אוויר הוא תערובת של גזים המקיפים את כדור הארץ ויוצרים את האטמוספירה שלו. האוויר אינו נראה וחסר טעם ובדרך כלל חסר ריח. לאוויר יש משקל, ניתן להרחיב אותו או לדחוס אותו, ובקיצוני טמפרטורות נמוכותיכול להיות נוזלי או אפילו מוצק. אוויר בתנועה אנו קוראים רוח. יש לו את הכוח להפוך טחנות רוח ולהזיז ספינות על פני הים.
הרכב האוויר מורכב למדי, אם כי מרכיביו העיקריים הם חנקן - כ-78% וחמצן - כ-21%. האוויר מכיל גם ארגון, פחמן דו חמצני, אדי מים, ניאון, הליום, מתאן, קריפטון ואוזון.
החמצן באוויר חיוני לכל בעלי החיים והצמחים היבשתיים. באמצעות נשימה, בעלי חיים וצמחים קולטים חמצן ומשתמשים בו כדי להשיג אנרגיה מהמזון ולשחרר פחמן דו חמצני. פחמן דו חמצני משמש את הצמחים לפוטוסינתזה, במהלכה משיגים צמחים אנרגיה ומשחררים חמצן.
פחמן דו חמצני מהווה רק 0.03% מנפח האוויר. זה נוצר לא רק בתהליך של בעירה, אלא גם בעירה, כמו גם פירוק של חומרים אורגניים.
האוויר מכיל גם מים במצב גזי. אחוז המים באוויר נקרא לחות. הלחות עשויה להשתנות בהתאם לגובה ולטמפרטורה.
האוויר מכיל בדרך כלל חומר חלקיקי עדין כמו אבק געשי, אבקה, נבגי עובש ואצות, חיידקים, פיח ואבק. חלקיקי אבק, למשל, ניתן לראות בחדר מואר שמש. פיזור אור השמש גורם לצבע השמש במהלך הזריחה והשקיעה.
לאוויר יש צפיפות ולחץ. בגובה פני הים, צפיפות האטמוספירה היא כ-1.3 ק"ג/מ"ק. הלחץ האטמוספרי בגובה פני הים הוא 101.3 kPa. לחץ זה הוא "אטמוספרה אחת" - יחידת לחץ, למשל, בצמיגי רכב. ככל שהגובה עולה, הלחץ יורד. בגובה של 6 ק"מ, לחץ האוויר כבר נמוך פי 2 (כ-50 ק"מ). לחץ אוויר נמדד באמצעות מכשיר מיוחד - ברומטר.
אוויר דחוס שימש כבר זמן רב בתחומים שונים, למשל, להפעלת פטישים, ג'קים, כננות, מכונות יציקה, מסמרות, מכשירים רפואיים. כמו כן, נעשה שימוש באוויר דחוס במכונות התזת חול לניקוי חלקים וכן בקידוח זכוכית, מתכת ובטון. עוד בסוף שנות החמישים, הראשון רכבעל כרית אוויר, הנעה לאורך שכבת האוויר הדחוס שנוצר.
בוא נעשה הזמנה מיד, חנקן באוויר לוקח רוב, למרות זאת, תרכובת כימיתהחלק הנותר מאוד מעניין ומגוון. בקיצור, רשימת המרכיבים העיקריים היא כדלקמן.
עם זאת, ניתן גם כמה הסברים על תפקידיהם של יסודות כימיים אלה.
1. חנקן
תכולת החנקן באוויר היא 78% בנפח ו-75% במסה, כלומר יסוד זה שולט באטמוספירה, הוא בעל התואר אחד הנפוצים בכדור הארץ, ובנוסף, נמצא מחוץ לאזור המגורים האנושי - באורנוס, בנפטון ובמרחבים בין כוכביים. אז, כמה חנקן יש באוויר, כבר הבנו, השאלה נשארת לגבי תפקידו. חנקן הכרחי לקיומם של יצורים חיים, הוא חלק מ:
- חלבונים;
- חומצות אמינו;
- חומצות גרעין;
- כלורופיל;
- המוגלובין וכו'.
בממוצע, כ-2% מתא חי הם רק אטומי חנקן, מה שמסביר מדוע יש כל כך הרבה חנקן באוויר כאחוז מנפח ומסה.
חנקן הוא גם אחד הגזים האינרטיים המופקים מהאוויר האטמוספרי. אמוניה מסונתזת ממנו, משמשת לקירור ולמטרות נוספות.
