Чего в воздухе больше: а) кислорода; б) углекислого газа; в) азота; г) водорода; д) водяных паров.

Содержание

чем мы дышим и опасно ли наше дыхание для окружающих – Москва 24, 16.03.2015

16 марта 2015, 17:45

Наука

Иллюстрация: Ольга Денисова

Ежеминутно мы делаем около 14 вдохов. Это порядка 840 вдохов в час и 20 160 вдохов сутки. Но что же именно вдыхает человек, и может ли он навредит своим дыханием другим? Об этом мы спросили младшего научного сотрудника Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН Анну Сильченко.

Воздух, которым мы дышим, на 78% состоит из азота, на 21% — из кислорода и на 0,03% — из углекислого газа. Оставшийся процент приходится на водяные пары, водород, благородные газы и другие примеси. С точки зрения физиологии для нас важны только кислород и углекислый газ. Остальные элементы, хоть и растворены в нашей крови, не влияют на жизнедеятельность организма.

В альвеолах легких происходит газообмен: кислород из воздуха растворяется в крови, а углекислый газ, наоборот, выделяется наружу. В итоге в выдыхаемом воздухе содержится примерно 16-17% кислорода и 4% углекислого газа, а также повышается концентрация водяных паров. В проветриваемых помещениях дыхание других людей не представляет для нас опасности.

Другое дело – если вы оказались заперты в подводной лодке со сломанной системой жизнеобеспечения. В таком случае дыхание экипажа будет приводить к постепенному увеличению концентрации углекислого газа. Если воздух на 2-4% состоит из углекислого газа, человек начинает чувствовать сонливость и слабость. Опасной считается концентрация около 7-10%, при которых развиваются удушье, головная боль, происходит потеря сознания. Смертельной считается концентрация 30-35%.

Что касается азота, опасность для нас он представляет только при высоких давлениях — например, глубоко под водой. Азот в высокой концентрации также представляет угрозу при резком уменьшении давления, так как при этом развивается кессонная болезнь.

А.В.Сильченко, младший научный сотрудник Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН, преподаватель образовательного центра для школьников «Improvement». В образовательном центре ведет группы по физике и математике.

О «Физике города»

Каждый день, просыпаясь утром, мы погружаемся в город, полный фактур, звуков и красок. Пока мы идем на работу и гуляем в парке, нам в голову приходит миллион вопросов о том, как же все вокруг нас устроено в этом огромном мегаполисе. Почему небоскребы не падают? Чем отличается кровь горожанина от крови жителя деревни? Выше какого этажа не стоит жить и почему?

Мы предложили ученым дать ответы на наши вопросы и разъяснить, чем опасно обилие городского освещения, как наше дыхание может навредить окружающим и из-за чего люди болеют зимой. Так появился проект «Физика города». Новые вопросы и новые ответы ищите на нашем сайте по понедельникам и четвергам.

наука ученые город смерть воздух сон кровь эксперименты опасность кислород подводные лодки спецпроекты читать физиология

Новости СМИ2

Что такое воздух: естествознание для взрослых

Опубликовано: 27.11.2018Обновлено: 27.11.2018

Еще в школе, в начальных классах, на чудесном предмете «естествознание» нам рассказывали, что воздух – это смесь газов, и одним кислородом его состав не ограничен. Однако со временем забылось, из чего состоит воздух. Сегодня мы предлагаем Вам заново пройти тему и разобрать химические свойства воздуха и его состав.

Урок 1: что такое воздух

Итак, атмосферный воздух – это смесь газов, о чем уже было сказано выше. Однако это не полное определение, чтобы расширить его, обратимся к истории. В 1754 году шотландский физик и химик Джозеф Блэк в процессе нагревания белой магнезии обнаружил выделение «связанного воздуха», а именно это был столь популярный в нашем блоге 🙂 углекислый газ в воздухе. Получив СО2, мистер Блэк сделал еще одно очень важное открытие – состав воздуха, до этого считавшегося одним веществом, неоднороден.

