La a föld légköre Különböző típusú kémiai elemekből áll, amelyek gáznemű burkot alkotnak a bolygó körül. Ez a gázréteg teszi lehetővé az általunk ismert életet, mivel megvéd minket az elemektől. az űr ellenséges körülményeiami halálos lenne az élőlényekre.
A légköri gázok kiemelkedő fontosságúak A Föld vitalitásaSokféle típus létezik, de ki lehet számítani, hogy melyik gáz van jelen nagyobb arány és mekkora térfogatot foglal el a többihez képest. Ennek az összetételnek a megértése kulcsfontosságú az olyan jelenségek megértéséhez, mint klíma, The a víz körforgása és ökológiai egyensúly globális.
A légkör számos, az élet fenntartásához elengedhetetlen gázt tartalmaz, mint például nitrogén, The argon és oxigénamelyek ráadásul azok, amelyek megtalálhatók a nagyobb bőségVannak azonban más összetevők is, mint például a szén-dioxid, a vízgőz és számos gáz nyomai, amelyek alapvető szerepet játszanak, még akkor is, ha kis mennyiségben vannak jelen.
Mi a légkör?
A légkör egy gázok halmaza amelyek a Föld bolygó legkevésbé sűrű és legkülső rétegét alkotják. Ezen gázok relatív összetétele a következőktől függően változik: Altura, Mivel a nyomások és hőmérsékletek Ahogy emelkedsz, változnak. Köznyelven a felszínhez legközelebbi részt „aireEz a zóna a tengerszinttől (vagy óceánszinttől) számított első 11 kilométeres magasságban húzódik, egy olyan régió, amely a troposzféra, ahol a belélegzett levegő nagy része koncentrálódik, és ahol szinte az összes légköri időjárás kialakul.
A légkör alsó rétegeiben a fő jelenlévő gázok a következők: nitrogén (N₂), körülötte a 78% a teljes térfogatból, majd a oxigén (O₂)ami körülbelül 21%, És a argon (Ar), kb 0,93%A bőségi skálán lejjebb helyezkednek el a szén-dioxid (CO₂), The neon, The hélium, The metán, The kripton, The hidrogén és más nyomokban jelen lévő gázok, valamint vízgőz, amelynek aránya a régiótól és az éghajlati viszonyoktól függően nagymértékben változik.
A légkör nagy védő tulajdonságok az űrből érkező fenyegetésekkel szemben. Például a legtöbb meteoritok A gáz felső rétegeivel érintkezve szétesnek a ... miatt. súrlódás és a felmelegedésre. Továbbá egyfajta pajzs Előtt ultraibolya sugárzás a Napból származik. Ennek a sugárzásnak egy részét elnyeli a ózon (O₃) jelen van a sztratoszférában, megakadályozva az emberek, állatok és növények szöveteinek súlyos károsodását.
A Föld története során a légkör folyamatosan változott átalakuló a benne élő különféle fajok aktivitása miatt. Az emberek például lélegznek oxigén és kilégzéskor kifújják szén-dioxidamelyet a növények a fotoszintézis során használnak; viszont a növények oxigént bocsátanak ki, így lezárva egy biogeokémiai ciklus alapvető. A légkör a ...-val is együttműködik hidroszféra (a bolygó vizei) segítenek szabályozza a hőmérsékletet, kisimítva a nappalok és éjszakák, illetve az évszakok hirtelen változásait.
A légkör egy másik lényeges funkciója a szerepe a következőkben: a víz körforgásaA vízgőz elpárolog az óceánokból, folyókból, tavakból és a talajból, felemelkedik, felhőkké kondenzálódik, és végül eső formájában hullik le. csapadékEz a folyamat fenntartja az ökoszisztémákat, feltölti a víztartó rétegeket, és lehetővé teszi a változatos éghajlatot a bolygón.
A légkör fő gázai
Amint említettük, a légkör különböző típusú gázokból áll, amelyek közül néhány elfoglalja a több hely mint mások. Az alábbiakban felsoroljuk ezeket a gázokat a származási helyük szerint. bőség, valamint a Föld rendszerén belüli funkciójának és fontosságának részletesebb magyarázatát.
