Vzduch je zmes plynov, ktorá obklopuje Zem a tvorí jej atmosféru. Vzduch je neviditeľný a bez chuti a zvyčajne bez zápachu. Vzduch má váhu, môže byť expandovaný alebo stlačený a extrémne nízke teploty môže byť skvapalnený alebo dokonca pevný. Vzduch v pohybe nazývame vietor. Má moc otáčať veterné mlyny a presúvať lode po mori.

Zloženie vzduchu je pomerne zložité, hoci jeho hlavnými zložkami sú dusík - asi 78% a kyslík - asi 21%. Vzduch tiež obsahuje argón, oxid uhličitý, vodnú paru, neón, hélium, metán, kryptón a ozón.

Kyslík vo vzduchu je životne dôležitý pre všetky suchozemské živočíchy a rastliny. Živočíchy a rastliny prostredníctvom dýchania prijímajú kyslík a využívajú ho na získavanie energie z potravy a uvoľňovanie oxidu uhličitého. Oxid uhličitý využívajú rastliny na fotosyntézu, pri ktorej rastliny získavajú energiu a uvoľňujú kyslík.

Oxid uhličitý tvorí len 0,03 % objemu vzduchu. Vzniká nielen v procese horenia, ale aj spaľovania, ako aj rozkladu organických látok.

Vzduch obsahuje aj vodu v plynnom skupenstve. Percento vody vo vzduchu sa nazýva vlhkosť. Vlhkosť sa môže líšiť v závislosti od nadmorskej výšky a teploty.

Vzduch tiež zvyčajne obsahuje veľa jemných častíc, ako je sopečný prach, peľ, spóry plesní a rias, baktérie, sadze a prach. Prachové častice sú napríklad viditeľné v miestnosti osvetlenej slnkom. Rozptyl slnečného svetla má za následok zafarbenie Slnka pri východe a západe Slnka.

Vzduch má hustotu a tlak. Na hladine mora je hustota atmosféry približne 1,3 kg/m3. Atmosférický tlak na hladine mora je 101,3 kPa. Tento tlak je "jedna atmosféra" - jednotka tlaku, napríklad v pneumatikách automobilov. S rastúcou nadmorskou výškou klesá tlak. Vo výške 6 km je už tlak vzduchu 2x menší (asi 50 kPa). Tlak vzduchu sa meria pomocou špeciálneho zariadenia - barometra.

Stlačený vzduch sa už dlho používa v rôznych oblastiach, napríklad na obsluhu zbíjačiek, zdvihákov, navijakov, formovacích strojov, nitovačov, lekárskych nástrojov. Stlačený vzduch sa tiež používa v pieskovacích strojoch na čistenie dielov, ako aj na vŕtanie skla, kovu a betónu. Ešte koncom 50. rokov minulého storočia prvý vozidlo na vzduchovom vankúši, ktorý sa pohybuje po vrstve vytvoreného stlačeného vzduchu.

Urobme si hneď rezerváciu, dusík vo vzduchu zaberá najviac, však, chemické zloženie zostávajúci podiel je veľmi zaujímavý a pestrý. Stručne povedané, zoznam hlavných prvkov je nasledujúci.

Poskytneme však aj niekoľko vysvetlení funkcií týchto chemických prvkov.

1. Dusík

Obsah dusíka vo vzduchu je 78% objemu a 75% hmotnosti, to znamená, že tento prvok dominuje v atmosfére, má titul jedného z najbežnejších na Zemi a navyše sa nachádza mimo ľudských obydlí. zóna – na Uráne, Neptúne a v medzihviezdnych priestoroch. Koľko dusíka je teda vo vzduchu, sme už zistili, otázkou zostáva jeho funkcia. Dusík je nevyhnutný pre existenciu živých bytostí, je súčasťou:

• proteíny;
• aminokyseliny;
• nukleové kyseliny;
• chlorofyl;
• hemoglobín atď.

