Gaiss ir gāzu maisījums, kas ieskauj Zemi un veido tās atmosfēru. Gaiss ir neredzams un bez garšas un parasti bez smaržas. Gaisam ir svars, to var izplesties vai saspiest, un zem ekstrēma zemas temperatūras var pārvērst šķidrā vai pat ciets. Mēs saucam gaisu kustībā par vēju. Tam ir pietiekami daudz jaudas, lai grieztu dzirnavu asmeņus un pārvietotu kuģus pāri jūrai.

Gaisa sastāvs ir diezgan sarežģīts, lai gan tā galvenās sastāvdaļas ir slāpeklis - aptuveni 78% un skābeklis - aptuveni 21%. Gaiss satur arī argonu, oglekļa dioksīdu, ūdens tvaikus, neonu, hēliju, metānu, kriptonu un ozonu.

Skābeklis gaisā ir vitāli svarīgs visiem zemes dzīvniekiem un augiem. Elpošanas ceļā dzīvnieki un augi iegūst skābekli un izmanto to enerģijas iegūšanai no pārtikas un oglekļa dioksīda izdalīšanai. Oglekļa dioksīdu augi izmanto fotosintēzei, kuras laikā augi iegūst enerģiju un izdala skābekli.

Oglekļa dioksīds veido tikai 0,03% no gaisa tilpuma. Tas veidojas ne tikai degšanas, bet arī organisko vielu degšanas un sadalīšanās laikā.

Gaiss satur arī ūdeni gāzveida formā. Ūdens procentuālo daudzumu gaisā sauc par mitrumu. Mitrums var atšķirties atkarībā no augstuma un temperatūras.

Gaiss parasti satur arī daudzas sīkas daļiņas, piemēram, vulkāna putekļus, ziedputekšņus, pelējuma un aļģu sporas, baktērijas, kvēpus un putekļus. Saules apspīdētā telpā var redzēt, piemēram, putekļu daļiņas. Saules gaismas izkliede rada Saules krāsu saullēkta un saulrieta laikā.

Gaisam ir blīvums un spiediens. Jūras līmenī atmosfēras blīvums ir aptuveni 1,3 kg/m3. Atmosfēras spiediens jūras līmenī ir 101,3 kPa. Šis spiediens ir "viena atmosfēra" - spiediena mērvienība, ko mēra, piemēram, automašīnu riepās. Palielinoties augstumam, spiediens samazinās. 6 km augstumā gaisa spiediens jau ir 2 reizes mazāks (apmēram 50 kPa). Gaisa spiedienu mēra, izmantojot īpašu ierīci - barometru.

Saspiestais gaiss jau izsenis tiek izmantots dažādās jomās, piemēram, domkratu, domkratu, vinču, formēšanas iekārtu, kniedēšanas ierīču un medicīnas instrumentu darbināšanai. Saspiestu gaisu izmanto arī smilšu strūklas iekārtās detaļu tīrīšanai, kā arī stikla, metāla un betona urbšanai. Vēl pagājušā gadsimta 50. gadu beigās pirmais transportlīdzeklis uz gaisa spilvena, kas pārvietojas pa izveidotā saspiestā gaisa slāni.

Uzreiz rezervēsim: gaisā esošais slāpeklis uzņem lielākā daļa tomēr ķīmiskais sastāvs pārējā daļa ir ļoti interesanta un daudzveidīga. Īsāk sakot, galveno elementu saraksts ir šāds.

Tomēr mēs sniegsim arī dažus skaidrojumus par šo ķīmisko elementu funkcijām.

1. Slāpeklis

Slāpekļa saturs gaisā ir 78% pēc tilpuma un 75% pēc masas, tas ir, šis elements dominē atmosfērā, ir viens no visizplatītākajiem uz Zemes, un turklāt tas ir atrodams ārpus cilvēka dzīvesvietas. zona - uz Urāna, Neptūna un starpzvaigžņu telpās. Tātad, mēs jau esam noskaidrojuši, cik daudz slāpekļa ir gaisā, taču paliek jautājums par tā funkciju. Slāpeklis ir nepieciešams dzīvo būtņu pastāvēšanai, tas ir daļa no:

• olbaltumvielas;
• aminoskābes;
• nukleīnskābes;
• hlorofils;
• hemoglobīns utt.

