Атмосфера нашої планети - це унікальна газова суміш, що містить азот, кисень, вуглекислий газ і деякі інші компоненти. Вона називається повітрям. Ця суміш має безліччю властивостей. Всі найважливіші фізико–хімічні і біологічні процеси, що відбуваються навколо нас в живій і неживій природі, повністю обумовлені складом повітря, і залежні від нього. До них можна віднести дихання і горіння, фотосинтез і реакції кругообігу хімічних елементів у природі. Ця стаття буде присвячена вивченню фізичних і хімічних властивостей газового складу атмосфери.


Також ми розглянемо, в яких галузях промисловості, медицини та сільського господарства можуть бути використані його фізичні характеристики. Наприклад, ті з них, які є найбільш суттєвими: питома вага, щільність, пружність і теплопровідність. У статті також буде представлена інформація про те, як використовують повітря у сучасних технічних приладах і пристроях, створених з урахуванням його фізичних характеристик.

Як з'ясували склад повітря

Газоподібна суміш, якою ми дихаємо, з давніх часів трактувалася різними філософськими школами як унікальна субстанція, що дає життя. У індусів вона називалася праною, у китайців – ци. В середині 18 століття геніальний французький дослідник А. Лавуазьє своїми хімічними дослідами розвінчує помилкову наукову гіпотезу про існування особливої речовини – флогистона. Воно, нібито, містило частинки невідомої енергії, що дає життя всьому сущому на Землі. Лавуазьє довів, що склад і властивості повітря визначаються наявністю двох основних газів: кисню і азоту. На їх частку припадає понад 98%. Частина включає вуглекислий газ, водень, інертні елементи і домішки промислових відходів, наприклад, газоподібні оксиди азоту або сірки. Вивчення властивостей компонентів атмосфери стало для людини стимулом до використання цієї газоподібної суміші в різних галузях техніки і в побуті.

Повітря та його роль в життєдіяльності живих організмів

Одним з перших відповідей на питання, як людина використовує властивості повітря, буде наступний: він необхідний нам для дихання. Потрапивши під час вдиху у верхні дихальні шляхи, його порція досягає легенів. В капілярах альвеол кисень дифундує в кров. Вона постачає молекули Про 2 в міжклітинну рідину. Кров безпосередньо контактує з клітинними мембранами, пропускають кисень прямо в цитоплазму. Отримавши частинки Про 2 , клітина витрачає їх у метаболічних реакціях. На відміну від тварин і людини, рослини використовують елементи атмосфери не тільки для дихання, але і для фотосинтетичних процесів, витягуючи з неї вуглекислий газ.

Склад і властивості повітря

Приклад, що ілюструє факт здатності елементів атмосфери до поглинання теплової енергії, простіше сказати, до нагрівання, буде таким: якщо газовідвідну трубку попередньо нагрітій колби з притертою пробкою опустити в ємність з холодною водою, то з трубки виходитимуть бульбашки повітря. Нагріта суміш азоту і кисню розширюється, не помещаясь більше в ємності. Частина повітря виділяється і потрапляє у воду. При охолодженні колби, обсяг газу в ній зменшується і стискається, і вода надходить нагору колби по газовідвідній трубці.
Розглянемо ще один експеримент, який проводиться на уроках природознавства для учнів 2 класу. Властивості повітря, наприклад, пружність та тиск, наочно видно, якщо надута повітряна куля стискати долонями, а потім обережно проколоти голкою. Різкий хлопок і розлетілися клапті демонструють дітям тиск газу. Учням можна також пояснити, що ці властивості чоловік застосував у виробництві пневматичних пристроїв, наприклад, відбійних молотків, насосів для накачування велосипедних камер, пневматичної зброї.

Фізичні характеристики повітря

Прозорість, відсутність кольору й запаху газоподібної атмосфери, яка нас оточує, з власного життєвого досвіду добре відомі учням 2 класу. Властивості повітря, наприклад, його легкість і рухливість, можна пояснити хлопцям на прикладі вітрових електростанцій. Їх будують на височинах і пагорбах. Адже швидкість руху повітря залежить від висоти. Такі електростанції безпечні в експлуатації і не завдають шкоди навколишньому природі. Як і інші речовини, компоненти атмосфери мають масу. Для вирішення завдань в курсі неорганічної хімії прийнято вважати, що відносна молекулярна маса повітря дорівнює 29. Враховуючи цю величину, можна дізнатися, які гази легше атмосфери. До них відносяться, наприклад, гелій, водень. Щоб створити літальний апарат, чоловік проводив експерименти і вивчав властивості повітря. Досліди увінчалися успіхом, і перший у світі політ на повітряній кулі здійснили французькі винахідники брати Монгольф'є вже в XVIII столітті. Оболонка їх аеростата була заповнена гарячою сумішшю водню, азоту і кисню. Дирижаблі – більш маневрені і краще керовані пристрої, піднімаються вгору тому, що їх заповнюють оболонки легкими газами, а саме гелієм або воднем. Здатність газової суміші до стиснення людина застосовує в таких пристроях, як повітряні гальма. Ними оснащені автобуси, потяги метро, тролейбуси. Наведені приклади є наочною ілюстрацією того, як людина використовує властивості повітря.

Як виникають звукові відчуття?

Один з найважливіших аналізаторів нашого організму – слуховий. Він сприймає як зовнішніх подразників коливання, називаються звуковими хвилями. Вони тиснуть на барабанну перетинку, викликаючи в ній вібрації, які передаються слухових кісточок середнього вуха. Порція повітря постійно знаходиться в порожнині євстахієвої труби і вирівнює тиск на барабанну перетинку. Це перешкоджає її деформації і розривів, забезпечуючи передачу звукових коливань у внутрішнє вухо, де і відбувається збудження. По слухових нервах воно надходить у скроневу частку кори головного мозку, що викликає виникнення слухових відчуттів. Подібні приклади показують нам, як людина використовує властивості повітря для здійснення нормальної життєдіяльності власного організму.

Повітря на службі у людини

Різні характеристики атмосферної суміші газів: густина, питома вага, теплопровідність, здатність до стиснення і руху, широко застосовуються в нашій промисловості, медицині і в побуті. Апарат штучного дихання поставляє суміш збагачену киснем, безпосередньо в легені тяжкохворих людей і рятує їм життя. Пилосос і кондиціонер давно стали звичними у нашому побуті. Обидва ці пристрої використовують стислі компоненти атмосфери: пилосос струменем втягує частинки пилу і механічних забруднень з різних поверхонь. Потік холодних газів з кондиціонера охолоджує приміщення в спеку. Ці приклади ще раз демонструють можливості того, як людина використовує властивості повітря у своєму житті.