V priemere asi 2 % živej bunky tvoria iba atómy dusíka, čo vysvetľuje, prečo je vo vzduchu toľko dusíka ako percento objemu a hmotnosti.
Dusík je tiež jedným z inertných plynov extrahovaných z atmosférického vzduchu. Z nej sa syntetizuje amoniak, ktorý sa používa na chladenie a na iné účely.

2. Kyslík

Obsah kyslíka vo vzduchu je jednou z najpopulárnejších otázok. Necháme si intrigy, poďme odbočiť na jednu zábavný fakt: kyslík bol objavený dvakrát - v rokoch 1771 a 1774, avšak vďaka rozdielom v publikáciách objavu sa zásluhy o objav prvku pripísali anglickému chemikovi Josephovi Priestleymu, ktorý kyslík skutočne izoloval ako druhý. Podiel kyslíka vo vzduchu teda kolíše okolo 21 % objemu a 23 % hmotnosti. Spolu s dusíkom tvoria tieto dva plyny 99 % zemského vzduchu. Percento kyslíka vo vzduchu je však menšie ako dusíka a napriek tomu nepociťujeme problémy s dýchaním. Faktom je, že množstvo kyslíka vo vzduchu je optimálne presne vypočítané pre normálne dýchanie, v čistej forme tento plyn pôsobí na telo ako jed, vedie k ťažkostiam v práci nervový systém, respiračné a obehové zlyhania. Nedostatok kyslíka zároveň negatívne ovplyvňuje zdravie, spôsobuje hladovanie kyslíkom a všetko s tým súvisiace nepríjemné príznaky. Preto, koľko kyslíka je obsiahnuté vo vzduchu, toľko je potrebné pre zdravé plné dýchanie.

3. Argón

Argón vo vzduchu zaberá tretie miesto, nemá vôňu, farbu a chuť. zmysluplný biologická úloha tento plyn nebol identifikovaný, ale má narkotický účinok a dokonca sa považuje za doping. Argón extrahovaný z atmosféry sa používa v priemysle, medicíne, na vytváranie umelej atmosféry, chemickú syntézu, hasenie požiarov, vytváranie laserov atď.

4. Oxid uhličitý

Oxid uhličitý tvorí atmosféru Venuše a Marsu, jeho percento v zemskom vzduchu je oveľa nižšie. Zároveň sa v oceáne nachádza obrovské množstvo oxidu uhličitého, ktorý je pravidelne dodávaný všetkými dýchacími organizmami a je emitovaný v dôsledku práce priemyslu. V ľudskom živote sa oxid uhličitý používa pri hasení požiarov, v potravinárskom priemysle ako plyn a ako potravinový doplnok E290 - konzervant a prášok do pečiva. V pevnej forme je oxid uhličitý jedným z najznámejších chladív na suchý ľad.

5. Neónové

Rovnaké tajomné svetlo diskotékových lampiónov, jasné nápisy a moderné svetlomety používajú piate najčastejšie chemický prvok, ktorý inhaluje aj človek - neón. Rovnako ako mnohé inertné plyny, neón má na človeka pri určitom tlaku narkotický účinok, ale práve tento plyn sa používa pri príprave potápačov a iných ľudí pracujúcich pod vysoký krvný tlak. Neón-héliové zmesi sa tiež používajú v medicíne na poruchy dýchania, samotný neón sa používa na chladenie, pri výrobe signálnych svetiel a tých istých neónových lámp. Na rozdiel od stereotypu však neónové svetlo nie je modré, ale červené. Všetky ostatné farby dávajú lampy s inými plynmi.

6. Metán

Metán a vzduch majú veľmi dávna história: v primárnej atmosfére, ešte pred objavením sa človeka, bol metán v oveľa väčších množstvách. Teraz tento plyn, ktorý sa ťaží a používa ako palivo a surovina pri výrobe, nie je v atmosfére tak široko distribuovaný, ale stále je emitovaný zo Zeme. Moderný výskum potvrdzuje úlohu metánu v dýchaní a živote ľudského tela, ale zatiaľ neexistujú žiadne smerodajné údaje o tejto téme.

