Конспект урока: Воздух и его состав

Воздух, состав воздуха и его свойства

Земная атмосфера, образовавшаяся в ходе длительной геобиохимической эволюции, — это та часть природной среды, которой человек (и почти все живые аэробные организмы) больше всего пользуется. В сутки человеку необходимо не менее 12 кг воздуха (в 8 раз больше, чем воды, и в 12 раз больше, чем пищи).

Воздух — один из самых нужных компонентов для жизни человека (недаром о чём-то жизненно важном говорят «необходим как воздух»), ведь если без пищи человек может прожить 30 дней, без воды — 10 дней, то без воздуха — лишь считанные минуты.

Вопрос о составе воздуха был объектом исследований в течение многих веков. Лишь в конце XVIII века учёные-естествоиспытатели Дж. Пристли, А. Лавуазье и К. Шееле установили, что воздух — это смесь газов, из которых наиболее важными являются кислород и азот.

Проведём эксперимент. 

В миску наливаем воду и опускаем в неё плавающую свечу. Зажигаем её и накрываем стаканом. Что мы наблюдаем?

Рис. 1. Эксперимент, доказывающий необходимость наличия кислорода для реакций горения

Вода поднялась в стакане на ¹/₅ объёма: так как при горении свечи расходуется только кислород, он составляет ¹/₅ часть или 21 % воздуха.

В конце XIX века учёным удалось выяснить состав воздуха. Кроме азота и кислорода, в состав воздуха входят благородные (инертные) газы.

Кроме того, в воздухе содержатся углекислый газ — оксид углерода (IV) и водяные пары, процентное содержание которых зависит от местных условий (например, морской воздух очень влажный).

• Кислород — 21 %
• Азот — 78 %
• Благородные газы (Ar 
  и др.) — 0,94 %
• Углекислый газ, оксид углерода (IV) — 0,03 %
• Водяные пары — до 3 %

Такой примерный состав воздуха над незагрязнённой территорией. 

В большинстве же городов мира воздух загрязнён. То, чем он засорён, на ладони не ощутить, глазом не увидеть, но ежегодно на головы жителей городов падает до 100 кг загрязняющих веществ.

Виды загрязнения воздуха и меры по его охране

Что же делается для защиты окружающей среды?

• Высокие трубы обезвреживают газы
• Фильтры-поглотители в трубах
• Очистные сооружения
• Автомобили с фильтрами, диагностика которых проводится при прохождении техосмотра на СТО
• Безотходное производство
• Экологически чистое топливо

Объёмная доля газа в смеси

Учёные получили точный состав газа не только экспериментальным путём.  Определив состав воздуха, в научных кругах пришли к выводу, что он является многокомпонентной смесью. 

Чтобы установить точный количественный состав газовой смеси, необходимо рассчитать объёмную долю каждого компонента, которая обозначается греческой буквой $\phi$ («фи»).

Объёмную долю каждого компонента смеси находят по формуле:

$\phi \left(\%\right)=\frac{v \left(газа\right)}{v \left(газ. смеси\right)}·100 \%$

Где:

$\phi$ (газа) — объёмная доля газа в смеси, 

$v$ (газа) — объём газа (л, мл, м³), 

$v$ (газ. смеси) — объём смеси (л, мл, м³).

Объёмная доля каждого компонента газовой смеси показывает, какую часть общего объёма смеси он занимает. Знание объёмной доли компонента газовой смеси позволяет решать несложные задачи.

Дано:

$v$ (смеси) = 150 мл

$v$ (угл. газа) = 128,5 мл

$v$ (азота) = 21,5 мл

Найти:

$\phi$ (угл. газа)

$\phi$ (азота)

Решение

1. Запишем формулу объёмной доли:

$\phi \left(\%\right)=\frac{v \left(газа\right)}{ v (газ. смеси)}\cdot 100 \%$

2. Рассчитаем объемную долю углекислого газа в смеси:

$\phi \left(угл. газа\right)=\frac{128,5 мл}{150 мл} \cdot 100 \%=\mathbf{85}\mathbf{,}\mathbf{67}\mathbf{ }\%$

3. Рассчитаем объемную долю азота в смеси:

$\phi \left(азота\right)=\frac{21,5 мл}{150 мл}\cdot 100 \%=\mathbf{14}\mathbf{,}\mathbf{33}\mathbf{ }\%$

Ответ: $\phi (угл. газа)=85,67 \%$;

              $\phi \left(азота\right)=14,33 \%$

Воздух для нас с вами — бесценный дар природы, его нужно беречь и знать о нём как можно больше. 

В процессе эволюции человек приспособился к существованию в воздушной среде с определёнными свойствами, и поэтому вполне вероятно, что изменение химического состава этой среды или её физических свойств сказывается на состоянии здоровья, самочувствии и работоспособности человека.

Упражнение 1

$\phi \left(кислорода\right)=75 \%$

$\phi \left(угл. газа\right)=25 \%$