Кстати, Джозеф Блэк изначально увлекался только гуманитарными науками, в частности философией. И если бы не твердая рука его отца и настоятельные рекомендации перейти к физике и химии, открытия могло бы и не быть.

Джозеф Блэк фактически показал дорогу другим ученым, которые друг за другом стали все больше расшифровывать состав атмосферы, вычислять кислород в воздухе и другие газы. А затем и сформировалось то самое определение, которое сегодня звучит так: воздух – это смесь газов, образующая атмосферу Земли. Основная функция воздуха – делать планету пригодной для дыхания и существования живых организмов. Для него создан федеральный закон Российской Федерации «Об охране атмосферного воздуха», а также атмосфера является источником инертных газов, которые добываются из воздуха путем сжижения. Итак, из каких газов состоит воздух?

Урок 2: Какие газы входят в состав воздуха

Оговоримся сразу, азот в воздухе занимает большую часть, однако и химический состав оставшейся доли весьма интересен и разнообразен. Если коротко, то список основных элементов выглядит следующим образом.

Однако дадим и небольшие пояснения по функциям этих химических элементов.

1. Азот

Содержание азота в воздухе – 78% по объему и 75% по массе, то есть этот элемент доминирует в атмосфере, имеет звание одного из самых распространенных на Земле, и, кроме того, содержится и за пределами зоны обитания человека – на Уране, Нептуне и в межзвездных пространствах. Итак, сколько азота в воздухе, мы уже разобрались, остался вопрос о его функции. Азот необходим для существования живых существ, он входит в состав:

белков;
аминокислот;
нуклеиновых кислот;
хлорофилла;
гемоглобина и др.

В среднем около 2% живой клетки составляют как раз атомы азота, что объясняет, зачем столько азота в воздухе в процентах объема и массы. Азот также является одним из инертных газов, добываемых из атмосферного воздуха. Из него синтезируют аммиак, используют для охлаждения и в других целях.

2. Кислород

Содержание кислорода в воздухе – один из самых популярных вопросов. Сохраняя интригу, отвлечемся на один забавный факт: кислород открыли дважды – в 1771 и 1774 годах, однако из-за разницы в публикациях открытия, почести открытия элемента достались английскому химику Джозефу Пристли, который фактически выделил кислород вторым. Итак, доля кислорода в воздухе колеблется около 21% по объему и 23% по массе. Вместе с азотом эти два газа образуют 99% всего земного воздуха. Однако процент кислорода в воздухе меньше, чем азота, и при этом мы не испытываем проблем с дыханием. Дело в том, что количество кислорода в воздухе оптимально рассчитано именно для нормального дыхания, в чистом виде этот газ действует на организм подобно яду, приводит к затруднениям в работе нервной системы, сбоям дыхания и кровообращения. При этом недостаток кислорода также негативно сказывается на здоровье, вызывая кислородное голодание и все связанные с ним неприятные симптомы. Поэтому сколько кислорода в воздухе содержится, столько и нужно для здорового полноценного дыхания.

3. Аргон

Аргон в воздухе занимает третье место, он не имеет запаха, цвета и вкуса. Значимой биологической роли этого газа не выявлено, однако он обладает наркотическим эффектом и даже считается допингом. Добытый из атмосферы аргон используют в промышленности, медицине, для создания искусственной атмосферы, химического синтеза, пожаротушения, создания лазеров и пр.

4. Углекислый газ

Углекислый газ составляет атмосферу Венеры и Марса, его процент в земном воздухе куда ниже. При этом огромное количество углекислоты содержится в океане, он регулярно поставляется всеми дышащими организмами, выбрасывается за счет работы промышленности. В жизни человека углекислый газ используется в пожаротушении, пищевой промышленности как газ и как пищевая добавка Е290 – консервант и разрыхлитель. В твердом виде углекислота – один из самых известных хладагентов «сухой лед».