7. Hélium

Pri pohľade na to, koľko hélia je vo vzduchu, každý pochopí, že tento plyn nepatrí medzi tie najdôležitejšie. V skutočnosti je ťažké definovať biologický význam tento plyn. Nerátajúc vtipné skreslenie hlasu pri vdychovaní hélia z balóna 🙂 Hélium má však široké využitie v priemysle: v hutníctve, potravinárstve, na plnenie balónov a meteorologických sond, v laseroch, jadrových reaktoroch atď.

8. Kryptón

Nehovoríme o rodisku Supermana 🙂 Kryptón je inertný plyn, ktorý je trikrát ťažší ako vzduch, je chemicky inertný, získava sa zo vzduchu, používa sa v žiarovkách, laseroch a stále sa aktívne študuje. Zo zaujímavých vlastností kryptónu stojí za zmienku, že pri tlaku 3,5 atmosféry má na človeka narkotický účinok a pri 6 atmosfére získava štipľavý zápach.

9. Vodík

Vodík vo vzduchu zaberá 0,00005 % objemu a 0,00008 % hmotnosti, no zároveň je najrozšírenejším prvkom vo vesmíre. O jeho histórii, výrobe a aplikácii je celkom možné napísať samostatný článok, takže sa teraz obmedzíme na malý zoznam odvetví: chemický, palivový, potravinársky priemysel, letectvo, meteorológia, elektroenergetika.

10. Xenón

Ten je v zložení vzduchu, ktorý bol pôvodne považovaný len za prímes kryptónu. Jeho názov sa prekladá ako „mimozemšťan“ a percento obsahu na Zemi aj mimo nej je minimálne, čo viedlo k jej vysokým nákladom. Teraz je xenón nevyhnutný: výroba výkonných a pulzných svetelných zdrojov, diagnostika a anestézia v medicíne, motory kozmických lodí, raketové palivo. Okrem toho pri vdychovaní xenón výrazne znižuje hlas (opačný účinok hélia) a v poslednej dobe sa na dopingový zoznam dostáva aj inhalácia tohto plynu.

Vzduch horúceho, slnečného juhu a drsného, ​​studeného severu obsahuje rovnaké množstvo kyslíka.

Jeden liter vzduchu obsahuje vždy 210 kubických centimetrov kyslíka, čo je 21 objemových percent.

Najviac zo všetkého je vo vzduchu dusík – obsahuje ho liter 780 kubických centimetrov, teda 78 percent objemu. Vo vzduchu je tiež malé množstvo inertných plynov. Tieto plyny sa nazývajú inertné, pretože sa takmer nikdy nespájajú s inými prvkami.

Z inertných plynov vo vzduchu je najviac argónu - je ho asi 9 kubických centimetrov na liter. Neón sa nachádza vo vzduchu v oveľa menšom množstve: v litri vzduchu je 0,02 kubických centimetrov. Ešte menej hélia - je to len 0,005 kubických centimetrov. Kryptón je 5-krát menej ako hélium - 0,001 kubických centimetrov a veľmi málo xenónu - 0,00008 kubických centimetrov.

Zloženie vzduchu zahŕňa aj plynné chemické zlúčeniny, napríklad oxid uhličitý alebo oxid uhličitý (CO 2). Množstvo oxid uhličitý vo vzduchu sa pohybuje od 0,3 do 0,4 kubických centimetrov na liter. Premenlivý je aj obsah vodnej pary vo vzduchu. V suchom a horúcom počasí sú menej a v daždivom počasí - viac.

Zloženie vzduchu môže byť tiež vyjadrené v hmotnostných percentách. Vďaka znalosti hmotnosti 1 litra vzduchu a špecifickej hmotnosti každého plynu obsiahnutého v jeho zložení je ľahké prepnúť z objemových hodnôt na hodnoty hmotnosti. Dusík vo vzduchu obsahuje asi 75,5, kyslík - 23,1, argón - 1,3 a oxid uhličitý (oxid uhličitý) - 0,04 hmotnostných percent.

Rozdiel medzi hmotnostnými a objemovými percentami sa vysvetľuje rôznymi špecifickými hmotnosťami dusíka, kyslíka, argónu a oxidu uhličitého.