Nitrogén
A nitrogén a leggyakoribb gáz a légkörből, mivel az nagyjából a 78% teljes térfogatának. Ez egy kémiai elem az N betűvel jelölve, 7-os rendszám y hozzávetőleges atomtömeg 14,01Szobahőmérsékleten elsősorban kétatomos molekula formájában található meg. NXNUMXami egy gáz színtelen, inodoro e ízetlen.
A molekuláris nitrogénnek van egy hármas kovalens kötés (N≡N), az egyik legerősebb ismert kötés a kémiában. Ez a tulajdonsága a következő tulajdonságokat adja: nagy stabilitás és ezt viszonylag teszi inert Normál körülmények között a nitrogén nem reagál könnyen más elemekkel. E stabilitás miatt a nitrogén reakciójához és vegyületek képződéséhez gyakran speciális feltételek szükségesek. különleges körülményekpéldául magas hőmérséklet, magas nyomás vagy a jelenléte katalizátorok.
Bár a légköri nitrogén bőségesen van jelen, a legtöbb élőlény nem tudja közvetlenül N₂ formájában hasznosítani. Ez az elem azonban elengedhetetlen az élethez: része a aminosavak, a fehérjék és a nukleinsavak mint például a DNS és az RNS, amelyek minden élőlény genetikai információját tartalmazzák.
Oxigén
Oxigén foglalja el a második helyen a légkörben leggyakoribb gázok közé tartozik, mivel körülbelül 21% ugyanabból. Az ő A rendszám 8, nagyobb, mint a nitrogéné, és a betű jelöli OKétatomos formájában (O₂) ez a gáz, amely fenntartja az életet a legtöbb szárazföldi aerob élőlényé.
Ez egy nagyon erős oxidálószer és rendelkezik az egyikkel magasabb elektronegativitások az összes kémiai elem közül, ami azt jelenti, hogy erősen vonzza az elektronokat kötések kialakításakor. Az oxigén szükséges a következő folyamatokhoz: sejtlégzés, amelyben az élőlények tápanyagokból nyerik az energiát. Emellett a molekulák alkotóeleme is DNS-t, sok enzimek és számos szerves és szervetlen vegyület.
Az oxigén egy speciális formája is megtalálható a légkörben, a ózon (O₃), főként a ózonréteg a sztratoszféra. Ez a háromatomos alakzat kulcsfontosságú, mert elnyeli és visszaveri a nagy energiájú ultraibolya sugárzás nagy részét, így védve a Föld felszínét a súlyos biológiai károsodásoktól.
Argon
Az argon körülbelül a következőket alkotja: 0,93% az összes légköri levegőből. A neve görögül származik, ahol azt írják, hogy 'Árgus'mit jelent ez "tétlen"Mivel gáz, amely alig reagál más kémiai elemekkel, ezért a következő kategóriába sorolják: nemesgáz, a betűk jelölik Ar és rendelkezik 18-os rendszámEz egy gáz színtelen, inodoro és kémiailag nagyon inert.
Kémiai inertsége miatt számos területen hasznosítható. technológiai alkalmazásokPéldául izzólámpákban használják az izzószál oxidációjának megakadályozására, hegesztések védelme a levegő oxigénjével való érintkezés ellen, szigetelőgázként dupla üvegezés (két üvegtáblás ablakok) és inert légkör olyan folyamatokban, ahol el kell kerülni a nem kívánt reakciókat.
Bár az argont egy egyszerű fojtószer (mivel zárt terekben nagy koncentrációban kiszoríthatja az oxigént), önmagában nem mérgező. A fő óvintézkedés a megfelelő megfelelő szellőzés zárt környezetben történő kezelés esetén.
Mivel ezek az első három és a légkört alkotó fő gázok, ezeket kisebb arányban mások követik, mint például szén-dioxid (CO₂), The neon, The hélium, The metán, The kripton és hidrogénNagyon kis mennyiségű vegyület, mint például, szintén megjelenik dinitrogén-oxid vagy a szén-monoxid, sok más nyomgáz mellett.
A légkör egyéb gyakori gázai és elemei
A nitrogén, az oxigén és az argon a légkörben leggyakrabban előforduló három gáz, de vannak más összetevők is, amelyek – bár jelen vannak –... alacsony koncentrációk, kiderülnek alapvető hogy fenntartsák az életet és a bolygó éghajlatát.
