что такое в воздуха в химии
Формула воздуха
Газовый состав воздуха
От уровня моря до высоты около 11000 м (слой тропосферы) газовый состав воздуха практически не изменяется и выглядит следующим образом:
| Вещество | Формула | Объемная доля, % | Массовая доля, % |
|---|---|---|---|
| Задание | Плотность некоторого газа по воздуху равна 2. Какую массу будет иметь этот газ объемом 5,6 л (н.у.)? |
| Решение | Молекулярная масса воздуха равна 29 г/моль. |
Рассчитаем молекулярную массу данного газа:
газа
возд
газа 
г/моль
Согласно следствию из закона Авогадро молярный объем газа при нормальных условиях равен 22,4л.
Составим пропорцию и рассчитаем массу 5,6 л газа:
58г газа занимает объем 22,4л
х г газа занимает объем 5,6л
г
| Задание | При сжигании 5,36 г некоторого гомолога бензола было израсходовано 56,7 л воздуха (н.у). Определите формулу исходного соединения. |
| Решение | Запишем уравнение реакции горения: |
Содержание кислорода в воздухе – 21%. Рассчитаем объем кислорода, израсходованного в процессе горения:
возд 
л
Количество вещества кислорода будет равно:
моль
По уравнению реакции
Отсюда количество вещества гомолога бензола, вступившего в реакцию, будет равно:
Следовательно, формула вещества C8H10
Воздух с точки зрения химии, его основные свойства
На страницах блога мы много рассказываем о самых разных химических веществах и смесях, но у нас еще не было рассказа об одном из важнейших сложных веществ — о воздухе. Исправим это и расскажем о воздухе. В первой статье: немного истории изучения воздуха, его химический состав и основные факты о нем.
Немного истории изучения воздуха
В настоящее время под воздухом понимают смесь газов, 
образующих атмосферу нашей планеты. Но так было не всегда: долгое время ученые думали, что воздух — это простое вещество, целостная субстанция. И хотя многие ученые высказывали гипотезы о сложном составе воздуха, дальше догадок дело не шло до XVIII века. Кроме того, воздуху придавали философское значение. В Древней Греции воздух считался одной из основополагающих космических стихий, наряду с землей, огнем, землей и водой образующих все сущее. Аристотель относил воздух к подлунным легким элементам, олицетворяющим влажность и тепло. Ницше в своих трудах писал о воздухе, как о символе свободы, как о наивысшей и самой тонкой форме материи, для которой не существует преград.
В XVII веке было доказано, что воздух — это материальная сущность, вещество, свойства которого, например, плотность и вес, можно измерить.
В XVIII веке ученые проводили в запаянных химических сосудах реакции воздуха с различными веществами. Так было установлено, что поглощается примерно пятая часть объема воздуха, а оставшаяся часть горения и дыхания не поддерживают. В результате был сделан вывод, что воздух вещество сложное, состоящее из двух составляющих, одна из которых, кислород — поддерживает горение, а вторая — азот, «испорченный воздух», не поддерживает горение и дыхание. Так был открыт кислород. Чуть позднее получен в чистом виде азот. И только в самом конце XIX века были открыты аргон, гелий, криптон, ксенон, радон и неон, тоже имеющиеся в составе воздуха.
Химический состав
Считается, что в чистом воздухе при нормальных условиях содержится 78,1% азота и 20,93% кислорода. Однако в зависимости от географического положения и высоты над уровнем моря состав воздуха может различаться.
Существует еще такое понятие, как загрязненный воздух, то есть воздух, состав которого отличается от природного атмосферного за счет наличия загрязняющих веществ. Эти вещества бывают:
• естественного происхождения (вулканические газы и пыль, морская соль, дымы и газы от природных пожаров, растительная пыльца, пыль от эрозии почв и т.п.).
• антропогенного происхождения — возникшие в результате промышленной и бытовой деятельностью человека (выбросы соединений углерода, серы, азота; угольной и другой пыли от горнодобычи и промышленных предприятий; отходы сельскохозяйственного производства, промышленные и бытовые свалки, аварийные разливы нефти и других опасных для окружающей среды веществ; газовые выхлопы транспортных средств и т.п.).
Свойства
Чистый атмосферный воздух не имеет цвета и запаха, он невидим, хотя его можно ощутить. Физические параметры воздуха определяются следующими характеристиками:
• массой;
• температурой;
• плотностью;
• атмосферным давлением;
• влажностью;
• теплоемкостью;
• теплопроводностью;
• вязкостью.