Kyslík napríklad ľahko oxiduje meď pri vysoká teplota. Preto, ak prechádzate vzduchom cez trubicu naplnenú horúcimi medenými hoblinami, potom keď opustí trubicu, nebude obsahovať kyslík. Fosfor môže tiež odstrániť kyslík zo vzduchu. Počas spaľovania sa fosfor dychtivo spája s kyslíkom, čím vzniká anhydrid kyseliny fosforečnej (P 2 O 5).

Zloženie vzduchu určil v roku 1775 Lavoisier.

Zahriatím malého množstva kovovej ortuti v sklenenej retorte Lavoisier priviedol úzky koniec retorty pod sklenený uzáver, ktorý sa preklopil do nádoby naplnenej ortuťou. Táto skúsenosť trvala dvanásť dní. Ortuť v retorte zohriata takmer do varu sa čoraz viac pokrývala červeným oxidom. Zároveň hladina ortuti v prevrátenom uzávere začala citeľne stúpať nad hladinu ortuti v nádobe s uzáverom. Oxidovaná ortuť v retorte odoberala zo vzduchu stále viac kyslíka, tlak v retorte a uzávere klesal a namiesto spotrebovaného kyslíka bola do uzáveru nasávaná ortuť.

Keď sa spotreboval všetok kyslík a zastavila sa oxidácia ortuti, zastavilo sa aj nasávanie ortuti do zvonu. Meral sa objem ortuti v uzávere. Ukázalo sa, že išlo o V 5 časť celkového objemu uzáveru a retorty.

Plyn zostávajúci v uzávere a retorte nepodporoval spaľovanie a životnosť. Táto časť vzduchu, ktorá zaberala takmer 4/6 objemu, bola tzv dusíka.

Presnejšie experimenty na konci 18. storočia ukázali, že vzduch obsahuje 21 percent objemu kyslíka a 79 percent dusíka.

A až na konci 19. storočia sa zistilo, že argón, hélium a iné inertné plyny sú súčasťou vzduchu.

Uvedené v tabuľke. 1.1 Zloženie atmosférického vzduchu prechádza v uzavretých priestoroch rôznymi zmenami. Po prvé sa mení percento jednotlivých povinných komponentov a po druhé sa objavujú ďalšie, necharakteristické komponenty. čistý vzduch nečistoty. V tomto odseku budeme diskutovať o zmenách v zložení plynu a jeho prípustných odchýlkach od normálu.

Najdôležitejšími plynmi pre ľudský život sú kyslík a oxid uhličitý, ktoré sa podieľajú na výmene plynov človeka s životné prostredie. Táto výmena plynov prebieha hlavne v ľudských pľúcach pri dýchaní. Výmena plynov cez povrch kože je asi 100-krát menšia ako cez pľúca, pretože povrch tela dospelého človeka je približne 1,75 m2 a povrch pľúcnych alveol je približne 200 m2. Proces dýchania je sprevádzaný tvorbou tepla v ľudskom tele v množstve 4,69 až 5,047 (priemerne 4,879) kcal na 1 liter absorbovaného kyslíka (prechádzaného na oxid uhličitý). Treba si uvedomiť, že len malá časť kyslíka obsiahnutého vo vdychovanom vzduchu (približne 20 %) sa absorbuje. Takže ak je v atmosférickom vzduchu približne 21% kyslíka, potom vo vzduchu vydychovanom osobou to bude asi 17%. Typicky je množstvo vydychovaného oxidu uhličitého menšie ako množstvo prijatého kyslíka. Pomer objemov oxidu uhličitého emitovaného osobou a absorbovaného kyslíka sa nazýva respiračný koeficient (RC), ktorý sa zvyčajne pohybuje od 0,71 do 1. Ak je však osoba v stave vysokého vzrušenia alebo vykonáva veľmi ťažkú ​​prácu , DC môže byť dokonca väčšie ako jedna.

