La земаљска атмосфера Састоји се од различитих врста хемијских елемената који формирају гасовити омотач око планете. Овај слој гасова је оно што омогућава живот какав познајемо, јер нас штити од временских услова. непријатељски услови свемирашто би било смртоносно за жива бића.
Атмосферски гасови су од највеће важности за Виталност ЗемљеПостоји много различитих врста, али је могуће израчунати који је гас присутан у већи удео и коју запремину заузима у односу на остатак. Разумевање овог састава је кључно за разумевање феномена као што су клима, циклус воде и еколошка равнотежа глобал
Атмосфера садржи неколико гасова неопходних за одржавање живота, као што су азота, аргон и кисеониккоји се, штавише, налазе у веће обиљеМеђутим, постоје и друге компоненте, као што су угљен-диоксид, водена пара и трагови бројних гасова, које играју битне улоге иако су присутне у малим количинама.
Каква је атмосфера?
Атмосфера је сет гасова који чине најређи и најудаљенији слој планете Земље. Релативни састав ових гасова варира у зависности од висина, Од притисци и температуре Они се мењају како се издижете. Колоквијално, део најближи површини познат је као „областОва зона се протеже отприлике првих 11 километара надморске висине од нивоа мора (или нивоа океана), региона који чини део тропосфера, где је концентрисана већина ваздуха који удишемо и где се развија готово целокупно атмосферско време.
У овим нижим слојевима атмосфере, главни гасови присутни су азот (N₂), са околином 100% укупне запремине, након чега следи кисеоник (O₂)што представља приближно 100%, И аргон (Ар), са приближно 100%Даље на скали обиља налазе се угљен диоксид (ЦО₂), неон, Хелио, метан, криптон, водоник и друге трагове гасова, као и водена пара, чији удео значајно варира у зависности од региона и климатских услова.
Атмосфера поседује велике заштитна својства суочени са претњама из свемира. На пример, већина метеорити Они се распадају при контакту са горњим слојевима гаса због трење и загревању. Штавише, делује као нека врста штит Испред Ултра - љубичасто зрачење које потиче са Сунца. Део овог зрачења апсорбује озон (O₃) присутни у стратосфери, спречавајући озбиљна оштећења ткива људи, животиња и биљака.
Кроз целу историју Земље, атмосфера је била трансформишући због активности разних врста које су га насељавале. Људи, на пример, дишу кисеоник и, при издисају, избацују угљен диоксидкоји биљке користе током фотосинтезе; заузврат, биљке ослобађају кисеоник, чиме се затвара биогеохемијски циклус фундаментално. Атмосфера такође делује у спрези са хидросфера (воде планете) помажући да регулишу температуру, ублажавајући нагле промене које би дан и ноћ или годишња доба могли да изазову.
Још једна битна функција атмосфере је њена улога у циклус водеВодена пара испарава из океана, река, језера и тла, диже се, кондензује у облаке и коначно пада као киша. падавинеОвај процес одржава екосистеме, обнавља водоносне слојеве и омогућава разнолике климе широм планете.
Главни гасови у атмосфери
Као што је већ поменуто, атмосфера се састоји од различитих врста гасова, од којих неки заузимају више простора него други. Испод је уређена листа ових гасова према њиховом заступљеност, заједно са детаљнијим објашњењем његове функције и значаја унутар Земљиног система.
Азот
Азот је најзаступљенији гас атмосфере, јер она чини приближно 100% целокупне запремине. То је елементо куимицо представљено словом N, са атомски број 7 y приближна атомска тежина 14,01На собној температури, налази се првенствено у облику двоатомског молекула. Н₂што је гас безбојна, тоалет e без укуса.
Молекуларни азот има трострука ковалентна веза (N≡N), једна од најјачих познатих веза у хемији. Ова карактеристика јој даје велика стабилност и то чини релативно инертан Под нормалним условима, азот не реагује лако са другим елементима. Због ове стабилности, азоту су често потребни специфични услови да би реаговао и формирао једињења. посебни услови, као што су високе температуре, високи притисци или присуство катализатори.
Иако је атмосферски азот толико обилан, већина организама не може да га директно користи у облику N₂. Међутим, овај елемент је неопходан за живот: је део амино киселине, од протеини и од нуклеинске киселине као што су ДНК и РНК, које садрже генетске информације свих живих бића.