Vidēji aptuveni 2% dzīvas šūnas sastāv no slāpekļa atomiem, kas izskaidro, kāpēc gaisā ir tik daudz slāpekļa tilpuma un masas procentos.
Slāpeklis ir arī viena no inertajām gāzēm, ko iegūst no atmosfēras gaisa. No tā tiek sintezēts amonjaks un tiek izmantots dzesēšanai un citiem mērķiem.

2. Skābeklis

Skābekļa saturs gaisā ir viens no populārākajiem jautājumiem. Saglabājot intrigu, novēršam uzmanību ar vienu jautrs fakts: Skābeklis tika atklāts divas reizes – 1771. un 1774. gadā, taču atklājuma publikāciju atšķirību dēļ elementa atklāšanas gods tika angļu ķīmiķim Džozefam Prīstlijam, kurš faktiski skābekli izolēja kā otro. Tātad skābekļa īpatsvars gaisā svārstās ap 21% pēc tilpuma un 23% pēc masas. Šīs divas gāzes kopā ar slāpekli veido 99% no visa zemes gaisa. Tomēr skābekļa procentuālais daudzums gaisā ir mazāks par slāpekli, un tomēr mums nav elpošanas problēmu. Fakts ir tāds, ka skābekļa daudzums gaisā ir optimāli aprēķināts tieši normālai elpošanai tīrā formāšī gāze iedarbojas uz ķermeni kā inde un rada grūtības darbā nervu sistēma, elpošanas un asinsrites problēmas. Tajā pašā laikā skābekļa trūkums arī negatīvi ietekmē veselību, izraisot skābekļa badu un visu ar to saistīto nepatīkami simptomi. Tāpēc, cik daudz skābekļa ir gaisā, tas ir nepieciešams veselīgai, pilnvērtīgai elpošanai.

3. Argons

Argons ieņem trešo vietu gaisā; tas ir bez smaržas, bezkrāsas un bez garšas. Nozīmīgi bioloģiskā lomaŠī gāze nav konstatēta, taču tai ir narkotiska iedarbība un pat tiek uzskatīts par dopingu. No atmosfēras iegūtais argons tiek izmantots rūpniecībā, medicīnā, mākslīgas atmosfēras radīšanai, ķīmiskajai sintēzei, ugunsgrēku dzēšanai, lāzeru radīšanai u.c.

4. Oglekļa dioksīds

Oglekļa dioksīds veido Veneras un Marsa atmosfēru; tā procentuālais daudzums zemes gaisā ir daudz mazāks. Tajā pašā laikā okeānā ir milzīgs oglekļa dioksīda daudzums, to regulāri piegādā visi elpojošie organismi, un tas tiek atbrīvots rūpniecības darba dēļ. Cilvēka dzīvē oglekļa dioksīds tiek izmantots ugunsgrēku dzēšanā, pārtikas rūpniecībā kā gāze un kā uztura bagātinātājs E290 – konservants un raudzētājs. Cietā veidā oglekļa dioksīds ir viens no pazīstamākajiem aukstumaģentiem, "sausais ledus".

5. Neons

Tā pati noslēpumainā disko gaismas, spilgto izkārtņu un moderno priekšējo lukturu gaisma ir piektā visizplatītākā ķīmiskais elements, ko ieelpo arī cilvēki – neons. Tāpat kā daudzām inertām gāzēm, neonam ir narkotiska iedarbība uz cilvēku pie noteikta spiediena, taču tieši šo gāzi izmanto ūdenslīdēju un citu zemūdens ūdeņu apmācībā. augsts asinsspiediens. Arī neona-hēlija maisījumus izmanto medicīnā pret elpošanas traucējumiem, pašu neonu izmanto dzesēšanai, signāllampu un to pašu neona lampu ražošanā. Taču pretēji stereotipam neona gaisma ir nevis zila, bet gan sarkana. Visas pārējās krāsas ražo lampas ar citām gāzēm.

6. Metāns

Metānam un gaisam ir ļoti seno vēsturi: primārajā atmosfērā, pat pirms cilvēka parādīšanās, metāns bija daudz lielākā daudzumā. Tagad iegūta un izmantota kā degviela un izejviela ražošanā, šī gāze nav tik plaši izplatīta atmosfērā, bet joprojām tiek izlaista no Zemes. Mūsdienu pētījumi nosaka metāna lomu cilvēka ķermeņa elpošanā un dzīvībai svarīgās funkcijās, taču pagaidām par to nav autoritatīvu datu.

