Aer

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Notă despre dezambiguizare.svg Dezambiguizare - Dacă sunteți în căutarea altor semnificații, consultați Aria (dezambiguizare) .
Aer
numar CAS 132259-10-0
Caracteristici generale
Compoziţie aer uscat (lipsit de vapori de apă ): azot (78% mol), oxigen (21% mol), argon (1% mol) [1]
Aspect incolor
Starea de agregare (în cs ) gazos
Proprietăți fizico-chimice
Densitate (kg m −3 , în cs ) 1,225 kg / m³ (a 15 ° C și ~ 1 013 hPa )
Punct de fierbere ( K ) −190 ° C [2] (1013 hPa)
Vâscozitatea cinematică ( m 2 / s la 20 ° C) 1,50 × 10 −5 / s
Vâscozitate dinamică ( mPa s la 20 ° C) 1,81 × 10 −5 Pa s
Conductivitate termică ( W / m K ) 20,5 cal / (m h ° C) [3]
Curenții de aer pe cer .

Aerul este un amestec de substanțe gazoase ( gaze și vapori ) care alcătuiesc atmosfera Pământului . [2] Este esențial pentru viața majorității organismelor animale și vegetale [4] , în special pentru viața umană , astfel încât protecția sa este fundamentală și este reglementată de legi specifice. Acest amestec gazos găsește multe aplicații în domeniul industrial și în utilizarea zilnică, în special sub formă de aer comprimat (adică supus presiunii ) și aer lichid .

În contextul protoscientific al tradiției filosofice, aerul este unul dintre cele patru elemente primare ( aer , apă , pământ și foc ).

Etimologie

Termenul aria derivă din latinescul āera , nominativ āer , din grecescul ἀήρ , aér , de etimologie incertă, probabil legat de o rădăcină awer . Cuvântul este asociat în diferitele limbi indo-europene cu vântul , lumina și cerul [5] .

fundal

Simbol alchimic folosit pentru a indica aerul .
Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Aer (element) .

În trecut, aerului i s-au dat diferite semnificații religioase: de exemplu, a fost considerat ca o divinitate de babilonieni și egipteni și ca sediul sufletelor din Grecia Antică . [3]

Analiza chimică a aerului a fost efectuată pentru prima dată în 1772 de Antoine-Laurent de Lavoisier , [4] care a numit componenta aerului necesară ființelor vii „ oxigen ” și componenta inertăazot ”.

În 1895 Carl von Linde a reușit să lichefie aerul pentru prima dată prin așa-numitul „ proces Linde ”. [4] În 1902 a urmat procesul Claude (conceput de Georges Claude ), care este un proces de lichefiere mai complex și în același timp mai eficient.

Compoziția aerului

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: atmosfera Pământului și aerul umed .

Compoziția aerului este variabilă în funcție de altitudine. Pentru o cotă fixă, raportul dintre cantitatea de azot și cantitatea de oxigen conținută în aer rămâne aproape constant datorită echilibrului dintre consum și furnizarea continuă a acestor elemente asociat ciclului oxigenului și ciclului oxigenului . [3] pe de altă parte, concentrațiile de vapori de apă și dioxid de carbon sunt variabile. [3] Din acest motiv, proprietățile aerului lipsit de vapori de apă, care se numește „aer uscat”, sunt adesea indicate, în timp ce altfel vorbim de „ aer umed ”.

Aerul uscat al solului este compus din aproximativ 78,09% azot (N 2 ), 20,9% oxigen (O 2 ), 0,93% argon (Ar) și 0,04% dioxid de carbon (CO 2 ), [6] plus alte componente în cantități mai mici, inclusiv particule solide în suspensie , care constituie așa-numitul „ praf atmosferic ”. [2] [3]

Aerul umed poate conține până la 7 % în volum de vapori de apă ; procentul de vapori de apă din aer corespunde umidității relative a aerului și depinde de temperatură . Valoarea maximă a vaporilor de apă pe care aerul o poate conține în condiții de echilibru este cea corespunzătoare condițiilor de saturație; peste această valoare maximă, vaporii de apă spontan tinde să se condenseze. Această valoare maximă depinde de temperatură și variază de la valori apropiate de 0% (pentru o temperatură egală cu −40 ° C ), aproximativ 0,5% (la 0 ° C), până la 5-7% (în jur de 40 ° C).

