חשיבות, הרכב ותכונות האוויר

האוויר הוא התערובת ההומוגנית של גזים המרכיבים את האטמוספירה של כדור הארץ. תודה לו תהליכים ביולוגיים (כמו לנשום) ו מחזורים ביו-כימיים (כמו מחזור המים). זוהי הסביבה בה מתרחשים תנאי מזג אוויר והיא מורכבת ממגוון יסודות ותרכובות כימיות.

אחוז הרכב האוויר

האוויר מכיל את היסודות הבאים ותרכובות כימיות, מאוזנים באופן טבעי לתמיכה בתהליכים של כדור הארץ:

• חנקן (N₂): 78%
• חמצן (O₂): 21%
• ארגון (Ar): 0.9%
• פחמן דו חמצני (CO₂): 0.03%
• 0.07% האחרים מורכבים מפרופורציות שונות של אדי מים (H₂O), מימן (H₂), אוזון (O₃), מתאן (CH₄), פחמן חד חמצני (CO), הליום (He), ניאון (Ne), קריפטון (Kr), קסנון (Xe).

החשיבות של חמצן באוויר

חמצן הוא יסוד כימי מאוד תגובתי המסוגל להסתבך עם מגוון רחב של אלמנטים, כגון מתכות, לא מתכות ומתכות. מה עוד, זה חיוני לנשימה של כל היצורים החיים. נוכחותו באוויר היא אפוא מה שמשמר את החיים על הפלנטה.

חמצן הוא ה מְחַמצֵן על ידי מצוינות. כלומר, החומר הוא זה שמשמר את תגובות הבעירה. כאשר חומר המכיל פחמן נכנס לתגובת בעירה, הוא ישלב עם חמצן כדי לשחרר את אטומי הפחמן שלו כפחמן דו חמצני (CO₂) או פחמן חד חמצני (CO), תלוי באיכות התגובה.

חשיבות החנקן באוויר

78% חנקן (N₂) חיוני מכיוון שהוא היסוד האחראי עליו להרטיב את תגובת החמצן. 21% חמצן (O₂) מספיק כדי לגרום לכל החומר הדליק על פני כדור הארץ להידלק. עם זאת, יש נוכחות של גז חנקן (N₂), שהוא אינרטי בטמפרטורות האטמוספירה.

אם אחוז החמצן (O₂) עולה על 21%, היינו אבודים: כל החומרים האורגניים על פני כדור הארץ היו נשרפים באופן ספונטני, מלווה בקרינת שמש. אותה השפעה תתרחש אם אחוז החנקן (N₂) תרד מ -78%. לכן חיוני לשמור על האיזון בין שני מרכיבי האוויר הללו, ולמנוע זיהום אוויר עודף.

תגובות חמצן

החמצן באוויר (O₂) הוא ריאגנט כימי הזמין לחומרים רבים, כך שהם מתחילים להפוך לאחרים, בעלי תכונות פיזיקליות וכימיות שונות. כל טרנספורמציה הולכת להיות מתוארת במשוואה כימית. בין התגובות בהן משתתף חמצן הם:

• תגובות בעירה
• תגובות חמצון
• תגובות סינתזה

בתוך ה תגובות בעירה, חמצן יצטרף לאטומי הפחמן של חומר דליק, כדי להפיץ כמות גדולה של חום וגזי בעירה: פחמן דו חמצני (CO₂) או פחמן חד חמצני (CO). בנוסף למוצרים אלה, נוצרים אדי מים.

בתוך ה תגובות חמצון, החמצן הולך להיקשר לאטומי היסודות המתכתיים, ב- a תופעת קורוזיה נקרא חמצון. תחמוצות מתכת יווצרו כמוצרים.

בתוך ה תגובות סינתזהחמצן הולך להשתלב עם אלמנטים שאינם מתכתיים כדי ליצור את התחמוצות שלהם, הנקראות גם אנהידרידים. אלה בדרך כלל גזים, כגון תחמוצות חנקן (NOx), תחמוצות גופרית (SOx) והם מזהמי אוויר.

דוגמאות לתגובות חמצן

1.- בעירה של גז מתאן (CH₄):

CH₄ + (3/2) O₂ -> CO₂ + 2H₂אוֹ

2.- בעירה של גז אתאן (ג₂ה₆):

ג₂ה₆ + (7/2) O₂ -> 2CO₂ + 3H₂אוֹ

3.- בעירה של גז פרופאן (C₃ה₈):

ג₃ה₈ + 5O₂ -> 3CO₂ + 4H₂אוֹ

4.- בעירה של גז בוטאן (C₄ה₁₀):

ג₄ה₁₀ + (13/2) O₂ -> 4CO₂ + 5H₂אוֹ

5.- חמצון ברזל המתכת (Fe) ליצירת תחמוצת ברזל:

2Fe + (3/2) O₂ -> אמונה₂אוֹ₃

6.- חמצון מתכת ברזל (Fe) ליצירת תחמוצת ברזל:

Fe + (1/2) O₂ -> FeO

7.- חמצון מתכת הנתרן (Na) ליצירת תחמוצת נתרן (Na₂אוֹ):

2Na + (1/2) O₂ -> נא₂אוֹ

8.- הסינתזה של תחמוצת החנקן (NO):

נ₂ + O₂ + חום -> 2NO

9.- סינתזה של דו תחמוצת הגופרית (SO₂):

S + O₂ + חום -> SO₂

10. - סינתזה של טריו-חמצני גופרית (SO₃):

S + (3/2) O₂ + חום -> SO₃

מזהמי אוויר

למרות מאמצי כדור הארץ לאזן את ריכוזי הרכיבים האטמוספריים, פעילויות אנושיות מייצרות מספר רב של חומרים פולשניים: מזהמים. מזהמים הם מינים כימיים המשנים את תכונות האוויר ותפקידיו כדי לתמוך בחיים. ביניהם:

• פחמן חד חמצני (CO), המקור העיקרי בו הוא בעירה לא מלאה במנועי בעירה פנימית.
• גופרית דו חמצנית (SO₂), שמקורם העיקרי הוא צמחים המייצרים חומצה גופרתית.
• חלקיקים תלויים, שמקורם בעירה במנועים. כלולים חלקיקים קטנים מ -10 מיקרון (PM10), שיכולים להגיע למערכת הנשימה של יצורים חיים ולגרום למחלות.
• עופרת (Pb), שהמקור העיקרי שלה הוא הכבשן של מפעלי ההתכה.
• פחמימנים ארוכי שרשרת, המגיעים משמן, ומשתחררים במהלך שריפת השמן.

לעקוב עם:

• מאפייני חמצן