5. Неон

Тот самый загадочный свет дискотечных фонарей, яркие вывески и современные фары используют пятый по распространенности химический элемент, который также вдыхает человек – неон. Как и многие инертные газы, неон оказывает на человека наркотическое действие при определенном давлении, однако именно этот газ используют в подготовке водолазов и других людей, работающих при повышенном давлении. Также неоново-гелиевые смеси используются в медицине при расстройствах дыхания, сам неон используют для охлаждения, в производстве сигнальных огней и тех самых неоновых ламп. Однако, вопреки стереотипу, неоновый свет не синий, а красный. Все остальные цвета дают лампы с другими газами.

6. Метан

Метан и воздух имеют очень древнюю историю: в первичной атмосфере, еще до появления человека, метан был в куда большем количестве. Сейчас этот газ, добываемый и используемый как топливо и сырье в производстве, не так широко распространен в атмосфере, но по-прежнему выделяется из Земли. Современные исследования устанавливают роль метана в дыхании и жизнедеятельности организма человека, однако авторитетных данных на этот счет пока нет.

7. Гелий

Посмотрев, сколько гелия в воздухе, любой поймет, что этот газ не относится к числу первостепенных по важности. Действительно, сложно определить биологическое значение этого газа. Не считая забавного искажения голоса при вдыхании гелия из шарика 🙂 Однако гелий широко применяется в промышленности: в металлургии, пищевой промышленности, для наполнения воздухоплавающих судов и метеорологических зондов, в лазерах, ядерных реакторах и т. д.

8. Криптон

Речь не идет о родине Супермена 🙂 Криптон – инертный газ, который в три раза тяжелее воздуха, химически инертен, добывается из воздуха, используется в лампах накаливания, лазерах и все еще активно изучается. Из интересных свойств криптона стоит отметить, что при давлении в 3,5 атмосферы он оказывает наркотический эффект на человека, а при 6 атмосферах приобретает резкий запах.

9. Водород

Водород в воздухе занимает 0,00005% по объему и 0,00008% по массе, но при этом именно он – самый распространенный элемент во Вселенной. О его истории, производстве и применении вполне можно написать отдельную статью, поэтому сейчас ограничимся небольшим списком отраслей: химическая, топливная, пищевая промышленности, авиация, метеорология, электроэнергетика.

10. Ксенон

Последний в составе воздуха, изначально и вовсе считавшийся только примесью к криптону. Его название переводится как «чужой», а процент содержания и на Земле, и за ее пределами минимальный, что обусловило его высокую стоимость. Сейчас без ксенона не обходятся: производство мощных и импульсных источников света, диагностика и наркоз в медицине, двигатели космических аппаратов, ракетное топливо. Кроме того, при вдыхании ксенон значительно понижает голос (обратный эффект гелию), а с недавнего времени вдыхание этого газа причислено к списку допингов.

Урок 3: Физические свойства воздуха

Как и у всякой смеси веществ, сегодня можно установить физические свойства воздуха.

Каким бы ни был состав воздуха, необходимо стараться исключать из него «химические добавки» от деятельности промышленности и по возможности вдыхать только чистый, свежий, и даже подогретый качественным бризером воздух в городе или первозданный – на природе. В любом случае, воздух – один из самых известных и малопонятных для не специалиста коктейлей, который необходим для жизни. На протяжении всей своей истории человечество неоднократно романтизировало образ воздушной стихии, превознося ее способность проникать сквозь границы и легкость, называя воздух символом свободы.

Дышите чистым и свободным от загрязнений воздухом и будьте здоровы!

жизненно важных признаков планеты

Новости | 12 сентября 2016 г.

Воздух в основном состоит из газа

Воздух окружает нас повсюду, но мы его не видим. Так что же такое воздух? Это смесь разных газов. Воздух в атмосфере Земли состоит примерно из 78 процентов азота и 21 процента кислорода. В воздухе также есть небольшое количество других газов, таких как углекислый газ, неон и водород.

