся у воді, реагував з гірськими породами, утворюючи карбонати та гідрокарбонати кальцію та магнію. З появою зелених рослин цей процес протікав набагато швидше. На момент появи людини вуглекислий газ, необхідний рослинам вже став дефіцитом. Його концентрація у повітрі на початок промислової революції становила лише 0,029%. Протягом 1,5 млд років вміст кисню поступово збільшувався.

Хімічний склад повітря

Вперше встановив кількісний склад повітря французький вчений Антуан Лоран Лавуазьє. За результатами свого відомого 12-денного досвіду він зробив висновок, що все повітря в цілому складається з кисню, придатного для дихання та горіння, та азоту, неживого газу, у пропорціях 1/5 та 4/5 обсягу відповідно. Він нагрівав металеву ртуть у реторті на жаровні протягом 12 діб. Кінець реторти було підведено під дзвін, поставлений у посудину з ртуттю. В результаті рівень ртуті у дзвоні піднявся приблизно на 1/5. На поверхні ртуті у реторті утворилася речовина оранжевого кольору – оксид ртуті. Газ, що залишився під дзвоном, був непридатний для дихання. Вчений запропонував «життєве повітря» перейменувати на «кисень», оскільки за згорянні в кисні більшість речовин перетворюється на кислоти, а «задушливе повітря» – на «азот», т.к. він не підтримує життя, шкодить життю.

Досвід Лавуазьє

Основним із складових повітря для нас є кисень, його у повітрі 21% за обсягом. Розведений кисень великою кількістю азоту – 78% від обсягу повітря та порівняно невеликим обсягом благородних інертних газів – їх близько 1%. Входять до складу повітря також змінні складові – оксид вуглецю (IV) або вуглекислий газ та водяна пара, кількість яких залежить від різних причин. Ці речовини потрапляють у атмосферу природним шляхом. При виверженні вулканів в атмосферу потрапляють сірчистий газ, сірководень та елементарна сірка. Пилові бурі сприяють появі повітря пилу. Оксиди азоту потрапляють в атмосферу та при грозових електричних розрядах, під час яких азот та кисень повітря реагують один з одним, або в результаті діяльності ґрунтових бактерій, здатних вивільняти оксиди азоту з нітратів; сприяють цьому і лісові пожежі та горіння торфовищ. Процеси руйнування органічних речовин супроводжуються утворенням різних газоподібних сполук сірки. Вода у складі повітря визначає його вологість. В інших речовин роль негативна: вони забруднюють атмосферу. Наприклад, вуглекислого газу багато у повітрі міст, позбавлених зелені, водяної пари – над поверхнею океанів та морів. У повітрі міститься невелика кількість оксиду сірки (IV) чи сірчистого газу, аміаку, метану, оксиду азоту (I) чи закису азоту, водню. Особливо насичене ними повітря поблизу промислових підприємств, газонафтових родовищ чи вулканів. У верхніх шарах атмосфери є ще один газ – озон. Літає в повітрі і різноманітна пилюка, яку ми можемо легко помітити, дивлячись збоку на тонкий промінь світла, що потрапляє через штору в затемнену кімнату.

Постійні складові гази повітря:

· Кисень

· Азот

· Інертні гази

Змінні складові гази повітря:

· Оксид вуглецю (IV)

· Озон

· Інші

Висновок.

1. Повітря – природна суміш газоподібних речовин, у якій кожна речовина має та зберігає свої фізичні та хімічні властивості, тому повітря можна розділити.

2. Повітря - це безбарвний газоподібний розчин, щільність - 1,293г/л, при температурі -190 0 С він переходить у рідкий стан. Рідке повітря представляє блакитну рідину.

3. Живі організми тісно пов'язані з речовинами повітря, які мають певний вплив на них. І водночас живі організми впливають нею, оскільки виконують певні функції: окислювально-відновну – окислюють, наприклад вуглеводи до вуглекислого газу та відновлюють його до вуглеводів; газову – поглинають та виділяють гази.

Таким чином, живі організми створили у минулому та підтримують мільйони років атмосферу нашої планети.

Забруднення атмосфери - привнесення в атмосферне повітря нових нехарактерних йому фізичних, хімічних і біологічних речовин чи зміна природної середньорічної концентрації цих речовин у ньому.

У процесі фотосинтезу з атмосфери видаляється вуглекислий газ, а процесах дихання і гниття повертається. Встановлена ​​в ході еволюції планети рівновага між цими двома газами стала порушуватися, особливо в другій половині XX ст., коли посилювався вплив людини на природу. Поки що природа справляється з порушеннями цієї рівноваги завдяки воді океану та його водоростям. Але чи надовго вистачить сили у природи?

