Udara diperlukan untuk semua organisme hidup: hewan untuk bernafas, dan tumbuhan untuk nutrisi. Selain itu, udara melindungi dari bahaya radiasi ultraviolet Matahari. Komponen utama udara adalah nitrogen dan oksigen. Ada juga sedikit gas mulia di udara, karbon dioksida dan sejumlah partikel padat - jelaga, debu. Semua hewan memerlukan udara untuk bernafas. Sekitar 21% udara adalah oksigen. Molekul oksigen (O2) terdiri dari dua atom oksigen yang terikat.

Komposisi udara

Persentase berbagai gas di udara sedikit berbeda tergantung pada lokasi, waktu, tahun, dan hari. Nitrogen dan oksigen merupakan komponen utama udara. Satu persen udara terdiri dari gas mulia, karbon dioksida, uap air dan polutan seperti nitrogen dioksida. Gas-gas yang terkandung di udara dapat dipisahkan dengan cara distilasi fraksional. Udara didinginkan hingga gas menjadi cair (lihat artikel “Padat, Cair, dan Gas”). Setelah itu, campuran cairan dipanaskan. Setiap cairan memiliki titik didihnya sendiri, dan gas yang terbentuk selama perebusan dapat dikumpulkan secara terpisah. Oksigen, nitrogen, dan karbon dioksida terus-menerus masuk ke organisme hidup dari udara dan kembali ke udara, yaitu. sebuah siklus terjadi. Hewan menghirup oksigen dari udara dan menghembuskan karbon dioksida.

Oksigen

Nitrogen

Lebih dari 78% udara adalah nitrogen. Protein yang membentuk organisme hidup juga mengandung nitrogen. Aplikasi industri utama nitrogen adalah produksi amonia diperlukan untuk pupuk. Untuk melakukan ini, nitrogen digabungkan dengan hidrogen. Nitrogen dipompa ke dalam kemasan daging atau ikan, karena... jika terkena udara biasa, produk akan teroksidasi dan rusak. Organ manusia yang dimaksudkan untuk transplantasi disimpan dalam nitrogen cair karena bersifat dingin dan lembam secara kimia. Molekul nitrogen (N2) terdiri dari dua atom nitrogen yang terikat.

gas mulia

Gas mulia adalah 6 unsur golongan 8 tabel periodik. Mereka sangat inert secara kimia. Hanya saja mereka ada dalam bentuk atom individu yang tidak membentuk molekul. Karena kepasifannya, ada pula yang digunakan untuk mengisi lampu. Xenon praktis tidak digunakan oleh manusia, tetapi argon dipompa ke dalam bola lampu dan diisi dengan kripton lampu neon. Neon berkedip merah-oranye saat bermuatan listrik. Ini digunakan dalam lampu jalan natrium dan lampu neon Oh. Radon bersifat radioaktif. Ini terbentuk oleh peluruhan logam radium. Tidak ada senyawa helium yang diketahui sains, dan helium dianggap lembam sepenuhnya. Kepadatannya 7 kali lebih kecil dari kepadatan udara, itulah sebabnya kapal udara dipenuhi dengannya. Terisi helium balon dilengkapi dengan peralatan ilmiah dan diluncurkan ke atmosfer bagian atas.

Efek rumah kaca

Ini adalah sebutan untuk peningkatan kandungan karbon dioksida di atmosfer yang saat ini diamati dan akibatnya pemanasan global , yaitu peningkatan suhu rata-rata tahunan di seluruh dunia. Karbon dioksida mencegah panas keluar dari bumi, seperti halnya kaca menahan panas di dalam rumah kaca. Semakin banyak karbon dioksida di udara, semakin banyak panas yang terperangkap di atmosfer. Pemanasan sekecil apa pun menyebabkan permukaan air laut naik, angin berubah, dan sebagian es di kutub mencair. Para ilmuwan percaya bahwa jika tingkat karbon dioksida meningkat dengan cepat, maka dalam 50 tahun suhu rata-rata bisa meningkat sebesar 1,5°C hingga 4°C.