Množstvo kyslíka potrebné na to, aby si človek udržal normálnu životnú aktivitu, závisí najmä od náročnosti ním vykonávanej práce a závisí od stupňa nervového a svalového napätia. Asimilácia kyslíka krvou nastáva najlepšie pri parciálnom tlaku okolo 160 mm Hg. čl., že pri atmosferický tlak 760 mmHg čl. zodpovedá normálnemu percentu kyslíka v atmosférickom vzduchu, teda 21 %.

Vďaka adaptačnej schopnosti ľudského tela je možné pozorovať normálne dýchanie aj pri menšom množstve kyslíka.

Ak dôjde k zníženiu obsahu kyslíka vo vzduchu v dôsledku inertných plynov (napríklad dusíka), potom je možné výrazné zníženie množstva kyslíka - až o 12%.

Avšak v uzavretých priestoroch nie je pokles obsahu kyslíka sprevádzaný zvýšením koncentrácie inertných plynov, ale akumuláciou oxidu uhličitého. Za týchto podmienok by mal byť maximálny povolený minimálny obsah kyslíka vo vzduchu oveľa vyšší. Zvyčajne sa za normu pre túto koncentráciu považuje obsah kyslíka rovný 17 % objemu. Všeobecne povedané, v interiéri percento kyslíka nikdy neklesne na túto úroveň, pretože koncentrácia oxidu uhličitého dosiahne limitnú hodnotu oveľa skôr. Preto je prakticky dôležitejšie stanoviť maximálne prípustné normy pre obsah nie kyslíka, ale oxidu uhličitého v uzavretých priestoroch.

Oxid uhličitý CO2 je bezfarebný plyn s mierne kyslou chuťou a vôňou; je 1,52-krát ťažší ako vzduch, mierne jedovatý. Hromadenie oxidu uhličitého vo vzduchu v interiéri vedie k bolestiam hlavy, závratom, slabosti, strate citlivosti a dokonca k strate vedomia.

Predpokladá sa, že v atmosférickom vzduchu je množstvo oxidu uhličitého 0,03 % objemu. To platí pre vidiecke oblasti. Vo vzduchu veľkých priemyselných centier je jeho obsah zvyčajne vyšší. Na výpočty sa berie koncentrácia 0,04 %. Vzduch vydychovaný osobou obsahuje asi 4 % oxidu uhličitého.

Bez akýchkoľvek škodlivých následkov pre ľudský organizmus je možné vo vnútornom ovzduší tolerovať koncentrácie oxidu uhličitého oveľa vyššie ako 0,04 %.

Hodnota maximálnej prípustnej koncentrácie oxidu uhličitého závisí od dĺžky pobytu osôb v konkrétnom uzavretom priestore a od druhu ich zamestnania. Napríklad pre tlakové úkryty, keď sú v nich umiestnené zdravých ľudí po dobu nie dlhšiu ako 8 hodín možno za maximálnu prípustnú koncentráciu CO2 považovať normu 2 %. Pri krátkom pobyte ľudí sa táto sadzba môže zvýšiť. Možnosť, že sa človek nachádza v prostredí s zvýšené koncentrácie oxid uhličitý je spôsobený schopnosťou Ľudské telo prispôsobiť sa rôznym podmienkam. Pri koncentrácii CO2 vyššej ako 1% začne človek vdychovať podstatne viac vzduchu. Takže pri koncentrácii CO2 3% sa dýchanie zdvojnásobí aj v pokoji, čo samo osebe nespôsobuje viditeľné negatívne dôsledky pri relatívne krátkom pobyte v takomto vzduchu človeka. Ak sa človek dostatočne dlho (3 a viac dní) zdržiava v miestnosti s koncentráciou CO2 3%, hrozí mu strata vedomia.

Pri dlhodobom pobyte ľudí v uzavretých miestnostiach a pri vykonávaní jednej alebo druhej práce by mala byť hodnota maximálnej prípustnej koncentrácie oxidu uhličitého výrazne nižšia ako 2 %. Môže kolísať od 0,1 do 1 %. Obsah oxidu uhličitého 0,1% možno považovať za prijateľný aj pre bežné beztlakové priestory budov a stavieb na rôzne účely. Nižšia koncentrácia oxidu uhličitého (rádovo 0,07-0,08) by sa mala predpisovať iba v priestoroch zdravotníckych a detských zariadení.