2. חמצן
תכולת החמצן באוויר היא אחת השאלות הפופולריות ביותר. שמירה על התככים, בוא נסטה בשביל אחד עובדה מהנה: חמצן התגלה פעמיים - ב-1771 וב-1774, אולם, בשל השוני בפרסומים של התגלית, הקרדיט לגילוי היסוד הגיע לכימאי האנגלי ג'וזף פריסטלי, שבעצם בודד חמצן שני. אז, שיעור החמצן באוויר נע סביב 21% לפי נפח ו-23% לפי מסה. יחד עם חנקן, שני הגזים הללו מהווים 99% מאוויר כדור הארץ. עם זאת, אחוז החמצן באוויר קטן מחנקן, ובכל זאת איננו חווים בעיות נשימה. העובדה היא שכמות החמצן באוויר מחושבת בצורה אופטימלית בדיוק עבור נשימה רגילה, ב צורה טהורהגז זה פועל על הגוף כמו רעל, מוביל לקשיים בעבודה מערכת עצבים, כשלים בדרכי הנשימה ובמחזור הדם. יחד עם זאת, המחסור בחמצן משפיע לרעה גם על הבריאות, גורם לרעב בחמצן וכל הקשור תסמינים לא נעימים. לכן, כמה חמצן כלול באוויר, כל כך הרבה נדרש לנשימה מלאה בריאה.
3. ארגון
ארגון באוויר תופס את המקום השלישי, אין לו ריח, צבע וטעם. בעל משמעות תפקיד ביולוגיגז זה לא זוהה, אך יש לו השפעה נרקוטית ואף נחשב לסם. ארגון המופק מהאטמוספרה משמש בתעשייה, ברפואה, ליצירת אווירה מלאכותית, סינתזה כימית, כיבוי אש, יצירת לייזרים וכו'.
4. פחמן דו חמצני
פחמן דו חמצני מרכיב את האטמוספירה של נוגה ומאדים, אחוזו באוויר כדור הארץ נמוך בהרבה. במקביל, כמות עצומה של פחמן דו חמצני כלולה באוקיינוס, היא מסופקת באופן קבוע על ידי כל האורגניזמים הנושמים, ונפלטת עקב עבודת התעשייה. בחיי אדם, פחמן דו חמצני משמש בכיבוי שריפות, בתעשיית המזון כגז וכדומה תוסף תזונה E290 - חומר משמר ואבקת אפייה. בצורה מוצקה, פחמן דו חמצני הוא אחד מחומרי קירור הקרח היבש הידועים ביותר.
5. ניאון
אותו אור מסתורי של פנסי דיסקו, שלטים בהירים ופנסים מודרניים משתמשים בחמישי הנפוץ ביותר יסוד כימי, שגם הוא נשאף על ידי אדם - ניאון. כמו גזים אינרטיים רבים, לנאון יש השפעה נרקוטית על אדם בלחץ מסוים, אבל זה הגז המשמש להכנת צוללנים ואנשים אחרים שעובדים תחת לחץ דם גבוה. כמו כן, תערובות ניאון-הליום משמשות ברפואה להפרעות בדרכי הנשימה, הניאון עצמו משמש לקירור, לייצור נורות אות ואותן מנורות ניאון. עם זאת, בניגוד לסטריאוטיפ, אור הניאון אינו כחול, אלא אדום. כל שאר הצבעים נותנים מנורות עם גזים אחרים.
6. מתאן
מתאן ואוויר יש מאוד היסטוריה עתיקה: באטמוספרה הראשונית, עוד לפני הופעת האדם, מתאן היה בכמויות גדולות בהרבה. כעת הגז הזה, המופק ומשמש כדלק וחומר גלם בייצור, אינו מופץ כל כך באטמוספירה, אך עדיין נפלט מכדור הארץ. מחקר מודרני מבסס את תפקידו של מתאן בנשימה ובחיי גוף האדם, אך אין עדיין נתונים מוסמכים בנושא זה.
7. הליום
כשמסתכלים כמה הליום יש באוויר, כל אחד יבין שהגז הזה אינו מהחשובים בחשיבותם. אכן, קשה להגדיר משמעות ביולוגיתהגז הזה. לא סופרים את עיוות הקול המצחיק בעת שאיפת הליום מבלון 🙂 עם זאת, הליום נמצא בשימוש נרחב בתעשייה: במטלורגיה, תעשיית המזון, למילוי בלונים ובדיקות מטאורולוגיות, בלייזרים, כורים גרעיניים וכו'.
