Ilma on kaasuseos, joka ympäröi Maata ja muodostaa sen ilmakehän. Ilma on näkymätöntä ja mautonta ja yleensä hajutonta. Ilmalla on painoa, sitä voidaan laajentaa tai puristaa ja äärimmäisissä olosuhteissa matalat lämpötilat voi olla nesteytetty tai jopa kiinteä. Liikkeessä olevaa ilmaa kutsumme tuuleksi. Hänellä on valta kääntää tuulimyllyjä ja siirtää laivoja meren yli.

Ilman koostumus on melko monimutkainen, vaikka sen pääkomponentit ovat typpi - noin 78% ja happi - noin 21%. Ilma sisältää myös argonia, hiilidioksidia, vesihöyryä, neonia, heliumia, metaania, kryptonia ja otsonia.

Ilman happi on elintärkeää kaikille maan eläimille ja kasveille. Hengityksen avulla eläimet ja kasvit ottavat happea ja käyttävät sitä energian saamiseen ruoasta ja hiilidioksidin vapauttamiseen. Kasvit käyttävät hiilidioksidia fotosynteesiin, jonka aikana kasvit saavat energiaa ja vapauttavat happea.

Hiilidioksidi muodostaa vain 0,03 % ilman tilavuudesta. Se ei muodostu vain palamisprosessissa, vaan myös palamisessa sekä orgaanisten aineiden hajoamisessa.

Ilma sisältää myös vettä kaasumaisessa tilassa. Ilmassa olevan veden prosenttiosuutta kutsutaan kosteudeksi. Kosteus voi vaihdella korkeuden ja lämpötilan mukaan.

Ilma sisältää tyypillisesti myös monia hienojakoisia aineita, kuten vulkaanista pölyä, siitepölyä, home- ja leväitiöitä, bakteereja, nokea ja pölyä. Esimerkiksi pölyhiukkasia voi nähdä auringonvalossa. Auringonvalon sironta johtaa auringon värjäytymiseen auringonnousun ja -laskun aikana.

Ilmalla on tiheys ja paine. Merenpinnan tasolla ilmakehän tiheys on noin 1,3 kg/m3. Ilmanpaine merenpinnan tasolla on 101,3 kPa. Tämä paine on "yksi ilmakehä" - paineyksikkö, esimerkiksi auton renkaissa. Kun korkeus nousee, paine laskee. 6 km:n korkeudessa ilmanpaine on jo 2 kertaa pienempi (noin 50 kPa). Ilmanpaine mitataan erityisellä laitteella - barometrilla.

Paineilmaa on käytetty pitkään eri aloilla, esimerkiksi vasaroiden, tunkkien, vinssien, muovauskoneiden, niittauskoneiden, lääketieteellisten instrumenttien käyttöön. Paineilmaa käytetään myös hiekkapuhalluskoneissa osien puhdistukseen sekä lasin, metallin ja betonin poraukseen. 1950-luvun lopulla ensimmäinen ajoneuvoa ilmatyynyllä, joka liikkuu syntyneen paineilman kerrosta pitkin.

Tehdään varaus heti, ilmassa oleva typpi vie suurin osa, kuitenkin, kemiallinen koostumus jäljellä oleva osuus on erittäin mielenkiintoinen ja monipuolinen. Lyhyesti sanottuna pääelementtien luettelo on seuraava.

Annamme kuitenkin myös joitain selityksiä näiden kemiallisten alkuaineiden toiminnoista.

1. Typpi

Typpipitoisuus ilmassa on 78 tilavuusprosenttia ja 75 massaprosenttia, eli tämä alkuaine hallitsee ilmakehää, on yksi yleisimmistä maapallolla, ja lisäksi sitä löytyy ihmisasutuksen ulkopuolella. vyöhyke - Uranuksella, Neptunuksella ja tähtienvälisissä tiloissa. Joten, kuinka paljon typpeä on ilmassa, olemme jo selvittäneet, kysymys jää sen toiminnasta. Typpi on välttämätön elävien olentojen olemassaololle, se on osa:

• proteiinit;
• aminohappoja;
• nukleiinihapot;
• klorofylli;
• hemoglobiini jne.

Keskimäärin noin 2 % elävästä solusta on vain typpiatomeja, mikä selittää, miksi ilmassa on niin paljon typpeä tilavuus- ja massaprosentteina.
Typpi on myös yksi ilmakehän ilmasta erotetuista inerteistä kaasuista. Siitä syntetisoidaan ammoniakkia, jota käytetään jäähdytykseen ja muihin tarkoituksiin.