Ako bude zrejmé z nasledujúceho, požiadavky na obsah oxidu uhličitého vo vzduchu v priestoroch pozemných budov sú zvyčajne ľahko splnené, ak zdrojom jeho uvoľňovania sú ľudia. V opačnom prípade je otázka, kedy sa oxid uhličitý hromadí priemyselné priestory v dôsledku niektorých technologických procesov vyskytujúce sa napríklad v kvasniciach, pivovaroch, hydrolýzach. V tomto prípade sa 0,5 % považuje za maximálnu povolenú koncentráciu oxidu uhličitého.

Zloženie plynu atmosférický vzduch

Plynné zloženie vzduchu, ktorý dýchame, je 78 % dusíka, 21 % kyslíka a 1 % iných plynov. Ale v atmosfére veľkých priemyselných miest sa tento pomer často porušuje. Významnú časť tvoria škodlivé nečistoty spôsobené emisiami z podnikov a vozidiel. Automobilová doprava prináša do atmosféry množstvo nečistôt: uhľovodíky neznámeho zloženia, benzo(a)pyrén, oxid uhličitý, zlúčeniny síry a dusíka, olovo, oxid uhoľnatý.

Atmosféru tvorí zmes množstva plynov - vzduch, v ktorej sú suspendované koloidné nečistoty - prach, kvapôčky, kryštály a pod. Zloženie atmosférického vzduchu sa s výškou mení len málo. Od výšky asi 100 km sa však spolu s molekulárnym kyslíkom a dusíkom objavuje v dôsledku disociácie molekúl aj atómový kyslík a začína sa gravitačná separácia plynov. Nad 300 km prevláda v atmosfére atómový kyslík, nad 1000 km - hélium a potom atómový vodík. S výškou klesá tlak a hustota atmosféry; asi polovica celkovej hmoty atmosféry je sústredená v dolných 5 km, 9/10 - v dolných 20 km a 99,5 % - v dolných 80 km. Vo výškach okolo 750 km klesá hustota vzduchu na 10–10 g/m3 (zatiaľ čo pri zemského povrchu je to asi 103 g/m3), ale aj taká nízka hustota je stále dostatočná na výskyt polárnych žiar. Atmosféra nemá ostrú hornú hranicu; hustota jej základných plynov

Zloženie atmosférického vzduchu, ktorý každý z nás dýcha, zahŕňa niekoľko plynov, z ktorých hlavné sú: dusík (78,09 %), kyslík (20,95 %), vodík (0,01 %) oxid uhličitý (oxid uhličitý) (0,03 %) a inertný plyny (0,93 %). Okrem toho je vo vzduchu vždy určité množstvo vodnej pary, ktorej množstvo sa vždy mení s teplotou: čím vyššia teplota, tým väčší obsah pary a naopak. V dôsledku kolísania množstva vodnej pary vo vzduchu je premenlivé aj percento plynov v ňom. Všetky plyny vo vzduchu sú bez farby a bez zápachu. Hmotnosť vzduchu sa mení nielen v závislosti od teploty, ale aj od obsahu vodnej pary v ňom. Pri rovnakej teplote je hmotnosť suchého vzduchu väčšia ako váha vlhkého vzduchu, pretože vodná para je oveľa ľahšia ako vzduchová para.

Tabuľka ukazuje zloženie plynu v atmosfére v objemovom hmotnostnom pomere, ako aj životnosť hlavných zložiek:

Vlastnosti plynov, ktoré tvoria atmosférický vzduch, sa menia pod tlakom.

Napríklad: kyslík pod tlakom viac ako 2 atmosféry má toxický účinok na telo.

Dusík pod tlakom nad 5 atmosfér pôsobí narkoticky (intoxikácia dusíkom). Rýchly vzostup z hĺbky spôsobuje dekompresnú chorobu v dôsledku rýchleho uvoľňovania bublín dusíka z krvi, akoby ju spenili.

