Какие газы содержатся в воздухе. Состав и строение атмосферы

Воздух - смесь газов, главным образом азота и кислорода, из которых состоит атмосфера земного шара Общая масса воздуха составляет 5,13× 10 15 т и оказывает на поверхность Земли давление, равное на уровне моря в среднем 1,0333 кг на 1 см 3 . Масса 1 л сухого воздуха свободного от водяных паров и углекислого газа, при нормальных условиях равна 1,2928 г , удельная теплоемкость - 0,24, коэффициент теплопроводности при 0° - 0,000058, вязкость - 0,000171, показатель преломления - 1,00029, растворимость в воде 29,18 мл на 1 л воды. Состав атмосферного воздуха - см. табл . Атмосферный воздух содержит также в различных количествах водяные пары и примеси (твердые частицы, аммиак, сероводород и др.).

Состав атмосферного воздуха

Для человека жизненно важной составной частью В является кислород , общая масса которого 3,5× 10 15 т . В процессе восстановления нормального содержания кислорода основную роль играет фотосинтез зелеными растениями, исходными веществами для которого служат углекислый газ и вода. Переход кислорода из атмосферного воздуха в кровь и из крови в ткани зависит от разницы в его парциальном давлении, поэтому биологическое значение имеет парциальное давление кислорода, а не процентное содержание его в В. На уровне моря парциальное давление кислорода равно 160 мм . При снижении его до 140 мм у человека появляются первые признаки гипоксии . Снижение парциального давления до 50-60 мм опасно для жизни (см. Высотная болезнь , Горная болезнь ).

Библиогр.: Атмосфера земли и планет, под ред. Д.П. Койпера. пер. с англ., М., 1951; Губернский Ю.Д. и Кореневская Е.И. Гигиенические основы кондиционирования микроклимата жилых и общественных зданий, М., 1978; Минх А.А. Ионизация воздуха и ее гигиеническое значение, М., 1963; Руководство по гигиене атмосферного воздуха, под ред. К.А. Буштуевой, М., 1976; Руководство по коммунальной гигиене, под ред. Ф.Г. Кроткова, т. 1, с. 137, М., 1961.

Нижние слои атмосферы состоят из смеси газов, называемой воздухом, в которой находятся во взвешенном состоянии жидкие и твердые частички. Общая масса последних незначительна в сравне­нии со всей массой атмосферы.

Атмосферный воздух представляет собой смесь газов, основными из которых являются азот N2, кислород О2, аргон Аr, углекислый газ СО2 и водяной пар. Воздух без водяного пара называют сухим воздухом. У зем­ной поверхности сухой воздух на 99% состоит из азота (78% по объему или 76% по массе) и кислорода (21% по объему или 23% по массе). Оставшийся 1% приходится почти целиком на аргон. Всего 0,08% остается на углекислый газ СО2. Многочисленные другие газы входят в состав воздуха в тысячных, миллион­ных и еще меньших долях процента. Это криптон, ксенон, неон, гелий, водород, озон, йод, радон, метан, аммиак, перекись водорода, закись азота и др. Состав сухого атмосферного воздуха вблизи поверхности Земли приведен в табл. 1.

Таблица 1

Состав сухого атмосферного воздуха вблизи поверхности Земли

Процентный состав сухого воздуха у земной поверхности очень постоянен и практически одинаков повсюду. Существенно меняться может только содержание углекислого газа. В результате процессов дыхания и горения его объемное содержание в воздухе закрытых, плохо вентилируемых помещений, а также промышленных центров может возрастать в несколько раз - до 0,1-0,2%. Совершенно незначительно меняется процентное содержание азота и кислорода.

В состав реальной атмосферы входят три важных переменных компонента – водяной пар, озон и углекислый газ. Содержание водяного пара в воздухе меняется в значительных пределах, в отличие от других составных частей воздуха: у земной поверхности оно колеблется между сотыми долями процента и несколькими процентами (от 0,2% в полярных широтах до 2,5% у экватора, а в отдельных случаях колеблется почти от нуля до 4%). Это объясняется тем, что при существующих в атмосфере условиях водяной пар может переходить в жидкое и твердое состояние и, наоборот, может поступать в атмосферу заново вследствие испарения с земной поверхности.

Водяной пар непрерывно поступает в атмосферу путем испарения с водных поверхностей, с влажной почвы и путем транспирации растений, при этом в разных местах и в разное время он поступает в различных количествах. От земной поверхности он распространяется вверх, а воздушными течениями переносится из одних мест Земли в другие.

