Какой азот содержится в воздухе
Известно, что воздух в большей части состоит из азота. Количество азота в воздухе составляет около 75,6% по массе и 78% по объему. Азот необходим для поддержания существования растений и животного мира. Любое живое существо нуждается в азоте. Азот присутствует в составе белков, которые, в свою очередь, являются незаменимым материалом в составе тела человека. Без этого вещества невозможна регенерация тканей, заживление ран, невозможен рост.
Количество азота в воздухе , если вести расчет на километр квадратный поверхности Земли составляет приблизительно 12 500 000 тонн.
Азот – бесцветный газ, не имеющий запаха и вкуса. В воде растворяется очень плохо. В условиях высокого давления либо слишком низкой температуре азот становится жидкостью. При обычных условиях атмосферного давления, азот превращается в жидкость с температурой -210 °С.
С одной стороны, такое количество азота в воздухе должно быть достаточно для растений и живых существ. Но на самом деле, только растения семейства бобовых в природе могут усваивать из воздуха азот. У прочих живых организмов, как и у людей, нет возможности в усваивании чистого азота. Чтобы воссоздать необходимое количество азота, человек должен потреблять белковую пищу, которая готовится их определенных видов травоядных животных или растений.
При дыхании, мы вдыхаем определенное количество азота в воздухе. Однако, в отличие от кислорода, азот не может быть усвоен легкими человека, и газ просто выходит из них наружу. Но присутствие в атмосфере азота содействует тому, чтобы не происходило перенасыщения кислородом. Так как избыток кислорода для человека так же опасен, как и недостаток.
Другие живые существа поглощают азот как соединения с остальными элементами. Растения получают азот из почвы, а животные из других животных, либо из растений.
Очень сложно азоту взаимодействовать с другими элементами. К примеру, кислород с азотом в природе может реагировать при возникновении вспышек молнии в грозу. За счет того, что эти вспышки создают исключительную высокую температуру.
Азот в воздухе
Не смотря на перевод значения слова азот (а означает он «azoos» греч. — безжизненный), этот элемент очень важен в жизни человека и окружающего его мира. Химический элемент азот, знак – N, с седьмым порядковым номером, относится к V группе периодической системы Менделеева. Имеет относительную атомную массу. Азот в воздухе является газом без цвета, без запаха и вкуса.
Азотсодержащие соединения, такие как селитра, аммиак, азотная кислота были известны намного раньше, чем прошел процесс получения азота в свободном состоянии.
Азот в воздухе и природе
Газ азот очень распространен среди других элементов на Земле, его основная масса – приблизительно 4 х 1015 т находится в свободном составе атмосферы. В виде молекул N2 азот в воздухе составляет по объему 78,09%, по массе – 75,6% без учета примеси в виде окислов и аммиака. Природными соединениями являются различные нитраты и хлористый аммоний. Пустынный сухой климат характеризуется крупными скоплениями селитры. Немалое количество времени селитра была главным производителем промышленного азота. Сегодня основное значение в связывании азота приходится на синтез аммиака в промышленных условиях из водорода и воздуха. В морях, океанах, реках содержится совсем небольшое количество связанного азота. Немного его содержит и нефть (содержание около 0,02 – 1,5%) и каменный уголь (1 – 2,5%). Накопление азота происходит в почве и в живых организмах.
Азот в воздухе абсолютно необходимый элемент, так как входит в его состав. За счет своей инертности, азот входит в реакцию с кислородом и предупреждает процессы окисления. За эти свойства азот популярен в использовании областей металлургической химической и нефтехимической промышленности, медицине, пожаротушении.
Когда требуется обеспечить крупные предприятия газообразным азотом в том количестве, которое требуется, для вас модульная азотная станция.
Назад в раздел
Урок 2: Какие газы входят в состав воздуха
Оговоримся сразу, азот в воздухе занимает большую часть, однако и химический состав оставшейся доли весьма интересен и разнообразен. Если коротко, то список основных элементов выглядит следующим образом.
| Элемент | % по объему | % по массе |
| Азот | 78,084 | 75,5 |
| Кислород | 20,9476 | 23,15 |
| Аргон | 0, 934 | 1,292 |
| Углекислый газ | 0,0314 | 0,046 |
| Неон | 0,001818 | 0,0014 |
| Метан | 0,0002 | 0,000084 |
| Гелий | 0,000524 | 0,000073 |
| Криптон | 0,000114 | 0,003 |
| Водород | 0,00005 | 0,00008 |
| Ксенон | 0,0000087 | 0,00004 |
Однако дадим и небольшие пояснения по функциям этих химических элементов.