7. Hēlijs

Apskatot, cik daudz hēlija ir gaisā, ikviens sapratīs, ka šī gāze nav no svarīgākajām. Patiešām, to ir grūti noteikt bioloģiskā nozīmešī gāze. Ja neskaita smieklīgo balss deformāciju, ieelpojot hēliju no balona :) Toties hēliju plaši izmanto rūpniecībā: metalurģijā, pārtikas rūpniecībā, lidaparātu un laikapstākļu balonu uzpildīšanai, lāzeros, kodolreaktoros utt.

8. Kriptons

Mēs nerunājam par Supermena dzimteni :) Kriptons ir inerta gāze, kas ir trīs reizes smagāka par gaisu, ķīmiski inerta, tiek iegūta no gaisa, tiek izmantota kvēlspuldzēs, lāzeros un joprojām tiek aktīvi pētīta. Starp interesantajām kriptona īpašībām ir vērts atzīmēt, ka 3,5 atmosfēru spiedienā tam ir narkotiska iedarbība uz cilvēkiem, un 6 atmosfērās tas iegūst asu smaku.

9. Ūdeņradis

Ūdeņradis gaisā aizņem 0,00005% pēc tilpuma un 0,00008% pēc masas, bet tajā pašā laikā tas ir visizplatītākais elements Visumā. Par tās vēsturi, ražošanu un pielietojumu ir pilnīgi iespējams uzrakstīt atsevišķu rakstu, tāpēc tagad aprobežosimies ar nelielu nozaru sarakstu: ķīmija, degviela, pārtikas rūpniecība, aviācija, meteoroloģija, elektroenerģija.

10. Ksenons

Pēdējais ir gaisa sastāvdaļa, kas sākotnēji tika uzskatīta tikai par kriptona piejaukumu. Tās nosaukums tiek tulkots kā "svešs", un satura procentuālais daudzums gan uz Zemes, gan ārpus tās ir minimāls, kas izraisīja tā augstās izmaksas. Mūsdienās viņi nevar iztikt bez ksenona: lieljaudas un impulsa gaismas avotu ražošana, diagnostika un anestēzija medicīnā, kosmosa kuģu dzinēji, raķešu degviela. Turklāt, ieelpojot, ksenons ievērojami pazemina balsi (pretējs hēlija efekts), un nesen šīs gāzes ieelpošana ir iekļauta dopinga līdzekļu sarakstā.

Karsto, saulaino dienvidu un skarbo, auksto ziemeļu gaiss satur vienādu skābekļa daudzumu.

Vienā litrā gaisa vienmēr ir 210 kubikcentimetri skābekļa, kas ir 21 tilpuma procents.

Visvairāk slāpekļa gaisā ir 780 kubikcentimetri litrā jeb 78 tilpuma procenti. Gaisā ir arī neliels daudzums inertu gāzu. Šīs gāzes sauc par inertām, jo ​​tās gandrīz nesavienojas ar citiem elementiem.

No inertajām gāzēm gaisā visvairāk ir argons - litrā ir aptuveni 9 kubikcentimetri. Neons gaisā ir atrodams daudz mazākos daudzumos: litrā gaisa ir 0,02 kubikcentimetri. Hēlija ir vēl mazāk - tikai 0,005 kubikcentimetri. Kriptons ir 5 reizes mazāks par hēliju - 0,001 kubikcentimetru, un ksenons ir ļoti mazs - 0,00008 kubikcentimetri.

Gaiss satur arī gāzveida ķīmiskos savienojumus, piemēram, oglekļa dioksīdu vai oglekļa dioksīdu (CO 2). Daudzums oglekļa dioksīds gaisā svārstās no 0,3 līdz 0,4 kubikcentimetriem litrā. Arī ūdens tvaiku saturs gaisā ir mainīgs. Sausā un karstā laikā to ir mazāk, bet lietainā laikā vairāk.

Gaisa sastāvu var izteikt arī svara procentos. Zinot 1 litra gaisa svaru un katras tā sastāvā esošās gāzes īpatnējo svaru, ir viegli pāriet no tilpuma vērtībām uz svara vērtībām. Slāpeklis gaisā satur aptuveni 75,5, skābeklis - 23,1, argons - 1,3 un oglekļa dioksīds (oglekļa dioksīds) -0,04 svara procenti.