8. קריפטון
אנחנו לא מדברים על מקום הולדתו של סופרמן 🙂 קריפטון הוא גז אינרטי שכבד פי שלושה מאוויר, אינרטי מבחינה כימית, מופק מאוויר, משמש במנורות ליבון, לייזרים ועדיין נחקר באופן פעיל. מבין התכונות המעניינות של קריפטון, ראוי לציין כי בלחץ של 3.5 אטמוספרות יש לו השפעה נרקוטית על אדם, וב-6 אטמוספרות הוא רוכש ריח חריף.
9. מימן
המימן באוויר תופס 0.00005% בנפח ו-0.00008% במסה, אך יחד עם זאת הוא היסוד הנפוץ ביותר ביקום. אפשר בהחלט לכתוב מאמר נפרד על ההיסטוריה, הייצור והיישום שלו, אז כעת נצמצם את עצמנו לרשימה קטנה של תעשיות: כימיקלים, דלק, תעשיות מזון, תעופה, מטאורולוגיה, תעשיית חשמל.
10. קסנון
האחרון הוא בהרכב של אוויר, שנחשב במקור רק כתערובת לקריפטון. שמה מתורגם כ"חייזר", ואחוז התוכן הן בכדור הארץ והן מחוצה לו הוא מינימלי, מה שהוביל למחירו הגבוה. כעת קסנון חיוני: ייצור מקורות אור עוצמתיים ופועמים, אבחון והרדמה ברפואה, מנועי חלליות, דלק רקטות. בנוסף, בשאיפה, הקסנון מוריד משמעותית את הקול (השפעה הפוכה מהליום), ולאחרונה נוספה שאיפה של גז זה לרשימת הסמים.
האוויר של הדרום החם ושטוף השמש והצפון הקשה והקר מכילים את אותה כמות חמצן.
ליטר אוויר אחד מכיל תמיד 210 סנטימטר מעוקב של חמצן, שהם 21 אחוז בנפח.
יותר מכל, חנקן נמצא באוויר - הוא כלול בליטר של 780 סנטימטר מעוקב, או 78 אחוז בנפח. יש גם כמות קטנה של גזים אינרטיים באוויר. גזים אלו נקראים אינרטיים מכיוון שהם כמעט אף פעם לא מתחברים עם אלמנטים אחרים.
מבין הגזים האינרטיים באוויר, הארגון הוא הכי הרבה - הוא כ-9 סנטימטר מעוקב לליטר. ניאון נמצא בכמויות קטנות בהרבה באוויר: יש 0.02 סנטימטר מעוקב בליטר אוויר. אפילו פחות הליום - זה רק 0.005 סנטימטר מעוקב. קריפטון קטן פי 5 מהליום - 0.001 ס"מ מעוקב, ומעט מאוד קסנון - 0.00008 ס"מ מעוקב.
הרכב האוויר כולל גם תרכובות כימיות גזיות, למשל פחמן דו חמצני, או פחמן דו חמצני (CO 2). כַּמוּת פחמן דו חמצניבאוויר נע בין 0.3 ל-0.4 סנטימטר מעוקב לליטר. גם תכולת אדי המים באוויר משתנה. במזג אוויר יבש וחם, הם פחות, ובמזג אוויר גשום - יותר.
הרכב האוויר יכול להתבטא גם באחוז משקל. לדעת את המשקל של 1 ליטר אוויר ואת המשקל הסגולי של כל גז הכלול בהרכבו, קל לעבור מערכים נפחיים לערכי משקל. חנקן באוויר מכיל כ-75.5, חמצן - 23.1, ארגון - 1.3 ופחמן דו חמצני (פחמן דו חמצני) - 0.04 אחוזי משקל.
ההבדל בין משקל ואחוזי נפח מוסבר על ידי משקלים סגוליים שונים של חנקן, חמצן, ארגון ופחמן דו חמצני.
חמצן, למשל, מחמצן בקלות נחושת בשעה טמפרטורה גבוהה. לכן, אם אתה מעביר אוויר דרך צינור מלא בשברי נחושת לוהטים, אז כאשר הוא יוצא מהצינור הוא לא יכיל חמצן. זרחן יכול גם להסיר חמצן מהאוויר. במהלך הבעירה, זרחן משתלב בשקיקה עם חמצן, ויוצר אנהידריד זרחתי (P 2 O 5).
