Повітря
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Повітря

Повітря, природна суміш газів, головним чином азоту і кисню, складова земну атмосферу. Під дією Ст і води здійснюються найважливіші геологічні процеси на поверхні Землі, формується погода і клімат. Ст є джерелом кисню, необхідного для нормального існування переважного числа живих організмів (див. Дихання, Аероби ). Спалюванням палива на Ст людство відвіку отримує необхідне для життя і виробничої діяльності тепло (див. Горіння ). Ст — одне з найважливіших джерел хімічної сировини.

загрузка...

  Сухе Ст складається з наступних газів (% за об'ємом): азоту N 2 78,09; кисню O 2 20,95; аргону Ar 0,93; вуглекислого газу Co 2 0,03. Ст містить дуже невеликі кількості останніх інертних газів, а також водню H 2 , озону О 3 , оксидів азоту, окисли вуглецю З, аміаку Nh 3 , метану Ch 4 , сірчистого газу So 2 і ін. (детальніше про склад сухого Ст див.(дивися) таблицю в ст. Атмосфера ). Враховуючи молекулярну масу кожного компонента і його долю у складі Ст, можна розрахувати середню молекулярну масу Ст, рівну 28,966 (приблизно 29). Вміст в Ст азоту, кисню і інертних газів практично постійно, причому постійна концентрація O 2 (і частково N 2 ) підтримується рослинним світом Землі (див. Фотосинтез, Азотфіксация ). Вміст в Ст вуглекислого газу, оксидів азоту, сірчистих з'єднань істотно вагається (зокрема, зростає поблизу великих міст і промислових підприємств; див.(дивися) також Повітряний басейн ). Вміст води в Ст непостійно і може складати від 0,00002 до 3% за об'ємом (див. Вологість повітря ). У Ст завжди знаходиться велике число дрібних твердих частинок — порошинок (від декількох млн. в 1 м-коду 3 чистого кімнатного Ст до 100—300 млн. в 1 м-коду 3 Ст великих міст, див.(дивися) Аерозолі ). Такі частинки частенько служать центрами конденсації атмосферної вологи і є причиною утворення туманів . Ст проникає в грунт, складаючи від 10 до 23—28% її об'єму. Грунтове Ст, завдяки біологічним процесам в грунті, істотно відрізняється від звичайного по складу; він містить (за об'ємом): 78—80% O 2 , 0,1—20,0% N 2 і 0,1—15,0% Co 2 .

  Історична довідка. Вчені старовини вважали Ст одним з елементів, з яких складається те, що все існує. Анаксимен з Мілета (6 ст до н.е.(наша ера)) називав Ст «первоматерієй», а Емпедокл (5 ст до н.е.(наша ера)) і Арістотель (4 ст до н.е.(наша ера)) — одним з чотирьох елементів — стихій (поряд з вогнем, водою і землею), в яких поміщені всі властиві матерії властивості. Уявлення про Ст як про самостійну індивідуальну речовину панувало в науці до кінця 18 ст У 1775—77 французький хімік А. Лавуазье показав, що до складу Ст входять відкриті незадовго до того хімічні елементи азот і кисень. У 1894 англійські учені Дж. Релей і У. Рамзай виявили в Ст ще один елемент — аргон, потім в Ст були відкриті і інші інертні гази.

  Велику роль в історії науки зіграло вивчення фізичних властивостей В. Італьянський учений Г. Галілей (1632) знайшов, що Ст в 400 разів легше за воду. Італійські учені В. Вівіані і Е. Торрічеллі (1643) відкрили існування атмосферного тиску і винайшли для його виміру барометр. Французький учений Б. Паськаль виявив зменшення атмосферного тиску з висотою. Вивчаючи співвідношення між тиском і об'ємом Ст, Р. Бойль і Р. Тоунлей (1662) в Англії і Е. Маріотт (1676) у Франції відкрили закон, названий їх іменами (див. Бойля — Маріотта закон ); надалі, з розвитком науки були встановлені і інші газові закони (див. Гази ). Довгий час Ст і його головні компоненти не удавалося перетворити на рідину, і тому їх вважали «постійними» газами. Невдача спроб зріджування Ст була пояснена лише після того, як Д. І. Менделєєв (1860) встановив поняття критичної температури і тиску. У 1877, використовуючи охолоджування Ст до температури нижче критичною (біля —140°С) під високим тиском, Л. П. Кальете (Париж) і Р. Пікте (Женева) удалося перетворити Ст в рідину. У 1895 німецький інженер К. Лінде сконструював і побудував першу промислову установку для зріджування Ст (див. Зріджування газів ).