Az egyik az szén-dioxid (CO₂)Bár ez csak körülbelül 0,04% a Föld légkörének (körülbelül 410 ppm, az emberi tevékenység miatti újabb változásokkal) kulcsfontosságú összetevője a fotoszintézis és más anyagcsere-folyamatokban. A növények és más autotróf élőlények CO₂-t használnak az átalakításhoz napenergia en kémiai energia használható.
El vízgőz (H₂O) Ez egy másik lényeges összetevő. Bár aránya változó (szinte nullától néhány százalékpontig terjedhet), alapvető fontosságú a felhőképződéscsapadék és időjárási jelenségek. Továbbá, egyfajta üvegházhatású gázoksegítve a bolygó átlaghőmérsékletének az élettel összeegyeztethető tartományon belül tartását.
Megtaláljuk a ózon (O₃) kis, de döntő koncentrációban. A sztratoszférában az ózon egy védőréteg amely elnyeli a nagy energiájú ultraibolya sugárzás nagy részét. Ezzel szemben a talajszinten az ózon válhat szennyezőanyag káros a légzőszervi egészségre.
A nyomgázok között a hozzávetőleges (és változó) előfordulási gyakoriság a következő: neon ~18 ppm (0,0018%), hélium ~5,2 ppm (0,00052%), metán ~1,8–1,9 ppm (0,00018–0,00019%), kripton ~1,1 ppm (0,00011%) és hidrogén ~0,55 ppm (0,000055%). Ezek az adatok hozzávetőlegesek és a mérésektől és az időktől függően kissé eltérhetnek, de azt mutatják, hogy mennyivel kevesebb ilyen gáz van jelen a nitrogénhez vagy az oxigénhez képest.
Más gázok, mint például metán (CH4), The dinitrogén-oxid (N₂O) és változatos illékony szerves vegyületek A légkör részét képezik. Bár koncentrációjuk nagyon kicsi, észrevehető hatást gyakorolnak a... sugárzási egyensúly a bolygón és a légköri kémia, ezért tekintik őket üvegházhatású gázok nagy jelentőségű.
Mi a leggyakoribb gáz a Föld légkörében?
El nitrogén Ez a leggyakoribb gáz a Föld légkörében, a teljes térfogat körülbelül háromnegyedét teszi ki. Ez a hatalmas jelenlét a nitrogént kulcsfontosságú alkotóelemmé teszi. elengedhetetlen a bolygó globális egyensúlyáért. Bár nem avatkozik be közvetlenül a légzésbe, mint az oxigén, a szerepe a biológia-ban ipar és természetes ciklusok ez döntő fontosságú.
A légkörben lévő nitrogén a fő tartalék ennek az elemnek a bioszféra számára. Bár a növények és az állatok nem tudják közvetlenül felhasználni a nitrogént, különféle természetes folyamatok, mint például a nitrogén körforgásaLehetővé teszik, hogy élőlények által felhasználható kémiai formákká alakuljon, ezáltal biztosítva jelenlétét fehérjékben, nukleinsavakban és más alapvető vegyületekben.
Mivel a nitrogén a Föld légkörében leggyakrabban előforduló gáz, szükséges a az élet fenntartásaÉrdemes mélyebben beleásni magunkat a jellemzőibe, eredetébe, természetes körforgásába és működésébe. alkalmazások a mindennapi életben és a modern iparban.
Etimológia
A „nitrogén” név latin eredetű. „Nitrium”, az ötlettel összefüggésben "ravasz" vagy „gének”. Ezt a kifejezést az orvos és a vegyész adta neki Daniel Rutherfordaki egy 1772-es kísérlet során sikerült elnyelnie a levegőmintában található oxigént és szén-dioxidot, így a nitrogén maradt meg maradék elemként. Bár a felfedezést hivatalosan Rutherfordnak tulajdonítják, vannak arra utaló jelek, hogy a középkor alkimistái Már nitrogénvegyületeket használtak kísérleteikben, amint az néhány ősi írásból is látható.
A nitrogén a légkörből kinyerhető, ha levegő cseppfolyósítása És később frakcionált desztillációMivel a légkör gyakorlatilag egy víztározó kimeríthetetlen Ezek a folyamatok lehetővé teszik a nitrogén nagy mennyiségű, hatékony előállítását, mind gáz formájában, mind pedig nitrogén formájában. folyékony nitrogén, számos műszaki és ipari felhasználással.