Rata de dioxid de carbon este foarte variabilă în funcție de perioada de timp considerată. În special, activitățile umane ( industrie , poluare , combustie și defrișare ) au produs o creștere semnificativă a acestui procent în secolul trecut, trecând de la aproximativ 280 ppm în 1900 la 315 ppm în 1970 și 350 ppm (0,035%) în ultimii ani. Concentrația acestei componente pare să fie (împreună cu cea a metanului și a altor gaze) una dintre principalele cauze ale efectului de seră .

În cele din urmă, în timp ce presiunea aerului se schimbă puternic odată cu altitudinea (scade la aproximativ 50% ~ 5,5 km , 10% la 16 km și 1% la 32 km), compoziția procentuală a principalilor constituenți (azot, oxigen și gaze rare) nu se modifică până la 80-100 km. Acest lucru se datorează faptului că există o turbulență pe scară largă care o face să continue să se amestece. Peste această altitudine, radiația solară determină o disociere a gazelor, care trec de la starea moleculară la cea atomică, iar diferite reacții chimice determină variația considerabilă a compoziției sale. [7]

Compoziția atmosferei Pământului
Compoziția aerului uscat
Nume Formulă Proporția sau fracția molară [ppm 1] % (m / m)
Azot N 2 78,084% 75,37%
Oxigen SAU 2 20,9476% 23,1%
Argon Ar 0,934% 1,41%
Dioxid de carbon CO 2 411,77 ppm (iulie 2019) [8]
Neon Nici 18,18 ppm
heliu El 5,24 ppm
Monoxid de azot NU 5 ppm
Krypton Kr 1,14 ppm
Metan CH 4 1-2 ppm
Hidrogen H 2 0,5 ppm
Oxid de azot N 2 O 0,5 ppm
Xenon Xe 0,087 ppm
Dioxid de azot NU 2 0,02 ppm
Ozon SAU 3 0 la 0,01 ppm
Radon Rn 6 × 10 −14 ppm
  1. ^ 1 ppm ( parte pe milion ) = 0,0001%

Substanțe poluante

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Poluarea aerului .

Calitatea aerului are un impact major asupra ecosistemului și asupra sănătății umane . Cel mai important factor în determinarea calității aerului este compoziția acestuia. În special, procentul de azot și oxigen prezent în aer sunt practic constante și împreună corespund cu 99% din compoziția aerului uscat, astfel încât poluanții prezenți în aer sunt prezenți în cantități mici, măsurabile în termeni de părți pe milion ( ppm) sau părți pe miliard (ppb). [9] Acești poluanți includ:

Caracteristicile fizice și proprietățile aerului uscat

Păsări care zboară în aer.

Unele dintre proprietățile aerului uscat sunt: [10]

  • Coeficient de expansiune adiabatică :
  • Căldură specifică la presiune constantă (pentru temperaturi între ): ;
  • Masa moleculară medie:
  • Constanta specifică a aerului uscat: .
  • Temperatura critică :
  • Presiunea critică :

Greutatea moleculară medie a aerului uscat poate fi evaluată ca medie ponderată a gazelor componente. Pentru o demonstrație, ne putem limita la componentele sale principale (azotul [ ], Oxigen [ ], Argon [ ]). Indicând cu si cu fracția molară și respectiv masa moleculară a substanței , proprietățile acestor gaze sunt:

  • , ;
  • , ;
  • ), ;

Masa moleculară este calculată:

Pentru calcularea constantei gazului aerian, este suficient să se compare constanta gazului universal cu greutatea moleculară medie, tocmai obținută, obținând

În condiții ambientale de temperatură și presiune, aerul respectă legea ideală a gazelor, care poate fi utilizată pentru a evalua densitatea aer:

Rețineți că densitatea este o funcție de presiune și temperatură. De exemplu, dorim să calculăm densitatea aerului la temperatura de 15 ° C ( 288,15 K ) și la o presiune de 1 atmosferă (101 325 Pa). Aplicând formula, avem:

Experimental se observă că căldurile specifice ale aerului uscat sunt funcții ale temperaturii.