Большая часть параметров воздуха зависят от его температуры, поэтому существует множество таблиц параметров воздуха для различных температур. Температуру воздуха измеряют с помощью метеорологического термометра, а влажность — с помощью гигрометра.
Воздух проявляет окислительные свойства (за счет большого содержания кислорода), поддерживает горение и дыхание; плохо проводит тепло, хорошо растворяется в воде. Его плотность уменьшается по мере увеличения температуры, а вязкость увеличивается.
Из следующей статьи вы узнаете о несколько несколько интересных фактов о воздухе и его применении.
Воздух, свойства и химический состав
Воздух, свойства и химический состав.
Воздух – смесь газов главным образом из азота и кислорода – 98-99 % в сумме, а также аргона, углекислого газа, водорода, образующая земную атмосферу.
Воздух, роль и значение воздуха:
Воздух – смесь газов главным образом из азота и кислорода – 98-99 % в сумме, а также аргона, углекислого газа, водорода, образующая земную атмосферу.
В России действует Федеральный закон от 04.05.1999 № 96-ФЗ «Об охране атмосферного воздуха», которым дано понятие атмосферного воздуха.
Атмосферный воздух – жизненно важный компонент окружающей среды, представляющий собой естественную смесь газов атмосферы, находящуюся за пределами жилых, производственных и иных помещений. Атмосферный воздух является жизненно важным компонентом окружающей среды, неотъемлемой частью среды обитания человека, растений и животных.
Воздух окружает планету Земля, образуя атмосферу планеты. Он удерживается гравитацией Земли. Атмосфера Земли защищает жизнь на земле, создавая давление, позволяющее жидкой воде существовать на поверхности Земли, поглощая вредное ультрафиолетовое солнечное излучение, нагревая поверхность за счет удержания тепла (парниковый эффект) и уменьшая перепады температур между днем и ночью (суточное изменение температуры).
Если без еды человек может продержаться несколько недель, без воды – несколько дней, то без воздуха – только несколько минут (1 минуту – обычный человек и 5 минут – тренированные ныряльщики).
Свойства воздуха:
Воздух не имеет цвета, вкуса и запаха. Полностью прозрачен.
Воздух сжимаем и упруг.
Теплый воздух легче холодного. Воздух сжимается при охлаждении и расширяется при нагревании.
Воздух сохраняет тепло и практически не пропускает его.
Он всегда заполняет весь объём и содержится везде, где есть пустое пространство.
Воздух необходим для процессов горения.
Химический состав воздуха. Из чего состоит воздух? Компоненты воздуха:
То, что воздух является смесью газов, а не простым веществом, было впервые экспериментально доказано в 1754 году Джозефом Блэком.
| Химическое вещество | Обозначение вещества | По объему*, % | По массе*,% |
| Азот | N2 | 78,084 | 75,5 |
| Кислород | O2 | 20,9476 | 23,15 |
| Аргон | Ar | 0,934 | 1,292 |
| Углекислый газ | CO2 | 0,0314 | 0,046 |
| Неон | Ne | 0,001818 | 0,0014 |
| Метан | CH4 | 0,0002 | 0,000084 |
| Гелий | He | 0,000524 | 0,000073 |
| Криптон | Kr | 0,000114 | 0,003 |
| Водород | H2 | 0,00005 | 0,00008 |
| Ксенон | Xe | 0,0000087 | 0,00004 |
| Водяной пар** | H2O | от 0,0001 до 5 | 0,25*** |
* в пересчете на сухой воздух (без водяного пара).
** концентрация водяного пара значительно варьируется от примерно 0,0001 % по объему в самых холодных частях атмосферы до 5% по объему в горячих, влажных воздушных массах (в пересчете на сухой воздух).
*** водяной пар составляет около 0,25% по массе от массы всей атмосферы.
Многие вещества природного происхождения также могут присутствовать в воздухе в локально и сезонно изменяющихся малых количествах в виде аэрозолей. К ним относятся пыль, состоящая из различных минеральных и органических веществ (например, серы и сернистых соединений: сероводорода, диоксида серы и пр.), пыльца и споры, морские брызги и вулканический пепел.
Кроме того, различные промышленные загрязнители (сера, хлор и их соединения, пр.) могут присутствовать в воздухе в виде газов или аэрозолей.
Состав воздуха может меняться в небольших пределах: в крупных городах содержание углекислого газа немного выше, чем в лесах; в высокогорье и на больших высотах концентрация кислорода немного ниже вследствие того, что молекулы кислорода тяжелее молекул азота, и поэтому концентрация кислорода с высотой уменьшается быстрее.