2. Happi

Ilman happipitoisuus on yksi suosituimmista kysymyksistä. Säilytetään juonittelu, poikkeaapa yksi hauska seikka: happi löydettiin kahdesti - vuosina 1771 ja 1774, mutta löydön julkaisujen erojen vuoksi ansio elementin löytämisestä meni englantilaiselle kemistille Joseph Priestleylle, joka itse asiassa eristi hapen toiseksi. Joten hapen osuus ilmassa vaihtelee noin 21 tilavuusprosenttia ja 23 massaprosenttia. Yhdessä typen kanssa nämä kaksi kaasua muodostavat 99 % maapallon ilmasta. Ilman hapen prosenttiosuus on kuitenkin pienempi kuin typen, emmekä kuitenkaan koe hengitysongelmia. Tosiasia on, että hapen määrä ilmassa lasketaan optimaalisesti tarkasti normaalia hengitystä varten puhdas muoto tämä kaasu vaikuttaa kehoon kuin myrkky, aiheuttaa työvaikeuksia hermosto, hengitys- ja verenkiertohäiriöt. Samaan aikaan hapenpuute vaikuttaa myös negatiivisesti terveyteen aiheuttaen hapen nälänhätää ja kaikkea siihen liittyvää epämiellyttäviä oireita. Siksi kuinka paljon happea ilmassa on, niin paljon tarvitaan terveelliseen täyteen hengitykseen.

3. Argon

Ilmassa oleva argon on kolmannella sijalla, sillä ei ole hajua, väriä ja makua. merkityksellinen biologinen rooli tätä kaasua ei ole tunnistettu, mutta sillä on narkoottinen vaikutus ja sitä pidetään jopa dopingina. Ilmakehästä uutettua argonia käytetään teollisuudessa, lääketieteessä, keinotekoisen ilmakehän luomiseen, kemialliseen synteesiin, palontorjuntaan, lasereiden valmistukseen jne.

4. Hiilidioksidi

Hiilidioksidi muodostaa Venuksen ja Marsin ilmakehän, sen prosenttiosuus Maan ilmassa on paljon pienempi. Samaan aikaan valtameressä on valtava määrä hiilidioksidia, jota kaikki hengittävät organismit toimittavat säännöllisesti, ja se vapautuu teollisuuden työn vuoksi. Ihmiselämässä hiilidioksidia käytetään palontorjunnassa, elintarviketeollisuudessa kaasuna ja kaasuna lisäravinne E290 - säilöntäaine ja leivinjauhe. Kiinteässä muodossa hiilidioksidi on yksi tunnetuimmista kuivajään kylmäaineista.

5. Neon

Sama salaperäinen diskolyhtyjen valo, kirkkaat kyltit ja modernit ajovalot käyttävät viidenneksi yleisintä kemiallinen alkuaine, jota myös ihminen hengittää - neon. Kuten monet inertit kaasut, neonilla on huumevaikutus ihmiseen tietyssä paineessa, mutta juuri tätä kaasua käytetään sukeltajien ja muiden alaisuudessa työskentelevien ihmisten valmistelussa. korkea verenpaine. Myös neon-helium-seoksia käytetään lääketieteessä hengityselinten sairauksiin, itse neonia käytetään jäähdytykseen, merkkivalojen ja samojen neonlamppujen valmistukseen. Stereotypian vastaisesti neonvalo ei kuitenkaan ole sinistä, vaan punaista. Kaikki muut värit antavat lamppuja muiden kaasujen kanssa.

6. Metaani

Metaanilla ja ilmalla on hyvin muinaishistoria: primaarisessa ilmakehässä, jo ennen ihmisen ilmestymistä, metaania oli paljon suurempia määriä. Nyt tämä kaasu, joka on louhittu ja käytetty polttoaineena ja raaka-aineena tuotannossa, ei ole niin laajalti levinnyt ilmakehään, mutta sitä kuitenkin vapautuu maapallolta. Nykyaikainen tutkimus osoittaa metaanin roolin ihmiskehon hengittämisessä ja elämässä, mutta tästä aiheesta ei ole vielä olemassa arvovaltaista tietoa.