Tabelul următor prezintă câteva proprietăți fizice ale aerului, în funcție de temperatură la o presiune de 1 atm.

Proprietățile fizice ale aerului (1 atm) [10]
Temperatura
( ° C )
Densitate
(kg / m³)
Vascozitate dinamica
(Pa s)
Vâscozitatea cinematică
(m 2 / s)
c p
(kJ / kg K)
c v
(kJ / kg K)
c pc v
0 1.293 1,71 × 10 −5 1,32 × 10 −5 1.0037 0,7166 1,401
10 1.247 1,76 × 10 −5 1,41 × 10 −5 1.0041 0,7170 1.400
15 1.225 1,78 × 10 −5 1,45 × 10 −5 1.0043 0,7172 1.400
20 1.205 1,81 × 10 −5 1,50 × 10 −5 1.0045 0,7174 1.400
30 1.165 1,86 × 10 −5 1,60 × 10 −5 1.0050 0,7179 1.400
40 1.127 1,90 × 10 −5 1,69 × 10 −5 1.0055 0,7184 1.400
60 1,060 2,00 × 10 −5 1,88 × 10 −5 1.0068 0,7197 1.399
80 1.000 2,09 × 10 −5 2,09 × 10 −5 1.0084 0,7213 1.398
100 0,946 2,18 × 10 −5 2,30 × 10 −5 1,0104 0,7233 1,397
126,85 0,8824 2.286 × 10 −5 2,591 × 10 −5 1,0135 0,7264 1,395
226,85 0,7060 2.670 × 10 −5 3,782 × 10 −5 1,0295 0,7424 1,387
326,85 0,5883 3,017 × 10 −5 5,128 × 10 −5 1,0511 0,7640 1,376
526,85 0,4412 3,624 × 10 −5 8.214 × 10 −5 1.0987 0,8116 1,354
726,85 0,3530 4.153 × 10 −5 1,176 × 10 −4 1.1411 0,8540 1,336
1226,85 0,2353 5.264 × 10 −5 2.236 × 10 −4 1.2112 0,9241 1.311
1726,85 0,1765 6,23 × 10 −5 3,53 × 10 −4 1.2505 0,9634 1.298

Indicele de refracție al aerului

Expresia indicelui de refracție al aerului în condiții standard este:

unde sigma este reciprocul lungimii de undă în nanometri și este valabil pentru aerul uscat cu 0,03% dioxid de carbon la o presiune de 101 325 Pa și temperatura de 15 ° C.

Există formule de corecție pentru a obține indicele de refracție la diferite temperaturi sau presiuni.

Tratamente aeriene

Comprimare

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Aerul comprimat .
Compresor de aer, portabil.

Aerul comprimat (adică aerul adus la presiune ridicată) poate fi realizat prin ventilatoare (pentru presiuni ușor peste atmosferice), suflante (pentru presiuni moderate) și compresoare (pentru presiuni ridicate). [2]

Lichefiere

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Lichefierea aerului .

Despărțirea

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Fracționarea aerului .

Purificare

Schema unui filtru HEPA pentru purificarea aerului.

Aerul, pe lângă faptul că este alcătuit din componente gazoase, conține și particule solide și vapori de apă. Atunci când este utilizat în domeniul industrial, procentul de componente solide și lichide din aer poate crește considerabil, de aceea este necesar să se recurgă la operațiuni de purificare a aerului pentru a descompune aceste componente, ceea ce poate avea consecințe nedorite pentru procesul industrial în cauză (pentru de exemplu, în cazul în care contaminează produsul, reducându-i puritatea și valoarea comercială) și pentru mediul înconjurător (de exemplu, în cazul în care solidele sau lichidele dispersate în aer sunt poluanți). [11]

Pentru a efectua purificarea aerului, pot fi utilizate diferite echipamente , inclusiv: cicloni , turnuri de spălare , filtre pentru saci și precipitatori electrostatici . [11]