הרכב האוויר נקבע בשנת 1775 על ידי Lavoisier.
על ידי חימום כמות קטנה של כספית מתכתית ברטורט זכוכית, הביא Lavoisier את הקצה הצר של הרטורט מתחת למכסה זכוכית, שהוטה לתוך כלי מלא בכספית. חוויה זו נמשכה שנים עשר ימים. הכספית ברטורט, שחוממה כמעט עד לרתיחה, התכסה יותר ויותר בתחמוצת אדומה. במקביל, רמת הכספית במכסה המתהפך החלה לעלות באופן ניכר מעל רמת הכספית בכלי המכיל את הפקק. הכספית ברטורט, בהיותה מחומצנת, לקחה עוד ועוד חמצן מהאוויר, הלחץ ברטורט ובמכסה ירד, ובמקום החמצן שנצרך, הכספית נשאבה לתוך המכסה.
כשכל החמצן נגמר והחמצון הכספית נפסק, הפסיקה גם שאיבת הכספית לתוך הפעמון. נפח הכספית במכסה נמדד. התברר שזה היה חלק V 5 מהנפח הכולל של הכובע והרטורט.
הגז שנותר במכסה ובתמרה לא תמך בעירה ובחיים. חלק זה של האוויר, שתפס כמעט 4/6 מהנפח, נקרא חַנקָן.
ניסויים מדויקים יותר בסוף המאה ה-18 הראו שאוויר מכיל 21 אחוז חמצן ו-79 אחוז חנקן בנפח.
ורק בסוף המאה ה-19 נודע שארגון, הליום וגזים אינרטים אחרים הם חלק מהאוויר.
נתון בטבלה. 1.1 הרכב האוויר האטמוספרי עובר שינויים שונים בחללים סגורים. ראשית, אחוז רכיבי החובה הבודדים משתנה, ושנית, מופיעים רכיבים נוספים, לא אופייניים. אוויר נקיזיהומים. בפסקה זו נדון בשינויים בהרכב הגז ובסטיות המותרות שלו מהרגיל.
הגזים החשובים ביותר לחיי אדם הם חמצן ופחמן דו חמצני, המעורבים בחילופי גזים של אדם עם סביבה. חילוף גזים זה מתרחש בעיקר בריאות האדם בזמן הנשימה. חילופי גזים המתרחשים דרך פני העור הם בערך פי 100 פחות מאשר דרך הריאות, שכן פני השטח של גופו של מבוגר הם בקירוב 1.75 מ"ר, ופני השטח של alveoli של הריאות הוא כ-200 מ"ר. תהליך הנשימה מלווה בהיווצרות חום בגוף האדם בכמות של 4.69 עד 5.047 (בממוצע 4.879) קק"ל לליטר חמצן נספג (עובר לפחמן דו חמצני). יש לציין שרק חלק קטן מהחמצן הכלול באוויר הנשאף (כ-20%) נספג. אז, אם באוויר האטמוספרי יש בערך 21% של חמצן, אז באוויר שננשף על ידי אדם זה יהיה בערך 17%. בדרך כלל, כמות הפחמן הדו חמצני שנשפת קטנה מכמות החמצן הנלקחת פנימה. היחס בין נפחי הפחמן הדו חמצני הנפלט על ידי אדם לבין החמצן שנספג נקרא מקדם הנשימה (RC), שבדרך כלל נע בין 0.71 ל-1. עם זאת, אם אדם נמצא במצב של התרגשות גבוהה או מבצע עבודה קשה מאוד, ה-DC יכול להיות אפילו יותר מאחד.
כמות החמצן הדרושה לאדם לשמירה על פעילות חיים תקינה תלויה בעיקר בעוצמת העבודה המבוצעת על ידו ונקבעת על פי מידת המתח העצבי והשרירי. הטמעת חמצן בדם מתרחשת בצורה הטובה ביותר בלחץ חלקי של כ-160 מ"מ כספית. אמנות, כי ב לחץ אטמוספרי 760 מ"מ כספית אומנות. מתאים לאחוז החמצן הרגיל באוויר האטמוספרי, כלומר 21%.
בשל יכולתו של גוף האדם להסתגל, ניתן להבחין בנשימה תקינה גם עם כמויות קטנות יותר של חמצן.