Nárast oxidu uhličitého o viac ako 3 % v dýchacej zmesi spôsobuje smrť.

Každá zložka, ktorá je súčasťou vzduchu, sa so zvýšením tlaku na určité hranice stáva jedom, ktorý môže otráviť telo.

Štúdie zloženia plynov v atmosfére. atmosferická chémia

Pre históriu prudkého rozvoja relatívne mladého vedného odboru nazývaného atmosferická chémia je najvhodnejší termín „spurt“ (hod) používaný vo vysokorýchlostných športoch. Výstrel zo štartovacej pištole boli možno dva články publikované začiatkom 70. rokov. Zaoberali sa možnou deštrukciou stratosférického ozónu oxidmi dusíka - NO a NO 2 . Prvá patrila budúcnosti kandidát na Nobelovu cenu, a následne zamestnancovi Štokholmskej univerzity P. Krutzenovi, ktorý za pravdepodobný zdroj oxidov dusíka v stratosfére považoval prirodzene sa vyskytujúci oxid dusný N 2 O rozkladajúci sa pôsobením slnečného žiarenia. Autor druhého článku, chemik z Kalifornskej univerzity v Berkeley G. Johnston, navrhol, že oxidy dusíka vznikajú v stratosfére v dôsledku ľudskej činnosti, konkrétne z emisií produktov spaľovania z prúdových motorov vo vysokých nadmorských výškach. lietadla.

Samozrejme, vyššie uvedené hypotézy nevznikli od nuly. Pomer podľa najmenej hlavné zložky v atmosférickom vzduchu - molekuly dusíka, kyslíka, vodnej pary atď. - boli známe oveľa skôr. Už v druhej polovici XIX storočia. v Európe sa uskutočnili merania koncentrácie ozónu v povrchovom ovzduší. V 30. rokoch 20. storočia anglický vedec S. Chapman objavil mechanizmus tvorby ozónu v čisto kyslíkovej atmosfére, čo naznačuje súbor interakcií atómov a molekúl kyslíka, ako aj ozónu v neprítomnosti akýchkoľvek iných zložiek vzduchu. Koncom 50. rokov však merania meteorologických rakiet ukázali, že v stratosfére je oveľa menej ozónu, ako by malo byť podľa Chapmanovho reakčného cyklu. Hoci tento mechanizmus zostáva dodnes základom, ukázalo sa, že existujú aj ďalšie procesy, ktoré sa tiež aktívne podieľajú na tvorbe atmosférického ozónu.

Za zmienku stojí, že na začiatku 70. rokov sa poznatky v oblasti chémie atmosféry získavali najmä vďaka úsiliu jednotlivých vedcov, ktorých výskum nespájal žiadny spoločensky významný pojem a bol väčšinou čisto akademický. Ďalšia vec je práca Johnstona: podľa jeho výpočtov by 500 lietadiel, ktoré lietali 7 hodín denne, mohlo znížiť množstvo stratosférického ozónu najmenej o 10 %! A ak by tieto hodnotenia boli spravodlivé, problém by sa okamžite stal sociálno-ekonomickým, keďže v tomto prípade by všetky programy rozvoja nadzvukového dopravného letectva a súvisiacej infraštruktúry museli prejsť výraznou úpravou a možno aj uzavretím. Okrem toho po prvýkrát skutočne vyvstala otázka, že antropogénna činnosť môže spôsobiť nie lokálnu, ale globálnu kataklizmu. Prirodzene, v súčasnej situácii teória potrebovala veľmi tvrdé a zároveň rýchle overenie.