Atšķirība starp svara un tilpuma procentiem ir saistīta ar atšķirīgo slāpekļa, skābekļa, argona un oglekļa dioksīda īpatnējo svaru.

Skābeklis, piemēram, viegli oksidē varu pie paaugstināta temperatūra. Tāpēc, ja jūs izlaižat gaisu caur cauruli, kas piepildīta ar karstiem vara šķiedrām, tad, kad tas iziet no caurules, tas nesatur skābekli. Skābekli no gaisa var izņemt arī ar fosforu. Degšanas laikā fosfors alkatīgi savienojas ar skābekli, veidojot fosfora anhidrīdu (P 2 O 5).

Gaisa sastāvu 1775. gadā noteica Lavuazjē.

Karsējot nelielu daudzumu metāliskā dzīvsudraba stikla retortē, Lavuazjē retortes šauro galu nolika zem stikla zvaniņa, kas tika iegāzts ar dzīvsudrabu piepildītā traukā. Šis eksperiments ilga divpadsmit dienas. Dzīvsudrabs retortē, uzkarsēts gandrīz līdz vārīšanās temperatūrai, arvien vairāk pārklājās ar sarkano oksīdu. Tajā pašā laikā dzīvsudraba līmenis apgāztajā vāciņā sāka ievērojami paaugstināties virs dzīvsudraba līmeņa traukā, kurā atradās vāciņš. Retortē esošais dzīvsudrabs, oksidējoties, paņēma no gaisa arvien vairāk skābekļa, spiediens retortē un zvaniņā kritās, un patērētā skābekļa vietā zvaniņā tika iesūkts dzīvsudrabs.

Kad viss skābeklis bija iztērēts un dzīvsudraba oksidēšanās apstājās, apstājās arī dzīvsudraba uzsūkšanās zvanā. Tika izmērīts dzīvsudraba tilpums zvanā. Izrādījās, ka tā veido V 5 daļu no zvana un retortes kopējā tilpuma.

Gāze, kas palikusi zvanā un retortē, neatbalstīja degšanu vai dzīvību. Šo gaisa daļu, kas aizņēma gandrīz 4/6 no tilpuma, sauca slāpeklis.

Precīzāki eksperimenti 18. gadsimta beigās atklāja, ka gaiss satur 21 procentus skābekļa un 79 tilpuma procentus slāpekļa.

Tikai 19. gadsimta beigās kļuva zināms, ka gaiss satur argonu, hēliju un citas inertas gāzes.

Dots tabulā. 1.1. slēgtās telpās atmosfēras gaisa sastāvs piedzīvo dažādas izmaiņas. Pirmkārt, mainās atsevišķu nepieciešamo komponentu procentuālais daudzums, otrkārt, parādās papildu, kas nav raksturīgi tīrs gaiss piemaisījumi. Šajā punktā mēs runāsim par izmaiņām gāzes sastāvā un tā pieļaujamajām novirzēm no normas.

Cilvēka dzīvībai svarīgākās gāzes ir skābeklis un oglekļa dioksīds, kas piedalās gāzu apmaiņā starp cilvēkiem un vidi. Šī gāzu apmaiņa notiek galvenokārt cilvēka plaušās elpošanas laikā. Gāzu apmaiņa, kas notiek caur ādas virsmu, ir aptuveni 100 reizes mazāka nekā caur plaušām, jo ​​pieauguša cilvēka ķermeņa virsma ir aptuveni 1,75 m2, bet plaušu alveolu virsma ir aptuveni 200 m2. Elpošanas procesu pavada siltuma veidošanās cilvēka ķermenī no 4,69 līdz 5,047 (vidēji 4,879) kcal uz 1 litru absorbētā skābekļa (pārvēršas oglekļa dioksīdā). Jāņem vērā, ka tiek absorbēta tikai neliela daļa no ieelpotajā gaisā esošā skābekļa (apmēram 20%). Tātad, ja atmosfēras gaiss satur aptuveni 21% skābekļa, tad cilvēka izelpotajā gaisā būs aptuveni 17%. Parasti izelpotā oglekļa dioksīda daudzums ir mazāks par absorbētā skābekļa daudzumu. Cilvēka emitētā oglekļa dioksīda un absorbētā skābekļa daudzuma attiecību sauc par elpošanas koeficientu (RQ), kas parasti svārstās no 0,71 līdz 1. Taču, ja cilvēks atrodas spēcīga uzbudinājuma stāvoklī vai veic ļoti smagu darbu. , RQ var būt pat lielāks par vienu.