7. Helium

Kun tarkastellaan, kuinka paljon heliumia on ilmassa, jokainen ymmärtää, että tämä kaasu ei ole yksi tärkeimmistä. Itse asiassa sitä on vaikea määritellä biologinen merkitys tämä kaasu. Lukuun ottamatta hassua äänen vääristymistä heliumia hengitettäessä ilmapallosta 🙂 Heliumia käytetään kuitenkin laajasti teollisuudessa: metallurgiassa, elintarviketeollisuudessa, ilmapallojen ja meteorologisten koettimien täytössä, lasereissa, ydinreaktoreissa jne.

8. Kryptoni

Emme puhu Supermanin syntymäpaikasta 🙂 Kryptoni on inertti kaasu, joka on kolme kertaa ilmaa raskaampi, kemiallisesti inertti, ilmasta erotettu, käytetty hehkulampuissa, lasereissa ja sitä tutkitaan edelleen aktiivisesti. Kryptonin mielenkiintoisista ominaisuuksista on syytä huomata, että 3,5 ilmakehän paineessa sillä on narkoottinen vaikutus ihmiseen, ja 6 ilmakehässä se saa pistävän hajun.

9. Vety

Vetyä on ilmassa 0,00005 tilavuusprosenttia ja 0,00008 massaprosenttia, mutta samalla se on maailmankaikkeuden runsain alkuaine. Sen historiasta, tuotannosta ja soveltamisesta on täysin mahdollista kirjoittaa erillinen artikkeli, joten rajoitamme nyt pieneen luetteloon toimialoista: kemianteollisuus, polttoaine, elintarviketeollisuus, ilmailu, meteorologia, sähköteollisuus.

10. Xenon

Jälkimmäinen on koostumuksessa ilmaa, jota alun perin pidettiin vain sekoituksena kryptonille. Sen nimi on käännettynä "alien", ja sisällön prosenttiosuus sekä maan päällä että sen ulkopuolella on minimaalinen, mikä johti sen korkeisiin kustannuksiin. Nyt ksenon on välttämätöntä: tehokkaiden ja pulssivalonlähteiden tuotanto, diagnostiikka ja anestesia lääketieteessä, avaruusalusten moottorit, rakettipolttoaine. Lisäksi ksenon alentaa ääntä merkittävästi hengitettynä (heliumin päinvastainen vaikutus), ja viime aikoina tämän kaasun hengittäminen on lisätty dopingluetteloon.

Kuuman, aurinkoisen etelän ja ankaran, kylmän pohjoisen ilma sisältää saman määrän happea.

Yksi litra ilmaa sisältää aina 210 kuutiosenttimetriä happea, mikä on 21 tilavuusprosenttia.

Eniten typpeä on ilmassa - sitä on litrassa 780 kuutiosenttimetriä eli 78 tilavuusprosenttia. Ilmassa on myös pieni määrä inerttejä kaasuja. Näitä kaasuja kutsutaan inertteiksi, koska ne eivät juuri koskaan yhdisty muiden alkuaineiden kanssa.

Ilmassa olevista inertistä kaasusta eniten on argonia - se on noin 9 kuutiosenttimetriä litrassa. Neonia on ilmassa paljon pienempiä määriä: litrassa ilmaa on 0,02 kuutiosenttimetriä. Vielä vähemmän heliumia - se on vain 0,005 kuutiosenttimetriä. Kryptonia on viisi kertaa vähemmän kuin heliumia - 0,001 kuutiosenttimetriä ja hyvin vähän ksenonia - 0,00008 kuutiosenttimetriä.

Ilman koostumus sisältää myös kaasumaisia ​​kemiallisia yhdisteitä, esimerkiksi hiilidioksidia tai hiilidioksidia (CO 2). Määrä hiilidioksidi ilmassa vaihtelee 0,3 - 0,4 kuutiosenttimetriä litrassa. Myös vesihöyryn pitoisuus ilmassa vaihtelee. Kuivalla ja kuumalla säällä niitä on vähemmän, ja sateisella säällä - enemmän.

Ilman koostumus voidaan ilmaista myös painoprosentteina. Kun tiedät 1 litran ilmaa painon ja kunkin sen koostumukseen sisältyvän kaasun ominaispainon, on helppo vaihtaa tilavuusarvoista painoarvoihin. Ilman typpeä on noin 75,5, happea - 23,1, argonia - 1,3 ja hiilidioksidia (hiilidioksidia) - 0,04 painoprosenttia.

