Розділ II. Кисень

§ 12. Повітря, його склад

Опрацювавши текст параграфа, ти будеш
знати: склад повітря;	розуміти: використання повітря;значення чистоти повітря для здоров’я людини;	уміти: висловлювати судження про вплив діяльності людини на чистоту повітря.

Незважаючи на те, що людина живе на дні «повітряного океану», вона дізналася про повітря, що її оточує, значно пізніше, ніж про інші речовини. Це пояснюється тим, що повітря невидиме, не має ні запаху, ні смаку. Його участь у хімічних реакціях важко спостерігати. Тоді повітрям називали будь-який газ.

Лише наприкінці XVIII ст., після відкриття кисню, було доведено, що повітря — це не речовина, а суміш газуватих речовин — кисню й азоту.

Тепер повітря вже добре вивчене, і ми знаємо, що воно необхідне передусім для дихання всім істотам, які живуть на Землі. Людина, наприклад, за добу пропускає крізь свої легені 13 000 л повітря. Людина й тварини можуть прожити без їжі і води кілька днів, але вони гинуть, якщо їх позбавити повітря на кілька хвилин. Звідси виходить, що людина має виявляти особливу увагу до того, без чого життя неможливе.

Запас повітря на нашій планеті величезний і склад його в загальній масі залишається сталий. Щоб дізнатися про склад повітря, спершу спробуємо експериментально встановити, яка частина повітря припадає на долю кисню.

Дослід 1. У кристалізатор наливаємо воду і поставимо в нього скляний ковпак, об’єм якого розділено позначками на б однакових за об’ємом частин (мал. 53). Якщо верхній отвір відкритий, то рівень води всередині ковпака і поза ним буде однаковий. Додаючи або відливаючи воду, підбираємо рівень води у кристалізаторі, щоб він співпадав з першою позначкою на ковпаку (мал. 53, а). Решта позначок поділяють вільний об’єм на 5 рівних частин. Тепер беремо заздалегідь підібрану пробку з вставленою в неї ложкою для спалювання речовин, поміщаємо в ложку деяку кількість червоного фосфору, запалюємо його, швидко вносимо пробку з ложкою у верхній отвір ковпака і щільно закриваємо пробку. Внаслідок горіння фосфору утворюється густий білий дим — це фосфор(V) оксид Р₂О₅.

Мал. 53. Визначення вмісту кисню в повітрі: а — рівень води на початку досліду; б — рівень води в кінці досліду

Через деякий час горіння припиняється, хоча частина фосфору залишається незгорілою. Це означає, що увесь кисень, який був усередині ковпака, вже витрачений на спалювання фосфору. Білий дим, що утворився, поступово осідає й розчиняється у воді, а вміст ковпака знову стає прозорим.

Вода всередині банки поступово піднімається до наступної позначки, займаючи місце кисню, що був витрачений на спалювання фосфору (мал. 53, б). Це означає, що в повітрі на долю кисню припадає приблизно 1/5 частина загального об’єму. Точніші вимірювання показують, що об’ємна частка кисню в атмосферному повітрі становить 21 %.

Результати досліду показують, що газ, який залишився під ковпаком, не підтримує горіння. Як виявив ще А. Лавуазьє, цей газ не підтримує і дихання. А. Лавуазьє назвав його азотом, що в перекладі з грецької означає «нежиттєвий», «той, що не підтримує життя». Об’ємна частка азоту N₂ в атмосферному повітрі становить 78 %.

Кисень і азот вважаються сталими компонентами повітря, оскільки їхній вміст у повітрі практично скрізь однаковий. До сталих складових повітря належать ще інертні гази — гелій Не, неон Ne, аргон Ar, криптон Kr і ксенон Хе, що містяться в повітрі у вигляді окремих атомів. Сумарна об’ємна частка інертних газів у повітрі становить 1 %.

До змінних компонентів повітря належать карбон(ІV)оксид СО₂ і водяна пара Н₂О. Вуглекислий газ СО₂ утворюється в результаті дихання тварин, гниття органічних решток, спалювання палива тощо. Деяка кількість СО₂ виділяється підземними джерелами і діючими вулканами. Але, незважаючи на безперервне надходження карбон(ІV) оксиду СО₂ в атмосферу, його вміст у повітрі мало змінюється і становить у середньому майже 0,03 % (за об’ємом). Така сталість пояснюється тим, що поряд із надходженням СО₂ в атмосферу відбувається його поглинання рослинами у процесі фотосинтезу. Три великі дерева за день переробляють стільки вуглекислого газу, скільки видихає його одна людина за той самий час. Ось чому треба вітати озеленення вулиць і по можливості самим брати участь в такій суспільно корисній справі. Разом з тим важливо турбуватися й про збереження лісів, парків, будь-яких зелених насаджень.

У закритих приміщеннях, де довгий час перебувають люди, вміст СО₂може помітно підвищуватися через те, що під час дихання люди весь час поглинають кисень, а видихають вуглекислий газ (і водяну пару).