В атмосфере может возникать состояние насыщения. В таком состоянии водяной пар содержится в воздухе в количестве, предельно возможном при данной температуре. Водяной пар при этом называют насыщающим (или насыщенным), а воздух, содержащий его, насыщенным.

Состояние насыщения обычно достигается при понижении температуры воздуха. Когда это состояние достигнуто, то при дальнейшем понижении температуры часть водяного пара становится избыточной и конденсируется, переходит в жидкое или твердое состояние. В воздухе возникают водяные капельки и ледяные кристаллики облаков и туманов. Облака могут снова испаряться; в других случаях капельки и кристаллики облаков, укрупняясь, могут выпадать на земную поверхность в виде осадков. Вследствие всего этого содержание водяного пара в каждом участке атмосферы непрерывно меняется.

С водяным паром в воздухе и с его переходами из газообразного состояния в жидкое и твердое связаны важнейшие процессы погоды и особенности климата. Наличие водяного пара в атмосфере существенно сказывается на тепловых условиях атмосферы и земной поверхности. Водяной пар сильно поглощает длинноволновую инфракрасную радиацию, которую излучает земная поверхность. В свою очередь и сам он излучает инфракрасную радиацию, большая часть которой идет к земной поверхности. Это уменьшает ночное охлаждение земной поверхности и тем самым также нижних слоев воздуха.

На испарение воды с земной поверхности затрачиваются большие количества тепла, а при конденсации водяного пара в атмосфере это тепло отдается воздуху. Облака, возникающие в результате конденсации, отражают и поглощают солнечную радиацию на ее пути к земной поверхности. Осадки, выпадающие из облаков, являются важнейшим элементом погоды и климата. Наконец, наличие водяного пара в атмосфере имеет важное значение для физиологических процессов.

Водяной пар, как всякий газ, обладает упругостью (давлением). Упругость водяного пара е пропорциональна его плотности (содержанию в единице объема) и его абсолютной температуре. Она выражается в тех же единицах, что и давление воздуха, т.е. либо в миллиметрах ртутного столба, либо в миллибарах.

Упругость водяного пара в состоянии насыщения называют упругостью насыщения. Это максимальная упругость водяного пара, возможная при данной температуре. Например, при температуре 0° упругость насыщения равна 6,1 мб. На каждые 10° температуры упругость насыщения увеличивается примерно вдвое.

Если воздух содержит водяного пара меньше, чем нужно для насыщения его при данной температуре, можно определить, насколько воздух близок к состоянию насыщения. Для этого вычисляют относительную влажность. Так называют отношение фактической упругости е водяного пара, находящегося в воздухе, к упругости насыщения Е при той же температуре, выраженное в процентах, т.е.

Например, при температуре 20° упругость насыщения равна 23,4 мб.Если при этом фактическая упругость пара в воздухе будет 11,7 мб,то относительная влажность воздуха равна

Упругость водяного пара у земной поверхности меняется от сотых долей миллибара (при очень низких температурах зимой в Антарктиде и в Якутии) до 35 мби более (у экватора). Чем теплее воздух, тем больше водяного пара может он содержать без насыщения и, стало быть, тем больше может бытьв нем упругость водяного пара.

Относительная влажность воздуха может принимать все значения – от нуля для вполне сухого воздуха (е = 0) до 100% для состояния насыщения (е = Е).

Вывоз, переработка и утилизация отходов с 1 по 5 класс опасности

Работаем со всеми регионами России. Действующая лицензия. Полный комплект закрывающих документов. Индивидуальный подход к клиенту и гибкая ценовая политика.

С помощью данной формы вы можете оставить заявку на оказание услуг, запросить коммерческое предложение или получить бесплатную консультацию наших специалистов.

Атмосфера – это воздушная среда, которая окружает земной шар и одна из важнейших причин появления жизни на земле. Именно атмосферный воздух, его уникальный состав дал живым существам возможность окислять органические вещества кислородом и получать энергию для существования. Без него будет невозможно существование человека, а также всех представителей царства животных, большинства растений, грибов и бактерий.

Значение для человека

Воздушная среда – это не только источник кислорода. Она позволяет человеку видеть, воспринимать пространственные сигналы, пользоваться органами чувств. Слух, зрение, обоняние – все они зависят от состояния воздушной среды.

Второй важный момент – защита от солнечной радиации. Атмосфера окутывает планету оболочкой, которая задерживает часть спектра солнечных лучей. В результате до земли доходит около 30% солнечной радиации.