Кисеоник
Кисеоник заузима Сецонд међу најзаступљенијим гасовима у атмосфери, јер представља око 100% истог. Њена Атомски број је 8, већи од азота, и представљен је словом OУ свом двоатомском облику (O₂), то је гас који одржава живот већине копнених аеробних организама.
То је веома јако оксидационо средство и поседује један од веће електронегативности свих хемијских елемената, што значи да снажно привлачи електроне приликом формирања веза. Кисеоник је неопходан за процесе ћелијско дисање, у којем жива бића добијају енергију из хранљивих материја. Такође је компонента молекула ДНК, многи ензими и широк спектар органских и неорганских једињења.
У атмосфери се такође налази и посебан облик кисеоника, тј. озон (O₃), концентрисана углавном у озонски омотач стратосфере. Овај триатомски облик је кључан јер апсорбује и рефлектује велики део високоенергетског ултраљубичастог зрачења, штитећи тако Земљину површину од озбиљних биолошких оштећења.
Аргон
Аргон чини приближно 100% целокупног атмосферског ваздуха. Његово име потиче из грчког, где пише „Аргус“шта то значи "без дела"Пошто је то гас који тешко реагује са другим хемијским елементима, класификује се као племенити гас, представљен је словима Ar и поседује атомски број 18То је гас безбојна, тоалет и хемијски веома инертан.
Његова хемијска инертност чини га веома корисним у бројним технолошке применеКористи се, на пример, у сијалицама са жарном нити како би се спречила оксидација влакна, заштитите заварене спојеве против контакта са кисеоником у ваздуху, као изолациони гас у двоструко застакљивање (прозори са два стаклена панела) и као инертна атмосфера у процесима где је потребно избећи нежељене реакције.
Иако се аргон сматра једноставно загушљиво (јер може да истисне кисеоник у затвореним просторима ако је присутан у високим концентрацијама), сам по себи није токсичан. Главна мера предострожности је да се увек обезбеди адекватна вентилација када се рукује у затвореним срединама.
Ово су прва три и главни гасови који чине атмосферу, а затим следе други у мањим размерама, као што су угљен диоксид (ЦО₂), неон, Хелио, метан, криптон и водоникПојављују се и веома мале количине једињења као што су азотни оксид или угљен моноксид, између многих других гасова у траговима.
Остали уобичајени гасови и елементи атмосфере
Азот, кисеоник и аргон су три најзаступљенија гаса у атмосфери, али постоје и друге компоненте које, иако су присутне у ниске концентрације, испостављају се суштинско да би се одржао живот и клима планете.
Један од њих је угљен диоксид (ЦО₂)Иако чини само око 100% Земљине атмосфере (приближно 410 ppm и са недавним варијацијама услед људске активности), кључна је компонента у фотосинтеза и у другим метаболичким процесима. Биљке и други аутотрофни организми користе CO₂ за претварање соларна енергија en хемијска енергија употребљив.
El водена пара (H₂O) То је још једна битна компонента. Иако се њен удео разликује (може се кретати од скоро нуле до неколико процентних поена), он је фундаменталан за формирање облакападавине и временске појаве. Штавише, делује као стаклене баштепомажући у одржавању просечне температуре планете у распонима компатибилним са животом.
Такође налазимо озон (O₃) у малим, али кључним концентрацијама. У стратосфери, озон формира заштитни слој који апсорбује велики део високоенергетског ултраљубичастог зрачења. Насупрот томе, на нивоу тла, озон може постати загађивач штетно по здравље респираторних органа.
Међу траговима гасова, приближне (и променљиве) количине су: неон ~18 ппм (0,0018%), Хелио ~5,2 ппм (0,00052%), метан ~1,8–1,9 ппм (0,00018–0,00019%), криптон ~1,1 ппм (0,00011%) и водоник ~0,55 ppm (0,000055%). Ове бројке су приближне и могу се мало разликовати у зависности од мерења и времена, али служе да покажу колико су ови гасови мање заступљени у поређењу са азотом или кисеоником.
Други гасови, као што су метан (ЦХ₄), азот-оксид (N₂O) и разнолика испарљива органска једињења Они су такође део атмосфере. Иако је њихова концентрација веома мала, имају приметан утицај на радијациони баланс планете и у атмосферска хемија, због чега се сматрају гасови стаклене баште од велике важности.
