Состав воздуха

Определения и обозначения

Воздух — смесь газов, окружающая Землю. Это означает, что он состоит не из одного вещества: в нём одновременно присутствуют азот, кислород и другие газы. Они перемешаны, но не превращаются в новое вещество. Понимание этого помогает объяснить, почему свойства воздуха зависят от его состава.

Азот — газ, которого в воздухе больше всего. Он не поддерживает горение, поэтому пламя не может использовать его так, как использует кислород. Азот не следует путать с кислородом: хотя оба газа входят в состав воздуха, их доли и свойства различаются. Это важно учитывать, когда мы говорим о дыхании и горении.

Кислород — газ, необходимый для дыхания большинства живых организмов и поддерживающий горение. При дыхании организм использует кислород, получая энергию для своей жизнедеятельности. Поддерживать горение — значит помогать веществам гореть при подходящих условиях. Это свойство кислорода объясняет, почему пламя может угаснуть, если доступ воздуха ограничен.

Углекислый газ — газ, который содержится в воздухе в небольшом количестве и используется растениями при фотосинтезе. Фотосинтез — процесс, при котором растения создают питательные вещества, используя свет, воду и углекислый газ. Хотя этого газа мало, он нужен растениям. Поэтому даже небольшая доля компонента может иметь большое значение для живой природы.

Как это устроено

Воздух является смесью, потому что разные газы находятся рядом и перемешиваются, но каждый сохраняет свои свойства. Если бы воздух был одним веществом, его нельзя было бы описать как набор компонентов с разными долями и особенностями. Перемешивание происходит постоянно: воздушные массы движутся, а газы распространяются в окружающем пространстве. Поэтому мы обычно не замечаем отдельные составляющие, хотя они присутствуют одновременно.

В сухом воздухе около 78% азота и около 21% кислорода, а остальные газы вместе составляют примерно 1%. Эти доли показывают, какую часть объёма занимает каждый компонент, если сравнивать одинаковые объёмы воздуха. Азота больше, потому что он составляет основную часть смеси; кислород занимает примерно одну пятую. Такие числа описывают сухой воздух, чтобы переменное количество водяного пара не меняло сравнение.

В оставшуюся небольшую часть входят аргон, углекислый газ и другие газы. Доля углекислого газа особенно мала — около 0,04%, поэтому на диаграмме она выглядит почти незаметной. Однако размер доли не показывает, насколько компонент важен для природы: растения используют углекислый газ при фотосинтезе. Так небольшое количество газа может влиять на процессы, от которых зависит жизнь.

Количество водяного пара в воздухе непостоянно, потому что вода испаряется с поверхности водоёмов, почвы и других влажных поверхностей. Водяной пар — это вода в газообразном состоянии, невидимая в воздухе. Испарение и погодные условия меняются от места к месту и со временем, поэтому меняется и содержание пара. По этой причине для сравнения постоянных компонентов обычно приводят состав именно сухого воздуха.

Состав воздуха связан с обменом веществ в природе. При фотосинтезе растения поглощают углекислый газ и выделяют кислород, а живые организмы во время дыхания используют кислород и выделяют углекислый газ. Эти процессы идут одновременно у разных организмов, поэтому газы постоянно перемещаются между живыми существами и окружающей средой. Благодаря такому обмену природа поддерживает круговорот газов, хотя их доли могут меняться.

Основные составляющие воздуха

Сначала сравни доли, чтобы увидеть, какие газы составляют основную часть сухого воздуха. Затем прочитай последнюю колонку: она показывает, чем отличаются компоненты и зачем они важны. Учти, что водяной пар меняется, поэтому его долю нельзя указать одним постоянным числом.

Разбор задач

Какая составляющая воздуха преобладает?

В воздухе около 78% азота и 21% кислорода. Нужно определить, какого газа больше всего. Сравним указанные доли: большая доля означает, что газ занимает большую часть одинакового объёма воздуха. Остальные газы вместе составляют примерно 1%, поэтому они не могут оказаться главной составляющей.

1. Записываем долю азота: около 78%.
2. Записываем долю кислорода: около 21%.
3. Сравниваем числа: 78 больше 21, а оставшиеся газы занимают ещё меньшую долю.