Skābekļa daudzums, kas cilvēkam nepieciešams normālu dzīves funkciju uzturēšanai, galvenokārt ir atkarīgs no viņa veiktā darba intensitātes, un to nosaka nervu un muskuļu sasprindzinājuma pakāpe. Skābekļa uzsūkšanās asinīs vislabāk notiek, ja daļējais spiediens ir aptuveni 160 mmHg. Art., ka plkst atmosfēras spiediens 760 mmHg Art. atbilst normālam skābekļa procentam atmosfēras gaisā, t.i., 21%.

Pateicoties cilvēka organisma adaptācijas spējām, normālu elpošanu var novērot arī ar mazāku skābekļa daudzumu.

Ja skābekļa satura samazināšanās gaisā notiek inerto gāzu (piemēram, slāpekļa) ietekmē, tad iespējama ievērojama skābekļa daudzuma samazināšanās - līdz pat 12%.

Tomēr slēgtās telpās skābekļa satura samazināšanos pavada nevis inerto gāzu koncentrācijas palielināšanās, bet gan oglekļa dioksīda uzkrāšanās. Šādos apstākļos maksimāli pieļaujamajam minimālajam skābekļa saturam gaisā vajadzētu būt daudz lielākam. Parasti par šīs koncentrācijas normu tiek uzskatīts skābekļa saturs 17% pēc tilpuma. Vispārīgi runājot, slēgtās telpās skābekļa procentuālais daudzums nekad nesamazinās līdz šai normai, jo oglekļa dioksīda koncentrācija robežvērtību sasniedz daudz agrāk. Tāpēc praktiski svarīgāk ir noteikt maksimāli pieļaujamos standartus oglekļa dioksīda, nevis skābekļa saturam slēgtās telpās.

Oglekļa dioksīds CO2 ir bezkrāsaina gāze ar vāji skābu garšu un smaržu; tas ir 1,52 reizes smagāks par gaisu un nedaudz indīgs. Oglekļa dioksīda uzkrāšanās slēgtu telpu gaisā izraisa galvassāpes, reiboni, vājumu, jutības zudumu un pat samaņas zudumu.

Tiek uzskatīts, ka oglekļa dioksīda daudzums atmosfēras gaisā ir 0,03 tilpuma%. Tas attiecas uz lauku apvidiem. Lielo industriālo centru gaisā tā saturs parasti ir lielāks. Aprēķiniem tiek ņemta koncentrācija 0,04%. Cilvēku izelpotais gaiss satur aptuveni 4% oglekļa dioksīda.

Bez kaitīgām sekām cilvēka ķermenim slēgtu telpu gaisā var pieļaut oglekļa dioksīda koncentrāciju, kas ievērojami pārsniedz 0,04%.

Maksimāli pieļaujamā oglekļa dioksīda koncentrācija ir atkarīga no cilvēku uzturēšanās ilguma noteiktā slēgtā telpā un no viņu nodarbošanās veida. Piemēram, aizzīmogotām patversmēm, kad tās tiek ievietotas veseliem cilvēkiem uz laiku, kas nav ilgāks par 8 stundām, par maksimāli pieļaujamo CO2 koncentrāciju var pieņemt normu 2%. Īstermiņa uzturēšanās gadījumā šī likme var tikt palielināta. Iespēja, ka cilvēks atrodas vidē ar paaugstinātas koncentrācijas oglekļa dioksīds ir saistīts ar spēju cilvēka ķermenis pielāgoties dažādiem apstākļiem. Kad CO2 koncentrācija ir lielāka par 1%, cilvēks sāk ieelpot ievērojami vairāk gaisa. Tādējādi pie CO2 koncentrācijas 3%, elpošana dubultojas pat miera stāvoklī, kas pats par sevi neizraisa manāmu negatīvas sekas ar relatīvi īsu cilvēka uzturēšanos šādā gaisā. Ja cilvēks pietiekami ilgi (3 un vairāk dienas) uzturas telpā ar CO2 koncentrāciju 3%, viņam draud samaņas zudums.