Paino- ja tilavuusprosenttien ero selittyy typen, hapen, argonin ja hiilidioksidin erilaisilla ominaispainoilla.

Esimerkiksi happi hapettaa helposti kuparia korkea lämpötila. Siksi, jos johdat ilmaa putken läpi, joka on täynnä kuumaa kuparilastua, se ei sisällä happea poistuessaan putkesta. Fosfori voi myös poistaa happea ilmasta. Palamisen aikana fosfori yhdistyy innokkaasti hapen kanssa muodostaen fosforihappoanhydridiä (P 2 O 5).

Lavoisier määritti ilman koostumuksen vuonna 1775.

Kuumentamalla pienen määrän metallista elohopeaa lasiretortissa Lavoisier toi retortin kapean pään lasikorkin alle, joka kaadettiin elohopealla täytettyyn astiaan. Tämä kokemus kesti kaksitoista päivää. Melkein kiehuvaksi kuumennetussa retortissa oleva elohopea peittyi yhä enemmän punaisella oksidilla. Samaan aikaan elohopean taso käännetyssä korkissa alkoi nousta huomattavasti korkin sisältävän astian elohopean tason yläpuolelle. Retortin elohopea hapettuessaan otti yhä enemmän happea ilmasta, paine retortissa ja korkissa laski, ja kulutetun hapen sijaan korkkiin imettiin elohopeaa.

Kun kaikki happi oli käytetty ja elohopean hapettuminen pysähtyi, myös elohopean imu kelloon loppui. Korkissa olevan elohopean tilavuus mitattiin. Kävi ilmi, että se oli V 5 osa korkin ja retortin kokonaistilavuudesta.

Korkkiin ja retorttiin jäänyt kaasu ei tukenut palamista ja käyttöikää. Tätä ilman osaa, joka vei lähes 4/6 tilavuudesta, kutsuttiin typpeä.

Tarkemmat kokeet 1700-luvun lopulla osoittivat, että ilma sisältää 21 tilavuusprosenttia happea ja 79 prosenttia typpeä.

Ja vasta 1800-luvun lopulla tuli tiedoksi, että argon, helium ja muut inertit kaasut ovat osa ilmaa.

Ilmoitettu taulukossa. 1.1 Ilman koostumus muuttuu eri tavoin suljetuissa tiloissa. Ensinnäkin yksittäisten pakollisten komponenttien prosenttiosuus muuttuu, ja toiseksi ilmaantuu ylimääräisiä, epätyypillisiä komponentteja. puhdas ilma epäpuhtaudet. Tässä kappaleessa käsitellään muutoksia kaasun koostumuksessa ja sen sallittuja poikkeamia normaalista.

Tärkeimmät kaasut ihmiselämälle ovat happi ja hiilidioksidi, jotka ovat mukana ihmisen kaasunvaihdossa ympäristöön. Tämä kaasunvaihto tapahtuu pääasiassa ihmisen keuhkoissa hengityksen aikana. Ihon pinnan kautta tapahtuva kaasunvaihto on noin 100 kertaa vähäisempää kuin keuhkojen kautta, koska aikuisen kehon pinta-ala on noin 1,75 m2 ja keuhkojen alveolien pinta-ala on noin 200 m2. Hengitysprosessiin liittyy lämmön muodostuminen ihmiskehossa 4,69 - 5,047 (keskimäärin 4,879) kcal / 1 litra absorboitunutta happea (joka on siirtynyt hiilidioksidiksi). On huomattava, että vain pieni osa sisäänhengitetyn ilman sisältämästä hapesta (noin 20 %) imeytyy. Joten jos ilmakehän ilmassa on noin 21% happea, niin ihmisen uloshengittämässä ilmassa se on noin 17%. Tyypillisesti uloshengitetyn hiilidioksidin määrä on pienempi kuin sisään otettavan hapen määrä. Henkilön vapauttaman hiilidioksidin ja imeytyneen hapen suhdetta kutsutaan hengityskertoimeksi (RC), joka vaihtelee yleensä välillä 0,71-1. Kuitenkin, jos henkilö on jännittyneessä tilassa tai tekee erittäin kovaa työtä , DC voi olla jopa suurempi kuin yksi.