Ответ: в воздухе преобладает азот. Сравнение процентов здесь сразу даёт ответ: вычислять общий объём не требуется.

Сколько кислорода в 100 л сухого воздуха?

В 100 л сухого воздуха содержится примерно 21% кислорода. Процент означает количество частей из ста, поэтому 21% от 100 л можно найти, взяв 21 сотую от общего объёма. В этой задаче число процентов совпадает с числом литров, потому что весь объём равен 100 л. Такой расчёт показывает, что кислород занимает примерно одну пятую объёма воздуха.

1. Записываем общий объём: 100 л.
2. Переводим 21% в десятичную дробь: 21% = 0,21.
3. Умножаем объём на долю: 100 × 0,21 = 21 л.

Ответ: в 100 л сухого воздуха содержится примерно 21 л кислорода. Значение приблизительное, потому что доля кислорода указана приблизительно.

Как меняется воздух в закрытом помещении?

Люди долго дышали в закрытом помещении, и доля азота почти не изменилась. Нужно объяснить, что стало с кислородом и углекислым газом. Для этого проследим, какие газы организм забирает из воздуха и какие возвращает при дыхании. Учитываем, что речь идёт о длительном пребывании людей без достаточного обновления воздуха.

1. При дыхании организм использует кислород, поэтому его количество в воздухе уменьшается.
2. Одновременно организм выделяет углекислый газ, поэтому его количество увеличивается.
3. Азот в дыхании не расходуется так, как кислород, поэтому его доля почти не меняется.

Ответ: кислорода становится меньше, а углекислого газа — больше, потому что люди используют кислород и выделяют углекислый газ при дыхании. Это объясняет, почему закрытые помещения нужно проветривать.

Типичные ошибки

Ошибка — считать воздух чистым кислородом. Так могут думать, потому что кислород необходим для дыхания и часто упоминается в связи с воздухом. Но в сухом воздухе его около 21%, а основную долю занимает азот. Проверь себя: если доля кислорода меньше четверти, воздух не может состоять только из него.

Ошибка — путать доли азота и кислорода. Это происходит, когда запоминают только, что оба газа есть в воздухе, но не запоминают числа. Азота около 78%, кислорода около 21%, значит, азота намного больше. Чтобы проверить ответ, сравни доли: большее число соответствует газу, которого больше.

Ошибка — считать долю водяного пара постоянной. Иногда состав воздуха представляют как неизменный список чисел, забывая, что вода испаряется и условия вокруг меняются. Количество пара зависит от места и погоды, поэтому для него не подходит одно постоянное значение. Проверь себя: если меняются влажность и условия испарения, содержание водяного пара тоже может измениться.

Ошибка — думать, что углекислого газа в воздухе совсем нет. Его очень мало, поэтому при округлении или беглом взгляде на доли этот компонент легко не заметить. Однако малая доля не равна отсутствию: углекислый газ есть в воздухе и используется растениями при фотосинтезе. Проверь себя, вспомнив его роль и приблизительную долю — около 0,04%.

Связь с другими темами

Чтобы понять состав воздуха, полезно знать, что такое газ: он не имеет собственной постоянной формы и распространяется в пространстве. Также пригодятся знания о дыхании живых организмов, при котором используется кислород и выделяется углекислый газ. Эти сведения помогают объяснить, почему состав воздуха связан с жизнедеятельностью организмов. Они связывают свойства веществ с процессами в живой природе.

Состав воздуха понадобится при изучении дыхания, фотосинтеза и горения, потому что во всех этих процессах важны отдельные газы. Он связан и с охраной окружающей среды: изменения состава воздуха могут влиять на живые организмы. Знание долей компонентов помогает отличать обычную смесь от ситуации, когда её состав изменён. Так тема становится основой для понимания природных процессов и заботы о чистом воздухе.

Что запомнить

• Воздух — смесь газов.
• Больше всего в сухом воздухе азота — около 78%.
• Кислорода в сухом воздухе около 21%.
• Остальные газы составляют примерно 1%.
• Доля водяного пара в воздухе непостоянна.
• При дыхании используется кислород и выделяется углекислый газ.