Схема. Забруднення атмосфери

Основні забруднювачі атмосферного повітря у Росії

Кількість машин безперервно зростає, особливо у великих містах, відповідно, зростає викид у повітря шкідливих речовин. «На совісті» автомобілів 60% викидів шкідливих речовин у місті!
Підприємства теплоенергетики Росії викидають в атмосферу до 30% забруднювачів, а ще 30% - внесок промисловості (чорна та кольорова металургія, нафтовидобуток та нафтопереробка, хімічна промисловість та виробництво будівельних матеріалів). Рівень забруднення атмосфери природними джерелами є тлом ( 31–41% ), він мало змінюється з часом ( 59–69% ). Нині глобального характеру набула проблема антропогенного забруднення атмосфери. Які ж речовини-забруднювачі, небезпечні для живого, потрапляють в атмосферу? Це кадмій, свинець, ртуть, миш'як, мідь, сажа, меркаптани, фенол, хлор, сірчана та азотна кислоти та інші речовини. Деякі з названих речовин ми вивчатимемо надалі, дізнаємося про їх фізичні та хімічні властивості і поговоримо про руйнівну силу, що таїться в них, для нашого здоров'я.

Масштаби екологічного забруднення планети.

У яких країнах світу повітря найбільше забруднене вихлопними газами транспорту?
Найбільша небезпека забруднення атмосфери вихлопними газами загрожує країнам із потужним автопарком. Наприклад, у США на автотранспорт припадає приблизно 1/2 всіх шкідливих викидів в атмосферу (до 50 млн. т щорічно). Автопарк Західної Європи щорічно викидає у повітря до 70 млн. т шкідливих речовин, причому в Німеччині, наприклад, 30 млн. автомобілів дають 70% загального обсягу шкідливих викидів. У Росії становище посилюється тим, що машини, що у експлуатації, відповідають екологічним нормам лише з 14,5%.
Забруднює атмосферу та повітряний транспорт шлейфами вихлопів від багатьох тисяч літаків. Згідно з експертними оцінками, в результаті діяльності світового автопарку (а це близько 500 млн двигунів) в атмосферу щорічно надходить лише вуглекислий газ 4,5 млрд т.
Чим небезпечні ці забруднювачі? Важкі метали – свинець, кадмій, ртуть – шкідливо впливають на нервову систему людини, чадний газ – на склад крові; сірчистий газ, взаємодіючи з водою дощів та снігів, перетворюється на кислоту та викликає кислотні дощі. Які ж масштаби цих забруднень? Головні регіони поширення кислотних дощів – США, Західна Європа, Росія. Останнім часом до них слід зарахувати і промислові райони Японії, Китаю, Бразилії, Індії. З поширенням кислотних опадів пов'язане поняття транскордонності – відстань між районами їх утворення та районами випадання може становити сотні та навіть тисячі кілометрів. Наприклад, головний «винуватець» кислотних дощів на півдні Скандинавії – промислові райони Великобританії, Бельгії, Нідерландів та Німеччини. У канадські провінції Онтаріо та Квебек кислотні дощі переносяться із сусідніх районів США. На територію Росії ці опади переносяться із Європи західними вітрами.
Неблагополучна екологічна ситуація склалася на північному сході Китаю, в тихоокеанському поясі Японії, міста Мехіко, Сан-Паулу, Буенос-Айрес. У Росії її 1993 р. в 231 місті із загальним населенням 64 млн.человек вміст шкідливих речовин, у повітрі перевищувало норми. У 86 містах 40 млн осіб проживають в умовах, коли забруднення перевищують норми в 10 разів. Серед цих міст Брянськ, Череповець, Саратов, Уфа, Челябінськ, Омськ, Новосибірськ, Кемерово, Новокузнецьк, Норильськ, Ростов. За кількістю шкідливих викидів перше місце Росії займає Уральський регіон. Так, у Свердловській області стан атмосфери не відповідає нормам на 20 територіях, де мешкає 60% населення. У м. Карабаші Челябінської області мідеплавильний завод щорічно викидає в атмосферу по 9 т шкідливих сполук кожного жителя. Частота захворювань на рак тут становить 338 випадків на 10 тис. жителів.
Тривожна ситуація склалася також у Поволжі, Півдні Західного Сибіру, ​​у Росії. В Ульяновську більше, ніж у середньому по Росії, люди страждають на захворювання верхніх дихальних шляхів. Захворюваність на рак легенів з 1970 р. зросла в 20 разів, у місті зареєстрований один із найвищих рівнів дитячої смертності в Росії.
У Дзержинську на обмеженій території зосереджено велику кількість хімічних підприємств. За останні 8 років тут сталося 60 викидів сильнодіючих отруйних речовин в атмосферу, що призводили до надзвичайних ситуацій, що в ряді випадків спричинили загибель людей. У Поволжі до 300 тис. т сажі, золи, кіптяви, оксидів вуглецю обрушуються на мешканців міст щорічно. Москва займає 15 місце серед міст Росії за сумарним рівнем забруднення атмосферного повітря.