Pripomeňme, že podstatou vyššie uvedenej hypotézy bolo, že oxid dusnatý reaguje s ozónom NO + O 3 ® ® NO 2 + O 2, potom oxid dusičitý, ktorý sa pri tejto reakcii tvorí, reaguje s atómom kyslíka NO 2 + O ® NO + O 2, čím sa obnoví prítomnosť NO v atmosfére, pričom molekula ozónu sa nenávratne stratí. V tomto prípade sa takáto dvojica reakcií, tvoriacich dusíkový katalytický cyklus deštrukcie ozónu, opakuje, kým akékoľvek chemické alebo fyzikálne procesy nevedú k odstráneniu oxidov dusíka z atmosféry. Takže napríklad NO 2 sa oxiduje na kyselinu dusičnú HNO 3, ktorá je vysoko rozpustná vo vode, a preto sa z atmosféry odstraňuje mrakmi a zrážkami. Katalytický cyklus dusíka je veľmi efektívny: jedna molekula NO dokáže počas svojho pobytu v atmosfére zničiť desaťtisíce molekúl ozónu.

Ale ako viete, problémy neprichádzajú samé. Čoskoro odborníci z amerických univerzít - Michigan (R. Stolyarsky a R. Cicerone) a Harvard (S. Wofsi a M. McElroy) - zistili, že ozón môže mať ešte nemilosrdnejšieho nepriateľa - zlúčeniny chlóru. Podľa ich odhadov bol chlórový katalytický cyklus deštrukcie ozónu (reakcie Cl + O 3 ® ClO + O 2 a ClO + O ® Cl + O 2) niekoľkonásobne účinnejší ako dusíkový. Jediným dôvodom na opatrný optimizmus bolo, že množstvo prirodzene sa vyskytujúceho chlóru v atmosfére je relatívne malé, čo znamená, že celkový vplyv jeho vplyvu na ozón nemusí byť príliš silný. Situácia sa však dramaticky zmenila, keď v roku 1974 zamestnanci Kalifornskej univerzity v Irvine, S. Rowland a M. Molina zistili, že zdrojom chlóru v stratosfére sú zlúčeniny chlórfluóruhľovodíkov (CFC), ktoré sa široko používajú v chladiarňach. jednotky, aerosólové balenia a pod. Keďže sú tieto látky nehorľavé, netoxické a chemicky pasívne, sú pomaly transportované vzostupnými prúdmi vzduchu zo zemského povrchu do stratosféry, kde sú ich molekuly zničené slnečným žiarením, čo vedie k uvoľneniu voľných atómov chlóru. priemyselná produkcia CFC, ktorý sa začal v 30. rokoch 20. storočia, a ich emisie do atmosféry vo všetkých nasledujúcich rokoch neustále rástli, najmä v 70. a 80. rokoch. Teda v rámci veľmi krátke rozpätie V čase, teoretici identifikovali dva problémy chémie atmosféry v dôsledku intenzívneho antropogénneho znečistenia.

Aby však bolo možné otestovať životaschopnosť navrhnutých hypotéz, bolo potrebné vykonať mnoho úloh.

po prvé, expandovať laboratórny výskum, počas ktorej by bolo možné určiť alebo spresniť rýchlosti fotochemických reakcií medzi rôznymi zložkami atmosférického vzduchu. Treba povedať, že veľmi skromné ​​údaje o týchto rýchlostiach, ktoré v tom čase existovali, mali aj poriadne (až niekoľko sto percent) chyby. Okrem toho podmienky, za ktorých sa merania uskutočňovali, spravidla príliš nezodpovedali realite atmosféry, čo vážne zhoršilo chybu, pretože intenzita väčšiny reakcií závisela od teploty a niekedy od tlaku alebo atmosférického vzduchu. hustota.

po druhé, intenzívne študovať radiačno-optické vlastnosti množstva malých atmosférických plynov v laboratórne podmienky. Ultrafialovým žiarením Slnka (pri fotolýznych reakciách) sú zničené molekuly značného počtu zložiek atmosférického vzduchu, medzi ktoré patria nielen vyššie spomínané freóny, ale aj molekulárny kyslík, ozón, oxidy dusíka a mnohé ďalšie. Preto boli odhady parametrov každej fotolýznej reakcie rovnako potrebné a dôležité pre správnu reprodukciu atmosférických podmienok. chemické procesy ako aj rýchlosti reakcií medzi rôznymi molekulami.