Оскільки надлишок СО₂ в навколишньому повітрі шкідливий для людини, то такі приміщення, наприклад шкільні класи, треба регулярно провітрювати. У тих випадках, коли провітрювання неможливе (підводні човни, кабіни космічних кораблів), застосовують пристрої, що поглинають вуглекислий газ і виділяють кисень.

Вміст водяної пари в повітрі сильно коливається залежно від характеру місцевості, температури, повітряних течій та інших умов.

Окрім сталих і змінних компонентів, повітря може містити випадкові домішки. Деякі з них — амоніак NH₃, сірководень H₂S, метан СН₄ — потрапляють в атмосферу внаслідок природних процесів — гниття органічних решток, виверження вулканів. Інші випадкові домішки — через роботу промислових підприємств, особливо металургійних і хімічних заводів, теплових електростанцій, двигунів літаків та автомобілів. Багато з цих домішок, наприклад сульфур(ІV) оксид SO₂, нітроген(ІІ) оксид NO і нітроген(ІV) оксид NO₂, шкідливі для рослин, тварин і людей. Ці домішки з потоками повітря переносяться на великі відстані і завдають шкоди людям і живій природі далеко від місця свого виникнення. Крім того, у повітрі можуть бути й хвороботворні мікроорганізми. Ось чому турбота про чисте повітря є сьогодні найважливішим завданням всього людства.

Запобігти забрудненню повітря, що є наслідком діяльності людини, можна двома способами. Один з них полягає в удосконаленні промислових та інших процесів, які є джерелом забруднення, з метою переведення їх у безвідходні або маловідходні. Наприклад, поліпшення конструкцій автомобільних двигунів дає змогу домогтися повнішого згоряння бензину й уникнути виділення в атмосферу отруйного карбон(ІІ) оксиду CO (чадного газу).

Інший спосіб полягає в уловлюванні шкідливих домішок, які містяться у газуватих викидах виробництва. У багатьох випадках такі домішки самі можуть стати сировиною для добування корисних продуктів. Прикладом може бути сульфур(ІV) оксид SO₂, що викидається в атмосферу з відхідними газами під час виплавляння з руд кольорових металів. Він згубно впливає на все живе. Уловлювання цього оксиду запобігає попаданню його в атмосферу. Крім того, з SO₂ добувають сульфатну кислоту H₂SO₄ — один з найважливіших продуктів хімічної промисловості.

Людина використовує повітря не лише безпосередньо для дихання, а й опосередковано. З повітря добувають кисень, азот та інертні гази. Усі печі житлових помешкань, топки котельних установок і теплоелектростанцій обов’язково витрачають повітря, чим би вони не опалювалися. З розвитком хімічної промисловості повітря набуло значення сировини для багатьох виробництв.

Стиснене повітря використовується у пневматичних приладах та різному пневматичному обладнанні, а також під час кесонних робіт. Кесон — це велика повітро- і водонепроникна ємкість, всередині якої може бути кілька осіб. З одного боку кесон відкритий. Його занурюють відкритим боком у воду до самого дна й укріплюють грузом, щоб він не спливав, після чого стисненим повітрям (до 4 атм.) витискують з нього воду. За такого тиску азот повітря у великій кількості розчиняється у крові. Якщо різко зменшити тиск, наприклад під час підйому на поверхню, то його надлишок швидко виходить з крові у вигляді пухирців, які можуть закупорити судини і навіть дійти до серця. Так виникає кесонна хвороба, яка може призвести до смерті. Ось чому з кесону людей піднімають повільно, аби розчинене у крові повітря виходило поступово, невеликими порціями.

Використовує людина й енергію повітря, яке рухається, для добування електрики за допомоги вітряних двигунів. Проте повітря, що дуже швидко рухається, може бути одним з грізних явищ природи. Смерчі та буревії ще й досі спричиняють величезні нещастя людям у багатьох країнах світу.

Висновки

Повітря являє собою суміш газів. Основними складовими повітря є азот, кисень, інертні гази. Це так звані сталі компоненти. До складу повітря входять ще змінні компоненти — вуглекислий газ і водяна пара та випадкові компоненти — сполуки Сульфуру, Нітрогену тощо, які мають антропогенний характер. Тому турбота про чистоту повітря — важливе завдання всього людства.

• Завдання для самоконтролю

1. Назви сталі і змінні складові частини атмосферного повітря.
2. Які прості і які складні речовини містяться в повітрі? Напиши їхні формули й обчисли відносні молекулярні маси.
3. Назви джерела випадкових компонентів повітря. Поясни, від чого залежить їх вміст?
4. Поясни, унаслідок яких процесів на Землі в атмосферу потрапляють кисень і вуглекислий газ. Які власні приклади ти можеш навести зі своїх спостережень?
5. Яке значення має повітря в житті природи і в техніці?
6. Якими способами можна запобігти забрудненню повітря?
7. Як ти думаєш, чому турбота про чистоту повітря є одним з важливих завдань усього людства?

Зміст