Ihmisen normaalin elämäntoiminnan ylläpitämiseen tarvittava hapen määrä riippuu pääasiassa hänen tekemänsä työn intensiteetistä ja sen määrää hermo- ja lihasjännitysaste. Veren hapen imeytyminen tapahtuu parhaiten, kun osapaine on noin 160 mmHg. Art., joka klo ilmakehän paine 760 mmHg Taide. vastaa normaalia happiprosenttia ilmakehän ilmassa, eli 21 %.

Ihmiskehon sopeutumiskyvyn ansiosta normaali hengitys voidaan havaita pienemmilläkin happimäärillä.

Jos ilman happipitoisuuden väheneminen tapahtuu inerttien kaasujen (esimerkiksi typen) vuoksi, hapen määrän merkittävä väheneminen on mahdollista - jopa 12%.

Suljetuissa tiloissa happipitoisuuden laskuun ei kuitenkaan liity inerttien kaasujen pitoisuuden nousu, vaan hiilidioksidin kerääntyminen. Näissä olosuhteissa ilman suurimman sallitun vähimmäishappipitoisuuden tulisi olla paljon korkeampi. Yleensä happipitoisuus, joka on 17 tilavuusprosenttia, otetaan normiksi tälle pitoisuudelle. Yleisesti ottaen sisätiloissa happiprosentti ei koskaan putoa tälle tasolle, koska hiilidioksidipitoisuus saavuttaa raja-arvon paljon aikaisemmin. Siksi on käytännössä tärkeämpää vahvistaa suurimmat sallitut normit ei hapen, vaan hiilidioksidin pitoisuudelle suljetuissa tiloissa.

Hiilidioksidi CO2 on väritön kaasu, jolla on hieman hapan maku ja haju; se on 1,52 kertaa ilmaa raskaampaa, lievästi myrkyllistä. Hiilidioksidin kerääntyminen sisäilmaan aiheuttaa päänsärkyä, huimausta, heikkoutta, tuntokyvyn menetystä ja jopa tajunnan menetystä.

Uskotaan, että ilmakehän ilmassa hiilidioksidin määrä on 0,03 tilavuusprosenttia. Tämä pätee maaseutualueisiin. Suurten teollisuuskeskusten ilmassa sen pitoisuus on yleensä korkeampi. Laskelmia varten konsentraatioksi otetaan 0,04 %. Ihmisen uloshengittämä ilma sisältää noin 4 % hiilidioksidia.

Ilman haitallisia seurauksia ihmiskeholle, sisäilmassa voidaan sietää paljon korkeampia hiilidioksidipitoisuuksia kuin 0,04 %.

Suurimman sallitun hiilidioksidipitoisuuden arvo riippuu ihmisten oleskelun pituudesta tietyssä suljetussa tilassa ja heidän ammattinsa tyypistä. Esimerkiksi paineistettuihin suojiin, kun ne sijoitetaan niihin terveitä ihmisiä enintään 8 tunnin ajaksi, 2 %:n normi voidaan pitää suurimmaksi sallituksi CO2-pitoisuudeksi. Lyhytaikaisella oleskelulla tätä määrää voidaan nostaa. Mahdollisuus, että henkilö on ympäristössä, jonka kanssa kohonneet pitoisuudet hiilidioksidi johtuu kyvystä ihmiskehon sopeutua erilaisiin olosuhteisiin. Jos hiilidioksidipitoisuus on yli 1 %, ihminen alkaa hengittää huomattavasti enemmän ilmaa. Joten 3 %:n CO2-pitoisuudessa hengitys kaksinkertaistuu jopa levossa, mikä ei sinänsä aiheuta havaittavia negatiivisia seurauksia henkilön suhteellisen lyhyen oleskelun aikana sellaisessa ilmassa. Jos henkilö oleskelee huoneessa, jonka CO2-pitoisuus on 3 % riittävän pitkään (3 päivää tai enemmän), häntä uhkaa tajunnan menetys.

Kun ihmiset oleskelevat pitkiä aikoja suljetuissa tiloissa ja kun ihmiset tekevät yhtä tai toista työtä, hiilidioksidin suurimman sallitun pitoisuuden arvon tulee olla merkittävästi alle 2 %. Se voi vaihdella 0,1 - 1 %. Myös 0,1 %:n hiilidioksidipitoisuus voidaan katsoa hyväksyttäväksi tavallisiin paineettomiin rakennusten ja rakenteiden eri käyttötarkoituksiin. Pienempi hiilidioksidipitoisuus (luokkaa 0,07-0,08) tulisi määrätä vain lääketieteellisten ja lasten laitosten tiloihin.