A nitrogén fizikai és kémiai tulajdonságai
Szobahőmérsékleten a nitrogén egy kétatomos gáz (N₂) színtelen, inodoro e ízetlen. Bemutatja a nagyon alacsony forráspontú (kb. -195,8 °C) és egy olvadáspont közel -210 °C-ig. Ezek a kriogén tulajdonságok lehetővé teszik, hogy folyékony formában széles körben használják hűtő számos alkalmazásban.
Kémiailag a molekuláris nitrogén rendkívül stabil az N≡N hármas kötés miatt. Ez a stabilitás azt jelenti, hogy normál körülmények között nem túl reaktívEhhez magas hőmérsékletre, elektromos kisülésekre vagy speciális katalizátorokra van szükség a kötés felbomlásához és új vegyületek képződéséhez. Aktiválódáskor azonban a nitrogén rengeteg anyagot hozhat létre, amelyek közül sok jelentős biológiai és ipari jelentőséggel bír.
Elektronikus szerkezetét tekintve a nitrogénnek van egy konfiguráció 1s² 2s² 2p³, öt elektronnal a gyűrűjében vegyértékhéjEz lehetővé teszi, hogy akár három kovalens kötés más atomokkal, ami magyarázza központi szerepét olyan vegyületek képződésében, mint a aminosavakaminok, nitrilek és számos más funkciós csoport a szerves és szervetlen kémiában.
Természetes körforgás
A hívás a nitrogén körforgása Ez egy biogeokémiai folyamat, amelyen keresztül ez az elem kering a légkör, a talaj, a víz és az élő szervezetek között. nitrogénmegkötő baktériumok Létfontosságú szerepet játszanak az inert légköri nitrogén₂ kémiai formákká alakításában, például ammónium (NH₄⁺) és nitrát (NO₃⁻)amit a növények fel tudnak venni.
A növények ezeket a nitrogénvegyületeket használják fel felnőni és fejlesztik szöveteiket. Táplálékul szolgálva a növényevő állatokA nitrogén ezután bekerül a táplálékláncba. Ezeket az állatokat viszont elfogyasztják a húsevők y mindenevőkkiterjesztve a nitrogén jelenlétét az egész ökoszisztémában. A szerves hulladékot (ürülék, vizelet, elpusztult növények és állatok maradványai) baktériumok és más mikroorganizmusok bontják le, amelyek ezeket a vegyületeket visszaalakítják szerves anyagokká. ammónium és más anyagok.
Végül más talajbaktériumok végzik a denitrifikáció, folyamat, amelynek során a nitrát átalakul dinitrogén (N₂) és visszatér a légkörbe. Ily módon a nitrogénciklus lezárul, garantálva a folyamatos keringés ennek az elemnek a bolygó különböző rekeszei között.
A nitrogén felhasználása
A nitrogént széles körben használják az iparban a gyártáshoz ammónia (NH₃) keresztül Haber-Bosch folyamatAz ammóniagyártás során a légköri nitrogént hidrogénnel egyesítik nagy nyomáson és hőmérsékleten, katalizátorok jelenlétében. Az így kapott ammónia a legtöbb termék gyártásának alapja. nitrogén műtrágyákalapvető fontosságú a modern mezőgazdaság és a nagymértékű élelmiszertermelés fenntartása szempontjából.
A mindennapi életben az ammónia és származékai számos termékben megtalálhatók: háztartási tisztítószerek sőt ipari adalékanyagokat is. A nitrogén olyan anyagok előállításában is részt vesz, mint például műanyagszintetikus gyanták és más anyagok, amelyek számtalan mindennapi tárgy részét képezik.
El folyékony nitrogén Széles körben használják hűtési és kriogén alkalmazásokAlacsony forráspontjának köszönhetően élelmiszerek tartósítására és tárolására használják. biológiai minták (például sejtek, szövetek vagy spermiumok), orvosi beavatkozásokat végeznek, például krioterápia és számos ipari folyamatban, ahol rendkívül alacsony hőmérsékletet kell fenntartani. Fontos azonban, hogy körültekintően kezeljük. nagy óvatosságmivel a közvetlen érintkezés nagyon súlyos hidegégéseket okozhat (néha köznyelven a bőr „égéseként” vagy „megolvasztásaként” írják le), fagyási sérüléseket vagy fulladást, ha zárt térben kiszorítja az oxigént.