אם הירידה בתכולת החמצן באוויר מתרחשת עקב גזים אינרטיים (למשל חנקן), אזי תיתכן ירידה משמעותית בכמות החמצן - עד 12%.
עם זאת, בחללים סגורים, ירידה בתכולת החמצן מלווה לא בעלייה בריכוז הגזים האינרטיים, אלא בהצטברות של פחמן דו חמצני. בתנאים אלה, תכולת החמצן המינימלית המותרת באוויר צריכה להיות הרבה יותר גבוהה. בדרך כלל, תכולת החמצן השווה ל-17% בנפח נלקחת כנורמה לריכוז זה. באופן כללי, בתוך הבית, אחוז החמצן לעולם לא יורד לרמה זו, מכיוון שריכוז הפחמן הדו-חמצני מגיע לערך הגבול הרבה יותר מוקדם. לכן, למעשה, חשוב יותר לקבוע את הנורמות המקסימליות המותרות עבור התוכן של לא חמצן, אלא פחמן דו חמצני בחללים סגורים.
פחמן דו חמצני CO2 הוא גז חסר צבע עם טעם וריח חמצמץ קלים; הוא כבד פי 1.52 מהאוויר, מעט רעיל. הצטברות פחמן דו חמצני באוויר הפנימי מובילה לכאבי ראש, סחרחורת, חולשה, אובדן תחושה ואף אובדן הכרה.
מאמינים כי באוויר אטמוספרי כמות הפחמן הדו חמצני היא 0.03% בנפח. זה נכון לאזורים כפריים. באוויר של מרכזי תעשייה גדולים, תכולתו בדרך כלל גבוהה יותר. לחישובים נלקח ריכוז של 0.04%. האוויר שנושף על ידי אדם מכיל כ-4% פחמן דו חמצני.
ללא כל השלכות מזיקות לגוף האדם, ניתן לסבול ריכוזים של פחמן דו חמצני גבוה בהרבה מ-0.04% באוויר הפנימי.
ערכו של הריכוז המרבי המותר של פחמן דו חמצני תלוי במשך השהות של אנשים בחלל סגור מסוים ובסוג עיסוקם. למשל, למקלטים בלחץ, כשהם מונחים בהם אנשים בריאיםלתקופה של לא יותר מ-8 שעות, ניתן לקחת את הנורמה של 2% כריכוז המרבי המותר של CO2. עם שהות קצרה של אנשים, ניתן להעלות את השיעור הזה. האפשרות של אדם להיות בסביבה עם ריכוזים גבוהיםפחמן דו חמצני נובע מהיכולת גוף האדםלהסתגל לתנאים שונים. בריכוז CO2 גבוה מ-1%, אדם מתחיל לשאוף יותר אוויר באופן משמעותי. אז, בריכוז CO2 של 3%, הנשימה מכפילה את עצמה גם במנוחה, מה כשלעצמו לא גורם בולט השלכות שליליותעם שהות קצרה יחסית באוויר כזה של אדם. אם אדם שוהה בחדר עם ריכוז CO2 של 3% למשך זמן מספיק ארוך (3 ימים או יותר), הוא מאוים באיבוד הכרה.
כאשר אנשים שוהים בחדרים אטומים במשך זמן רב וכאשר אנשים מבצעים עבודה כזו או אחרת, ערך הריכוז המרבי המותר של פחמן דו חמצני צריך להיות נמוך משמעותית מ-2%. זה יכול לנוע בין 0.1 ל-1%. תכולת פחמן דו חמצני של 0.1% יכולה להיחשב מקובלת גם עבור הנחות רגילות ללא לחץ של מבנים ומבנים למטרות שונות. יש לרשום ריכוז נמוך יותר של פחמן דו חמצני (מסדר גודל של 0.07-0.08) רק לחצרים של מוסדות רפואיים וילדים.
כפי שיתברר מהבאים, הדרישות לתכולת פחמן דו חמצני באוויר של הנחות של בנייני קרקע מתקיימים בדרך כלל בקלות אם מקורות שחרורו הם אנשים. אחרת, השאלה היא מתי מצטבר פחמן דו חמצני חצרים תעשייתייםכתוצאה מכמה תהליכים טכנולוגייםמתרחש, למשל, בשמרים, מבשלות בירה, חנויות הידרוליזה. במקרה זה, 0.5% נלקח כריכוז המרבי המותר של פחמן דו חמצני.