Cilvēkiem ilgstoši uzturoties noslēgtās telpās un cilvēkiem veicot to vai citu darbu, maksimāli pieļaujamai oglekļa dioksīda koncentrācijai jābūt ievērojami mazākai par 2%. Atļauts svārstīties no 0,1 līdz 1%. Oglekļa dioksīda saturu 0,1% var uzskatīt par pieņemamu parastām nehermetizētām ēku un būvju telpām dažādiem mērķiem. Zemāka oglekļa dioksīda koncentrācija (apmēram 0,07-0,08) jānosaka tikai medicīnas un bērnu iestāžu telpām.

Kā būs skaidrs no turpmākā, prasības par oglekļa dioksīda saturu virszemes ēku iekštelpu gaisā parasti ir viegli izpildāmas, ja tā emisijas avoti ir cilvēki. Pretējā gadījumā jautājums ir par to, kad oglekļa dioksīds uzkrājas ražošanas telpas tā vai cita rezultātā tehnoloģiskie procesi, kas rodas, piemēram, rauga, alus darīšanas, hidrolīzes darbnīcās. Šajā gadījumā par maksimāli pieļaujamo oglekļa dioksīda koncentrāciju tiek ņemti 0,5%.

Gāzes sastāvs atmosfēras gaiss

Gāzu sastāvs gaisā, ko mēs elpojam, izskatās šādi: 78% ir slāpeklis, 21% ir skābeklis un 1% ir citas gāzes. Bet lielo industriālo pilsētu atmosfērā šī attiecība bieži tiek pārkāpta. Ievērojamu daļu veido kaitīgie piemaisījumi, ko rada uzņēmumu un transportlīdzekļu emisijas. Autotransports atmosfērā ienes daudzus piemaisījumus: nezināma sastāva ogļūdeņražus, benzo(a)pirēnu, oglekļa dioksīdu, sēra un slāpekļa savienojumus, svinu, oglekļa monoksīdu.

Atmosfēra sastāv no vairāku gāzu maisījuma - gaisa, kurā ir suspendēti koloidālie piemaisījumi - putekļi, pilieni, kristāli utt. Atmosfēras gaisa sastāvs mainās maz ar augstumu. Taču, sākot no aptuveni 100 km augstuma, kopā ar molekulāro skābekli un slāpekli molekulu disociācijas rezultātā parādās arī atomu skābeklis, un sākas gāzu gravitācijas atdalīšanās. Virs 300 km atmosfērā dominē atomu skābeklis, virs 1000 km - hēlijs un pēc tam atomu ūdeņradis. Atmosfēras spiediens un blīvums samazinās līdz ar augstumu; apmēram puse no kopējās atmosfēras masas ir koncentrēta zemākajos 5 km, 9/10 zemākajos 20 km un 99,5% zemākajos 80 km. Apmēram 750 km augstumā gaisa blīvums samazinās līdz 10-10 g/m3 (kamēr zemes virsma tas ir aptuveni 103 g/m3), taču pat tik zems blīvums joprojām ir pietiekams polārblāzmas rašanās gadījumam. Atmosfērai nav asas augšējās robežas; to veidojošo gāzu blīvums

Atmosfēras gaisa sastāvs, ko katrs no mums elpo, ietver vairākas gāzes, no kurām galvenās ir: slāpeklis (78,09%), skābeklis (20,95%), ūdeņradis (0,01%), oglekļa dioksīds (oglekļa dioksīds) (0,03%) un inertās gāzes (0,93%). Turklāt gaisā vienmēr ir noteikts ūdens tvaiku daudzums, kura daudzums vienmēr mainās līdz ar temperatūras izmaiņām: jo augstāka temperatūra, jo lielāks tvaika saturs un otrādi. Ūdens tvaiku daudzuma svārstību dēļ gaisā arī gāzu procentuālais daudzums tajā nav nemainīgs. Visas gāzes, kas veido gaisu, ir bezkrāsainas un bez smaržas. Gaisa svars mainās atkarībā ne tikai no temperatūras, bet arī no ūdens tvaiku satura tajā. Tādā pašā temperatūrā sausa gaisa svars ir lielāks nekā mitrā, jo ūdens tvaiki ir daudz vieglāki nekā gaisa tvaiki.

Tabulā parādīts atmosfēras gāzes sastāvs tilpuma masas attiecībā, kā arī galveno komponentu kalpošanas laiks:

Mainās gāzu īpašības, kas veido atmosfēras gaisu zem spiediena.

Piemēram: skābeklim zem spiediena, kas pārsniedz 2 atmosfēras, ir toksiska ietekme uz ķermeni.

