La земната атмосфера Състои се от различни видове химични елементи, които образуват газова обвивка около планетата. Този слой газове е това, което прави живота, какъвто го познаваме, възможен, тъй като ни предпазва от стихиите. враждебни условия в космосакоето би било смъртоносно за живите същества.
Атмосферните газове са от първостепенно значение за Жизнеспособността на ЗемятаИма много различни видове, но е възможно да се изчисли кой газ присъства в по-голяма част и какъв обем заема спрямо останалите. Разбирането на този състав е ключово за разбирането на явления като климат, на воден цикъл и екологичен баланс глобален.
Атмосферата съдържа няколко газове, необходими за поддържането на живота, като например азот, на аргон и кислородкоито освен това са тези, които се намират в по-голямо изобилиеСъществуват обаче и други компоненти, като въглероден диоксид, водна пара и следи от множество газове, които играят съществена роля, въпреки че присъстват в малки количества.
Каква е атмосферата?
Атмосферата е набор от газове които съставляват най-рядко плътния и най-външен слой на планетата Земя. Относителният състав на тези газове варира в зависимост от височина, Тъй като натиск и температури Те се променят с издигането ви. Разговорно, частта, която е най-близо до повърхността, е известна като „AireТази зона се простира приблизително на първите 11 километра надморска височина от морското равнище (или океанското равнище), регион, който е част от тропосфера, където е концентрирана по-голямата част от въздуха, който дишаме, и където се развива почти цялото атмосферно време.
В тези долни слоеве на атмосферата основните газове, присъстващи в азот (N₂), с около 78% от общия обем, последвано от кислород (O₂)което представлява приблизително 21%, И аргон (Ar), с приблизително 0,93%По-надолу по скалата на изобилието са въглероден диоксид (CO₂), на неон, на Helio, на метан, на криптон, на водород и други следи от газове, както и водна пара, чийто дял варира значително в зависимост от региона и климатичните условия.
Атмосферата притежава големи защитни качества пред лицето на заплахи от космоса. Например, повечето от метеорити Те се разпадат при контакт с горните слоеве на газа поради триене и за затопляне. Освен това, действа като вид ескудо пред ултравиолетово лъчение произхождаща от Слънцето. Част от тази радиация се абсорбира от озон (O₃) присъстващи в стратосферата, предотвратявайки сериозни увреждания на тъканите на хора, животни и растения.
През цялата история на Земята атмосферата е била трансформиране поради дейността на различните видове, които са го обитавали. Хората, например, дишат кислород и при издишване те изхвърлят въглероден диоксидкойто се използва от растенията по време на фотосинтезата; от своя страна растенията отделят кислород, като по този начин затварят биогеохимичен цикъл фундаментално. Атмосферата също работи във връзка с хидросфера (водите на планетата), помагащи за регулира температурата, изглаждайки резките промени, които денят и нощта или сезоните биха могли да причинят.
Друга съществена функция на атмосферата е нейната роля в воден цикълВодната пара се изпарява от океаните, реките, езерата и почвата, издига се нагоре, кондензира в облаци и накрая пада като дъжд. валежиТози процес поддържа екосистемите, попълва водоносните хоризонти и позволява разнообразен климат по цялата планета.
Основните газове в атмосферата
Както бе споменато, атмосферата е съставена от различни видове газове, някои от които заемат повече пространство отколкото други. По-долу е даден подреден списък на тези газове според техния изобилие, заедно с по-подробно обяснение на неговата функция и значение в рамките на земната система.
азот
Азотът е най-разпространеният газ на атмосферата, тъй като тя съставлява приблизително 78% целия си обем. Това е химичен елемент представена с буквата N, с атомен номер 7 y приблизително атомно тегло 14,01При стайна температура се среща предимно под формата на двуатомна молекула. N₂който е газ безцветен, без миризма e безвкусен.
Молекулярният азот има тройна ковалентна връзка (N≡N), една от най-силните известни връзки в химията. Тази характеристика ѝ придава голяма стабилност и го прави относително инертен При нормални условия азотът не реагира лесно с други елементи. Поради тази стабилност, азотът често изисква специфични условия, за да реагира и да образува съединения. специални условия, като например високи температури, високо налягане или наличието на катализатори.
Въпреки че атмосферният азот е толкова изобилен, повечето организми не могат да го използват директно под формата на N₂. Този елемент обаче е... съществено за живота: е част от аминокиселини, от протеини и на нуклеинови киселини като ДНК и РНК, които съдържат генетичната информация на всички живи същества.