הרכב הגזאוויר אטמוספרי
הרכב הגזים של האוויר שאנו נושמים הוא 78% חנקן, 21% חמצן ו-1% גזים אחרים. אבל באווירה של ערים תעשייתיות גדולות, יחס זה מופר לעתים קרובות. חלק ניכר מורכב מזיהומים מזיקים הנגרמים מפליטות ממפעלים וכלי רכב. הובלה מוטורית מביאה זיהומים רבים לאטמוספירה: פחמימנים בעלי הרכב לא ידוע, בנזו (א) פירן, פחמן דו חמצני, תרכובות גופרית וחנקן, עופרת, פחמן חד חמצני.
האטמוספירה מורכבת מתערובת של מספר גזים - אוויר, שבתוכו תלויים זיהומים קולואידים - אבק, טיפות, גבישים וכו'. הרכב האוויר האטמוספרי משתנה מעט עם הגובה. אולם החל מגובה של כ-100 ק"מ, יחד עם חמצן מולקולרי וחנקן, מופיע גם חמצן אטומי כתוצאה מניתוק מולקולות ומתחילה הפרדת הכבידה של גזים. מעל 300 ק"מ, חמצן אטומי שולט באטמוספירה, מעל 1000 ק"מ - הליום ולאחר מכן מימן אטומי. הלחץ והצפיפות של האטמוספירה יורדים עם הגובה; כמחצית מהמסה הכוללת של האטמוספירה מרוכזת ב-5 הק"מ התחתונים, 9/10 - ב-20 הק"מ התחתונים ו-99.5% - ב-80 הק"מ התחתונים. בגבהים של כ-750 ק"מ, צפיפות האוויר יורדת ל-10-10 גרם/מ"ק (ואילו ב- פני כדור הארץזה בערך 103 גרם/מ"ק), אבל אפילו צפיפות נמוכה כזו עדיין מספיקה להתרחשות של זוהר. לאטמוספירה אין גבול עליון חד; צפיפות הגזים המרכיבים אותו
הרכב האוויר האטמוספרי שכל אחד מאיתנו נושם כולל מספר גזים, העיקריים שבהם הם: חנקן (78.09%), חמצן (20.95%), מימן (0.01%) פחמן דו חמצני (פחמן דו חמצני) (0.03%) וגזים אינרטיים (0.93%). בנוסף, תמיד יש כמות מסוימת של אדי מים באוויר, שכמותם תמיד משתנה עם הטמפרטורה: ככל שהטמפרטורה גבוהה יותר, תכולת האדים גדולה יותר ולהיפך. עקב תנודות בכמות אדי המים באוויר, גם אחוז הגזים בו משתנה. כל הגזים באוויר חסרי צבע וריח. משקל האוויר משתנה בהתאם לא רק בטמפרטורה, אלא גם בתכולת אדי המים שבו. באותה טמפרטורה, משקלו של אוויר יבש גדול מזה של אוויר לח, מכיוון אדי מים קלים בהרבה מאדי אוויר.
הטבלה מציגה את הרכב הגז של האטמוספירה ביחס מסה נפחי, כמו גם את משך החיים של המרכיבים העיקריים:
| רְכִיב | % לפי נפח | % מסה |
| N 2 | 78,09 | 75,50 |
| O2 | 20,95 | 23,15 |
| Ar | 0,933 | 1,292 |
| CO2 | 0,03 | 0,046 |
| לא | 1,8 10 -3 | 1,4 10 -3 |
| הוא | 4,6 10 -4 | 6,4 10 -5 |
| CH 4 | 1,52 10 -4 | 8,4 10 -5 |
| kr | 1,14 10 -4 | 3 10 -4 |
| H2 | 5 10 -5 | 8 10 -5 |
| N2O | 5 10 -5 | 8 10 -5 |
| Xe | 8,6 10 -6 | 4 10 -5 |
| O 3 | 3 10 -7 - 3 10 -6 | 5 10 -7 - 5 10 -6 |
| Rn | 6 10 -18 | 4,5 10 -17 |
תכונות הגזים המרכיבים את האוויר האטמוספרי משתנות בלחץ.
לדוגמא: לחמצן בלחץ של יותר מ-2 אטמוספרות יש השפעה רעילה על הגוף.
