Σημασία, σύνθεση και ιδιότητες του αέρα

Ο αέρας είναι το ομοιογενές μείγμα αέρια που συνθέτουν τη γήινη ατμόσφαιρα. Χάρη σε αυτόν το βιολογικές διεργασίες (όπως η αναπνοή) και βιογεωχημικοί κύκλοι (όπως ο κύκλος νερού). Είναι το περιβάλλον στο οποίο συμβαίνουν οι καιρικές συνθήκες και αποτελείται από μια ποικιλία στοιχείων και χημικών ενώσεων.

Ποσοστιαία σύνθεση αέρα

Ο αέρας περιέχει τα ακόλουθα στοιχεία και χημικές ενώσεις, φυσικά ισορροπημένες για να υποστηρίξουν τις διαδικασίες του πλανήτη:

• Άζωτο (Ν₂): 78%
• Οξυγόνο (Ο₂): 21%
• Αργό (Ar): 0,9%
• Διοξείδιο του άνθρακα (CO₂): 0.03%
• Το άλλο 0,07% αποτελείται από ποικίλες αναλογίες υδρατμών (Η₂Ο), υδρογόνο (Η₂), όζον (O₃), μεθάνιο (CH₄), μονοξείδιο του άνθρακα (CO), ήλιο (He), νέον (Ne), κρυπτό (Kr) και ξένον (Xe).

Σημασία του οξυγόνου του αέρα

Το οξυγόνο είναι ένα πολύ αντιδραστικό χημικό στοιχείο ικανό να εμπλακεί σε μια μεγάλη ποικιλία στοιχείων, όπως μέταλλα, μη μέταλλα και μεταλλοειδή. Επί πλέον, είναι απαραίτητο για την αναπνοή όλων των ζωντανών όντων. Η παρουσία του στον αέρα είναι, επομένως, αυτό που διατηρεί τη ζωή στον πλανήτη.

Το οξυγόνο είναι το οξειδωτής από την αριστεία. Δηλαδή, είναι η ουσία που διατηρεί τις αντιδράσεις καύσης. Όταν μια ουσία που περιέχει άνθρακα εισέρχεται σε αντίδραση καύσης, θα συνδυαστεί με οξυγόνο για να απελευθερώσει τα άτομα άνθρακα ως διοξείδιο του άνθρακα (CO₂ή μονοξείδιο του άνθρακα (CO), ανάλογα με την ποιότητα της αντίδρασης.

Σημασία του αζώτου στον αέρα

78% άζωτο (Ν₂) είναι ζωτικής σημασίας, επειδή είναι το στοιχείο που είναι υπεύθυνο εμποδίζει την αντιδραστικότητα οξυγόνου. 21% οξυγόνο (Ο₂) είναι αρκετό για να αναφλέξει όλη η καύσιμη ύλη στον πλανήτη. Ωστόσο, υπάρχει η παρουσία αερίου αζώτου (Ν₂), το οποίο είναι αδρανές σε ατμοσφαιρικές θερμοκρασίες.

Εάν το ποσοστό οξυγόνου (O₂) υπερβαίνει το 21%, θα χαθήκαμε: όλη η οργανική ύλη στον πλανήτη θα κάψει αυθόρμητα, συνοδευόμενη από ηλιακή ακτινοβολία. Το ίδιο αποτέλεσμα θα συνέβαινε εάν το ποσοστό αζώτου (Ν₂) θα μειωθεί από 78%. Είναι επομένως απαραίτητο να διατηρηθεί η ισορροπία μεταξύ αυτών των δύο συστατικών του αέρα και να αποφευχθεί η υπερβολική ατμοσφαιρική ρύπανση.

Αντιδράσεις οξυγόνου

Το οξυγόνο στον αέρα (O₂) είναι ένα χημικό αντιδραστήριο διαθέσιμο σε πολλές ουσίες, έτσι ώστε να αρχίσουν να μετατρέπονται σε άλλες, οι οποίες θα έχουν διαφορετικές φυσικές και χημικές ιδιότητες. Κάθε μετασχηματισμός θα περιγραφεί με μια χημική εξίσωση. Μεταξύ των αντιδράσεων στις οποίες συμμετέχει το οξυγόνο είναι:

• Αντιδράσεις καύσης
• Αντιδράσεις οξείδωσης
• Αντιδράσεις σύνθεσης

Στο αντιδράσεις καύσης, το οξυγόνο θα ενώσει τα άτομα άνθρακα μιας καύσιμης ουσίας, για να εκπέμψει μια μεγάλη ποσότητα αερίων θερμότητας και καύσης: διοξείδιο του άνθρακα (CO₂) ή μονοξείδιο του άνθρακα (CO). Εκτός από αυτά τα προϊόντα, παράγεται υδρατμός.

