Važnost, sastav i svojstva zraka

Zrak je homogena smjesa plinovi koji čine zemljinu atmosferu. Zahvaljujući njemu biološki procesi (poput disanja) i biogeokemijski ciklusi (poput ciklusa vode). Okruženje je u kojem se javljaju vremenski uvjeti i sastoji se od različitih elemenata i kemijskih spojeva.

Postotni sastav zraka

Zrak sadrži sljedeće elemente i kemijske spojeve, koji su prirodno uravnoteženi da podržavaju procese na planetu:

• Dušik (N₂): 78%
• Kisik (O₂): 21%
• Argon (Ar): 0,9%
• Ugljikov dioksid (CO₂): 0.03%
• Ostalih 0,07% čine različiti udjeli vodene pare (H₂O), vodik (H₂), ozon (O₃), metan (CH₄), ugljični monoksid (CO), helij (He), neon (Ne), kripton (Kr) i ksenon (Xe).

Važnost kisika u zraku

Kisik je vrlo reaktivni kemijski element koji se može povezati s raznim elementima, poput metala, nemetala i metaloida. Što je više, neophodan je za disanje svih živih bića. Stoga je njegova prisutnost u zraku ono što čuva život na planeti.

Kisik je oksidans izvrsnošću. Odnosno, tvar je ta koja čuva reakcije izgaranja. Kada tvar koja sadrži ugljik uđe u reakciju izgaranja, ona će se kombinirati s kisikom oslobađajući svoje atome ugljika kao ugljični dioksid (CO

₂) ili ugljični monoksid (CO), ovisno o kvaliteti reakcije.

Važnost dušika u zraku

78% dušika (N₂) je od vitalne važnosti, jer je to odgovorni element prigušiti reaktivnost kisika. 21% kisika (O₂) dovoljno je da se sva goriva tvar na planetu zapali. Međutim, postoji prisutnost plina dušika (N₂), koji je inertan na atmosferskim temperaturama.

Ako je postotak kisika (O₂) premašuje 21%, bili bismo izgubljeni: sva organska tvar na planetu spontano bi izgorjela, popraćena sunčevim zračenjem. Isti bi se učinak dogodio ako bi postotak dušika (N₂) će pasti sa 78%. Stoga je neophodno održavati ravnotežu između ove dvije komponente zraka i spriječiti prekomjerno onečišćenje zraka.

Reakcije kisika

Kisik u zraku (O₂) je kemijski reagens dostupan mnogim tvarima, tako da se one počinju pretvarati u druge, koje će imati različita fizikalna i kemijska svojstva. Svaka transformacija opisat će se kemijskom jednadžbom. Među reakcijama u kojima sudjeluje kisik su:

• Reakcije izgaranja
• Reakcije oksidacije
• Reakcije sinteze

U reakcije izgaranja, kisik će se pridružiti ugljikovim atomima zapaljive tvari, dajući veliku količinu topline i plinova izgaranja: ugljični dioksid (CO₂) ili ugljični monoksid (CO). Pored ovih proizvoda stvara se i vodena para.

U reakcije oksidacije, kisik će se vezati za atome metalnih elemenata, u pojava korozije naziva se oksidacijom. Kao proizvodi nastat će metalni oksidi.

U reakcije sinteze, kisik će se kombinirati s nemetalnim elementima dajući njihove odgovarajuće okside anhidridi. To su općenito plinovi, poput dušikovih oksida (NOx), sumpornih oksida (SOx) i onečišćujuće tvari u zraku.

Primjeri reakcija kisika

1. - Izgaranje metanskog plina (CH₄):

CH₄ + (3/2) O.₂ -> CO₂ + 2H₂ILI

2.- Izgaranje etanskog plina (C₂H₆):

C₂H₆ + (7/2) O.₂ -> 2CO₂ + 3H₂ILI

3.- Izgaranje propan-plina (C₃H₈):

C₃H₈ + 5O₂ -> 3CO₂ + 4H₂ILI

4.- Izgaranje plina butana (C₄H₁₀):

C₄H₁₀ + (13/2) O.₂ -> 4CO₂ + 5H₂ILI

5.- Oksidacija metalnog željeza (Fe) u željezni oksid:

2Fe + (3/2) O₂ -> Vjera₂ILI₃

6.- Oksidacija željeznog metala (Fe) u željezni oksid:

Fe + (1/2) O₂ -> FeO

7.- Oksidacija metala natrij (Na) dajući natrijev oksid (Na₂ILI):

2Na + (1/2) O₂ -> Na₂ILI

8.- Sinteza dušikovog oksida (NO):

N₂ + O₂ + toplina -> 2NO

9.- Sinteza sumpor-dioksida (SO₂):

S + O₂ + toplina -> SO₂

10.- Sinteza sumpornog trioksida (SO₃):

S + (3/2) O₂ + toplina -> SO₃

Zagađivači zraka

Unatoč naporima planeta da uravnoteži koncentracije atmosferskih komponenata, ljudske aktivnosti generiraju veliku količinu nametljivih tvari: zagađivača. Onečišćivači su kemijske vrste koje mijenjaju svojstva zraka i njegove funkcije za održavanje života. Među njima su:

• Ugljični monoksid (CO), čiji je glavni izvor nepotpuno izgaranje u motorima s unutarnjim izgaranjem.
• Sumpor-dioksid (SO₂), čiji su glavni izvor postrojenja za proizvodnju sumporne kiseline.
• Suspendirane čestice, koje dolaze izgaranjem u motorima. Uključene su čestice manje od 10 mikrona (PM10) koje mogu doći do dišnog sustava živih bića i uzrokovati bolesti.
• Olovo (Pb), čiji su glavni izvor peći topionica.
• Ugljikovodici s dugim lancima koji potječu iz nafte i oslobađaju se tijekom izgaranja.

Slijedite sa:

• Karakteristike kisika