На відміну від гарячих та холодних планет нашої Сонячної системи, на планеті Земля існують умови, що дають можливість життя у певній формі. Однією з головних умов є склад атмосфери, який дає усьому живому можливість вільно дихати і захищає від смертельного випромінювання, що панує у космосі.

З чого складається атмосфера

Атмосфера Землі складається з багатьох газів. Здебільшого який займає 77%. Газ, без якого немислиме життя Землі, займає набагато менший обсяг, вміст кисню у повітрі дорівнює 21 % від обсягу атмосфери. Останні 2% - суміш різних газів, включаючи аргон, гелій, неон, криптон та інші.

Атмосфера Землі піднімається висоту 8 тис. км. Повітря, придатне для дихання, є тільки в нижньому шарі атмосфери, в тропосфері, що досягає на полюсах - 8 км, нагору, а над екватором - 16 км. Зі збільшенням висоти повітря стає більш розрідженим і тим більше відчутна нестача кисню. Щоб розглянути, який вміст кисню в повітрі буває різною висотою, наведемо приклад. На піку Евересту (висота 8848 м) повітря вміщує цього газу втричі менше, ніж над рівнем моря. Тому підкорювачі високогірних вершин - альпіністи - можуть піднятися з його вершину лише у кисневих масках.

Кисень – головна умова виживання на планеті

На початку існування Землі повітря, яке її оточувало, не мало цього газу у своєму складі. Це цілком підходило для життя найпростіших – одноклітинних молекул, що плавали в океані. Їм кисень не був потрібен. Процес почався приблизно 2 млн років тому, коли перші живі організми в результаті реакції фотосинтезу почали виділяти малі дози цього газу, отриманого в результаті хімічних реакцій, спочатку в океан, потім в атмосферу. Життя розвинулося на планеті і набуло різноманітних форм, більшість з яких не дожили до наших часів. Деякі організми з часом пристосувалися до життя із новим газом.

Вони навчилися використовувати його силу безпечно всередині клітини, де вона виступала в ролі електростанції, щоб видобувати енергію з їжі. Такий спосіб використання кисню називається диханням, і ми це робимо щомиті. Саме дихання дало можливість появи більш складних організмів і людей. За мільйони років вміст у повітрі кисню злетів до сучасного рівня - близько 21%. Нагромадження цього газу атмосфері сприяло створенню озонового шару висоті 8-30 км від землі. Водночас планета отримала захист від згубної дії ультрафіолетових променів. Подальша еволюція життєвих форм на воді та на суші стрімко зросла внаслідок збільшення фотосинтезу.

Анаеробне життя

Хоча деякі організми адаптувалися до рівня газу, що підвищується, багато з найпростіших форм життя, які існували на Землі, зникли. Інші організми вижили, ховаючись від кисню. Деякі з них сьогодні живуть у корінні бобових, використовуючи азот з повітря для побудови амінокислот для рослин. Смертельний організм ботулізму – ще один "біженець" від кисню. Він спокійно виживає у вакуумних упаковках із консервованими продуктами.

Який кисневий рівень оптимальний для життя

Передчасно народжені малюки, легені яких ще повністю розкриті для дихання, потрапляють у спеціальні інкубатори. Вони вміст кисню повітря за обсягом вище, і замість звичайних 21 % тут встановлено його рівень 30-40 %. Малюки, які мають серйозні проблеми дихання, оточуються повітрям із стовідсотковим рівнем кисню, щоб запобігти пошкодженню дитячого мозку. Знаходження в таких обставинах удосконалює кисневий режим тканин, що перебувають у стані гіпоксії, приводить до норми їх життєві функції. Але його надмірна кількість у повітрі так само небезпечна, як і недолік. Надмірна кількість кисню в крові дитини може призвести до пошкодження кровоносних судин в очах та спровокувати втрату зору. Це показує двоїстість властивостей газу. Ми повинні дихати їм, щоб жити, але його надлишок іноді може стати отрутою для організму.