Азот – основной компонент воздуха (78,084 % по объему и 75,5 % по массе) и один из самых распространённых элементов на Земле.
Азот является химическим элементом, необходимым для существования животных и растений, он входит в состав белков (16-18 % по массе), аминокислот, нуклеиновых кислот, нуклеопротеидов, хлорофилла, гемоглобина и др. В составе живых клеток по числу атомов азота около 2 %, по массовой доле – около 2,5 % (четвёртое место после водорода, углерода и кислорода).
Как простое вещество представляет собой двухатомный газ без цвета, вкуса и запаха. Химически весьма инертен.
Разделяя воздух на составные компоненты, получают промышленный азот. Более ¾ промышленного азота идёт на синтез аммиака, а остальная ¼ применяется в промышленности как инертная среда для множества технологических процессов. Жидкий азот используется как хладагент.
С начала кембрийского периода (кембрия) – 540 миллионов лет назад – содержание кислорода в воздухе колебалось от 15 % до 30 % по объёму. К концу каменноугольного периода (около 300 миллионов лет назад) его уровень достиг максимума в 35 % по объёму, который, возможно, способствовал большому размеру насекомых и земноводных в это время.
В дальнейшем содержание кислорода в воздухе уменьшилось до современных объемов и стабилизировалось.
Кроме того, кислород – это также самый распространённый в земной коре элемент, на его долю (в составе более 1500 соединений различных соединений, главным образом силикатов) приходится около 47 % массы твёрдой земной коры. Морские и пресные воды содержат огромное количество связанного кислорода – 85,82 % (по массе).
Кислород – химически активный неметалл. Как простое вещество при нормальных условиях представляет собой газ без цвета, вкуса и запаха, молекула которого состоит из двух атомов кислорода (химическая формула O2).
Кислород входит в состав многих органических веществ и присутствует во всех живых клетках. Он входит в состав белков, жиров, углеводов, аминокислот, нуклеиновых кислот, нуклеопротеидов, хлорофилла, гемоглобина и др. По числу атомов в живых клетках он составляет около 25 %, по массовой доле – около 65 %.
Биологическая роль кислорода заключается в том, что большинство живых организмов дышат кислородом. Молекулярный кислород используется живыми организмами для процессов синтеза энергии.
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 воздухе. 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.
Кислород постоянно пополняется в атмосфере Земли путем его фотосинтеза растениями, цианобактериями и зелеными водорослями. По некоторым оценкам, зеленые водоросли и цианобактерии в морской среде обеспечивают около 70% свободного кислорода, вырабатываемого на Земле, а остальная часть производится наземными растениями и деревьями.
Простое вещество аргон – инертный одноатомный газ без цвета, вкуса и запаха. Химически инертен.
Аргон не играет никакой заметной биологической роли. Вместе с тем вдыхание аргона может быть опасно для здоровья, в связи с тем, что в лёгкие не попадает кислород.
Углекислый газ (диоксид углерода, двуокись углерода) – бесцветный газ (в нормальных условиях), почти без запаха (в больших концентрациях с кисловатым «содовым» запахом – запахом газированной воды). Концентрация углекислого газа в атмосфере 0,0314 % по объему и 0,046 % по массе. Тяжелее воздуха приблизительно в 1,5 раза.
Углекислый газ легко пропускает излучение в ультрафиолетовой и видимой частях спектра, которое поступает на Землю от Солнца и обогревает её. В то же время он поглощает испускаемое Землёй инфракрасное излучение и является одним из парниковых газов, вследствие чего принимает участие в процессе глобального потепления. Постоянный рост уровня содержания этого газа в атмосфере наблюдается с начала индустриальной эпохи.
Углекислый газ образуется в качестве одного из конечных продуктов метаболизма в клетках тканей живых организмов. Далее углекислый газ переносится от тканей по венозной системе и затем выделяется с выдыхаемым воздухом через лёгкие. Организм человека выделяет приблизительно 1 кг углекислого газа в сутки.
Углекислый газ участвует в процессах фотосинтеза. Поэтому с марта по сентябрь вследствие фотосинтеза содержание СО2 в атмосфере падает, а с октября по февраль – повышается.
Углекислый газ нетоксичен. Но при вдыхании его повышенных концентраций в воздухе по воздействию на воздуходышащие живые организмы его относят к удушающим газам. По ГОСТу 8050-85 углекислота относится к 4-му классу опасности.