Mari kita segera melakukan reservasi: nitrogen menempati sebagian besar udara, tetapi komposisi kimiawi sisanya sangat menarik dan beragam. Secara singkat, daftar elemen utamanya adalah sebagai berikut.

Namun kami juga akan memberikan beberapa penjelasan mengenai fungsi unsur-unsur kimia tersebut.

1. Nitrogen

Kandungan nitrogen di udara adalah 78% volume dan 75% massa, sehingga unsur ini mendominasi di atmosfer, menyandang predikat salah satu yang paling melimpah di Bumi, dan selain itu, ditemukan di luar tempat tinggal manusia. zona - di Uranus, Neptunus dan di ruang antarbintang. Jadi, kita sudah mengetahui berapa banyak nitrogen di udara, namun pertanyaannya tetap tentang fungsinya. Nitrogen diperlukan untuk keberadaan makhluk hidup, itu adalah bagian dari:

• protein;
• asam amino;
• asam nukleat;
• klorofil;
• hemoglobin, dll.

Rata-rata, sekitar 2% sel hidup terdiri dari atom nitrogen, yang menjelaskan mengapa terdapat begitu banyak nitrogen di udara sebagai persentase volume dan massa.
Nitrogen juga merupakan salah satu gas inert yang diekstraksi dari udara atmosfer. Amonia disintesis darinya dan digunakan untuk pendinginan dan keperluan lainnya.

2. Oksigen

Kandungan oksigen di udara adalah salah satu pertanyaan paling populer. Menjaga intrik, mari kita beralih ke satu fakta menarik: oksigen ditemukan dua kali - pada tahun 1771 dan 1774, namun, karena perbedaan dalam publikasi penemuan tersebut, kehormatan untuk menemukan unsur tersebut jatuh ke tangan ahli kimia Inggris Joseph Priestley, yang sebenarnya mengisolasi oksigen kedua. Jadi, proporsi oksigen di udara berfluktuasi sekitar 21% volume dan 23% massa. Bersama dengan nitrogen, kedua gas ini membentuk 99% dari seluruh udara bumi. Namun, persentase oksigen di udara lebih sedikit dibandingkan nitrogen, namun kita tidak mengalami masalah pernapasan. Faktanya adalah jumlah oksigen di udara dihitung secara optimal khusus untuk pernapasan normal; dalam bentuknya yang murni, gas ini bekerja pada tubuh seperti racun, sehingga menyebabkan kesulitan dalam bekerja sistem saraf, masalah pernafasan dan peredaran darah. Pada saat yang sama, kekurangan oksigen juga berdampak negatif terhadap kesehatan, menyebabkan kelaparan oksigen dan semua gejala tidak menyenangkan yang terkait dengannya. Oleh karena itu, berapa banyak oksigen yang terkandung di udara itulah yang dibutuhkan untuk pernapasan yang sehat dan penuh.

3. Argon

Argon menempati urutan ketiga di udara; tidak berbau, tidak berwarna dan tidak berasa. Berarti peran biologis Gas ini belum terdeteksi, namun memiliki efek narkotika bahkan dianggap doping. Argon yang diekstraksi dari atmosfer digunakan dalam industri, kedokteran, untuk menciptakan atmosfer buatan, sintesis kimia, pemadaman api, pembuatan laser, dll.

4. Karbon dioksida

Karbon dioksida membentuk atmosfer Venus dan Mars; persentasenya di udara bumi jauh lebih rendah. Pada saat yang sama, sejumlah besar karbon dioksida terkandung di lautan, secara teratur disuplai oleh semua organisme yang bernapas, dan dilepaskan melalui kerja industri. Dalam kehidupan manusia, karbon dioksida digunakan dalam pemadaman kebakaran, industri makanan sebagai gas dan sebagai suplemen makanan E290 – bahan pengawet dan ragi. Dalam bentuk padat, karbon dioksida adalah salah satu zat pendingin yang paling terkenal, “es kering”.