Kuten seuraavasta käy ilmi, maarakennusten tilojen ilman hiilidioksidipitoisuutta koskevat vaatimukset täyttyvät yleensä helposti, jos sen vapautumisen lähteinä ovat ihmiset. Muuten kysymys on siitä, milloin hiilidioksidi kerääntyy teollisuustilat joidenkin seurauksena teknisiä prosesseja esiintyy esimerkiksi hiivassa, panimoissa, hydrolyysikaupoissa. Tässä tapauksessa 0,5 % otetaan suurimmaksi sallituksi hiilidioksidipitoisuudeksi.

Kaasun koostumus ilmakehän ilmaa

Hengittämämme ilman kaasukoostumus on 78 % typpeä, 21 % happea ja 1 % muita kaasuja. Mutta suurten teollisuuskaupunkien ilmapiirissä tätä suhdetta rikotaan usein. Merkittävä osa on yritysten ja ajoneuvojen päästöjen aiheuttamia haitallisia epäpuhtauksia. Autoliikenne tuo ilmakehään monia epäpuhtauksia: koostumukseltaan tuntemattomia hiilivetyjä, bentso(a)pyreeniä, hiilidioksidia, rikki- ja typpiyhdisteitä, lyijyä, hiilimonoksidia.

Ilmakehä koostuu useiden kaasujen seoksesta - ilmasta, johon on suspendoitunut kolloidisia epäpuhtauksia - pölyä, pisaroita, kiteitä jne. Ilmakehän ilman koostumus muuttuu vähän korkeuden mukana. Noin 100 km:n korkeudelta alkaen molekyylien hapen ja typen mukana ilmaantuu kuitenkin myös atomihappi molekyylien dissosioitumisen seurauksena ja kaasujen gravitaatioerotus alkaa. Yli 300 km:n korkeudella ilmakehässä vallitsee atomihappi, 1000 km:n yläpuolella helium ja sitten atominen vety. Ilmakehän paine ja tiheys pienenevät korkeuden mukana; noin puolet ilmakehän kokonaismassasta on keskittynyt alemmalle 5 km:lle, 9/10 - alemmalle 20 km:lle ja 99,5% - alemmalle 80 km:lle. Noin 750 km:n korkeudessa ilman tiheys putoaa 10-10 g/m3 (kun taas klo. maanpinta se on noin 103 g/m3), mutta niin pienikin tiheys riittää silti revontulien esiintymiseen. Ilmakehällä ei ole terävää ylärajaa; sen sisältämien kaasujen tiheys

Jokaisen meistä hengittämän ilmakehän ilman koostumus sisältää useita kaasuja, joista tärkeimmät ovat: typpi (78,09 %), happi (20,95 %), vety (0,01 %) hiilidioksidi (hiilidioksidi) (0,03 %) ja inertti. kaasut (0,93 %). Lisäksi ilmassa on aina tietty määrä vesihöyryä, jonka määrä vaihtelee aina lämpötilan mukaan: mitä korkeampi lämpötila, sitä suurempi höyrypitoisuus ja päinvastoin. Ilmassa olevan vesihöyryn määrän vaihteluista johtuen myös kaasujen prosenttiosuus siinä vaihtelee. Kaikki ilmassa olevat kaasut ovat värittömiä ja hajuttomia. Ilman paino vaihtelee lämpötilan lisäksi myös siinä olevan vesihöyryn pitoisuuden mukaan. Samassa lämpötilassa kuivan ilman paino on suurempi kuin kostean ilman, koska vesihöyry on paljon kevyempää kuin ilmahöyry.

Taulukossa näkyy ilmakehän kaasukoostumus tilavuusmassasuhteessa sekä pääkomponenttien käyttöikä:

Ilmakehän ilmaa muodostavien kaasujen ominaisuudet muuttuvat paineen alaisena.

Esimerkiksi: yli 2 ilmakehän paineessa olevalla hapella on myrkyllinen vaikutus kehoon.

Yli 5 ilmakehän paineessa olevalla typellä on narkoottinen vaikutus (typpimyrkytys). Nopea nousu syvyydestä aiheuttaa dekompressiotautia, koska verestä vapautuu nopeasti typpikuplia, ikään kuin vaahdottaen sitä.