Неон – инертный одноатомный газ без цвета и запаха. Концентрация неона в воздухе 0,001818 % по объему и 0,0014 % по массе.
Заметной биологической роли не играет. Вместе с тем вдыхание неона может быть опасно для здоровья, в связи с тем, что в лёгкие не попадает кислород.
Неон наряду с гелием в составе неоно-гелиевой смеси используется для дыхания океанавтов, водолазов, людей, работающих при повышенных давлениях, чтобы избежать газовой эмболии и азотного наркоза. Преимущество смеси в том, что она меньше охлаждает организм, так как теплопроводность неона меньше, чем гелия.
Метан – простейший по составу предельный углеводород, при нормальных условиях бесцветный газ без вкуса и запаха.
Метан в смеси с воздухом или кислородом горюч и взрывоопасен.
Метан является парниковым газом, более сильным в этом отношении, чем углекислый газ. Его вклад в парниковый эффект составляет 4-9 %. Если степень воздействия углекислого газа на климат условно принять за единицу, то парниковая активность того же молярного объёма метана составит 21-25 единиц.
Метан по токсикологической характеристике относится к веществам 4-го класса опасности (малоопасным веществам) по ГОСТ 12.1.007.
Гелий – инертный одноатомный газ без цвета, вкуса и запаха.
Концентрация гелия в воздухе 0,000524 % по объему и 0,000073 % по массе.
Гелий не несёт какой-либо биологической функции. Вместе с тем вдыхание гелия может быть опасно для здоровья, в связи с тем, что в лёгкие не попадает кислород.
Криптон – инертный одноатомный газ без цвета, вкуса и запаха.
Концентрация криптона в воздухе 0,000114 % по объему и 0,0003 % по массе.
Криптон не несёт какой-либо биологической функции. Вместе с тем вдыхание криптона может быть опасно для здоровья, в связи с тем, что в лёгкие не попадает кислород.
Водород – самый лёгкий из элементов периодической таблицы химических элементов Д.И. Менделеева. Концентрация водорода в воздухе 0,00005 % по объему и 0,00008 % по массе.
При стандартных температуре и давлении водород – бесцветный, не имеющий запаха и вкуса, нетоксичный двухатомный газ с химической формулой H2, который в смеси с воздухом или кислородом горюч и взрывоопасен.
В отличие от кислорода, существующего на Земле и в связанном, и в свободном состояниях, практически весь водород на Земле находится в виде соединений. Лишь в очень незначительном количестве водород в виде простого вещества содержится в атмосфере.
Водород входит в состав практически всех органических веществ и присутствует во всех живых клетках, где по числу атомов на водород приходится почти 63 %.
Поэтому значение водорода в химических процессах, происходящих на Земле и в живых организмах, почти так же велико, как и кислорода.
Будучи компонентом воздуха водород (как компонент воздуха) заметной биологической роли не играет.Ксенон – инертный одноатомный газ без цвета, вкуса и запаха.
Концентрация ксенона в воздухе 0,0000087 % по объему и 0,00004 % по массе.
Ксенон не несёт какой-либо биологической функции. Вместе с тем вдыхание ксенона может быть опасно для здоровья, в связи с тем, что в лёгкие не попадает кислород.
Водяной пар – один из компонентов воздуха. Его концентрация значительно варьируется от примерно 0,0001 % по объему в самых холодных частях атмосферы до 5% по объему в горячих, влажных воздушных массах (в пересчете на сухой воздух). Водяной пар составляет около 0,25% по массе от массы всей атмосферы.
Концентрация водяного пара в воздухе зависит от температуры, влажности, времени года и климата. Так, при температуре 0 °C 1 м³ воздуха может содержать максимально 5 г воды, а при температуре +10 °C – уже 10 г.
Вода (оксид водорода) – это бинарное неорганическое соединение с химической формулой H2O. Молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного – кислорода, которые соединены между собой ковалентной связью. При нормальных условиях вода представляет собой прозрачную жидкость, не имеющую цвета (при малой толщине слоя), запаха и вкуса. В твёрдом состоянии вода называется льдом (кристаллы льда могут образовывать снег или иней), а в газообразном – водяным паром.
Чему равна молекулярная масса воздуха
Что такое воздух — определение
Воздух — это смесь газов, образующих земную атмосферу.
Воздух не осязаем, в нормальном состоянии невозможно почувствовать его запах, увидеть или попробовать на вкус. Без атмосферы и, соответственно, воздуха невозможна жизнь на Земле. К тому же, в промышленности методом сжижения из воздуха получают кислород, азот, благородные газы (в первую очередь, аргон).