Воздух — это не просто газ

Хотя воздух в основном состоит из газа, он также содержит множество мельчайших частиц. Эти частицы в воздухе называются аэрозолями. Некоторые аэрозоли, такие как пыль и пыльца, улавливаются естественным путем, когда дует ветер. Но воздух также может нести частицы, вызывающие загрязнение воздуха, такие как сажа, дым и другие загрязняющие вещества от выхлопных газов автомобилей и электростанций. Когда в воздухе слишком много частиц, растениям и животным может быть трудно дышать.

Воздух важен для живых существ

Людям нужно дышать, как и многим другим животным и растениям! Дыхание является частью процесса, называемого дыханием. При дыхании живое существо поглощает из воздуха кислород и выделяет углекислый газ. Этот процесс дает животным и растениям энергию, чтобы есть, расти и жить!

Углекислый газ в воздухе может быть как хорошим, так и плохим

Когда люди и животные дышат, мы выделяем газ без запаха, называемый двуокисью углерода, или CO ₂ . Растения используют этот газ вместе с солнечным светом для производства пищи — процесс, называемый фотосинтезом. В этом процессе растения тоже выделяют кислород! Однако большое количество CO ₂ также образуется, когда автомобили и электростанции сжигают уголь, нефть и бензин. CO ₂ также является наиболее важным фактором глобального потепления, вызванного деятельностью человека.

Воздух также удерживает воду

В жаркий душный летний день вы, наверное, слышали слово «влажный». Но что это значит? Относительная влажность – это количество воды, которое может удерживать воздух перед дождем. Влажность обычно измеряется в процентах, поэтому самый высокий уровень относительной влажности — непосредственно перед дождем — составляет 100%. Влажность воздуха измеряется прибором, называемым психрометром.

Воздух меняется, когда вы поднимаетесь, поднимаетесь, поднимаетесь

Воздух кажется легким, но его много давит на поверхность Земли. Это называется давлением воздуха. Вы испытываете высокое атмосферное давление на уровне моря, потому что вся атмосфера давит на вас. Когда вы находитесь на вершине горы, на вас давит меньше воздуха и давление ниже. Это изменение давления может привести к тому, что ваши уши будут лопаться, когда вы взлетаете в самолете или едете в гору.

Воздух — это защитная подушка

На Земле нам очень повезло, что у нас есть атмосфера, наполненная воздухом. Воздух в нашей атмосфере действует как изоляция, не давая Земле становиться слишком холодной или слишком горячей. Озон, еще один вид газа в воздухе, также защищает нас от слишком большого количества солнечного света. Воздух в атмосфере также может защитить нас от метеоритов. Когда метеороиды соприкасаются с нашей атмосферой, они трутся о воздух и часто сгорают на мелкие кусочки, прежде чем достигнут Земли.

В воздухе есть жизнь

Многие живые существа живут в почве и воде. Но знаете ли вы, что живые организмы можно встретить и в воздухе? Эти крошечные микробные организмы называются биоаэрозолями. Хотя эти микробы не умеют летать, они могут преодолевать большие расстояния по воздуху — с помощью ветра, дождя или даже чихания!

Воздух может двигаться быстро и далеко

Даже в очень тихий день воздух вокруг нас всегда движется. Но когда дует сильный ветер, этот воздух действительно может уйти! Самый быстрый порыв ветра, когда-либо зарегистрированный на Земле, достигал скорости 253 мили в час. А когда ветер уносит семена, пыль и другие частицы, он может унести их за много миль от их первоначального дома!

Загрязнение воздуха может разрушить ваши планы на отдых

Загрязнение воздуха измеряется с помощью индекса качества воздуха или AQI. Чем ниже AQI, тем чище воздух. Однако, если вы находитесь на улице, когда AQI превышает 100, это примерно то же самое, что целый день дышать выхлопными газами автомобиля! Вещи, которые вызывают плохое качество воздуха, — это лесные пожары и города с интенсивным автомобильным движением. Если AQI выше 100, вам не следует проводить слишком много времени на улице.