לחנקן בלחץ מעל 5 אטמוספרות יש השפעה נרקוטית (הרעלת חנקן). עלייה מהירה מהעומק גורמת למחלת דקומפרסיה עקב שחרור מהיר של בועות חנקן מהדם, כאילו מקציף אותו.
עלייה בפחמן דו חמצני של יותר מ-3% בתערובת הנשימה גורמת למוות.
כל מרכיב שהוא חלק מהאוויר, עם עלייה בלחץ לגבולות מסוימים, הופך לרעל שעלול להרעיל את הגוף.
מחקרים על הרכב הגזים של האטמוספירה. כימיה אטמוספרית
להיסטוריה של ההתפתחות המהירה של ענף מדע צעיר יחסית הנקרא כימיה אטמוספרית, המונח "דורבן" (זריקה) המשמש בספורט במהירות גבוהה הוא המתאים ביותר. הירייה מאקדח הזינוק, אולי, הייתה שני מאמרים שפורסמו בתחילת שנות ה-70. הם עסקו בהרס אפשרי של האוזון הסטרטוספרי על ידי תחמוצות חנקן - NO ו-NO 2. הראשון היה שייך לעתיד חתן פרס נובל, ולאחר מכן לעובד מאוניברסיטת שטוקהולם P. Krutzen, שחשב שהמקור הסביר לתחמוצות חנקן בסטרטוספירה הוא תחמוצת החנקן N 2 O הנרקבת תחת פעולת אור השמש. מחבר המאמר השני, כימאי מאוניברסיטת קליפורניה בברקלי ג'י ג'ונסטון, הציע שתחמוצות חנקן מופיעות בסטרטוספירה כתוצאה מפעילות אנושית, כלומר מפליטת תוצרי בעירה ממנועי סילון של מטוסים בגובה רב.
כמובן, ההשערות הנ"ל לא עלו מאפס. יחס לפי לפחותהמרכיבים העיקריים באוויר האטמוספרי - מולקולות החנקן, החמצן, אדי המים וכו' - היו ידועים הרבה קודם. כבר במחצית השנייה של המאה ה- XIX. באירופה נעשו מדידות של ריכוז האוזון באוויר פני השטח. בשנות ה-30 גילה המדען האנגלי ס.צ'פמן את מנגנון היווצרות האוזון באווירת חמצן גרידא, מה שמעיד על מערכת של אינטראקציות של אטומי חמצן ומולקולות, כמו גם אוזון בהיעדר מרכיבי אוויר אחרים. עם זאת, בסוף שנות ה-50, מדידות רקטות מטאורולוגיות הראו שיש הרבה פחות אוזון בסטרטוספירה ממה שהיה צריך להיות לפי מחזור התגובה של צ'פמן. למרות שמנגנון זה נותר מהותי עד היום, התברר כי ישנם כמה תהליכים נוספים המעורבים גם הם באופן פעיל ביצירת אוזון אטמוספרי.
ראוי להזכיר שעד תחילת שנות ה-70 הושג הידע בתחום הכימיה האטמוספירית בעיקר הודות למאמצים של מדענים בודדים, שמחקריהם לא אוחדו בשום מושג בעל משמעות חברתית ולרוב היה אקדמי גרידא. דבר נוסף הוא עבודתו של ג'ונסטון: לפי החישובים שלו, 500 מטוסים, שטסים 7 שעות ביום, יכולים להפחית את כמות האוזון הסטרטוספרי ב-10% לפחות! ואם ההערכות הללו היו הוגנות, אזי הבעיה הייתה הופכת מיד לבעיה חברתית-כלכלית, שכן במקרה זה כל התוכניות לפיתוח תעופה תחבורתית על-קולית ותשתיות נלוות יצטרכו לעבור התאמה משמעותית, ואולי אפילו סגירה. בנוסף, אז בפעם הראשונה באמת עלתה השאלה שפעילות אנתרופוגנית עלולה לגרום לא אסון מקומי, אלא עולמי. מטבע הדברים, במצב הנוכחי, התיאוריה הייתה זקוקה לאימות מאוד קשוחה ובו זמנית מהירה.