A nitrogént úgy is használják, mint inert légkör számos ipari folyamatban. Például tartályokba, csövekbe vagy konténerekbe vezetik be, ahol oxigént kell kiszorítani a megelőzés érdekében. oxidációk, robbanások vagy nem kívánt reakciókat. Az élelmiszeriparban a nitrogént a következőkre használják: csomagolóanyagok és meghosszabbítja az eltarthatóságát, mivel csökkenti az élelmiszerek oxidatív romlását.
Az ammónia és más nitrogénvegyületek előállításában betöltött szerepe mellett a nitrogén más gázok képződésében és átalakításában is részt vesz. Például, metán Biológiai folyamatok (mikrobiális metanogenezis) vagy ipari kémiai reakciók, például a Sabatier-reakció (CO₂ redukciója H₂-vel CH₄ és H₂O előállításához) révén keletkezhet. Ezek az útvonalak részben magyarázzák bizonyos légköri gázok jelenlétét és eredetét különböző kontextusokban.
Másodszor, a nitrogént más fontos vegyületek előállítására használják, mint például bizonyos nitrogén-oxidok (NOx), The salétromsav (HNO₃) és számos, a gyártásukban részt vevő anyag robbanóanyagok, színezékek, kábítószer és nagy hatékonyságú műtrágyák. Ezek az ipari és kémiai felhasználások a nitrogén fontosságát bizonyítják a levegőben való puszta jelenlétén túl is.
A nitrogén egészségi hatásai
A nitrogén, ahogyan az a belélegzett levegőben (N₂) megtalálható, elvileg nem mérgező és betölti az oxigén hígításának funkcióját, megakadályozva, hogy az túlkoncentrálódjon és túlzott oxidatív reakciókat okozzon a szervezetben. Azonban a közvetett fogyasztás A műtrágyákból, feldolgozott élelmiszerekből vagy nitrogénszármazékú termékekből származó nitrogénvegyületek bizonyos hatással lehetnek a Emberi egészség.
Tekintettel a széles körű használatra nitrogén műtrágyák a mezőgazdaságban és a nitrogéntartalmú anyagok jelenléte műanyag, élelmiszer-adalékanyagok és más termékek, az emberek olyan nitrogénformáknak lehetnek kitéve, amelyek nem annyira ártalmatlanok, mint a légköri N₂. Különösen bizonyos vegyületek, mint például nitritek y nitrátok, valamint nitrozaminok amelyek belőlük képződhetnek, tanulmányozták a lehetséges negatív hatásaikat.
Néhány hatás a következő lehet:
- Ez egy alacsony tárolási szint a testében A-vitamin amikor bizonyos nitrogénvegyületeket túlzott mennyiségben fogyasztanak.
- Ez okozhat csökkent oxigénszállítás a vérben, különösen olyan anyagok esetén, mint a methemoglobin nitritekből.
- Gyorsítsa fel a gyártását nitrozaminokamelyeket az egyik fő összetevőnek tekintenek a következőkhöz kapcsolódóan: különféle ráktípusokkülönösen akkor, ha a nitriteket bizonyos körülmények között szerves vegyületekkel kombinálják.
- Ez meghatározó tényező bizonyos esetekben a pajzsmirigy működésének megváltozása amikor a nitrátoknak és más vegyületeknek való kitettség magas és tartós.
Ezen közvetett kémiai hatások mellett fontos megjegyezni, hogy a N₂ formájában lévő nitrogén, bár nem mérgező, de működhet egyszerű fojtógáz ha zárt térben kiszorítja az oxigént. Ipari környezetben, ahol tiszta nitrogént használnak inert atmoszféra létrehozására, az oxigénhiány a következőkhöz vezethet: hypoxia és eszméletvesztés, ha nem teszik meg a megfelelő biztonsági intézkedéseket.
Annak megértése, hogy a légkört a következők uralják: nitrogén, majd oxigén, The argon és más gázok kisebb mennyiségben, lehetővé teszi a fenntartásuk módjának jobb megértését élet, The klíma és biogeokémiai ciklusok a bolygóról. A nitrogén szerepe, mint a leggyakoribb gáz, az alapvető kémiától és a molekuláris biológiától az iparig, a mezőgazdaságig és a közegészségügyig terjed, így a Föld működésének egyik legfontosabb elemévé válik.