Који је најзаступљенији гас у земљиној атмосфери?
El азота То је најзаступљенији гас у Земљиној атмосфери, чинећи око три четвртине њене укупне запремине. Ово масивно присуство чини азот кључном компонентом. неопходан за глобалну равнотежу планете. Иако не учествује директно у дисању као кисеоник, његова улога у биологијау индустрија и природни циклуси то је пресудно.
Азот у атмосфери је главна резерва овог елемента за биосферу. Иако биљке и животиње не могу директно да користе N₂, различити природни процеси, као што су циклус азотаОни омогућавају његову трансформацију у хемијске облике које могу користити жива бића, чиме се осигурава његово присуство у протеинима, нуклеинским киселинама и другим основним једињењима.
Пошто је азот најзаступљенији гас у Земљиној атмосфери, неопходан је за одржавање животаВреди дубље истражити његове карактеристике, порекло, природни циклус и његове апликације у свакодневном животу и у модерној индустрији.
Етимологија
Назив „азот“ потиче из латинског „Нитријум“, везано за идеју о „окидач“ или „гени“. Овај термин су му дали лекар и хемичар Данијел Радерфордкоји је, кроз експеримент 1772. године, успео да апсорбује кисеоник и угљен-диоксид садржане у узорку ваздуха, остављајући азот као резидуални елемент. Иако се формално откриће приписује Радерфорду, постоје индикације да алхемичари средњег века Већ су користили азотна једињења у својим експериментима, што се може видети из неких древних списа.
Азот се може добити из атмосфере путем утечњавање ваздуха А касније фракционом дестилацијомПошто је атмосфера практично резервоар неисцрпан Ови процеси омогућавају ефикасну доступност великих количина азота, како у гасовитом облику, тако и у облику течни азот, са вишеструком техничком и индустријском употребом.
Физичка и хемијска својства азота
На собној температури, азот је двоатомски гас (N₂) безбојна, тоалет e без укуса. Пресентс а веома ниска тачка кључања (око -195,8 °C) и тачка топљења близу -210 °C. Ова криогена својства омогућавају да се, у течном облику, широко користи као расхладно средство у бројним апликацијама.
Хемијски, молекуларни азот је изузетно стабилан због троструке везе N≡N. Ова стабилност значи да је, под нормалним условима, није баш реактиванОво захтева високе температуре, електрична пражњења или специфичне катализаторе да би се прекинула веза и омогућило формирање нових једињења. Међутим, када се активира, азот може дати порекло широког спектра супстанци, од којих многе имају значајан биолошки и индустријски значај.
Што се тиче његове електронске структуре, азот има подешавање 1s² 2s² 2p³, са пет електрона у свом валентна љускаТо му омогућава да се формира до три ковалентне везе са другим атомима, што објашњава његову централну улогу у формирању једињења као што су амино киселинеамини, нитрили и многе друге функционалне групе у органској и неорганској хемији.
Природни циклус
Позив циклус азота То је биогеохемијски процес кроз који овај елемент циркулише између атмосфере, земљишта, воде и живих организама. бактерије које фиксирају азот Они играју виталну улогу у претварању атмосферског N₂, који је инертан, у хемијске облике као што су амонијум (NH₄⁺) и нитрат (NO₃⁻)које биљке могу апсорбовати.
Биљке користе ова азотна једињења да расти и развијају своја ткива. Служећи као храна за биљоједи животињеАзот затим улази у ланац исхране. Ове животиње, заузврат, конзумирају месождери y свеједипроширујући присуство азота у целом екосистему. Органски отпад (фекалија, урин, остаци мртвих биљака и животиња) разграђују бактерије и други микроорганизми, који ова једињења претварају назад у амонијум и друге супстанце.
Коначно, друге бактерије у земљишту обављају денитрификација, процес којим се нитрат трансформише у динитроген (N₂) и враћа се у атмосферу. На овај начин, циклус азота је затворен, гарантујући континуирана циркулација овог елемента међу различитим деловима планете.
Употреба азота
Азот се широко користи у индустрији за производњу амонијак (NH₃) Кроз Хабер-Бошов процесПроизводња амонијака комбинује атмосферски азот са водоником под високим притиском и температуром у присуству катализатора. Амонијак добијен на овај начин је основа за производњу већине производа. азотна ђубривафундаментално за модерну пољопривреду и за одржавање производње хране великих размера.