Химический состав, свойства
Воздух — не индивидуальное вещество, а смесь газов. Это утверждение экспериментально доказал Джозеф Блэк в 1754 году. В современной физике и химии выделяют две основные группы составляющих воздуха:
Состав воздуха почти не бывает постоянным и меняется в зависимости от городской или природной местности, высоты, климата, времени года и географических особенностей местности.
Скалолазам и альпинистам известно, что при подъеме на возвышение дышать становится тяжелее. В высотном альпинизме даже используют термин «зона смерти», или «летальная зона». Так называют высоту свыше 8000 метров, поскольку человек может находиться там не более 2–3 дней до наступления необратимых последствий для здоровья и смерти. Однако признаки «высотной болезни» у некоторых людей проявляются на высоте уже от 2000 метров над уровнем моря. Такое явление вызвано тем, что с возрастанием высоты количество кислорода в воздухе уменьшается.
Состав воздуха может меняться при нагревании или охлаждении. При этом сам по себе воздух напрямую почти не нагревается, поскольку свободно пропускает солнечные лучи. Нагревание происходит от поверхности — земли или воды.
Сперва нагревается ближайший к земной поверхности слой атмосферы. Благодаря тому, что теплый воздух легче холодного, он поднимается и нагревает верхние слои атмосферы.
К постоянным составляющим воздуха относят (в % от общего объема воздуха):
Для поддержания жизни на Земле необходимо, чтобы соотношение газов в атмосфере оставалось стабильным. Так, даже незначительное увеличение объема углекислого газа усиливает влияние парникового эффекта.
Рассмотрим подробнее некоторые постоянные составляющие воздуха.
Основную часть воздуха как по объему, так и по массе составляет азот — бесцветный газ без вкуса и запаха. Азот является одним из наиболее распространенных элементов на Земле. Он входит в состав белков и аминокислот, гемоглобина в крови человека и животных, хлорофилла, нуклеиновых кислот и т. д.
Но увеличение концентрации азота в воздухе влечет за собой последствия для живого организма. Повышение уровня азота приводит к понижению уровня кислорода, вследствие чего возникает гипоксия.
Вместе кислород и азот составляют 99% от общего объема воздуха. Хотя в процессе дыхания живые организмы используют исключительно кислород, его содержания в атмосфере (приблизительно 21 объемный %) достаточно для поддержания жизни на Земле. В избыточном объеме кислород затрудняет кровообращение, дыхание и работу нервной системы. Кислородное голодание не менее вредно для аэробных существ.
Третье по объему место занимает благородный газ аргон. Он не играет особой роли в биологических процессах, но в избыточном объеме может оказывать наркотический эффект.
В школьных учебниках часто упоминается, что третий по объему элемент воздуха — углекислый газ. На деле же он занимает четвертое место, составляя менее 0,1% объема земной атмосферы. Один из основных источников углекислого газа — не выбросы промышленности, а дыхание живых организмов. Однако промышленные выбросы значительно увеличивают объем C O 2 в атмосфере, что может негативно сказываться на климате Земли.
К непостоянным примесям относят:
Как определяется молярная масса воздуха
Молярная масса — это отношение массы вещества к его количеству.
Молярная масса M выражается в г/моль и совпадает численно с относительной молекулярной массой. При этом они отличаются размерностью и имеют различный физический смысл.
Молярная масса простого вещества кислорода O 2 :
M ( O 2 ) = 32 г / м о л ь
Важно не путать понятия «молярный» и «мольный». Понятие «мольный» связано с количеством молей конкретного вещества относительно общего количества молей всех веществ в составе смеси. А «молярный» применяют к соотношению массы или объема вещества и его количества.
Чтобы определить молярную массу сложного вещества, такого как вода, необходимо суммировать относительные атомные массы входящих в него элементов с учетом индексов в формуле вещества (они обозначают количество атомов каждого вида).
Молярная масса воды H 2 O равна:
M ( H 2 O ) = 2 · M ( H ) + M ( O ) = 2 · 1 + 16 = 18 г / м о л ь
Поскольку состав воздуха непостоянен и зависит от различных факторов, в вычислениях принято использовать среднюю молярную массу воздуха. Она рассчитывается как сумма масс всех компонентов, деленная на суммарное количество вещества, и равна приблизительно 29 г/моль.
Исходя из этих соотношений, и зная количество вещества и его массу, можно рассчитать молярную массу.