5. Neon

Cahaya misterius yang sama dari lampu disko, rambu terang, dan lampu depan modern menggunakan unsur kimia paling umum kelima, yang juga dihirup oleh manusia - neon. Seperti banyak gas inert, neon memiliki efek narkotika pada manusia tekanan tertentu Namun, gas inilah yang digunakan dalam pelatihan penyelam dan orang lain yang bekerja di dalamnya tekanan darah tinggi. Selain itu, campuran neon-helium digunakan dalam pengobatan gangguan pernafasan; neon itu sendiri digunakan untuk pendinginan, dalam produksi lampu sinyal dan lampu neon yang sama. Namun, bertentangan dengan stereotip yang ada, lampu neon bukanlah biru, melainkan merah. Semua warna lain dihasilkan oleh lampu dengan gas lain.

6. Metana

Metana dan udara mempunyai pengaruh yang sangat besar sejarah kuno: di atmosfer purba, bahkan sebelum manusia muncul, metana sudah ada di dalamnya lagi. Sekarang diekstraksi dan digunakan sebagai bahan bakar dan bahan mentah di bidang manufaktur, gas ini tidak tersebar luas di atmosfer, namun masih dilepaskan dari Bumi. Penelitian modern menetapkan peran metana dalam pernapasan dan fungsi vital tubuh manusia, namun belum ada data resmi mengenai hal ini.

7.Helium

Setelah melihat berapa banyak helium yang ada di udara, siapa pun akan memahami bahwa gas ini bukanlah gas yang paling penting. Memang sulit untuk menentukan signifikansi biologis dari gas ini. Selain distorsi suara yang lucu saat menghirup helium dari balon :) Namun, helium banyak digunakan dalam industri: dalam metalurgi, industri makanan, untuk mengisi pesawat terbang dan balon cuaca, dalam laser, reaktor nuklir, dll.

8. Kripton

Kita tidak berbicara tentang tanah air Superman :) Krypton adalah gas inert yang tiga kali lebih berat dari udara, inert secara kimia, diekstraksi dari udara, digunakan dalam lampu pijar, laser dan masih dipelajari secara aktif. Dari properti yang menarik kripton, perlu dicatat bahwa pada tekanan 3,5 atmosfer ia memiliki efek narkotika pada manusia, dan pada 6 atmosfer ia menimbulkan bau yang menyengat.

9. Hidrogen

Hidrogen di udara menempati 0,00005% volume dan 0,00008% massa, namun sekaligus merupakan unsur paling melimpah di Alam Semesta. Sangat mungkin untuk menulis artikel terpisah tentang sejarah, produksi dan penerapannya, jadi sekarang kami akan membatasi diri pada daftar kecil industri: kimia, bahan bakar, industri makanan, penerbangan, meteorologi, tenaga listrik.

10. Xenon

Yang terakhir adalah komponen udara, yang awalnya dianggap hanya campuran kripton. Namanya diterjemahkan sebagai "alien", dan persentase isinya baik di Bumi maupun di luarnya sangat minim, yang menentukan keberadaannya. harga tinggi. Saat ini mereka tidak dapat hidup tanpa xenon: produksi sumber cahaya yang kuat dan berdenyut, diagnostik dan anestesi dalam kedokteran, mesin pesawat ruang angkasa, bahan bakar roket. Selain itu, ketika dihirup, xenon secara signifikan menurunkan suara (efek kebalikan dari helium), dan baru-baru ini menghirup gas ini telah dimasukkan dalam daftar agen doping.

Bagian atmosfer yang berbatasan dengan bumi dan tempat manusia bernafas disebut troposfer. Troposfer memiliki ketinggian sembilan hingga sebelas kilometer dan merupakan campuran mekanis berbagai gas.

Komposisi udara tidak konstan. Tergantung pada letak geografis, medan, kondisi cuaca, udara mungkin memiliki komposisi dan berbagai properti. Udara bisa tercemar atau dijernihkan, segar atau berat - semua ini berarti mengandung kotoran tertentu.

