З Знакомьтесь — воздух

Определения и обозначения

Воздух — смесь газов, окружающая Землю. В нём больше всего азота, около одной пятой занимает кислород, а остальное приходится на другие газы. Это понятие нужно, чтобы не считать воздух одним веществом и понимать его значение для жизни.

Газ — состояние вещества, при котором частицы расположены далеко друг от друга и свободно перемещаются. Поэтому газ не сохраняет собственную форму и заполняет доступное пространство. Такое строение объясняет многие свойства воздуха.

Атмосфера — воздушная оболочка Земли. Она участвует в образовании погоды, защищает планету и содержит воздух, которым дышат живые организмы. Без атмосферы условия на Земле были бы непригодны для большинства форм жизни.

Кислород — газ, необходимый большинству живых организмов для дыхания и поддержания горения. Сам по себе он не горит, но помогает гореть другим веществам. Поэтому уменьшение доли кислорода опасно и для людей, и для процессов горения.

Как это устроено

Воздух считают смесью газов, потому что в нём сохраняются частицы разных веществ: азота, кислорода и других газов. В сухом воздухе примерно 78% составляет азот, 21% — кислород, около 1% — остальные газы. Соотношение компонентов объясняет, почему воздух имеет общие свойства смеси, а не свойства одного чистого вещества.

Частицы газа находятся на расстоянии друг от друга и непрерывно движутся во всех направлениях. Поэтому воздух распространяется по свободному пространству и заполняет сосуд, даже если его нельзя увидеть. Если открыть ёмкость, частицы воздуха переместятся и смешаются с окружающим воздухом.

Воздух прозрачен и обычно бесцветен, потому что он пропускает большую часть видимого света. Собственного запаха и вкуса у чистого воздуха нет: эти ощущения появляются из-за частиц других веществ. Летучие вещества смешиваются с воздухом, и он переносит их к органам обоняния, поэтому мы чувствуем запах дыма, еды или цветов.

Воздух имеет массу, так как состоит из частиц вещества. Это можно проверить сравнением надутого и ненадутого мяча: надутый мяч будет немного тяжелее. Частицы можно сблизить, поэтому воздух сжимается; при нагревании они движутся быстрее и занимают больше пространства, то есть воздух расширяется.

Ветер возникает, когда большие массы воздуха перемещаются из одной области в другую. Неравномерное нагревание поверхности Земли создаёт различия температуры и давления: тёплый воздух расширяется и поднимается, а более холодный перемещается на его место. Атмосфера необходима для жизни, потому что содержит кислород, переносит водяной пар, участвует в погоде и частично защищает Землю от опасных воздействий из космоса.

Основные свойства воздуха

Чтобы пользоваться таблицей, сначала назовите свойство, затем найдите его наблюдаемое проявление. Последняя колонка помогает связать научный факт с повседневными предметами и явлениями.

Разбор задач

Почему надутый воздушный шар имеет форму и почему выпущенный из него воздух можно почувствовать?

Надутый шар наполнен воздухом, а его резиновая оболочка удерживает газ внутри. Выпущенная струя движется и воздействует на кожу. Нужно объяснить оба наблюдения через свойства газа.

1. Воздух попадает внутрь шара и занимает его внутреннее пространство.
2. Частицы воздуха движутся и давят на стенки шара со всех сторон, поэтому оболочка натягивается и приобретает округлую форму.
3. Если открыть отверстие, частицы перемещаются наружу, то есть воздух выходит струёй.
4. Движущаяся струя достигает руки и давит на кожу, поэтому её можно почувствовать.

Ответ: шар сохраняет форму, потому что воздух занимает объём и давит на оболочку, а выпущенный воздух ощущается как движущаяся струя.

Что произойдёт с закрытой пластиковой бутылкой после нагревания?

Из бутылки сначала выпускают часть воздуха, затем плотно закрывают её и опускают в горячую воду. Важно проследить не только за нагреванием, но и за тем, как меняются объём и давление газа. Пластиковая бутылка может начать распрямляться и становиться более твёрдой.

1. После выпуска части воздуха внутри бутылки остаётся меньше частиц, чем было сначала.
2. Горячая вода нагревает оставшийся воздух, поэтому его частицы начинают двигаться быстрее.
3. Нагретый воздух стремится расшириться, но закрытая бутылка не даёт ему свободно увеличить объём.
4. Из-за ударов частиц о стенки давление внутри возрастает, и пластик может расправиться или выпятиться.

Ответ: бутылка обычно начнёт распрямляться и станет более упругой; это связано с расширением нагретого воздуха и увеличением давления.

Какого газа в сухом воздухе больше всего и почему опасно уменьшение доли кислорода?

По диаграмме нужно сравнить доли азота, кислорода и других газов. Самый высокий столбик показывает главный компонент смеси. Затем следует связать долю кислорода с дыханием и горением.

1. Сравниваем значения: азот — около 78%, кислород — около 21%, другие газы — около 1%.
2. Наибольшую долю занимает азот, значит, его в сухом воздухе больше всего.
3. Кислород нужен клеткам большинства организмов для дыхания, поэтому его недостаток нарушает работу организма.
4. Кислород поддерживает горение, поэтому при его уменьшении огонь горит хуже или гаснет.

Ответ: больше всего в сухом воздухе азота. Уменьшение доли кислорода опасно, потому что затрудняет дыхание и ослабляет горение.

Типичные ошибки

Считать воздух одним веществом. Так думают, потому что воздух выглядит однородным. Проверьте себя: вспомните состав сухого воздуха и назовите хотя бы азот и кислород.

Утверждать, что воздух ничего не весит. Невидимость часто ошибочно связывают с отсутствием массы. Сравните массу надутого и ненадутого мяча: газ внутри добавляет массу.

Путать отсутствие собственного запаха со способностью переносить запахи. Чистый воздух не пахнет, но частицы пахучих веществ смешиваются с ним и перемещаются. Чтобы проверить себя, различайте источник запаха и среду, которая его переносит.

Считать ветер отдельным веществом. Ветер называют особым явлением из-за его действия, но новым веществом он не становится. Правильная проверка простая: ветер — это движение воздуха.

Связь с другими темами

До изучения воздуха нужны знания о состояниях вещества и частицах вещества. Наблюдения и простые опыты помогают увидеть свойства невидимого газа по его действиям.

С погодой тема связана через нагревание и движение воздуха. Различия температуры и давления приводят к перемещению воздушных масс и образованию ветра.

Дальше эти знания пригодятся при изучении дыхания, горения, круговорота воды и охраны атмосферы. Состав и свойства воздуха помогают понять, почему важно сохранять его чистоту.

Что запомнить

• Воздух — смесь газов.
• Основные составляющие сухого воздуха — азот и кислород.
• Воздух занимает пространство и имеет массу.
• Воздух можно сжать.
• При нагревании воздух расширяется.
• Атмосфера — воздушная оболочка Земли.
• Движение воздуха называют ветром.