Slāpeklim zem spiediena virs 5 atmosfērām ir narkotiska iedarbība (slāpekļa intoksikācija). Straujš pacelšanās no dzīlēm izraisa dekompresijas slimību, jo no asinīm ātri izdalās slāpekļa burbuļi, it kā putojot.

Oglekļa dioksīda palielināšanās par vairāk nekā 3% elpošanas maisījumā izraisa nāvi.

Katrs komponents, kas veido gaisu, palielinoties spiedienam līdz noteiktām robežām, kļūst par indi, kas var saindēt ķermeni.

Atmosfēras gāzu sastāva pētījumi. Atmosfēras ķīmija

Salīdzinoši jaunas zinātnes nozares, ko sauc par atmosfēras ķīmiju, straujās attīstības vēsturei vispiemērotākais ir ātrgaitas sportā lietotais termins “spurts” (metiens). Starta pistoli, iespējams, izšāva divi raksti, kas publicēti 70. gadu sākumā. Viņi runāja par iespējamo stratosfēras ozona iznīcināšanu ar slāpekļa oksīdiem - NO un NO 2. Pirmā piederēja nākotnei Nobela prēmijas laureāts, bet pēc tam Stokholmas universitātes darbiniekam P. Krucenam, kurš par iespējamo slāpekļa oksīdu avotu stratosfērā uzskatīja dabā sastopamo slāpekļa oksīdu N2O, kas saules gaismas ietekmē sadalās. Otrā raksta autors, ķīmiķis no Kalifornijas universitātes Bērklijā G. Džonstons, ierosināja, ka slāpekļa oksīdi stratosfērā parādās cilvēka darbības rezultātā, proti, sadegšanas produktu emisiju laikā no augstkalnu lidmašīnu reaktīvo dzinēju dzinējiem.

Protams, iepriekš minētās hipotēzes nav radušās no nekurienes. Attiecība pēc vismaz galvenās sastāvdaļas atmosfēras gaisā - slāpekļa, skābekļa, ūdens tvaiku u.c. molekulas - bija zināmas daudz agrāk. Jau 19. gadsimta otrajā pusē. Eiropā tika veikti ozona koncentrācijas mērījumi virszemes gaisā. 20. gadsimta 30. gados angļu zinātnieks S. Čepmens atklāja ozona veidošanās mehānismu tīri skābekļa atmosfērā, norādot uz skābekļa atomu un molekulu, kā arī ozona mijiedarbības kopumu, ja nav citu gaisa komponentu. Tomēr 50. gadu beigās mērījumi, izmantojot laikapstākļu raķetes, parādīja, ka stratosfērā bija daudz mazāk ozona, nekā vajadzētu būt saskaņā ar Čepmena reakcijas ciklu. Lai gan šis mehānisms joprojām ir būtisks līdz mūsdienām, ir kļuvis skaidrs, ka ir daži citi procesi, kas arī aktīvi piedalās atmosfēras ozona veidošanā.

Jāpiemin, ka līdz 70. gadu sākumam zināšanas atmosfēras ķīmijas jomā galvenokārt tika iegūtas atsevišķu zinātnieku pūliņos, kuru pētījumus nevienoja neviens sabiedriski nozīmīgs jēdziens un visbiežāk tiem bija tīri akadēmisks raksturs. Džonstona darbs ir cits jautājums: pēc viņa aprēķiniem, 500 lidmašīnas, kas lido 7 stundas dienā, varētu samazināt stratosfēras ozona daudzumu ne mazāk kā par 10%! Un, ja šie novērtējumi bija godīgi, problēma nekavējoties kļuva par sociāli ekonomisku, jo šajā gadījumā visas programmas virsskaņas transporta aviācijas un ar to saistītās infrastruktūras attīstībai būtu būtiski jāpielāgo un, iespējams, pat jāslēdz. Turklāt tad pirmo reizi tiešām radās jautājums, ka antropogēnā darbība var izraisīt nevis lokālu, bet gan globālu kataklizmu. Protams, pašreizējā situācijā teorijai bija nepieciešama ļoti smaga un tajā pašā laikā operatīva pārbaude.