Nitrogen - 78,9 persen;

Oksigen - 20,95 persen;

Karbon dioksida - 0,3 persen.

Selain itu, gas-gas lain juga terdapat di atmosfer (helium, argon, neon, xenon, kripton, hidrogen, radon, ozon), dan jumlah totalnya kurang dari satu persen.

Penting juga untuk menunjukkan adanya beberapa pengotor permanen yang berasal dari alam di udara, khususnya, beberapa produk gas yang terbentuk sebagai hasil dari proses biologis dan kimia. Diantaranya, amonia patut mendapat perhatian khusus (komposisi udara yang jauh dari pemukiman mencakup sekitar tiga hingga lima perseribu miligram per meter kubik), metana (kadarnya rata-rata dua per sepuluh ribu miligram per meter kubik), nitrogen. oksida (di atmosfer konsentrasinya mencapai sekitar lima belas per sepuluh ribu miligram per meter kubik), hidrogen sulfida dan produk gas lainnya.

Selain pengotor uap dan gas, komposisi kimiawi udara biasanya mencakup debu asal kosmik, yang jatuh ke permukaan bumi dalam jumlah tujuh ratus ribu ton per kilometer persegi sepanjang tahun, serta partikel debu yang berasal dari letusan gunung berapi.

Namun, yang paling banyak mengubah (dan bukan menjadi lebih baik) komposisi udara dan mencemari troposfer adalah apa yang disebut debu dan asap dari kebakaran hutan. Debu semacam itu banyak terdapat di massa udara kontinental yang berasal dari gurun Asia Tengah dan Afrika. Itulah sebabnya kita dapat mengatakan dengan yakin bahwa lingkungan udara yang idealnya bersih tidak ada, dan ini hanyalah sebuah konsep yang hanya ada secara teoritis.

Komposisi udara cenderung terus berubah, dan perubahan alamiahnya biasanya memainkan peran yang cukup kecil, terutama jika dibandingkan dengan konsekuensi yang mungkin terjadi pelanggaran buatannya. Gangguan seperti itu terutama berhubungan dengan kegiatan produksi kemanusiaan, penggunaan perangkat untuk layanan Konsumen, serta kendaraan. Gangguan-gangguan ini antara lain dapat menyebabkan denaturasi udara, yaitu perbedaan nyata dalam komposisi dan sifat-sifatnya dari indikator-indikator atmosfer yang bersangkutan.

Ini dan banyak tipe lainnya aktifitas manusia mengarah pada fakta bahwa komposisi dasar udara mulai mengalami perubahan yang lambat dan tidak signifikan, namun tetap saja perubahan yang tidak dapat diubah. Misalnya, para ilmuwan telah menghitung bahwa selama lima puluh tahun terakhir, umat manusia telah menggunakan jumlah oksigen yang kira-kira sama dengan jutaan tahun sebelumnya, dan dalam persentase - dua persepuluh persen dari total pasokannya di atmosfer. Pada saat yang sama, emisi ke udara juga meningkat. Menurut data terbaru, emisi telah mencapai hampir empat ratus miliar ton selama seratus tahun terakhir.

Dengan demikian, komposisi udara berubah menjadi lebih buruk, dan sulit membayangkan apa yang akan terjadi dalam beberapa dekade mendatang.

Diketahui bahwa udara sebagian besar terdiri dari nitrogen. Jumlah nitrogen di udara adalah sekitar 75,6% berdasarkan massa dan 78% berdasarkan volume. Nitrogen diperlukan untuk mempertahankan keberadaan tumbuhan dan hewan. Setiap makhluk hidup membutuhkan nitrogen. Nitrogen terdapat dalam protein, yang merupakan bahan penting dalam tubuh manusia. Tanpa zat ini, regenerasi jaringan, penyembuhan luka, dan pertumbuhan tidak mungkin terjadi.

Jumlah nitrogen di udara, jika dihitung per kilometer persegi permukaan bumi kurang lebih 12.500.000 ton.

