أهمية وتكوين وخصائص الهواء

الهواء هو خليط متجانس من الغازات التي تشكل الغلاف الجوي للأرض. بفضله العمليات البيولوجية (مثل التنفس) و الدورات البيوجيوكيميائية (مثل دورة الماء). إنها البيئة التي تحدث فيها الظروف الجوية وتتكون من مجموعة متنوعة من العناصر والمركبات الكيميائية.

تركيب النسبة المئوية للهواء

يحتوي الهواء على العناصر والمركبات الكيميائية التالية ، والمتوازنة بشكل طبيعي لدعم عمليات الكوكب:

• نيتروجين (N₂): 78%
• الأكسجين (O₂): 21%
• الأرجون (Argon): 0.9٪
• ثاني أكسيد الكربون (CO₂): 0.03%
• 0.07٪ الأخرى تتكون من نسب متفاوتة من بخار الماء (H₂O) ، الهيدروجين (H₂) ، الأوزون (O₃) والميثان (CH₄) وأول أكسيد الكربون (CO) والهيليوم (He) والنيون (Ne) والكريبتون (Kr) والزينون (Xe).

أهمية أكسجين الهواء

الأكسجين عنصر كيميائي شديد التفاعل وقادر على المشاركة في مجموعة متنوعة من العناصر ، مثل المعادن ، واللافلزات ، وأشباه الفلزات. ما هو أكثر من ذلك ، إنه ضروري لتنفس جميع الكائنات الحية. وبالتالي ، فإن وجودها في الهواء هو ما يحافظ على الحياة على هذا الكوكب.

الأكسجين هو مؤكسد بالامتياز. أي أنها المادة التي تحافظ على تفاعلات الاحتراق. عندما تدخل مادة تحتوي على الكربون في تفاعل احتراق ، فإنها سوف تتحد مع الأكسجين لتحرير ذرات الكربون في صورة ثاني أكسيد الكربون (CO

₂) أو أول أكسيد الكربون (CO) ، اعتمادًا على جودة التفاعل.

أهمية النيتروجين في الهواء

78٪ نيتروجين (N₂) أمر حيوي ، لأنه العنصر المسؤول عن يثبط تفاعل الأكسجين. 21٪ أكسجين (O₂) يكفي لجعل كل المواد القابلة للاحتراق على الكوكب تشتعل. ومع ذلك ، يوجد وجود غاز النيتروجين (N₂) ، وهو خامل في درجات حرارة الغلاف الجوي.

إذا كانت نسبة الأكسجين (O₂) يتجاوز 21٪ ، سنضيع: كل المواد العضوية على الكوكب ستحترق تلقائيًا ، مصحوبة بالإشعاع الشمسي. سيحدث نفس التأثير إذا كانت نسبة النيتروجين (N₂) من 78٪. لذلك من الضروري الحفاظ على التوازن بين هذين المكونين للهواء ، ومنع تلوث الهواء الزائد.

تفاعلات الأكسجين

الأكسجين الموجود في الهواء (O₂) هو كاشف كيميائي متاح للعديد من المواد ، بحيث تبدأ في التحول إلى مواد أخرى ، والتي سيكون لها خصائص فيزيائية وكيميائية مختلفة. سيتم وصف كل تحويل بمعادلة كيميائية. من بين التفاعلات التي يشارك فيها الأكسجين:

• تفاعلات الاحتراق
• تفاعلات الأكسدة
• ردود الفعل التوليفية

في ال تفاعلات الاحتراق، سينضم الأكسجين إلى ذرات الكربون في مادة قابلة للاحتراق ، لإطلاق كمية كبيرة من الحرارة وغازات الاحتراق: ثاني أكسيد الكربون (CO₂) أو أول أكسيد الكربون (CO). بالإضافة إلى هذه المنتجات ، يتم إنشاء بخار الماء.

في ال تفاعلات الأكسدة، سوف يرتبط الأكسجين بذرات العناصر المعدنية ، في أ ظاهرة التآكل تسمى الأكسدة. سيتم تشكيل أكاسيد المعادن كمنتجات.

في ال ردود الفعل التوليفية، سوف يتحد الأكسجين مع العناصر غير المعدنية لتكوين أكاسيد كل منها ، والتي تسمى أيضًا أنهيدريد. هذه غازات بشكل عام ، مثل أكاسيد النيتروجين (NOx's) ، وأكاسيد الكبريت (SOx's) ، وهي ملوثات للهواء.

أمثلة على تفاعلات الأكسجين

1.- احتراق غاز الميثان (CH₄):

CH₄ + (3/2) س₂ -> CO₂ + 2 ح₂أو

2.- احتراق غاز الايثان (C₂ح₆):

ج₂ح₆ + (7/2) س₂ -> 2CO₂ + 3 ح₂أو

3.- احتراق غاز البروبان (C₃ح₈):

ج₃ح₈ + 5O₂ -> 3CO₂ + 4 ح₂أو

4.- احتراق غاز البوتان (C₄ح₁₀):

ج₄ح₁₀ + (13/2) س₂ -> 4CO₂ + 5 ح₂أو

5.- أكسدة الحديد المعدني (Fe) لتكوين أكسيد الحديديك:

2Fe + (3/2) O₂ -> الإيمان₂أو₃

6.- أكسدة معدن الحديد (Fe) لتكوين أكسيد الحديدوز:

Fe + (1/2) O₂ -> الحديد O

7.- أكسدة فلز الصوديوم (Na) لتكوين أكسيد الصوديوم (Na₂أو):

2Na + (1/2) س₂ -> نا₂أو

8.- تركيب أكسيد النيتريك (NO):

ن₂ + س₂ + حرارة -> 2NO

9.- تركيب ثاني أكسيد الكبريت (SO₂):

S + O₂ + الحرارة -> SO₂

10.- تركيب ثلاثي أكسيد الكبريت (SO₃):

ق + (3/2) س₂ + الحرارة -> SO₃

ملوثات الهواء

على الرغم من جهود الكوكب لتحقيق التوازن بين تركيزات مكونات الغلاف الجوي ، فإن الأنشطة البشرية تولد عددًا كبيرًا من المواد المتطفلة: الملوثات. الملوثات هي أنواع كيميائية تغير خصائص الهواء ووظائفه لدعم الحياة. من بين هؤلاء:

• أول أكسيد الكربون (CO) ، ومصدره الرئيسي هو الاحتراق غير الكامل في محركات الاحتراق الداخلي.
• ثاني أكسيد الكبريت (SO₂) ، مصدرها الرئيسي مصانع إنتاج حامض الكبريتيك.
• الجسيمات المعلقة ، والتي تأتي من الاحتراق في المحركات. يتم تضمين الجسيمات التي يقل حجمها عن 10 ميكرون (PM10) ، والتي يمكن أن تصل إلى الجهاز التنفسي للكائنات الحية وتسبب الأمراض.
• الرصاص (الرصاص) مصدره الرئيسي أفران مصانع الصهر.
• الهيدروكربونات طويلة السلسلة ، والتي تأتي من النفط ، ويتم إطلاقها أثناء حرق الزيت.

اتبع مع:

• خصائص الأكسجين