Atgādināsim, ka iepriekš minētās hipotēzes būtība bija tāda, ka slāpekļa oksīds reaģē ar ozonu NO + O 3 ® ® NO 2 + O 2, tad šajā reakcijā veidojas slāpekļa dioksīds reaģē ar skābekļa atomu NO 2 + O ® NO. + O 2 , tādējādi atjaunojot NO klātbūtni atmosfērā, savukārt ozona molekula tiek zaudēta uz visiem laikiem. Šajā gadījumā šāds reakciju pāris, kas veido ozona iznīcināšanas slāpekļa katalītisko ciklu, tiek atkārtots, līdz jebkādi ķīmiski vai fizikāli procesi noved pie slāpekļa oksīdu izvadīšanas no atmosfēras. Piemēram, NO 2 tiek oksidēts par slāpekļskābi HNO 3, kas labi šķīst ūdenī, un tāpēc to no atmosfēras izvada mākoņi un nokrišņi. Slāpekļa katalītiskais cikls ir ļoti efektīvs: viena NO molekula, atrodoties atmosfērā, spēj iznīcināt desmitiem tūkstošu ozona molekulu.

Bet, kā zināms, nepatikšanas nerodas vienatnē. Drīz vien eksperti no ASV universitātēm – Mičiganas (R. Stolarskis un R. Cicerone) un Hārvardas (S. Vofsijs un M. Makelrojs) atklāja, ka ozonam var būt vēl nežēlīgāks ienaidnieks – hlora savienojumi. Ozona iznīcināšanas hlora katalītiskais cikls (reakcijas Cl + O 3 ® ClO + O 2 un ClO + O ® Cl + O 2), pēc viņu aplēsēm, bija vairākas reizes efektīvāks nekā slāpekļa cikls. Vienīgais iemesls piesardzīgam optimismam bija tas, ka dabā sastopamā hlora daudzums atmosfērā ir salīdzinoši neliels, kas nozīmē, ka kopējā tā ietekmes ietekme uz ozonu var nebūt pārāk spēcīga. Tomēr situācija krasi mainījās, kad 1974. gadā Kalifornijas universitātes darbinieki Irvine S. Rowland un M. Molina konstatēja, ka hlora avots stratosfērā ir hlorfluorogļūdeņraža savienojumi (CFC), ko plaši izmanto saldēšanas iekārtās, aerosola iepakojumos, utt. Tā kā šīs vielas ir neuzliesmojošas, netoksiskas un ķīmiski pasīvas, tās lēnām tiek transportētas ar pieaugošām gaisa straumēm no zemes virsmas stratosfērā, kur to molekulas tiek iznīcinātas saules gaismas ietekmē, kā rezultātā izdalās brīvie hlora atomi. Rūpnieciskā ražošana CFC, kas aizsākās 30. gados, un to emisijas atmosfērā ir nepārtraukti palielinājušās visos turpmākajos gados, īpaši 70. un 80. gados. Tādējādi ļoti īss periods Kopš tā laika teorētiķi ir identificējuši divas problēmas atmosfēras ķīmijā, ko izraisa intensīvs antropogēns piesārņojums.

Taču, lai pārbaudītu izvirzīto hipotēžu pamatotību, bija jāveic daudzi uzdevumi.

Pirmkārt, paplašināt laboratorijas pētījumi, kuras laikā būtu iespējams noteikt vai precizēt fotoķīmisko reakciju ātrumus starp dažādām atmosfēras gaisa sastāvdaļām. Jāteic, ka toreiz esošajos ļoti niecīgajos datos par šiem ātrumiem bija arī diezgan daudz kļūdu (līdz pat vairākiem simtiem procentiem). Turklāt apstākļi, kādos tika veikti mērījumi, parasti neatbilda atmosfēras realitātei, kas nopietni saasināja kļūdu, jo vairuma reakciju intensitāte bija atkarīga no temperatūras un dažreiz arī no atmosfēras spiediena vai blīvuma. gaiss.

Otrkārt, intensīvi pētīt vairāku mazu atmosfēras gāzu starojuma-optiskās īpašības laboratorijas apstākļi. Saules ultravioletais starojums (fotolīzes reakcijās) iznīcina ievērojamu skaitu atmosfēras gaisa komponentu molekulas, tostarp ne tikai iepriekš minētie CFC, bet arī molekulārais skābeklis, ozons, slāpekļa oksīdi un daudzi citi. Tāpēc katras fotolīzes reakcijas parametru aplēses bija vienlīdz nepieciešamas un svarīgas pareizai atmosfēras reproducēšanai. ķīmiskie procesi, kā arī reakciju ātrumu starp dažādām molekulām.