Hiilidioksidin lisääntyminen yli 3 % hengityselinten seoksessa aiheuttaa kuoleman.

Jokainen komponentti, joka on osa ilmaa, muuttuu paineen noustessa tiettyihin rajoihin myrkkyksi, joka voi myrkyttää kehon.

Ilmakehän kaasukoostumuksen tutkimukset. ilmakehän kemia

Ilmakehän kemiaksi kutsutun suhteellisen nuoren tieteenalan nopean kehityksen historiaan soveltuu parhaiten pikaurheilussa käytetty termi "spurtti" (heitto). Laukaus lähtöpistoolista oli ehkä kaksi 1970-luvun alussa julkaistua artikkelia. He käsittelivät stratosfäärin otsonin mahdollista tuhoamista typen oksidien - NO ja NO 2 - vaikutuksesta. Ensimmäinen kuului tulevaisuuteen nobelisti, ja sitten Tukholman yliopiston työntekijälle P. Krutzenille, joka piti stratosfäärissä todennäköisenä typen oksidien lähteenä luonnossa esiintyvää typpioksiduulia N 2 O, joka hajoaa auringonvalon vaikutuksesta. Toisen artikkelin kirjoittaja, kemisti Kalifornian yliopistosta Berkeley G. Johnstonista, ehdotti, että typen oksideja ilmaantuu stratosfääriin ihmisen toiminnan seurauksena, nimittäin korkealla sijaitsevien suihkumoottoreiden palamistuotteiden päästöistä. ilma-alus.

Yllä olevat hypoteesit eivät tietenkään syntyneet tyhjästä. Suhde vähintään ilmakehän ilman pääkomponentit - typen, hapen, vesihöyryn jne. molekyylit - tunnettiin paljon aikaisemmin. Jo XIX vuosisadan toisella puoliskolla. Euroopassa tehtiin pintailman otsonipitoisuuden mittauksia. Englantilainen tiedemies S. Chapman löysi 1930-luvulla otsonin muodostumismekanismin puhtaasti happiatmosfäärissä, mikä osoittaa happiatomien ja -molekyylien vuorovaikutuksen joukon sekä otsonin ilman muita ilman komponentteja. Kuitenkin 1950-luvun lopulla meteorologiset rakettimittaukset osoittivat, että stratosfäärissä oli paljon vähemmän otsonia kuin sen pitäisi olla Chapmanin reaktiosyklin mukaan. Vaikka tämä mekanismi on edelleen perustavanlaatuinen tähän päivään asti, on käynyt selväksi, että on olemassa myös muita prosesseja, jotka ovat myös aktiivisesti mukana ilmakehän otsonin muodostumisessa.

On syytä mainita, että 1970-luvun alkuun mennessä tieto ilmakehän kemian alalla saatiin pääosin yksittäisten tutkijoiden ponnistelujen ansiosta, joiden tutkimusta ei yhdistänyt mikään yhteiskunnallisesti merkittävä käsite ja jotka olivat useimmiten puhtaasti akateemista. Toinen asia on Johnstonin työ: hänen laskelmiensa mukaan 500 lentokonetta, jotka lentävät 7 tuntia päivässä, voisivat vähentää stratosfäärin otsonin määrää vähintään 10%! Ja jos nämä arviot olisivat oikeudenmukaisia, ongelmasta tulisi välittömästi sosioekonominen, koska tässä tapauksessa kaikkia yliäänilmailun ja siihen liittyvän infrastruktuurin kehittämisohjelmia jouduttaisiin muuttamaan merkittävästi ja ehkä jopa sulkemaan. Lisäksi ensimmäisen kerran todella heräsi kysymys, että ihmisen toiminta ei voi aiheuttaa paikallista, vaan globaalia kataklysmiä. Luonnollisesti teoria vaati nykytilanteessa erittäin kovan ja samalla nopean todentamisen.