  Фізичні властивості. Тиск Ст при 0°С на рівні моря 101325 н/м 2 (1,01325 би , 1 , 760 мм рт. ст. ); у цих умовах маса 1 л Ст дорівнює 1,2928 г . Для більшості практичних цілей Ст можна розглядати як ідеальний газ; зокрема, парціальний тиск кожного газу, що входить до складу Ст, не залежить від присутності інших компонентів Ст (див. Дальтона закони ). Критична температура —140,7°С, критичний тиск 3,7 Мн/м-кодом 2 (37,2 am ). Перераховані нижче властивості Ст дани при тиску 101325 н/м 2 або 1,01325 би (так званий нормальний тиск). Питома теплоємність при постійному тиску C p 10,045·10 3 дж/ ( кг · До ), тобто 0,24 кал /( г ·° З ) у інтервалі 0—100°С, а при постійному об'ємі C v 8,3710·10 3 дж/ ( кг · До ), тобто 0,2002 кал/ ( г ·°С) в інтервалі 0—1500°С. Коефіцієнт теплопровідності 0,024276 вт/ ( м-код ·К), тобто 0,000058 кал/ ( см · сік ·°С) при 0°С і 0,030136 вт/ ( м-код · До ), тобто 0,000072 кал /( см · сік ·°С) при температурі 100°С; коефіцієнт теплового розширення 0,003670 (0—100°С). В'язкість 0,000171 (0°С) і 0,000181 (20°С) мн · сек/м 2 ( спз ). Міра стисливості z = pv/p 0 V 0 1,00060 (0°С), 1,09218 (25°С), 1,18376 (50°c); показник заломлення 1,00029; діелектрична проникність 1,000059 (0°С). Розчинність у воді (у см 3 на 1 л води) 29,18 (0°С) і 18,68 (20°С). Оскільки розчинність кисню у воді декілька вище, ніж азоту, співвідношення цих газів при розчиненні у воді змінюється і складає відповідно 35% і 65%. Швидкість звуку в Ст при 0°С біля 330 м/сек .

  Рідке Ст — голубувата рідина з щільністю 0,96 г/см 3 (при—192°С і нормальному тиску). Рідке Ст, що вільно випаровується при нормальному тиску, має температуру біля —190°С. Склад його непостійний, оскільки азот (і аргон) випаровується швидше за кисень. Фракційний випар рідкого Ст використовують для здобуття чистого азоту і кисню, аргону і інших інертних газів. Рідке Ст зберігають і транспортують в дьюара судинах або в резервуарах спеціальної конструкції — танках. Стисле Ст зберігають в сталевих балонах при 15 Мн/м-коду 2 (150 am ); забарвлення балонів чорне з білим написом «Повітря стисле».

  Ст Л. Васильовський.

  Фізіолого-гігієнічне значення В. Колебанія вміст азоту і кисню в атмосфері Ст незначні і не роблять істотного впливу на організм людини. Для нормальної життєдіяльності людини важливий процентний склад Ст, зокрема парціальний тиск кисню. Парціальний тиск кисню Ст над рівнем моря складає 21331,5 н/м 2 (160 мм рт. ст. ), при зменшенні його до 18665,1 н/м 2 (140 мм рт. ст. ) з'являються перші ознаки кисневої недостатності, які легко компенсуються у здорових людей почастішанням і поглибленням дихання, прискоренням кроветока, збільшенням кількості еритроцитів і т.д. При зменшенні парціального тиску до 14 665,4 н/м 2 (110 мм рт. ст. ) компенсація стає недостатньою і з'являються ознаки гіпоксії, а зменшення його до 6 666,1—7 999,3 н/м 2 (50—60 мм рт. ст. ) небезпечно для життя. Підвищення парціального тиску кисню аж до дихання чистим киснем (парціальний тиск 101325 кн/м 2 760 мм рт. ст. ) переноситься здоровими людьми без негативних наслідків. При звичайному парціальному тиску азот інертний. Збільшення його парціального тиску до 0,8—1,2 Мн/м-код 2 (8—12 ) приводить до прояву наркотичної дії (див. Наркоз ). Значне збільшення процентного вмісту азоту в Ст (до 93% і більш) унаслідок зменшення парціального тиску кисню може привести до аноксемії і навіть смерті. Вміст вуглекислого газу — фізіологічного збудника дихального центру в атмосфері Ст, складає зазвичай 0,03— 0,04% за об'ємом. Деяке підвищення його концентрації в Ст промислових центрів неістотно для організму. При високих концентраціях вуглекислого газу і зниженні парціального тиску кисню може настати асфіксія . При вмісті в Ст 14—15% Co 2 може настати смерть від паралічу дихального центру. Збільшення концентрації Co 2 в Ст приміщень відбувається в основному за рахунок дихання і життєдіяльності людей (доросла людина у спокої при 18—20°С виділяє близько 20 л Co 2 в годину). Тому вміст в Ст вуглекислого газу, з одного боку, і органічних сполук, мікроорганізмів, пилу і т.п., з іншою, збільшуються одночасно; концентрація Co 2 в Ст приміщень є санітарним показником чистоти В. Содержаніє Co 2 в Ст житлових приміщень не повинно перевищувати 0,1%. Знаходяться в незначній кількості в атмосфері Ст інертні гази — аргон, гелій, неон, криптон, Ксенон при нормальному тиску індиферентні для організму. Ст, що виявляються в атмосфері у нікчемних концентраціях радіоактивні гази радон і його ізотопи — актинон і торон, що мають малий період напіврозпаду, не надають несприятливої дії на людину.