נזכיר כי המהות של ההשערה לעיל הייתה שחנקן תחמוצת מגיב עם אוזון NO + O 3 ® ® NO 2 + O 2, ואז החנקן הדו-חמצני שנוצר בתגובה זו מגיב עם אטום החמצן NO 2 + O ® NO + O 2, ובכך משחזר את נוכחות ה-NO באטמוספרה, בעוד המולקולה אבודה לאוזון. במקרה זה, צמד תגובות כזה, המהווה את המחזור הקטליטי של החנקן של הרס האוזון, חוזר על עצמו עד שכל תהליכים כימיים או פיזיים מובילים להסרה של תחמוצות חנקן מהאטמוספרה. כך, למשל, NO 2 מתחמצן לחומצה חנקתית HNO 3, שהיא מאוד מסיסה במים, ולכן מוסרת מהאטמוספירה על ידי עננים ומשקעים. המחזור הקטליטי של החנקן יעיל מאוד: מולקולת NO אחת מצליחה להרוס עשרות אלפי מולקולות אוזון במהלך שהותה באטמוספרה.
אבל, כידוע, הצרות לא באות לבד. עד מהרה, מומחים מאוניברסיטאות בארה"ב - מישיגן (ר. סטוליארסקי ור. סיצרון) והרווארד (ס. וופסי ומ. מקלרוי) - גילו שלאוזון יכול להיות אויב חסר רחמים עוד יותר - תרכובות כלור. על פי הערכותיהם, המחזור הקטליטי של הכלור של הרס האוזון (תגובות Cl + O 3 ® ClO + O 2 ו- ClO + O ® Cl + O 2) היה יעיל פי כמה מהחנקן. הסיבה היחידה לאופטימיות זהירה הייתה שכמות הכלור המופיע באופן טבעי באטמוספרה קטנה יחסית, מה שאומר שההשפעה הכוללת של השפעתו על האוזון עשויה להיות לא חזקה מדי. עם זאת, המצב השתנה באופן דרמטי כאשר בשנת 1974, עובדי אוניברסיטת קליפורניה באירווין, ס. רולנד ומ. מולינה, גילו שמקור הכלור בסטרטוספירה הוא תרכובות כלורופלואורו-פחמימנים (CFCs), הנמצאות בשימוש נרחב ביחידות קירור, אריזות אירוסול וכו'. בהיותם לא דליקים, לא רעילים ופסיביים מבחינה כימית, חומרים אלה מועברים באיטיות על ידי זרמי אוויר עולים מפני השטח של כדור הארץ אל הסטרטוספירה, שם המולקולות שלהם נהרסות על ידי אור השמש, וכתוצאה מכך שחרור אטומי כלור חופשיים. ייצור תעשייתי CFCs, שהחלו בשנות ה-30, ופליטתם לאטמוספירה עלתה בהתמדה בכל השנים שלאחר מכן, במיוחד בשנות ה-70 וה-80. לפיכך, בתוך מאוד טווח קצרזמן, תיאורטיקנים זיהו שתי בעיות של כימיה אטמוספרית עקב זיהום אנתרופוגני אינטנסיבי.
עם זאת, על מנת לבחון את הכדאיות של ההשערות המוצעות, היה צורך לבצע משימות רבות.
קוֹדֶם כֹּל,לְהַרְחִיב מחקר מעבדה, שבמהלכו ניתן יהיה לקבוע או לחדד את שיעורי התגובות הפוטוכימיות בין מרכיבים שונים של אוויר אטמוספרי. יש לומר שגם בנתונים הדלים מאוד על המהירויות הללו שהיו קיימות באותה תקופה היו שגיאות הוגנת (עד כמה מאות אחוזים). בנוסף, התנאים שבהם בוצעו המדידות, ככלל, לא תאמו הרבה למציאות האטמוספירה, מה שהחמיר מאוד את השגיאה, שכן עוצמת רוב התגובות הייתה תלויה בטמפרטורה, ולעיתים בלחץ או בצפיפות האוויר האטמוספרי.
שנית,למד באינטנסיביות את תכונות הקרינה-אופטיות של מספר גזים אטמוספריים קטנים ב תנאי מעבדה. המולקולות של מספר לא מבוטל של מרכיבי אוויר אטמוספריים נהרסות על ידי הקרינה האולטרה סגולה של השמש (בתגובות פוטוליזה), ביניהן לא רק ה-CFCs שהוזכרו לעיל, אלא גם חמצן מולקולרי, אוזון, תחמוצות חנקן ועוד רבים אחרים. לכן, הערכות של הפרמטרים של כל תגובת פוטוליזה היו נחוצות וחשובות באותה מידה לשחזור נכון של תנאי אטמוספירה. תהליכים כימיים, כמו גם שיעורי התגובות בין מולקולות שונות.