Воздушная среда – это оболочка, в которой образуются осадки и поднимаются испарения. Именно она отвечает за половину цикла влагообмена. Осадки, образованные в атмосфере, влияют на работу Мирового океана, способствуют накоплению влаги на континентах, определяют разрушение открытых горных пород. Она принимает участие в образовании климата. Циркуляция воздушных масс – это важнейший фактор формирования конкретных климатических поясов и природных зон. Ветра, возникающие над Землей, определяют температуру, влажность, уровень осадков, давление, стабильность погоды в регионе.

В настоящее время из воздуха добывают химические вещества: кислород, гелий, аргон, азот. Технология еще находится на этапе тестирования, но в будущем это можно считать перспективным направлением химической промышленности.

Перечисленное выше – очевидные вещи. Но воздушная среда важна также для промышленности и хозяйственной деятельности человека:

• Она является важнейшим химическим агентом для протекания реакций горения, окисления.
• Переносит тепло.

Таким образом, атмосферный воздух – это уникальная воздушная среда, которая позволяет живому существовать, а человеку – развивать промышленность. Между человеческим организмом и воздушной средой налажено тесное взаимодействие. Если нарушить его – серьезные последствия не заставят себя ждать.

Гигиеническая характеристика воздуха

Загрязнение – это процесс попадания в атмосферный воздух примесей, которых в норме быть не должно. Загрязнение бывает естественное и искусственное. Примеси, которые попадают из естественных источников, нейтрализуются в планетарном круговороте вещества. С искусственным загрязнением дело обстоит сложнее.

К естественным загрязнениям относятся:

• Космическая пыль.
• Примеси, образовавшиеся при извержении вулканов, выветривании, пожарах.

Искусственное загрязнение носит антропогенный характер. Выделяют глобальное загрязнение и локальное. Глобальное – это все выбросы, которые могут повлиять на состав или структуру атмосферы. Локальное – это изменение показателей на конкретной территории или в используемом для проживания, работы или общественных мероприятий помещении.

Гигиена атмосферного воздуха – это важный раздел гигиены, который занимается оценкой и контролем показателей воздуха в помещениях. Этот раздел появился в связи с необходимостью санитарной охраны. Гигиеническое значение атмосферного воздуха сложно переоценить – вместе с дыханием в организм человека попадают все примеси и частицы, содержащиеся в воздухе.

Гигиеническая оценка включает в себя такие показатели:

1. Физические свойства атмосферного воздуха. Сюда относятся и температура (самое частое нарушение СанПина на рабочих местах состоит в том, что воздух слишком сильно нагревается), давление, скорость ветра (на открытых участках), радиоактивность, влажность и другие показатели.
2. Наличие примесей и отклонение от стандартного химического состава. Характеризуют атмосферный воздух по пригодности для дыхания.
3. Наличие твердых примесей – пыль, другие микрочастицы.
4. Наличие бактериального загрязнения – патогенных и условно патогенных микроорганизмов.

Для составления гигиенической характеристики сравнивают полученные по четырем пунктам показания с установленными нормами.

Экологическая охрана

В последнее время состояние атмосферного воздуха вызывает озабоченность у экологов. Вместе с развитием промышленности растут и экологические риски. Заводы и промзоны не только разрушают озоновый слой, нагревая атмосферу и насыщая ее углеродными примесями, но и снижают гигиеническое . Поэтому в развитых странах принято проводить комплексные мероприятия по охране воздушной среды.

Основные направления охраны:

• Законодательное регулирование.
• Разработка рекомендаций по размещение промышленных зон с учетом климатических и географических факторов.
• Проведение мероприятий по снижению количества выбросов.
• Санитарно-гигиенический контроль на предприятиях.
• Регулярный мониторинг состава.

К мероприятиям по охране также относится высадка зеленых насаждений, создание искусственных водоемов, создание барьерных зон между промышленными и жилыми кварталами. Рекомендации по проведению охранных мероприятий разработаны в таких организациях как ВОЗ и ЮНЕСКО. Государственные и региональные рекомендации разработаны на основе международных.

В настоящее время проблеме гигиены воздушной среды уделяется все больше внимания. К сожалению, на данный момент принятых мер недостаточно, чтобы полностью минимизировать антропогенный вред. Но можно надеяться, что в будущем, вместе с разработкой более экологичных производств, удастся снизить нагрузку на атмосферу.

Химический состав воздуха

Воздух имеет такой химический состав: азот-78, 08%, кислород-20, 94%, инертные газы-0, 94%, диоксид углерода-0, 04%. Эти показатели в приземном слое могут колебаться в незначительных пределах. Человеку в основном нужен кислород, без которого он не сможет жить, как и остальные живые организмы. Но сейчас изучено и доказано, что другие составные части воздуха также имеют большое значение.