У свакодневном животу, амонијак и његови деривати се налазе у широком спектру производа: од средства за чишћење домаћинства чак и индустријски адитиви. Азот је такође укључен у производњу супстанци као што су пластикасинтетичке смоле и други материјали који су део безбројних предмета за свакодневни живот.
El течни азот Широко се користи у расхладне и криогене применеЗбог веома ниске тачке кључања, користи се за конзервирање хране и за складиштење. биолошки узорци (као што су ћелије, ткива или сперма), обављају медицинске процедуре као што су криотерапија и у бројним индустријским процесима где је потребно одржавати изузетно ниске температуре. Међутим, важно је пажљиво руковати њиме. велики опрезпошто директан контакт са њим може изазвати веома тешке хладне опекотине (понекад колоквијално описане као „сагоревање“ или „топљење“ коже), промрзлине или гушење ако истискује кисеоник у затвореним просторима.
Азот се такође користи као инертна атмосфера у бројним индустријским процесима. На пример, уводи се у резервоаре, цеви или контејнере где је потребно истиснути кисеоник да би се спречило оксидације, експлозије или нежељене реакције. У прехрамбеној индустрији, азот се користи за производи за паковање и продужава рок трајања, јер смањује оксидативно кварење хране.
Поред своје улоге у производњи амонијака и других азотних једињења, азот је укључен у формирање и трансформацију других гасова. На пример, метан Може се формирати биолошким процесима (микробна метаногенеза) или индустријским хемијским реакцијама као што је Сабатијеова реакција (редукциони CO₂ са H₂ да би се добили CH₄ и H₂O). Ови путеви делимично објашњавају присуство и порекло одређених атмосферских гасова у различитим контекстима.
Друго, азот се користи за производњу других важних једињења као што су одређена оксиди азота (НОк), азотна киселина (HNO₃) и бројне супстанце укључене у производњу експлозива, боје, лекови и високоефикасних ђубрива. Ове индустријске и хемијске употребе показују значај азота изван његовог пуког присуства у ваздуху.
Ефекти азота на здравље
Азот, какав се налази у ваздуху који удишемо (N₂), је у принципу нетоксично и испуњава функцију разблаживања кисеоника, спречавајући његову превелику концентрацију и изазивање прекомерних оксидативних реакција у телу. Међутим, индиректна потрошња Азотна једињења из ђубрива, прерађене хране или производа добијених од азота могу имати одређене ефекте на Људско здравље.
С обзиром на широку употребу азотна ђубрива у пољопривреди и присуство азотних супстанци у пластика, адитиви за храну и других производа, људи могу бити изложени облицима азота који нису толико безопасни као атмосферски N₂. Посебно, нека једињења као што су нитрити y нитрати, као и нитрозамини који се од њих могу формирати, били су предмет проучавања због њихових могућих негативних ефеката.
Неки од ефеката могу бити следећи:
- То узрокује низак ниво складиштења у телу Витамин када се одређена азотна једињења конзумирају у прекомерним количинама.
- Може изазвати смањен транспорт кисеоника у крви, посебно када се супстанце попут метхемоглобин од нитрита.
- Убрзајте производњу нитрозаминикоје се сматрају једном од главних компоненти везаних за разне врсте ракапосебно када се нитрити комбинују са органским једињењима под одређеним условима.
- То је одлучујући фактор за сигурно промене у функцији штитне жлезде када је изложеност нитратима и другим једињењима висока и континуирана.
Поред ових индиректних хемијских ефеката, важно је запамтити да азот у облику N₂, иако није токсичан, може деловати као једноставан загушљиви гас ако истискује кисеоник у затвореном простору. У индустријским срединама где се чисти азот користи за стварање инертне атмосфере, недостатак кисеоника може довести до хипоксија и губитак свести ако се не предузму одговарајуће мере безбедности.
Схватање да атмосфером доминира азота, а затим кисеоник, аргон и других гасова у мањим количинама, омогућава боље разумевање како се одржавају живот, клима и биогеохемијски циклуси планете. Улога азота као најзаступљенијег гаса протеже се од фундаменталне хемије и молекуларне биологије до индустрије, пољопривреде и јавног здравља, што га чини једним од најважнијих елемената за функционисање Земље.