1. Азот
Содержание азота в воздухе – 78% по объему и 75% по массе, то есть этот элемент доминирует в атмосфере, имеет звание одного из самых распространенных на Земле, и, кроме того, содержится и за пределами зоны обитания человека – на Уране, Нептуне и в межзвездных пространствах. Итак, сколько азота в воздухе, мы уже разобрались, остался вопрос о его функции. Азот необходим для существования живых существ, он входит в состав:
- белков;
- аминокислот;
- нуклеиновых кислот;
- хлорофилла;
- гемоглобина и др.
В среднем около 2% живой клетки составляют как раз атомы азота, что объясняет, зачем столько азота в воздухе в процентах объема и массы.
Азот также является одним из инертных газов, добываемых из атмосферного воздуха. Из него синтезируют аммиак, используют для охлаждения и в других целях.
2. Кислород
Содержание кислорода в воздухе – один из самых популярных вопросов. Сохраняя интригу, отвлечемся на один забавный факт: кислород открыли дважды – в 1771 и 1774 годах, однако из-за разницы в публикациях открытия, почести открытия элемента достались английскому химику Джозефу Пристли, который фактически выделил кислород вторым. Итак, доля кислорода в воздухе колеблется около 21% по объему и 23% по массе. Вместе с азотом эти два газа образуют 99% всего земного воздуха. Однако процент кислорода в воздухе меньше, чем азота, и при этом мы не испытываем проблем с дыханием. Дело в том, что количество кислорода в воздухе оптимально рассчитано именно для нормального дыхания, в чистом виде этот газ действует на организм подобно яду, приводит к затруднениям в работе нервной системы, сбоям дыхания и кровообращения. При этом недостаток кислорода также негативно сказывается на здоровье, вызывая кислородное голодание и все связанные с ним неприятные симптомы. Поэтому сколько кислорода в воздухе содержится, столько и нужно для здорового полноценного дыхания.
3. Аргон
Аргон в воздухе занимает третье место, он не имеет запаха, цвета и вкуса. Значимой биологической роли этого газа не выявлено, однако он обладает наркотическим эффектом и даже считается допингом. Добытый из атмосферы аргон используют в промышленности, медицине, для создания искусственной атмосферы, химического синтеза, пожаротушения, создания лазеров и пр.
4. Углекислый газ
Углекислый газ составляет атмосферу Венеры и Марса, его процент в земном воздухе куда ниже. При этом огромное количество углекислоты содержится в океане, он регулярно поставляется всеми дышащими организмами, выбрасывается за счет работы промышленности. В жизни человека углекислый газ используется в пожаротушении, пищевой промышленности как газ и как пищевая добавка Е290 – консервант и разрыхлитель. В твердом виде углекислота – один из самых известных хладагентов «сухой лед».
5. Неон
Тот самый загадочный свет дискотечных фонарей, яркие вывески и современные фары используют пятый по распространенности химический элемент, который также вдыхает человек – неон. Как и многие инертные газы, неон оказывает на человека наркотическое действие при определенном давлении, однако именно этот газ используют в подготовке водолазов и других людей, работающих при повышенном давлении. Также неоново-гелиевые смеси используются в медицине при расстройствах дыхания, сам неон используют для охлаждения, в производстве сигнальных огней и тех самых неоновых ламп. Однако, вопреки стереотипу, неоновый свет не синий, а красный. Все остальные цвета дают лампы с другими газами.
6. Метан
Метан и воздух имеют очень древнюю историю: в первичной атмосфере, еще до появления человека, метан был в куда большем количестве. Сейчас этот газ, добываемый и используемый как топливо и сырье в производстве, не так широко распространен в атмосфере, но по-прежнему выделяется из Земли. Современные исследования устанавливают роль метана в дыхании и жизнедеятельности организма человека, однако авторитетных данных на этот счет пока нет.