Nitrogen adalah gas yang tidak berwarna, tidak berbau dan tidak berasa. Ini sangat sulit larut dalam air. Dalam kondisi tekanan tinggi atau suhunya terlalu rendah, nitrogen menjadi cair. Dalam kondisi normal tekanan atmosfir, nitrogen berubah menjadi cair pada suhu -210 °C.

Di satu sisi, jumlah nitrogen di udara harus mencukupi bagi tanaman dan makhluk hidup. Namun nyatanya, hanya tumbuhan dari famili kacang-kacangan di alam yang mampu menyerap nitrogen dari udara. Organisme hidup lainnya, seperti manusia, tidak memiliki kemampuan untuk mengasimilasi nitrogen murni. Untuk membuat ulang jumlah yang dibutuhkan nitrogen, seseorang harus mengonsumsi makanan berprotein yang disiapkan oleh jenis herbivora atau tumbuhan tertentu.

Saat kita bernapas, kita menghirup sejumlah nitrogen di udara. Namun, tidak seperti oksigen, nitrogen tidak dapat diserap oleh paru-paru manusia, dan gas keluar begitu saja. Namun keberadaan nitrogen di atmosfer membantu mencegah kelebihan oksigen. Karena kelebihan oksigen sama berbahayanya bagi seseorang dengan kekurangannya.

Makhluk hidup lain menyerap nitrogen sebagai senyawa dengan unsur lain. Tumbuhan memperoleh nitrogen dari tanah, dan hewan memperoleh nitrogen dari hewan lain atau tumbuhan.

Nitrogen sangat sulit berinteraksi dengan unsur lain. Misalnya, oksigen dan nitrogen di alam dapat bereaksi ketika terjadi kilatan petir saat terjadi badai petir. Karena kilatan cahaya ini menghasilkan suhu yang sangat tinggi.

NITROGEN DI UDARA

Meskipun terjemahan arti kata nitrogen (dan artinya "azoos" dalam bahasa Yunani - tidak bernyawa), unsur ini sangat penting dalam kehidupan seseorang dan dunia di sekitarnya. Unsur kimia nitrogen, tanda – N, dengan nomor urut ketujuh, termasuk golongan V sistem periodik Mendeleev. Memiliki massa atom relatif. Nitrogen di udara adalah gas yang tidak berwarna, tidak berbau dan tidak berasa.

Nitrogen di udara dan alam

Gas nitrogen sangat umum di antara unsur-unsur lain di Bumi, sebagian besarnya – sekitar 4 x 1015 ton – ditemukan di atmosfer bebas. Dalam bentuk molekul N2, nitrogen di udara menyumbang 78,09% volume dan 75,6% massa, tidak termasuk pengotor berupa oksida dan amonia. Senyawa alami adalah berbagai nitrat dan amonium klorida. Iklim kering gurun ditandai dengan akumulasi sendawa dalam jumlah besar. Untuk jangka waktu yang cukup lama, sendawa merupakan produsen utama nitrogen industri. Saat ini, peran utama dalam fiksasi nitrogen berasal dari sintesis amonia dalam kondisi industri dari hidrogen dan udara. Laut, samudera, dan sungai mengandung nitrogen tetap dalam jumlah yang sangat kecil. Minyak juga mengandung sedikit (kandungan sekitar 0,02 - 1,5%) dan batu bara(1 – 2,5%). Akumulasi nitrogen terjadi di tanah dan organisme hidup.

Nitrogen di udara elemen yang mutlak diperlukan, karena merupakan bagian dari komposisinya. Karena kelembamannya, nitrogen bereaksi dengan oksigen dan mencegah proses oksidasi. Karena sifat-sifatnya ini, nitrogen sangat populer dalam industri metalurgi, kimia dan petrokimia, obat-obatan, dan pemadaman kebakaran.

Saat Anda perlu memasok gas nitrogen ke perusahaan besar dalam jumlah yang dibutuhkan, stasiun nitrogen modular cocok untuk Anda.