  В атмосфері Ст зазвичай виявляються різні мікроорганізми (бактерії, грибки і ін.). Проте патогенні мікроорганізми зустрічаються в Ст украй рідко, у зв'язку з чим передача інфекційних захворювань через атмосферу Ст може відбуватися у виняткових випадках, наприклад при вживанні бактеріологічної зброї, в закритих приміщеннях за наявності хворих, що виділяють в Ст патогенні мікроорганізми разом з найдрібнішими крапельками слини при кашлі, чханні, розмові. Залежно від стійкості мікроорганізмів вони можуть передаватися через Ст як повітряно-краплинним, так і пиловим для повітря дорогою (найбільш стійкі, наприклад, збудники туберкульозу, дифтерія).

  Для життєдіяльності людини велике значення мають температура, вологість, рух В. Для зазвичай одягненої людини, що виконує легку роботу, оптимальна температура Ст 18—20°С. Чим важче робота, тим нижче має бути температура В. Благодаря досконалим механізмам терморегуляції чоловік легко переносить зміни температури і може пристосуватися до різних кліматичних умов. Оптимальна для людини відносна вологість Ст 40—60%. Сухий Ст за всіх умов переноситься добре. Підвищена вологість Ст діє несприятливо: при високій температурі вона сприяє перегріванню, а при низькій температурі переохолодженню організму. Рух Ст викликає збільшення тепловіддачі організму. Тому при високій температурі (до 37°С) вітер сприяє оберіганню людини від перегрівання, а при низькій — переохолодженню організму. Особливо несприятлива для людини комбінація вітру з низькою температурою і високою вологістю. Відоме значення надається іонізації В. Легкие іони з негативним зарядом надають позитивну дію на організм. Для іонізації Ст запропонований ряд приладів.

  Р. І. Сидоренко.

  Забруднення В. Рост масштабів господарської діяльності збільшує забруднення В. Развітіє промисловості, енергетики, транспорту приводить до підвищення вмісту в Ст вуглекислого газу (на 0,2% від наявної в Ст кількості щорік) і ряду інших шкідливих газів. Металургійні і хімічні підприємства і ТЕЦ(теплоелектроцентраль) забруднюють Ст сірчистим газом, оксидами азоту, сірководнем, галогенами і їх з'єднаннями. Іншим серйозним джерелом забруднення Ст служить автотранспорт. За деякими підрахунками, 1 тис. автомобілів в день викидає з вихлопними газами в Ст 3,2 т окислу вуглецю, від 200 до 400 кг інших продуктів неповного згорання палива, 50—150 кг з'єднань азоту. Дуже велике забруднення Ст твердими частками. У Пітсбурге (США) на 1 кв. милі (259 га ) щорік осідає 610 т пилу. Промислові підприємства, ТЕЦ(теплоелектроцентраль), автотранспорт, лісові пожежі, запорошені бурі,, ерозії грунтів, що виникають в результаті, при неправильному землекористуванні підвищують концентрацію твердих часток (пилу і диму) в Ст настільки, що це істотно (на 20—40%) знижує сонячну радіацію, що дійшла до поверхні землі в районі великих міст. Про масштаби таких процесів можна судити хоч би по тому, що запорошені бурі 1930—34 в США понесли до 25 см грунтового шару і перенесли близько 200 млн. т пилу на відстані до 1000 км. .