Στο αντιδράσεις οξείδωσης, το οξυγόνο πρόκειται να συνδεθεί με τα άτομα των μεταλλικών στοιχείων, σε ένα φαινόμενο διάβρωσης ονομάζεται οξείδωση. Τα μεταλλικά οξείδια θα σχηματιστούν ως προϊόντα.

Στο αντιδράσεις σύνθεσης, το οξυγόνο πρόκειται να συνδυαστεί με μη μεταλλικά στοιχεία για να σχηματίσουν τα αντίστοιχα οξείδια τους, που ονομάζονται επίσης ανυδρίτες. Αυτά είναι γενικά αέρια, όπως οξείδια του αζώτου (NOx's), οξείδια του θείου (SOx), και είναι ατμοσφαιρικοί ρύποι.

Παραδείγματα αντιδράσεων οξυγόνου

1.- Η καύση αερίου μεθανίου (CH₄):

Χ.Χ.₄ + (3/2) O₂ -> CO₂ + 2Η₂Ή

2.- Η καύση αερίου αιθανίου (C₂Η₆):

ντο₂Η₆ + (7/2) Ο₂ -> 2CO₂ + 3Η₂Ή

3.- Η καύση του αερίου προπανίου (C₃Η₈):

ντο₃Η₈ + 5O₂ -> 3CO₂ + 4Η₂Ή

4.- Η καύση αερίου βουτανίου (C₄Η₁₀):

ντο₄Η₁₀ + (13/2) Ο₂ -> 4CO₂ + 5Η₂Ή

5.- Η οξείδωση του μεταλλικού σιδήρου (Fe) για το σχηματισμό οξειδίου του σιδήρου:

2Fe + (3/2) O₂ -> Πίστη₂Ή₃

6.- Η οξείδωση του σιδήρου (Fe) για το σχηματισμό οξειδίου του σιδήρου:

Fe + (1/2) Ο₂ -> FeO

7.- Η οξείδωση του μετάλλου νατρίου (Na) για το σχηματισμό οξειδίου του νατρίου (Na₂Ή):

2Na + (1/2) O₂ -> Να₂Ή

8.- Η σύνθεση του μονοξειδίου του αζώτου (ΟΧΙ):

Ν₂ + Ο₂ + θερμότητα -> 2ΝΟ

9.- Η σύνθεση διοξειδίου του θείου (SO₂):

S + Ο₂ + θερμότητα -> SO₂

10.- Η σύνθεση τριοξειδίου του θείου (SO₃):

S + (3/2) O₂ + θερμότητα -> SO₃

Ατμοσφαιρικοί ρύποι

Παρά τις προσπάθειες του πλανήτη να εξισορροπήσει τις συγκεντρώσεις των ατμοσφαιρικών συστατικών, οι ανθρώπινες δραστηριότητες δημιουργούν μεγάλο αριθμό παρεμβατικών ουσιών: ρύπους. Οι ρύποι είναι χημικά είδη που μεταβάλλουν τις ιδιότητες του αέρα και τις λειτουργίες του για τη στήριξη της ζωής. Μεταξύ αυτών είναι:

• Μονοξείδιο του άνθρακα (CO), η κύρια πηγή του οποίου είναι η ατελής καύση σε κινητήρες εσωτερικής καύσης.
• Διοξείδιο του θείου (SO₂), του οποίου η κύρια πηγή είναι τα φυτά που παράγουν θειικό οξύ.
• Αιωρούμενα σωματίδια, τα οποία προέρχονται από την καύση σε κινητήρες. Περιλαμβάνονται σωματίδια μικρότερα από 10 μικρά (PM10), τα οποία μπορούν να φτάσουν στο αναπνευστικό σύστημα των ζωντανών όντων και να προκαλέσουν ασθένειες.
• Μόλυβδος (Pb), του οποίου η κύρια πηγή είναι οι κλίβανοι των φυτών τήξης.
• Υδρογονάνθρακες μακράς αλυσίδας, που προέρχονται από λάδι, και απελευθερώνονται κατά την καύση λαδιού.

Ακολουθήστε με:

• Χαρακτηριστικά οξυγόνου