7. Гелий
Посмотрев, сколько гелия в воздухе, любой поймет, что этот газ не относится к числу первостепенных по важности. Действительно, сложно определить биологическое значение этого газа. Не считая забавного искажения голоса при вдыхании гелия из шарика ???? Однако гелий широко применяется в промышленности: в металлургии, пищевой промышленности, для наполнения воздухоплавающих судов и метеорологических зондов, в лазерах, ядерных реакторах и т.д.
8. Криптон
Речь не идет о родине Супермена ???? Криптон – инертный газ, который в три раза тяжелее воздуха, химически инертен, добывается из воздуха, используется в лампах накаливания, лазерах и все еще активно изучается. Из интересных свойств криптона стоит отметить, что при давлении в 3,5 атмосферы он оказывает наркотический эффект на человека, а при 6 атмосферах приобретает резкий запах.
9. Водород
Водород в воздухе занимает 0,00005% по объему и 0,00008% по массе, но при этом именно он – самый распространенный элемент во Вселенной. О его истории, производстве и применении вполне можно написать отдельную статью, поэтому сейчас ограничимся небольшим списком отраслей: химическая, топливная, пищевая промышленности, авиация, метеорология, электроэнергетика.
10. Ксенон
Последний в составе воздуха, изначально и вовсе считавшийся только примесью к криптону. Его название переводится как «чужой», а процент содержания и на Земле, и за ее пределами минимальный, что обусловило его высокую стоимость. Сейчас без ксенона не обходятся: производство мощных и импульсных источников света, диагностика и наркоз в медицине, двигатели космических аппаратов, ракетное топливо. Кроме того, при вдыхании ксенон значительно понижает голос (обратный эффект гелию), а с недавнего времени вдыхание этого газа причислено к списку допингов.
Воздух – природная
смесь газов
При слове «воздух» большинству из нас невольно приходит на
ум, быть может, несколько наивное сопоставление: воздух – это то, чем дышат.
Действительно, в этимологическом словаре русского языка указывается, что слово
«воздух» заимствовано из церковно-славянского языка: «воздыхать». С точки
зрения биологической, воздух, следовательно, является средой для поддержания
жизни за счет кислорода. В составе воздуха могло бы и не быть кислорода – жизнь
все равно развивалась бы в анаэробных формах. Но полное отсутствие воздуха,
по-видимому, исключает, возможность существования каких бы то ни было
организмов.
Для физиков воздух – прежде всего земная атмосфера и газовая
оболочка, окружающая землю.
А что же представляет сам воздух с точки зрения химии?
Много сил, труда и терпения потребовалось ученым,
чтобы раскрыть эту загадку природы, что воздух – не самостоятельное вещество,
как считалось еще более 200 лет тому назад, а представляет сложную смесь газов.
Впервые высказался о сложном составе воздуха ученый – художник Леонардо да
Винчи (XV век).
Около 4 миллиардов лет назад атмосфера Земли состояла в
основном из углекислого газа. Постепенно он растворялся в воде, реагировал с
горными породами, образуя карбонаты и гидрокарбонаты кальция и магния. С
появлением зеленых растений этот процесс стал протекать гораздо быстрее. К
моменту появления человека углекислый газ, так необходимый растениям уже стал
дефицитом. Его концентрация в воздухе до начала промышленной революции
составляла всего 0,029%. В течение 1,5 млд лет содержание кислорода постепенно
увеличивалось.
Химический
состав воздуха
Составные | Содержание | |
По | По массе | |
Азот (N2) | 78,09 | 75,50 |
Кислород (О2) | 20,95 | 23,10 |
Благородные газы (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn, в основном | 0,94 | 1,3 |
Оксид углерода (IV) – углекислый газ | 0,03 | 0,046 |
Впервые установил количественный состав воздуха французский ученый Антуан Лоран Лавуазье. По
результатам своего известного 12-дневного опыта он сделал вывод, что весь
воздух в целом состоит из кислорода, пригодного для дыхания и горения, и азота,
неживого газа, в пропорциях 1/5 и 4/5 объема соответственно. Он нагревал
металлическую ртуть в реторте на жаровне в течение 12 суток. Конец реторты был
подведён под колокол, поставленный в сосуд с ртутью. В результате уровень ртути
в колоколе поднялся примерно на 1/5. На поверхности ртути в реторте
образовалось вещество оранжевого цвета – оксид ртути. Оставшийся под колоколом
газ был непригоден для дыхания. Ученый предложил «жизненный воздух»
переименовать в «кислород», поскольку при сгорании в кислороде большинство
веществ превращается в кислоты, а «удушливый воздух» – в «азот», т.к. он не
поддерживает жизнь, вредит жизни.
