15. Состав воздуха

Определения и обозначения

Атмосферный воздух — смесь газов, окружающая Землю. Смесью его называют потому, что он состоит не из одного вещества, а из нескольких газов, соединённых вместе. Компоненты смеси можно рассматривать по отдельности: у каждого есть свои свойства и своё значение для природы.

Азот — газ, составляющий наибольшую часть воздуха, примерно 78%. Значит, в каждых ста условных частях воздуха около семидесяти восьми приходится на азот. Это число помогает сравнивать состав воздуха и оценивать количество газа в заданном объёме.

Кислород — газ, необходимый для дыхания и поддерживающий горение. В воздухе его около 21%, то есть примерно одна пятая часть. Без кислорода многие организмы не смогли бы получать энергию, нужную для жизни.

Углекислый газ — газ, который присутствует в воздухе в небольшом количестве и используется растениями при фотосинтезе. Фотосинтез — процесс, при котором растения с помощью света создают питательные вещества. Поэтому даже малая доля этого газа важна для жизни растений и других организмов.

Как это устроено

Воздух состоит из нескольких газов, смешанных между собой, поэтому его состав описывают долями компонентов. Доля показывает, какую часть всей смеси занимает определённый газ. Такой способ удобен, потому что количество каждого компонента можно сравнить с общим объёмом воздуха. Например, проценты позволяют сразу увидеть, какой газ встречается чаще.

Азота в воздухе около 78%, а кислорода — около 21%; вместе это примерно 99%. На остальные газы приходится примерно 1%. Эти значения округлены, поэтому их используют для понимания состава и примерных вычислений, а не как абсолютно точные числа. Азот занимает первое место по доле, кислород — второе.

В небольшую оставшуюся долю входят углекислый газ, аргон и другие газы. Углекислый газ — только один из компонентов этой части, а не всё, что остаётся после азота и кислорода. Поэтому неверно говорить, что в воздухе около одного процента углекислого газа: примерно один процент приходится на все малые компоненты вместе. Каждый из них занимает лишь часть этой доли.

В воздухе содержится водяной пар — вода в газообразном состоянии. Он попадает туда, когда вода испаряется с поверхности водоёмов, почвы и других влажных мест. Испарение зависит от условий, поэтому в одном месте и в одно время водяного пара может быть больше, чем в другом. Из-за этого количество водяного пара в воздухе не всегда одинаково.

Состав воздуха важен для жизни организмов, потому что разные газы выполняют разные задачи. Кислород нужен для дыхания, а углекислый газ растения поглощают при фотосинтезе. Так организмы используют компоненты окружающего воздуха по-разному. Связь между ними помогает понять, почему воздух необходим живой природе.

Основные компоненты воздуха

Таблица помогает сравнить доли основных компонентов и увидеть, какие из них занимают большую часть воздуха. Значение «примерно 1%» относится к совокупности малых компонентов, а не только к углекислому газу. Водяной пар указан отдельно, потому что его количество меняется.

Разбор задач

Задача 1

Назовём газ, который составляет наибольшую часть воздуха, и газ, занимающий второе место по доле. Вспомним примерные значения: азота в воздухе около 78%, кислорода — около 21%. Сравним эти числа, чтобы определить порядок. Сравнивать нужно доли, а не значение газа для жизни.

1. Сопоставляем доли азота и кислорода: 78% больше, чем 21%.
2. Наибольшая доля принадлежит азоту, следующая по величине — кислороду.

Ответ: больше всего в воздухе азота, а второе место по доле занимает кислород.

Задача 2

Нужно определить, сколько литров кислорода содержится примерно в 100 литрах воздуха. Доля кислорода равна примерно 21%, поэтому найдём 21% от общего объёма. Процент означает одну сотую часть, а значит, 21% можно записать как 0,21. Умножим общий объём воздуха на эту долю.

1. Записываем общий объём: 100 л.
2. Находим долю кислорода: 100 × 0,21 = 21 л.
3. Проверяем смысл ответа: 21 л — это около одной пятой от 100 л.

Ответ: примерно 21 литр кислорода.

Задача 3

В сосуде находится 200 литров воздуха. Оценим объём азота и кислорода и выясним, почему найденные объёмы не составляют все 200 литров. Для расчёта используем примерные доли: 78% для азота и 21% для кислорода. Затем сравним сумму с объёмом воздуха в сосуде.

1. Находим объём азота: 200 × 0,78 = 156 л.
2. Находим объём кислорода: 200 × 0,21 = 42 л.
3. Складываем результаты: 156 + 42 = 198 л. До 200 л не хватает примерно 2 л, то есть около 1% объёма.

Ответ: азота около 156 л, кислорода около 42 л. Сумма меньше общего объёма, потому что в воздухе есть углекислый газ, аргон и другие компоненты; расчётные доли округлены.

Типичные ошибки

Ошибка: считать воздух чистым кислородом. Так можно подумать, потому что кислород необходим для дыхания и часто упоминается в связи с жизнью. Но он составляет лишь около одной пятой воздуха. Проверь себя: если доля кислорода равна примерно 21%, остальные газы вместе занимают около 79%.

Ошибка: принимать долю углекислого газа за долю всех газов, кроме азота и кислорода. Обычно их объединяют в одну оставшуюся часть, а затем ошибочно называют её углекислым газом. На самом деле туда входят и другие компоненты, например аргон. Проверь, о каком именно газе говорится: один компонент — не то же самое, что их общая доля.

Ошибка: думать, что состав воздуха всегда совершенно одинаков. Такое представление возникает, если запомнить только округлённые значения долей. Количество водяного пара меняется в зависимости от условий, места и времени. Проверяй себя вопросом: может ли содержание водяного пара быть одинаковым в разных местах и в разное время?

Ошибка: считать приблизительные доли точными числами. При расчётах значения 78% и 21% удобны, но они округлены, поэтому результат тоже будет примерным. Не стоит удивляться, если сумма расчётных частей отличается от общего объёма. Отвечая, используй слова «около» или «примерно» и проверь, что учтены другие компоненты воздуха.

Связь с другими темами

Чтобы разбираться в составе воздуха, полезно знать, что такое смесь веществ. Её компоненты смешаны, но сохраняют свои свойства, поэтому азот, кислород и другие газы можно описывать отдельно. Эти знания помогут изучать дыхание организмов: при нём важен кислород. Они также пригодятся при знакомстве с фотосинтезом, в котором растения используют углекислый газ, и с круговоротом веществ в природе.

Что запомнить

• Воздух — смесь газов.
• Больше всего в воздухе азота — около 78%.
• Кислорода в воздухе около 21%.
• На углекислый газ и другие газы приходится малая часть воздуха.
• Количество водяного пара в воздухе меняется.
• Кислород нужен для дыхания, а углекислый газ используют растения при фотосинтезе.