Komposisi kimia udara sangat penting secara higienis, karena memainkan peran penting dalam fungsi pernapasan tubuh. Udara atmosfer adalah campuran oksigen, karbon dioksida, argon, dan gas lainnya dengan perbandingan yang diberikan dalam tabel. 1.

Oksigen (O 2) - yang paling penting bagi seseorang komponen udara. Saat istirahat, seseorang biasanya menyerap rata-rata 0,3 liter oksigen per menit.

Saat melakukan aktivitas fisik, konsumsi oksigen meningkat tajam dan dapat mencapai 4,5/5 liter atau lebih per menit. Fluktuasi kandungan oksigen di udara atmosfer kecil dan biasanya tidak melebihi 0,5%.

Di tempat perumahan, umum dan olahraga, tidak ada perubahan signifikan dalam kandungan oksigen yang diamati, karena udara luar masuk ke dalamnya. Dalam kondisi higienis yang paling tidak menguntungkan di dalam ruangan, terjadi penurunan kandungan oksigen sebesar 1%. Fluktuasi seperti itu tidak memberikan efek nyata pada tubuh.

Biasanya, perubahan fisiologis diamati ketika kandungan oksigen menurun hingga 16-17%. Jika kandungannya menurun hingga 11-13% (saat naik ke ketinggian), muncul kekurangan oksigen yang parah, penurunan tajam dalam kesejahteraan dan penurunan kinerja. Kandungan oksigen hingga 7-8% bisa berakibat fatal.

Dalam latihan olahraga, inhalasi oksigen digunakan untuk meningkatkan kinerja dan intensitas proses pemulihan.

Karbon dioksida (CO 2), atau karbon dioksida, adalah gas tidak berwarna dan tidak berbau yang terbentuk selama respirasi manusia dan hewan, pembusukan dan penguraian bahan organik, pembakaran bahan bakar, dll. Di udara atmosfer luar pemukiman Kandungan karbon dioksida rata-rata 0,04%, dan di pusat industri konsentrasinya meningkat menjadi 0,05-0,06%. Pada bangunan tempat tinggal dan umum, jika terdapat banyak orang di dalamnya, kandungan karbon dioksida dapat meningkat hingga 0,6-0,8%. Dalam kondisi higienis terburuk di dalam ruangan (kerumunan besar orang, ventilasi buruk, dll.), konsentrasinya biasanya tidak melebihi 1% karena penetrasi udara luar. Konsentrasi tersebut tidak menimbulkan efek negatif pada tubuh.

Dengan menghirup udara yang mengandung 1-1,5% karbon dioksida dalam waktu lama, terjadi penurunan kesehatan, dan pada 2-2,5% perubahan patologis terdeteksi. Gangguan signifikan pada fungsi tubuh dan penurunan kinerja terjadi ketika kandungan karbon dioksida 4-5%. Pada kadar 8-10%, terjadi kehilangan kesadaran dan kematian. Peningkatan kadar karbon dioksida di udara secara signifikan dapat terjadi ketika Situasi darurat di ruang terbatas (tambang, tambang, kapal selam, tempat perlindungan bom, dll.) atau di tempat di mana terjadi dekomposisi bahan organik secara intensif.

Penentuan kandungan karbon dioksida di fasilitas perumahan, umum dan olahraga dapat menjadi indikator tidak langsung pencemaran udara dari produk kotoran manusia. Sebagaimana telah disebutkan, karbon dioksida itu sendiri dalam hal ini tidak membahayakan tubuh, namun seiring dengan peningkatan kandungannya, terjadi kemunduran fisik dan sifat kimia udara (suhu dan kelembaban naik, komposisi ionik terganggu, muncul gas berbau busuk). Udara dalam ruangan dianggap berkualitas buruk jika kandungan karbon dioksida di dalamnya melebihi 0,1%. Nilai ini diterima sebagai nilai yang dihitung ketika merancang dan memasang ventilasi di dalam ruangan.