NWS JetStream — Давление воздуха

Число молекул в
атмосфера уменьшается с высотой.

Атомы и молекулы, составляющие различные слои атмосферы, постоянно движутся в случайных направлениях. Несмотря на свой крошечный размер, когда они ударяются о поверхность, они оказывают на эту поверхность силу, которую мы наблюдаем как давление.

Каждая молекула слишком мала, чтобы ее можно было ощутить, и оказывает незначительное усилие. Однако, если мы суммируем полные силы от большого числа молекул, ударяющихся о поверхность каждый момент, то общее наблюдаемое давление может быть значительным.

Давление воздуха можно увеличить (или уменьшить) одним из двух способов. Во-первых, простое добавление молекул в любой конкретный контейнер повысит давление. Большее количество молекул в любом конкретном контейнере увеличит количество столкновений с границей контейнера, что наблюдается как увеличение давления.

Хорошим примером этого является добавление (или удаление) воздуха в автомобильной шине. При добавлении воздуха количество молекул увеличивается, а также увеличивается общее количество столкновений с внутренней границей шины. Увеличение количества столкновений заставляет давление в шине увеличиваться в размерах.

Второй способ увеличения (или уменьшения) — добавление (или вычитание) тепла. Добавление тепла к любому конкретному контейнеру может передавать энергию молекулам воздуха. Поэтому молекулы движутся с повышенной скоростью, ударяясь о границу сосуда с большей силой, что наблюдается как увеличение давления.

Учебный урок: Воздух: тяжелый предмет

Поскольку молекулы движутся во всех направлениях, они могут даже создавать давление воздуха вверх, когда врезаются в объект снизу.

В атмосфере давление воздуха может действовать во всех направлениях.

На Международной космической станции плотность воздуха поддерживается такой, что она аналогична плотности на поверхности Земли. Следовательно, давление воздуха на космической станции такое же, как и на поверхности Земли (14,7 фунта на квадратный дюйм).

Учебный урок: неотложная работа

Учебный урок: плыть по течению

Вернувшись на Землю, по мере увеличения высоты количество молекул уменьшается, и поэтому плотность воздуха уменьшается, что означает уменьшение атмосферного давления. Фактически, в то время как атмосфера простирается более чем на 15 миль (24 км), половина молекул воздуха в атмосфере содержится в пределах первых 18 000 футов (5,6 км).

Из-за этого снижения давления с высотой очень трудно сравнивать давление воздуха на уровне земли в разных местах, особенно когда высота каждого места различается. Поэтому, чтобы придать смысл значениям давления, наблюдаемым на каждой станции, мы преобразуем показания давления воздуха на станции в значение с общим знаменателем.

Общий знаменатель, который мы используем, это высота над уровнем моря. На наблюдательных станциях по всему миру показания атмосферного давления, независимо от высоты наблюдательной станции, преобразуются в значение, которое можно было бы наблюдать , если бы этот инструмент находился на уровне моря.

Двумя наиболее распространенными единицами измерения давления в Соединенных Штатах являются «дюймы ртутного столба» и «миллибары». Дюймы ртутного столба относятся к высоте столбика ртути, измеренной в сотых долях дюйма. Это то, что вы обычно слышите из радиостанции NOAA Weather Radio или из вашего любимого источника информации о погоде или новостях. На уровне моря стандартное атмосферное давление составляет 29,92 дюйма ртутного столба.

Миллибар происходит от первоначального термина для обозначения давления «бар». Бар происходит от греческого «барос», что означает вес. Миллибар составляет 1/1000 бара и приблизительно равен 1000 дин (одна дина — это сила, необходимая для ускорения объекта массой в один грамм со скоростью один сантиметр в секунду в квадрате). Значения миллибар, используемые в метеорологии, колеблются от 100 до 1050. На уровне моря стандартное давление воздуха в миллибарах составляет 1013,2. Карты погоды, показывающие давление на поверхности, строятся в миллибарах.