  Забруднення Ст приводить до погіршення умов життя людини, тварин і рослин. Шкідлива дія на живі організми при цьому викликається не лише первинними компонентамі промислових викидів, але і новими токсичними речовинами, що утворюються з них, так званими фотооксидантамі. Забруднення Ст інколи може досягати таких масштабів, що приводить до збільшення захворюваності і смертності населення. Особливу небезпеку представляють радіоактивні забруднення В.; унаслідок постійних рухів повітряних мас вони носять глобальний характер (див. Радіоактивне забруднення ). Деякі забруднення Ст викликають професійні захворювання. Вплив забруднень Ст на умови життя вельми великий. У СРСР ухвалені закони про охорону природи, що передбачають необхідність санітарного контролю за станом Ст і відповідальність керівників промислових підприємств за ретельне очищення і знешкодження промислових газів до їх викиду в атмосферу (див. Газів очищення ). Як обов'язкові заходи при плануванні і забудові міст і селищ і розміщенні промислових об'єктів передбачається створення санітарно-захисних зон (розривів), винесення шкідливих в санітарному відношенні промислових підприємств за межі житлових районів і т.д. (див. Благоустрій населених місць Реконструкція міста ). Див. також Повітряний басейн .

  Аналіз В. Предельно допустимі концентрації (зазвичай в міліграмі на 1 л або на 1 м-коду 3 Ст) шкідливих і вибухонебезпечних речовин у виробничому повітряному середовищі регламентуються законодавчо. Методи аналізу Ст залежать від агрегатного стани визначуваної речовини. Наприклад, пил і аерозолі зазвичай уловлюють ватяними або паперовими фільтрами; інколи для уловлювання аерозолів застосовують скляні фільтри; тумани і гази поглинають головним чином рідинами. Найбільш поширені методи визначення вмісту шкідливих речовин в Ст — фотометричний аналіз, нефелометрія і турбідиметрія . Для швидкого визначення малих концентрацій токсичних і вибухонебезпечних речовин в Ст найчастіше використовують автоматичні газоаналізатори. Особливе місце в аналізі Ст займає визначення радіоактивних забруднень (див. Дозиметрія ) .

  Ст в техніці. Завдяки кисню, що міститься в Ст, він використовується як хімічний агент в різних процесах. Сюди відносяться: горіння палива, виплавка металів з руд (доменний і мартенівський процеси), промислове здобуття багатьох хімічних сполук (сірчаної і азотної кислот, фталевого ангідриду, окислу етилену, оцетової кислоти, ацетону, фенолу і ін.); цінність Ст як хімічного агента істотно підвищують, збільшуючи вміст в нім кисню. Ст є найважливішою промисловою сировиною для здобуття кисню, азоту інертних газів. Фізичні властивості Ст використовують в тепло- і звукоізоляційних матеріалах, в електроізоляційних пристроях; пружні властивості Ст — в пневматичних шинах; стисле Ст служить робочим тілом для здійснення механічної роботи (пневматичні машини, струминні і распилітельниє апарати, перфоратори і т.д.).

  Штучне Ст (точніше — штучна атмосфера, суміші газів, придатні для дихання) вперше було використане в медицині при захворюваннях, що супроводяться кисневою недостатністю (40—60% кисню в суміші із звичайним Ст або 95% кисню і 5% Co 2 ). Подібні штучні газові суміші застосовуються у висотній авіації, справі рятувальника. Особливе значення має штучне Ст в водолазній справі . Звичайне Ст непридатне для роботи при тиску, що істотно перевищує нормальне: у цих умовах Ст надає наркотична дія, а підвищення розчинності азоту в крові і тканинах тіла робить небезпечним швидкий підйом водолаза на поверхню. Виділення бульбашок азоту з крові може викликати кесонну хворобу і смерть. Тому в останніх 10—15 років випробовуються для робіт на великих глибинах (в умовах високого тиску) безазотниє газові суміші, що містять головним чином гелій (до 96,4%) і кисень (4—2%) під тиском 0,7—2 Мн/м-кодом 2 (7—20 am ). Такі суміші усувають небезпеку кесонної хвороби, проте створюють певний дискомфорт із-за високої теплопровідності гелію; відмічена також істотна зміна тембру голосу в такій атмосфері. Проблема штучного Ст вирішується також при створенні населених космічних кораблів (див. Атмосфера кабіни ). Радянські космічні кораблі «Схід» і «Схід» були обладнані спеціальною системою, що підтримує склад Ст, близький до звичайному: парціальний тиск кисню 20—40 кн/м 2 , об'ємна концентрація Co 2 0,5—1%. Американські космічні кораблі «Джеміні» мали чисто кисневу атмосферу при тиску близько 0,3 .

  Літ.: Хргиан А. Х., Фізика атмосфери 2 видавництва, М., 1958; Некрасов Би. Ст, Основи загальної хімії, т. 1, М., 1965; Баттан Л. Дж., Забруднене піднебіння, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1967; Арманд Д., Нам і внукам, 2 видавництва, М., 1966; Соколів Ст А., Гази землі [М., 1966]; Визначення шкідливих речовин в повітрі виробничих приміщень, 2 видавництва, М., 1954; Керівництво по комунальній гігієні, т. 1, М., 1961.

  Ст Л. Васильовський.