насищам с кислород
Кислородът заема Сегундо Лугар сред най-разпространените газове в атмосферата, тъй като представлява около 21% на същото. Нейната Атомният номер е 8, по-голяма от тази на азота и е представена с буквата OВ своята двуатомна форма (O₂), това е газът, който поддържа живота на повечето сухоземни аеробни организми.
Това е много силен окислител и притежава едно от по-високи електроотрицателности от всички химични елементи, което означава, че силно привлича електрони при образуване на връзки. Кислородът е необходим за процесите на клетъчно дишане, в който живите същества получават енергия от хранителни вещества. Той е и компонент на молекулите на ДНК, много ензими и голямо разнообразие от органични и неорганични съединения.
В атмосферата се среща и специална форма на кислород, озон (O₃), концентрирани главно в озонов слой на стратосферата. Тази триатомна форма е от решаващо значение, защото абсорбира и отразява голяма част от високоенергийната ултравиолетова радиация, като по този начин предпазва земната повърхност от тежки биологични увреждания.
Аргон
Аргонът съставлява приблизително 0,93% от целия атмосферен въздух. Името му идва от гръцки, където се пише „Аргус“какво означава това "бездействие"Тъй като е газ, който трудно реагира с други химични елементи, той се класифицира като благороден газ, е представено с буквите Ar и притежава атомен номер 18Това е газ безцветен, без миризма и химически много инертен.
Химическата му инертност го прави много полезен в множество технологични приложенияИзползва се например в лампи с нажежаема жичка, за да се предотврати окисляването на нишката. защита на заварките срещу контакт с кислород във въздуха, като изолационен газ в двоен стъклопакет (прозорци с два стъклени панела) и като инертна атмосфера в процеси, където е необходимо да се избегнат нежелани реакции.
Въпреки че аргонът се счита за просто задушаващо (тъй като може да измести кислорода в затворени пространства, ако е във високи концентрации), сам по себе си не е токсичен. Основната предпазна мярка е винаги да се осигури подходяща вентилация при работа в затворени среди.
Това са първите три и основните газове, които изграждат атмосферата, следвани от други в по-малки пропорции, като например въглероден диоксид (CO₂), на неон, на Helio, на метан, на криптон и водородПоявяват се и много малки количества от съединения, като например азотен оксид о ел въглероден окис, сред много други следи от газове.
Други често срещани газове и елементи на атмосферата
Азотът, кислородът и аргонът са трите най-разпространени газа в атмосферата, но има и други компоненти, които, въпреки че присъстват в ниски концентрации, оказват се съществен за поддържане на живота и климата на планетата.
Една от тях е въглероден диоксид (CO₂)Въпреки че представлява само около 0,04% на земната атмосфера (приблизително 410 ppm и с неотдавнашни вариации, дължащи се на човешка дейност), е ключов компонент в фотосинтеза и в други метаболитни процеси. Растенията и другите автотрофни организми използват CO₂ за преобразуване слънчева енергия en химична енергия използваем.
El водна пара (H₂O) Това е друг съществен компонент. Въпреки че делът му варира (може да варира от почти нула до няколко процентни пункта), той е от основно значение за образуване на облаквалежи и метеорологични явления. Освен това действа като парников газпомагайки за поддържането на средната температура на планетата в диапазони, съвместими с живота.
Ние също намираме озон (O₃) в малки, но решаващи концентрации. В стратосферата озонът образува защитен слой който абсорбира голяма част от високоенергийната ултравиолетова радиация. За разлика от това, на нивото на земята озонът може да се превърне в замърсител вредно за дихателното здраве.
Сред следите от газове, приблизителното (и променливо) съдържание е: неон ~18 ppm (0,0018%), Helio ~5,2 ppm (0,00052%), метан ~1,8–1,9 ppm (0,00018–0,00019%), криптон ~1,1 ppm (0,00011%) и водород ~0,55 ppm (0,000055%). Тези цифри са приблизителни и могат да варират леко в зависимост от измерванията и времето, но те служат, за да покажат колко по-малко разпространени са тези газове в сравнение с азота или кислорода.
Други газове, като например метан (CH₄), на азотен оксид (N₂O) и разнообразни летливи органични съединения Те също са част от атмосферата. Въпреки че концентрацията им е много малка, те имат забележим ефект върху радиационен баланс на планетата и в атмосферна химия, поради което се считат парникови газове от голямо значение.