Dacă, pe de altă parte, poluanții prezenți în aer sunt gazoși, purificarea poate avea loc prin absorbție gaz-lichid , [11] adsorbție , [11] sau prin supunerea fluxului gazos la reacții chimice care pot fi activate termic (adică încălzirea aerului la o temperatură ridicată) sau catalitică (adică prin trecerea aerului printr-un catalizator ). [11] În aceste procese pot fi însoțite de procese biochimice , adică poate exista intervenția microorganismelor care sunt capabile să metabolizeze poluanții prin transformarea lor în produse nepoluante. [11]

Aplicații

Aerul poate fi utilizat pentru dispozitivele de răcire ( răcirea cu aer ), ca izolator termic (de exemplu la geamuri duble ) și la efectuarea multor procese chimice (datorită conținutului său de oxigen , care acționează ca reactiv de exemplu în reacțiile de oxidare ).

Aerul comprimat este utilizat într-o multitudine de procese tehnologice, inclusiv, de exemplu, vopsirea , transportul pneumatic pentru manipularea mărfurilor , frânarea vehiculelor feroviare și funcționarea telecomenzilor. [2] [4] Este, de asemenea, utilizat pentru umplerea cilindrilor pentru aplicații subacvatice și a tuburilor interioare ale anvelopelor și a cauciucurilor de cauciuc .

Aerul lichid este utilizat ca agent frigorific [2] și pentru a obține azot lichid, oxigen lichid și gaze rare prin procesul de separare a aerului . [2]

În plus, aerul fierbinte este baza pentru funcționarea balonului .

Percepția vizuală a prezenței aerului

Exemplu de peisaj în care puteți vedea efectele perspectivei aeriene și ale culorii asociate prezenței aerului.

Primele descrieri ale aerului în câmpul pictural se datorează lui Leonardo da Vinci , care a subliniat cum, datorită prezenței aerului, cele mai îndepărtate obiecte dintr-un peisaj par mai nuanțate și au mai multe culori albastre decât cele mai apropiate obiecte. Mai mult, deoarece aerul este mai dens în apropierea solului, acest efect este mai puțin evident în cazul dealurilor, astfel încât vârfurile dealurilor au culori mai clare și mai strălucitoare decât baza. Aceste efecte sunt numite „ perspectivă aeriană ” și „perspectivă de culoare”.

În special, culoarea albastră a maselor mari de aer nu este asociată cu azot sau oxigen, care sunt componentele majore ale aerului, dar cu gaze rare, prezente în cantități mult mai mici: din acest motiv, culoarea albastră este vizibilă doar în caz de mase mari de aer.

Notă

  1. ^ La aceste componente se adaugă alte componente gazoase, lichide și solide, așa cum se indică mai jos în articol.
  2. ^ a b c d e f g Aria , pe Enciclopedia Treccani.it .
  3. ^ a b c d and air , în Sapere.it , De Agostini .
  4. ^ a b c d Aria , pe dictionare.repubblica.it , Enciclopedia Zanichelli. Adus pe 2 iunie 2015 (arhivat din original la 17 mai 2014) .
  5. ^ (EN) Dicționar online de etimologie , pe etymonline.com.
  6. ^ Sapere.it - ​​„Compoziția chimică a atmosferei”
  7. ^ Atmosfera și fenomenele sale , pe Educationonline.it . Adus la 16 septembrie 2009 (arhivat din original la 28 decembrie 2011) .
  8. ^ CO 2 Acum , pe co2now.org .
  9. ^ a b c d Enciclopedia lui Ullmann de chimie industrială , cap. 1 .
  10. ^ a b Çengel .
  11. ^ a b c d e f Enciclopedia lui Ullmann de chimie industrială , cap. 7 .

Bibliografie

  • Yunus A. Çengel, Termodinamica și transferul de căldură , McGraw-Hill.
  • ( EN ) AAVV, "Air", Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry , Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2002, DOI : 10.1002 / 14356007.b07_403 .

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

Controlul autorității Thesaurus BNCF 21354 · LCCN (RO) sh85002570 · GND (DE) 4130887-6 · BNF (FR) cb11975670b (data) · BNE (ES) XX524840 (data) · NDL (RO, JA) 00566959