Процес окислення

При з'єднанні кисню з воднем або вуглецем відбувається реакція, іменована окисленням. Цей процес змушує органічні молекули, що є основою життя, розпадатися. У людському організмі окислення проходить в такий спосіб. Еритроцити крові збирають кисень з легенів та розносять його по всьому тілу. Відбувається процес руйнування молекул їжі, що ми вживаємо. Цей процес звільняє енергію, воду та залишає діосксид вуглецю. Останній виводиться клітинами крові назад у легені, і ми видихаємо його у повітря. Людина може задихнутися, якщо їй завадити дихати довше, ніж 5 хвилин.

Дихання

Розглянемо вміст кисню у повітрі, що вдихається. Атмосферне повітря, що потрапляє ззовні в легені при вдиханні, називається вдихається, а повітря, що виходить назовні через дихальну систему при видиху, - видихається.

Він є сумішшю повітря, що заповнювало альвеоли, з тим, що знаходиться в дихальних шляхах. Хімічний склад повітря, який здорова людина вдихає та видихає у природних умовах, практично не змінюється та виражається такими цифрами.

Кисень – головна для життя складова повітря. Зміни кількості цього газу атмосфері невеликі. Якщо біля моря вміст у повітрі кисню вміщує до 20,99 %, то навіть у дуже забрудненому повітрі індустріальних міст його рівень не знижується нижче 20,5 %. Такі зміни не впливають на людський організм. Фізіологічні порушення виявляються тоді, коли відсотковий вміст кисню повітря попадає до 16-17 %. При цьому спостерігається явна веде до різкого падіння життєдіяльності, а при вмісті в повітрі кисню 7-8% можливий летальний кінець.

Атмосфера у різні епохи

Склад атмосфери завжди впливав на еволюцію. У різні геологічні часи через природні катаклізми спостерігалися підйоми або падіння рівня кисню, і це спричиняло зміну біосистеми. Приблизно 300 мільйонів років тому вміст його в атмосфері піднявся до 35%, при цьому спостерігалося заселення планети комахами гігантських розмірів. Найбільше вимирання живих істот історія Землі сталося близько 250 мільйонів років тому вони. Під час нього більш ніж 90% жителів океану та 75% жителів суші загинуло. Одна з версій масового вимирання свідчить, що виною тому виявився низький вміст повітря кисню. Кількість цього газу впала до 12%, і це – у нижньому шарі атмосфери до висоти 5300 метрів. У наш час вміст кисню в атмосферному повітрі сягає 20,9 %, що у 0,7 % нижче, ніж 800 тисяч років тому. Ці цифри підтверджені вченими з Прінстонського університету, які досліджували проби Гренландського та Атлантичного льоду, що утворився на той час. Замерзла вода зберегла бульбашки повітря, і цей факт допомагає визначити рівень кисню в атмосфері.

Чому підпорядковується рівень його у повітрі

Активне поглинання його з атмосфери може бути викликане пересуванням льодовиків. Відсуваючись, вони відкривають гігантські площі органічних пластів, які споживають кисень. Ще одним приводом може бути охолодження вод Світового океану: його бактерії при зниженій температурі активніше поглинають кисень. Дослідники стверджують, що індустріальний стрибок і разом із спалювання величезної кількості палива особливого впливу у своїй не надають. Світовий океан охолоджується протягом 15 мільйонів років і кількість життєво важливого в атмосфері зменшилася незалежно від впливу людини. Ймовірно, на Землі відбуваються деякі природні процеси, що ведуть до того, що споживання кисню стає вищим за його виробництво.

Вплив людини на склад атмосфери

Поговоримо вплив людини на склад повітря. Той рівень, який ми маємо, ідеально підходить для живих істот, вміст кисню в повітрі становить 21 %. Баланс його та інших газів визначається життєвим циклом у природі: тварини видихають діоксид вуглецю, рослини використовують його та виділяють кисень.

Але немає гарантії, що такий рівень буде постійним завжди. Підвищується кількість діоксиду вуглецю, що викидається в атмосферу. Це відбувається через використання палива людством. А воно, як відомо, утворилося із скам'янілостей органічного походження і у повітря потрапляє діоксид вуглецю. А тим часом найбільші рослини нашої планети, дерева, знищуються з швидкістю, що наростає. За хвилину зникають кілометри лісу. Це означає, що частина кисню у повітрі поступово падає і вчені вже зараз б'ють на сполох. Земна атмосфера - не безмежна комора і кисень до неї ззовні не надходить. Він постійно вироблявся разом із розвитком Землі. Слід пам'ятати, що це газ виробляється рослинністю у процесі фотосинтезу з допомогою споживання вуглекислого газу. І будь-яке суттєве зменшення рослинності у вигляді знищення лісів, невідворотно знижує попадання кисню в атмосферу, тим самим порушуючи його баланс.