Кислород - газ без цвета и запаха, хорошо растворимый в воде. Человек за сутки вдыхает в состоянии покоя примерно 2722 л (25 кг) кислорода. В выдыхаемом воздухе содержится около 16% кислорода. От величины потребляемого кислорода зависит характер интенсивности окислительных процессов в организме.

Азот - газ без цвета и запаха, малоактивный, его концентрация в выдыхаемом воздухе почти не меняется. Он играет важную физиологическую роль в создании атмосферного давления, который жизненно необходим, и совместно с инертными газами разбавляет кислород. С растительной пищей (особенно бобовых) азот в связанном виде поступает в организм животных и участвует в образовании животных белков, а соответственно и белков человеческого организма.

Диоксид углерода - газ без цвета, с кисловатым вкусом и своеобразным запахом, хорошо растворимый в воде. В выдыхаемом из легких воздухе его содержится до 4,7%. Повышение содержания диоксида углерода в 3% во вдыхаемом воздухе отрицательно влияет на состояние организма, возникают ощущения сжатия головы и головная боль, повышается артериальное давление, замедляется пульс, появляется шум в ушах, может наблюдаться психическое возбуждение. При росте концентрации двуокиси углерода до 10% во вдыхаемом воздухе происходит потеря сознания, а затем может наступить остановка дыхания. Большие концентрации быстро приводят к параличу мозговых центров и смерти.

Основными химическими примесями, загрязняющими атмосферу, являются следующие.

Оксид углерода (СО) - бесцветный газ, не имеющий запаха, так называемый «угарный газ». Образуется в результате неполного сгорания ископаемого топлива (угля, газа, нефти) в условиях недостатка кислорода при низкой температуре.

Диоксид углерода (СО 2), или углекислый газ - бесцветный газ с кисловатым запахом и вкусом, продукт полного окисления углерода. Является одним из парниковых газов.

Диоксид серы (SO 2) или сернистый ангидрид - бесцветный газ с резким запахом. Образуется в процессе сгорания серосодержащих ископаемых видов топлива, в основном угля, а также при переработке сернистых руд. Он участвует в формировании кислотных дождей. Длительное воздействие диоксида серы на человека приводит к нарушению кровообращения и остановке дыхания.

Оксиды азота (оксид и диоксид азота). Образуются при всех процессах горения большей частью в виде оксида азота. Оксид азота достаточно быстро окисляется до диоксида, который представляет собой красно-белый газ с неприятным запахом, сильно действующим на слизистые оболочки человека. Чем выше температура горения, тем интенсивнее идет образование оксидов азота.

Озон - газ с характерным запахом, более сильный окислитель, чем кислород. Его относят к наиболее токсичным из всех обычных загрязняющих воздух примесей. В нижнем атмосферном слое озон образуется в результате фотохимических процессов с участием диоксида азота и летучих органических соединений (ЛОС).

Углеводороды - химические соединения углерода и водорода. К ним относят тысячи различных загрязняющих атмосферу веществ, содержащихся в несгоревшем бензине, жидкостях, применяемых в химчистке, промышленных растворителях и т.д. Многие углеводороды опасны сами по себе. Например, бензол, один из компонентов бензина, может вызвать лейкемию, а гексан - тяжелые поражения нервной системы человека. Сильным канцерогеном является бутадиен.

Свинец - серебристо-серый металл, токсичный в любой известной форме. Широко используется для производства припоя, красок, боеприпасов, типографского сплава и т.п. Свинец и его соединения, попадая в организм человека, снижают активность ферментов и нарушают обмен веществ, кроме того, они обладают способностью накапливаться в организме человека. Особую угрозу соединения свинца представляют для детей, нарушая их умственное развитие, рост, слух, речь ребенка, его способность сосредоточиться.

Фреоны - группа галогеносодержащих веществ, синтезированных человеком. Фреоны, представляющие собой хлорированные и фторированные углероды (ХФУ), как недорогие и нетоксичные газы широко применяют в качестве хладагентов в холодильниках и кондиционерах, пенообразующих агентов, в установках для газового пожаротушения, рабочего тела аэрозольных упаковок (лаков, дезодорантов).