Как температура влияет на высоту давления.

Хотя изменения обычно происходят слишком медленно, чтобы их можно было наблюдать напрямую, атмосферное давление меняется почти всегда. Это изменение давления вызвано изменениями плотности воздуха, а плотность воздуха связана с температурой.

Теплый воздух менее плотный, чем более холодный воздух, потому что молекулы газа в теплом воздухе имеют большую скорость и находятся дальше друг от друга, чем в более холодном воздухе. Таким образом, хотя средняя высота уровня 500 миллибар составляет около 18 000 футов (5600 метров), фактическая высота будет выше в теплом воздухе, чем в холодном.

Учебный урок: Время кризиса

Буквы H обозначают расположение области самого высокого давления.
Буквы L обозначают положение самого низкого давления.

Самым основным изменением давления является повышение и понижение давления два раза в день из-за солнечного нагрева. Каждый день, около 4 утра / вечера. давление находится на самом низком уровне и близко к своему пику около 10 часов утра / вечера. Величина суточного цикла максимальна вблизи экватора, уменьшаясь к полюсам.

Вдобавок к ежедневным колебаниям следуют большие изменения давления в результате мигрирующих погодных систем. Эти погодные системы обозначаются синими буквами H и красными буквами L на картах погоды.

Учебный урок: Измерение давления: «мокрый» барометр

Снижение давления воздуха по мере увеличения высоты.

Как изменения погоды связаны с изменениями давления?
Со своей выгодной позиции в Англии в 1848 году преподобный доктор Брюэр написал в своем Путеводитель по научным знаниям о вещах Знакомые следующее об отношении давления к погоде:

ПАДЕНИЕ барометра (снижение давления)

В очень жаркую погоду падение барометра означает гром. В противном случае внезапное падение барометра указывает на сильный ветер.

В морозную погоду падение барометра означает оттепель.
Если вскоре после падения барометра наступит дождливая погода, ждите от нее немногого.
В сырую погоду, если барометр падает, ждите сильного дождя.
В ясную погоду, если барометр сильно падает и остается низким, ожидайте сильного дождя через несколько дней и, возможно, ветра.
Барометр меньше всего опускается при ветре и дожде вместе; рядом с этим ветром (кроме восточного или северо-восточного ветра).

ПОДЪЕМ барометра (повышение давления)

Зимой подъем барометра предвещает заморозки.
В морозную погоду подъем барометра предвещает снег.
Если хорошая погода наступит вскоре после подъема барометра, ждите от нее немногого.
В сырую погоду, если ртутный столбик поднимается высоко и остается таким, ожидайте сохранения хорошей погоды через день или два.
В дождливую погоду, если ртутный столбик вдруг поднимется очень высоко, хорошая погода продлится недолго.
Барометр поднимается выше всего для северных и восточных ветров; для всех других ветров он тонет.

Барометр НЕУСТОЙЧИВЫЙ (нестационарное давление)

Если движение ртути неустоявшееся, ждите неустроенной погоды.
Если он стоит на отметке «БОЛЬШОЙ ДОЖДЬ» и поднимается до «ИЗМЕНЯЕМЫЙ», ожидайте краткосрочной хорошей погоды.
Если он стоит на уровне «УДОВЛЕТВОРИТЕЛЬНО» и падает на «ИЗМЕНЯЕМЫЙ», ждите плохой погоды.
Его движение вверх указывает на приближение хорошей погоды; его движение вниз указывает на приближение ненастья.

Эти наблюдения за давлением справедливы и для многих других мест, но не для всех. Штормы, которые случаются в Англии, расположенной в конце Гольфстрима, вызывают большие изменения давления. В Соединенных Штатах самые большие изменения давления, связанные со штормами, обычно происходят на Аляске и в северной половине континентальной части США.