Кой е най-разпространеният газ в земната атмосфера?
El азот Той е най-разпространеният газ в земната атмосфера, съставляващ около три четвърти от общия ѝ обем. Това масивно присъствие прави азота ключов компонент. необходим за глобалния баланс на планетата. Въпреки че не участва директно в дишането като кислорода, ролята му в биология, The промишленост и естествени цикли това е от решаващо значение.
Азотът в атмосферата е основен резерв от този елемент за биосферата. Въпреки че растенията и животните не могат да използват N₂ директно, различни природни процеси, като например цикъл на азотТе позволяват то да се трансформира в химични форми, които могат да бъдат използвани от живите същества, като по този начин се осигурява присъствието му в протеини, нуклеинови киселини и други основни съединения.
Тъй като азотът е най-разпространеният газ в земната атмосфера, той е необходим за... препитание на животаСтрува си да се задълбочим в неговите характеристики, произход, естествен цикъл и приложения в ежедневието и в съвременната индустрия.
етимология
Името „азот“ произлиза от латински „Нитриум“, свързан с идеята за "спусък" или „гени“. Този термин му е даден от лекаря и химика Даниел Ръдърфордкойто чрез експеримент през 1772 г. успява да абсорбира кислорода и въглеродния диоксид, съдържащи се в проба от въздух, оставяйки азота като остатъчен елемент. Въпреки че официалното откритие се приписва на Ръдърфорд, има индикации, че алхимици от Средновековието Те вече са използвали азотни съединения в своите експерименти, както може да се види от някои древни писания.
Азотът може да се получи от атмосферата чрез втечняване на въздух И по-късно фракционна дестилацияТъй като атмосферата е практически резервоар неизчерпаем Тези процеси позволяват ефикасното усвояване на големи количества азот, както в газообразна форма, така и под формата на... течен азот, с множество технически и промишлени приложения.
Физични и химични свойства на азота
При стайна температура азотът е двуатомен газ (N₂) безцветен, без миризма e безвкусен. Представя а много ниска точка на кипене (около -195,8 °C) и точка на топене близо до -210 °C. Тези криогенни свойства му позволяват, в течна форма, да бъде широко използван като охладителен в множество приложения.
Химически, молекулярният азот е изключително стабилен поради тройната връзка N≡N. Тази стабилност означава, че при нормални условия е не е много реактивенТова изисква високи температури, електрически разряди или специфични катализатори, за да се разкъса връзката и да се позволи образуването на нови съединения. Въпреки това, когато се активира, азотът може да доведе до образуването на широк спектър от вещества, много от които със значително биологично и промишлено значение.
Що се отнася до електронната му структура, азотът има конфигурация 1s² 2s² 2p³, с пет електрона в него валентна обвивкаТова му позволява да се образува до три ковалентни връзки с други атоми, което обяснява централната му роля в образуването на съединения като аминокиселиниамини, нитрили и много други функционални групи в органичната и неорганичната химия.
Естествен цикъл
Повикването цикъл на азот Това е биогеохимичен процес, чрез който този елемент циркулира между атмосферата, почвата, водата и живите организми. азотфиксиращи бактерии Те играят жизненоважна роля в превръщането на атмосферния N₂, който е инертен, в химични форми като амоний (NH₄⁺) и нитрат (NO₃⁻)които могат да бъдат абсорбирани от растенията.
Растенията използват тези азотни съединения, за да растат и развиват тъканите си. Като служат като храна за тревопасни животниСлед това азотът навлиза в хранителната верига. Тези животни от своя страна се консумират от хищници y всеядниразширяване на присъствието на азот в цялата екосистема. Органичните отпадъци (фекалии, урина, останки от мъртви растения и животни) се разграждат от бактерии и други микроорганизми, които превръщат тези съединения обратно в амоний и други вещества.
Накрая, други почвени бактерии извършват денитрификация, процес, чрез който нитратът се трансформира в диазот (N₂) и се връща в атмосферата. По този начин азотният цикъл се затваря, гарантирайки непрекъсната циркулация на този елемент сред различните части на планетата.
Употреба на азот
Азотът се използва широко в промишлеността за производството на амоняк (NH₃) чрез Процес на Хабер-БошПроизводството на амоняк комбинира атмосферен азот с водород при високо налягане и температура в присъствието на катализатори. Полученият по този начин амоняк е основата за производството на повечето продукти. азотни торовефундаментално за съвременното земеделие и за поддържане на мащабното производство на храни.