Опыт Лавуазье
Качественный состав воздуха можно доказать следующим опытом
Основным из составляющих воздуха для нас является кислород,
его в воздухе 21% по объему. Разбавлен кислород большим количеством азота – 78%
от объема воздуха и сравнительно маленьким объёмом благородных инертных газов –
их около 1%. Входят в состав воздуха также переменные составляющие – оксид
углерода (IV) или углекислый газ и водяной пар, количество которых зависит от
различных причин. Эти вещества попадают в атмосферу естественным путем. При
извержении вулканов в атмосферу попадают сернистый газ, сероводород и
элементарная сера. Пылевые бури способствуют появлению в воздухе пыли. Оксиды
азота попадают в атмосферу и при грозовых электрических разрядах, во время
которых азот и кислород воздуха реагируют друг с другом, или в результате
деятельности почвенных бактерий, способных высвобождать оксиды азота из
нитратов; способствуют этому и лесные пожары и горение торфяников. Процессы
разрушения органических веществ сопровождаются образованием различных
газообразных соединений серы. Вода в составе воздуха определяет его влажность.
У остальных веществ роль отрицательная: они загрязняют атмосферу. Например,
углекислого газа много в воздухе городов, лишенных зелени, водяного пара – над
поверхностью океанов и морей. В воздухе содержится небольшое количество оксида
серы (IV) или сернистого газа, аммиака, метана, оксида азота (I) или закиси
азота, водорода. Особенно насыщен ими воздух вблизи промышленных предприятий,
газо-нефтяных месторождений или вулканов. В верхних слоях атмосферы существует
еще один газ – озон. Летает в воздухе и разнообразная пыль, которую мы можем
легко заметить, глядя сбоку на тонкий луч света, попадающий из-за шторы в
затемненную комнату.
Постоянные
составляющие газы воздуха:
·
Кислород
·
Азот
·
Инертные
газы
Переменные
составляющие газы воздуха:
·
Оксид
углерода (IV)
·
Озон
·
Другие
Вывод.
1. Воздух –
природная смесь газообразных веществ, в которой каждое вещество имеет и
сохраняет свои физические и химические свойства, поэтому воздух можно
разделить.
2. Воздух –
это бесцветный газообразный раствор, плотность – 1,293г/л, при температур
-1900С он переходит в жидкое состояние. Жидкий воздух представляет
голубоватую жидкость.
3. Живые
организмы тесно связаны с веществами воздуха, которые оказывают определенное
воздействие на них. И в то же время живые организмы влияют на него, так
как выполняют определенные функции: окислительно-восстановительную – окисляют,
например углеводы до углекислого газа и восстанавливают его до углеводов;
газовую – поглощают и выделяют газы.
Таким
образом, живые организмы создали в прошлом и поддерживают миллионы лет
атмосферу нашей планеты.
Загрязнение атмосферы — привнесение в атмосферный воздух новых нехарактерных
для него физических, химических и биологических веществ или изменение
естественной среднемноголетней концентрации этих веществ в нём.
В процессе фотосинтеза из атмосферы удаляется углекислый газ,
а в процессах дыхания и гниения возвращается. Установившееся в ходе эволюции
планеты равновесие между этими двумя газами стало нарушаться, особенно во
второй половине XX в., когда стало усиливаться влияние человека на
природу. Пока природа справляется с нарушениями этого равновесия благодаря воде
океана и его водорослям. Но надолго ли хватит сил у природы?
Схема. Загрязнение атмосферы
Основные загрязнители атмосферного
воздуха в России
Количество машин непрерывно растет, особенно в крупных городах, соответственно,
растет выброс в воздух вредных веществ. «На совести» автомобилей 60% выбросов
вредных веществ в городе!
Предприятия теплоэнергетики России выбрасывают в атмосферу до 30%
загрязнителей, а еще 30% – вклад промышленности (черная и цветная
металлургия, нефтедобыча и нефтепереработка, химическая промышленность и
производство строительных материалов). Уровень загрязнения атмосферы естественными
источниками является фоновым (31–41%), он мало изменяется с течением
времени (59–69%). В настоящее время глобальный характер приобрела
проблема антропогенного загрязнения атмосферы.