Промышленные пыли в зависимости от механизма их образования подразделяют на следующие классы:

механическая пыль - образуется в результате измельчения продукта в ходе технологического процесса,

возгоны - образуются в результате объемной конденсации паров веществ при охлаждении газа, пропускаемого через технологический аппарат, установку или агрегат,

летучая зола - содержащийся в дымовом газе во взвешенном состоянии несгораемый остаток топлива, образуется из его минеральных примесей при горении,

промышленная сажа - входящий в состав промышленного выброса твердый высокодисперсный углерод, образуется при неполном сгорании или термическом разложении углеводородов.

Основной параметр, характеризующий взвешенные частицы, - это их размер, который колеблется в широком диапазоне - от 0,1 до 850 мкм. Наиболее опасны частицы от 0,5 до 5 мкм, поскольку они не оседают в дыхательных путях и именно их вдыхает человек.

Диоксины относятся к классу полихлорированных полициклических соединений. Под этим названием объединено более 200 веществ - дибензодиоксинов и дибензофуранов. Основным элементом диоксинов является хлор, который в отдельных случаях может замещаться бромом, кроме того, диоксины содержат кислород, углерод и водород.

Атмосферный воздух выступает своего рода посредником загрязнения всех других объектов природы, способствуя распространению больших масс загрязнения на значительные расстояния. Промышленными выбросами (примесями), переносимыми по воздуху, загрязняется Мировой океан, закисляются почва и вода, изменяется климат и разрушается озоновый слой.

Воздух необходим всем живым организмам: животным для дыхания, а растениям - для питания. К тому же воздух защищает Землю от губительного ультрафиолетового излучения Солнца. Основные составляющие воздуха - азот и кислород. В воздухе есть также небольшие примеси благородных газов, углекислого газа и некоторое количество твердых частиц - копоти, пыли. Воздух нужен всем животным для дыхания. Около 21% воздуха составляет кислород. Молекула кислорода (О 2) состоит из двух связанных кислорода.

Состав воздуха

Процентное соотношение различных га­зов в воздухе слегка изменяется в зависимости от места, времени года и суток. Азот и кислород - основные компоненты воздуха. Один процент воздуха составляют благородные газы, углекислой газ, водяной пар и загрязнения, например диоксид азота. Входящие в состав воздуха газы можно разделить путем фракционной перегонки . Воздух охлаждается до тех пор, пока газы не перейдут в жидкое состояние (см. статью « «). Пос­ле этого жидкая смесь нагревается. кипения у каждой жидкости своя, и образующиеся при кипении газы можно собирать от­дельно. Кислород, азот и углекислый газ постоянно по­падают из воздуха в и возвращают­ся в воздух, т.е. происходит круговорот. Животные вдыхают кислород воздуха и выдыхают углекислый газ.

Кислород

Азот

Более 78% воздуха составляет азот. Бел­ки, из которых построены живые организ­мы, также содержат азот. Главное промышленное применение азота - производство аммиака , необходимого для удобрений. Азот для этого соединяют с . Азот накачивается в упаковки для мяса или рыбы, т.к. при контакте с обычным воздухом продукты окисляются и портятся Предназначенные для пересадки человеческие органы хранятся в жидком азоте, потому что он холодный и химически инертный. Молекула азота (N 2) состоит из двух связанных атомов азота.

Благородные газы

Благородные газы - это 6 8-й группы . Они чрезвычайно инертны химически. Только они существуют в виде от­дельных атомов, не образующих молекулы. Из-за их пассивности некоторыми из них наполняют лампы. Ксенон практически не используется человеком, зато аргон накачивают в электролампочки, а крип­тоном наполняют люминесцентные лампы. Неон вспыхивает красно-оранжевым светом при прохождении электрического разряда. Он используется в натриевых уличных лампах и неоновых лампах. Радон радиоактивен. Он образуется в результате распада металла радия. Никакие соединения гелия науке неизвестны, и гелий считается абсолютно инертным. Его плотность в 7 раз меньше плотности воздуха, поэтому им наполняют дирижабли. Наполненные гелием воздушные шары оснащаются научной аппаратурой и запускаются в верхние слои атмосферы.

Парниковый эффект

Так называется наблюдающееся сейчас повышение содержания углекислого газа в атмосфере и вызванное этим глобальное потепление , т.е. повышение среднегодовых температур во всем мире. Углекислый газ не дает теплу покидать Землю, так же как стекло сохраняет высокую температуру внутри парника. Поскольку углекислого газа в воздухе становится все больше, все больше тепла задерживается в атмосфере. Даже небольшое потепление вызывает повышение уровня Мирового океана, перемену ветров и таяние части льда у полюсов. Ученые считают, что если содержание углекислого газа будет расти так же быстро, то за 50 лет средняя темпера­тура может возрасти на величину от 1,5°С до 4°С.