В ежедневието амонякът и неговите производни се срещат в голямо разнообразие от продукти: от домакински почистващи препарати дори промишлени добавки. Азотът участва и в производството на вещества като пластмасасинтетични смоли и други материали, които са част от безброй предмети от бита.
El течен азот Той се използва широко в хладилни и криогенни приложенияБлагодарение на много ниската си точка на кипене, той се използва за консервиране и съхранение на храна. биологични проби (като клетки, тъкани или сперматозоиди), извършват медицински процедури като криотерапия и в множество промишлени процеси, където е необходимо да се поддържат изключително ниски температури. Важно е обаче да се борави внимателно с него. голяма предпазливосттъй като директният контакт с него може да причини много тежки студени изгаряния (понякога разговорно описвани като „изгаряне“ или „топене“ на кожата), измръзване или задушаване, ако измести кислорода в затворени пространства.
Азотът се използва и като инертна атмосфера в множество промишлени процеси. Например, той се въвежда в резервоари, тръби или контейнери, където кислородът трябва да бъде изместен, за да се предотврати окисления, експлозии или нежелани реакции. В хранително-вкусовата промишленост азотът се използва за опаковъчни продукти и удължава срока му на годност, тъй като намалява окислителното разваляне на храната.
Освен ролята си в производството на амоняк и други азотни съединения, азотът участва и в образуването и трансформацията на други газове. Например, метан Може да се образува чрез биологични процеси (микробна метаногенеза) или чрез промишлени химични реакции, като например реакцията на Сабатие (редукция на CO₂ с H₂ за получаване на CH₄ и H₂O). Тези пътища частично обясняват наличието и произхода на определени атмосферни газове в различни контексти.
Второ, азотът се използва за производството на други важни съединения, като например някои азотни оксиди (NOx), на азотна киселина (HNO₃) и множество вещества, участващи в производството експлозиви, оцветители, наркотици и високоефективни торове. Тези промишлени и химически приложения демонстрират значението на азота отвъд простото му присъствие във въздуха.
Влияние на азота върху здравето
Азотът, както се намира във въздуха, който дишаме (N₂), по принцип е нетоксичен и изпълнява функцията да разрежда кислорода, предотвратявайки прекалената му концентрация и причиняването на прекомерни окислителни реакции в тялото. Въпреки това, косвено потребление Азотните съединения от торове, преработени храни или продукти, получени от азот, могат да имат определени ефекти върху Човешко здраве.
Предвид широкото използване на азотни торове в селското стопанство и наличието на азотни вещества в пластмаса, хранителни добавки и други продукти, хората могат да бъдат изложени на форми на азот, които не са толкова безвредни, колкото атмосферния N₂. По-специално, някои съединения, като например нитрити y нитрати, както и на нитрозамини които могат да се образуват от тях, са били обект на изследване заради евентуалните им отрицателни ефекти.
Някои от ефектите могат да бъдат както следва:
- Това причинява ниско ниво на съхранение в тялото на витамин А когато някои азотни съединения се консумират в излишък.
- Това може да причини намален транспорт на кислород в кръвта, особено когато вещества като метхемоглобин от нитрити.
- Ускорете производството на нитрозаминикоито се считат за един от основните компоненти, свързани с различни видове ракособено когато нитритите се комбинират с органични съединения при определени условия.
- Това е определящ фактор за определени промени във функцията на щитовидната жлеза когато излагането на нитрати и други съединения е високо и продължително.
В допълнение към тези косвени химични ефекти, важно е да се помни, че азотът под формата на N₂, макар и да не е токсичен, може да действа като прост задушаващ газ ако измества кислорода в затворено пространство. В промишлени среди, където се използва чист азот за създаване на инертна атмосфера, липсата на кислород може да доведе до хипоксия и загуба на съзнание, ако не се вземат подходящи мерки за безопасност.
Разбирането, че атмосферата е доминирана от азот, последвано от кислород, на аргон и други газове в по-малки количества, позволява по-добра оценка на това как те се поддържат живот, на климат и биогеохимични цикли на планетата. Ролята на азота като най-разпространен газ се простира от фундаменталната химия и молекулярната биология до промишлеността, селското стопанство и общественото здраве, което го прави един от най-важните елементи за функционирането на Земята.