Какие же вещества-загрязнители, опасные для всего живого, попадают в атмосферу? Это кадмий, свинец, ртуть, мышьяк,
медь, сажа, меркаптаны, фенол, хлор, серная и азотная
кислоты и другие вещества. Некоторые из
названных веществ мы будем изучать в дальнейшем, узнаем их физические и
химические свойства и поговорим о таящейся в них разрушительной силе для нашего
здоровья.
Масштабы экологического загрязнения
планеты, России
В каких странах мира воздух наиболее загрязнен выхлопными
газами транспорта?
Наибольшая опасность загрязнения атмосферы выхлопными газами угрожает странам с
мощным автопарком. Например, в США на автотранспорт приходится примерно 1/2
всех вредных выбросов в атмосферу (до 50 млн т ежегодно). Автопарк
Западной Европы ежегодно выбрасывает в воздух до 70 млн т вредных
веществ, причем в Германии, например, 30 млн автомобилей дают 70% общего
объема вредных выбросов. В России положение усугубляется тем, что автомашины,
находящиеся в эксплуатации, соответствуют экологическим нормам только на 14,5%.
Загрязняет атмосферу и воздушный транспорт шлейфами выхлопов от многих тысяч
самолетов. Согласно экспертным оценкам, в результате деятельности мирового
автопарка (а это около 500 млн двигателей) в атмосферу ежегодно поступает
одного только углекислого газа 4,5 млрд т.
Чем же опасны эти загрязнители? Тяжелые металлы – свинец, кадмий, ртуть –
оказывают вредное влияние на нервную систему человека, угарный газ – на состав
крови; сернистый газ, взаимодействуя с водой дождей и снегов, превращается в
кислоту и вызывает кислотные дожди. Каковы же масштабы этих загрязнений? Главные
регионы распространения кислотных дождей – США, Западная Европа, Россия. В
последнее время к ним следует отнести и промышленные районы Японии, Китая,
Бразилии, Индии. С распространением кислотных осадков связано понятие
трансграничности – расстояние между районами их образования и районами
выпадения может составлять сотни и даже тысячи километров. Например, главный
«виновник» кислотных дождей на юге Скандинавии – промышленные районы
Великобритании, Бельгии, Нидерландов и Германии. В канадские провинции Онтарио
и Квебек кислотные дожди переносятся из соседних районов США. На территорию
России эти осадки переносятся из Европы западными ветрами.
Неблагополучная экологическая ситуация сложилась на северо-востоке Китая, в
тихоокеанском поясе Японии, в городах Мехико, Сан-Паулу, Буэнос-Айрес. В России
в 1993 г. в 231 городе с общим населением 64 млн. человек содержание вредных веществ в воздухе
превышало нормы. В 86 городах 40 млн. человек проживают в условиях, когда
загрязнения превышают нормы в 10 раз. Среди этих городов Брянск,
Череповец, Саратов, Уфа, Челябинск, Омск, Новосибирск, Кемерово, Новокузнецк,
Норильск, Ростов. По количеству вредных выбросов первое место в России занимает
Уральский регион. Так, в Свердловской области состояние атмосферы не отвечает нормам
на 20 территориях, где проживает 60% населения. В г. Карабаше
Челябинской области медеплавильный завод ежегодно выбрасывает в атмосферу по
9 т вредных соединений на каждого жителя. Частота заболеваний раком здесь
составляет 338 случаев на 10 тыс. жителей.
Тревожная ситуация сложилась также в Поволжье, на юге Западной Сибири, в
Центральной России. В Ульяновске больше, чем в среднем по России, люди страдают
заболеваниями верхних дыхательных путей. Заболеваемость раком легких с
1970 г. выросла в 20 раз, в городе зарегистрирован один из самых высоких
уровней детской смертности в России.
В г. Дзержинске на ограниченной территории сосредоточено большое
количество химических предприятий. За последние 8 лет здесь произошло 60
выбросов сильнодействующих ядовитых веществ в атмосферу, приводивших к
чрезвычайным ситуациям, в ряде случаев повлекших за собой гибель людей. В
Поволжье до 300 тыс. т сажи, золы, копоти, оксидов углерода
обрушиваются на жителей городов ежегодно. Москва занимает 15-е место среди
городов России по суммарному уровню загрязнения атмосферного воздуха.