На сторінках блогу ми багато розповідаємо про різні хімічні речовини і суміші, але в нас ще не було розповіді про одну з найважливіших складних речовин — про повітря. Виправимо це і розповімо про повітря. У першій статті: небагато історії вивчення повітря, його хімічний склад та основні факти про нього.

Небагато історії вивчення повітря

В даний час під повітрям розуміють суміш газів, що утворюють атмосферу нашої планети. Але так було не завжди: довгий час вчені думали, що повітря це проста речовина, цілісна субстанція. І хоча багато вчених висловлювали гіпотези про складний склад повітря, далі здогадів справа не йшла до XVIII століття. Крім того, повітрю надавали філософське значення. У Стародавній Греції повітря вважалося однією з основоположних космічних стихій, поряд із землею, вогнем, землею і водою, що утворюють все, що існує. Аристотель відносив повітря до легких підмісячних елементів, що уособлюють вологість і тепло. Ніцше у своїх працях писав про повітря, як про символ свободи, як про найвищу і найтоншу форму матерії, для якої не існує перешкод.

У XVII столітті було доведено, що повітря – це матеріальна сутність, речовина, властивості якої, наприклад, густина та вага, можна виміряти.

У XVIII столітті вчені проводили у запаяних хімічних судинах реакції повітря з різними речовинами. Так було встановлено, що поглинається приблизно п'ята частина об'єму повітря, а частина горіння і дихання, що залишилася, не підтримують. В результаті було зроблено висновок, що повітря речовина складна, що складається з двох складових, одна з яких, кисень - підтримує горіння, а друга - азот, зіпсоване повітря, не підтримує горіння і дихання. Так було відкрито кисень. Трохи згодом отриманий у чистому вигляді азот. І лише наприкінці ХІХ століття було відкрито аргон, гелій, криптон, ксенон, радон і неон, теж у складі повітря.

Хімічний склад

Повітря складається із суміші приблизно двадцяти семи різних газів. Приблизно на 99% - це суміш кисню та азоту. У складі відсотка, що залишився: водяна пара, вуглекислий газ, метан, водень, озон, інертні гази (аргон, ксенон, неон, гелій, криптон) та інші. Наприклад, у повітрі часто можна виявити сірководень, чадний газ, йод, оксиди азоту, аміак.

Вважається, що у чистому повітрі за нормальних умов міститься 78,1% азоту та 20,93% кисню. Однак залежно від географічного положення та висоти над рівнем моря склад повітря може різнитися.

Існує ще таке поняття, як забруднене повітря, тобто повітря, склад якого відрізняється від природного атмосферного за рахунок забруднюючих речовин. Ці речовини бувають:
. природного походження (вулканічні гази та пил, морська сіль, дими та гази від природних пожеж, рослинний пилок, пил від ерозії ґрунтів тощо).
. антропогенного походження - виниклі в результаті промислової та побутової діяльністю людини (викиди сполук вуглецю, сірки, азоту; вугільного та іншого пилу від гірничовидобутку та промислових підприємств; відходи сільськогосподарського виробництва, промислові та побутові звалища, аварійні розливи нафти та інших небезпечних для навколишнього середовища речовин; газові вихлопи транспортних засобів тощо).

Властивості

Чисте атмосферне повітря не має кольору та запаху, воно невидиме, хоча його можна відчути. Фізичні параметри повітря визначаються такими характеристиками:

Масою;
. температурою;
. щільністю;
. атмосферним тиском;
. вологістю;
. теплоємністю;
. теплопровідністю;
. в'язкістю.

Більшість параметрів повітря залежать від його температури, тому існує безліч таблиць параметрів повітря для різних температур. Температуру повітря вимірюють за допомогою метеорологічного термометра, а вологість – за допомогою гігрометра.

Повітря виявляє окислювальні властивості (за рахунок великого вмісту кисню), підтримує горіння та дихання; погано проводить тепло, добре розчиняється у воді. Його щільність зменшується зі збільшенням температури, а в'язкість збільшується.

З наступної статті ви дізнаєтеся про кілька цікавих фактів про повітря і його застосування.