Muista, että yllä olevan hypoteesin ydin oli, että typpioksidi reagoi otsonin NO + O 3 ® ® NO 2 + O 2 kanssa, sitten tässä reaktiossa muodostunut typpidioksidi reagoi happiatomin NO 2 + O ® NO + O 2 kanssa, palauttaa siten NO:n läsnäolon ilmakehässä, kun taas otsonimolekyyli häviää peruuttamattomasti. Tässä tapauksessa tällainen reaktiopari, joka muodostaa otsonin tuhoamisen typen katalyyttisen syklin, toistetaan, kunnes kaikki kemialliset tai fysikaaliset prosessit johtavat typen oksidien poistamiseen ilmakehästä. Niinpä esimerkiksi NO 2 hapettuu typpihapoksi HNO 3, joka liukenee hyvin veteen ja poistuu siksi ilmakehästä pilvien ja saosten vaikutuksesta. Typen katalyyttinen kierto on erittäin tehokas: yksi NO-molekyyli onnistuu tuhoamaan kymmeniä tuhansia otsonimolekyylejä ollessaan ilmakehässä.

Mutta kuten tiedät, ongelmat eivät tule yksin. Pian asiantuntijat yhdysvaltalaisista yliopistoista - Michiganista (R. Stolyarsky ja R. Cicerone) ja Harvardista (S. Wofsi ja M. McElroy) - huomasivat, että otsonilla voisi olla vielä armottomampi vihollinen - klooriyhdisteet. Heidän arvioidensa mukaan kloorikatalyyttinen otsonin tuhoaminen (reaktiot Cl + O 3 ® ClO + O 2 ja ClO + O ® Cl + O 2) oli useita kertoja tehokkaampi kuin typpi. Ainoa syy varovaiseen optimismiin oli se, että luonnossa esiintyvän kloorin määrä ilmakehässä on suhteellisen pieni, joten sen kokonaisvaikutus otsoniin ei välttämättä ole liian voimakas. Tilanne kuitenkin muuttui dramaattisesti, kun vuonna 1974 Kalifornian Irvinen yliopiston työntekijät S. Rowland ja M. Molina havaitsivat, että kloorin lähde stratosfäärissä on kloorifluorihiilivetyyhdisteitä (CFC), joita käytetään laajalti jäähdytyksessä. yksiköt, aerosolipakkaukset jne. Koska nämä aineet ovat syttymättömiä, myrkyttömiä ja kemiallisesti passiivisia, ne kulkeutuvat hitaasti nousevien ilmavirtojen mukana maan pinnalta stratosfääriin, missä niiden molekyylit tuhoutuvat auringonvalon vaikutuksesta, jolloin vapautuu vapaita klooriatomeja. teollisuustuotanto 1930-luvulla alkaneet CFC-yhdisteet ja niiden päästöt ilmakehään lisääntyivät tasaisesti kaikkina seuraavina vuosina, erityisesti 70- ja 80-luvuilla. Siten sisällä hyvin lyhyt jänneväli Aikanaan teoreetikot tunnistivat kaksi ilmakehän kemian ongelmaa, jotka johtuivat voimakkaasta antropogeenisesta saastumisesta.

Kuitenkin ehdotettujen hypoteesien toteuttamiskelpoisuuden testaamiseksi oli suoritettava monia tehtäviä.

Ensinnäkin laajentaa laboratoriotutkimus, jonka aikana olisi mahdollista määrittää tai tarkentaa valokemiallisten reaktioiden nopeuksia ilmakehän ilman eri komponenttien välillä. On sanottava, että tuolloin olemassa olleissa erittäin niukoissa tiedoissa näistä nopeuksista oli myös kohtuullisia (jopa useita satoja prosentteja) virheitä. Lisäksi olosuhteet, joissa mittaukset tehtiin, eivät pääsääntöisesti vastanneet paljoakaan ilmakehän todellisuutta, mikä pahensi virhettä vakavasti, koska useimpien reaktioiden intensiteetti riippui lämpötilasta ja joskus paineesta tai ilmakehän ilmasta. tiheys.

Toiseksi, tutkia intensiivisesti useiden pienten ilmakehän kaasujen säteilyoptisia ominaisuuksia laboratorioolosuhteet. Huomattavan määrän ilmakehän ilman komponenttien molekyylit tuhoutuvat Auringon ultraviolettisäteilyn vaikutuksesta (fotolyysireaktioissa), niiden joukossa ei ole vain edellä mainittuja CFC-yhdisteitä, vaan myös molekyylihappea, otsonia, typen oksideja ja monia muita. Siksi kunkin fotolyysireaktion parametrien arviot olivat yhtä tarpeellisia ja tärkeitä ilmakehän olosuhteiden oikealle toistumiselle. kemiallisia prosesseja, sekä eri molekyylien välisten reaktioiden nopeudet.