Воздух, свойства и химический состав

[править]в металлургии

Кислород широко применяется для интенсификации химических и металлургических процессов. Чистый кислород используют, в частности при производстве серной и азотной кислот, синтетического метилового спирта CH3OH и других химических продуктов.

При вдувании в доменную печь обогащенного кислородом воздуха значительно повышается температура печи, ускоряется процесс выплавки чугуна, увеличивается производительность доменов и экономится кокс. В 1871 году Генри Бессемер взял патент на вдувания в печь воздушного дутья, обогащенного кислородом.

Обогащение дутья кислородом позволяет интенсифицировать доменный процесс. В воздухе содержится примерно 21 % кислорода. Полученное из атмосферы дутья также содержать 21 % кислорода. Однако, дутьё можно обогатить, добавив к нему кислород перед вдуванием в печь.

Идея о целесообразности обогащения дутья кислородом была высказана еще в XIX веке. Однако, широкое использование обогащенного кислородом воздуха в доменном производстве и в металлургии вообще задержалось на долгое время. Это было обусловлено высокой стоимостью кислорода, а также нарушениями в технологическом процессе, возникавшие при выплавке перерабатывающих чугунов.

После многих промышленных исследований была отработана теория и технология доменной плавки с использованием обогащенного кислородом дутья.

[править]сварка и резка металлов

Чистый кислород с ацетиленом широко используют для так называемой автогенной сварки стальных труб и других металлических конструкций и их резки. Для этого служит специальная горелка, который состоит из двух металлических трубок, вставленных друг в друга.

В пространство между трубками пропускают ацетилен и зажигают, а затем по внутренней трубке пропускают кислород. Оба газа, подаются из баллонов под давлением. Температура в кислородно-ацетиленовом пламени — до 2000 ° C, при такой температуре плавится большинство металлов.

Кислород — биогенный химический элемент, обеспечивающий дыхание большинства живых организмов на Земле. Физиологическое действие кислорода разностороннее, решающее значение в его лечебном эффекте имеет способность возмещать дефицит кислорода в тканях организма при гипоксии (недостаточного снабжения тканей кислородом или нарушения его усвоения).

Ингаляцией (вдыханием) кислорода широко пользуются при различных заболеваниях, сопровождающихся гипоксией (нехваткой кислорода): при заболеваниях органов дыхания (пневмония, отек легких и т. д.), сердечно-сосудистой системы (сердечная недостаточность, коронарная недостаточность, резкое падение артериального давления и т. п.), отравлениях угарным газом, синильной кислотой, удушающими веществами (хлор, фосген и др.), а также при других заболеваниях с нарушением функции дыхания и окислительных процессов.

В анестезиологической практике кислород широко применяется в смеси с ингаляционными наркотическими анальгетиками. Чистым кислородом и смесью его с углекислотой пользуются при ослаблении дыхания в послеоперационном периоде, при интоксикациях и т. д.

Широко пользуются кислородом для так называемой гипербарической оксигенации — применения кислорода под повышенным давлением. Установлена ​​высокая эффективность этого метода в хирургии, интенсивной терапии тяжелых заболеваний, особенно в кардиологии, реаниматологии, неврологии и других областях медицины.

Применяют также энтеральную оксигенотерапию (введение кислорода в кишечник или желудок) путем введения в желудок кислородной пены, применяемой в виде так называемого кислородного коктейля. Используется для общего улучшения обменных процессов в комплексной терапии сердечно-сосудистых заболеваний, нарушений обмена веществ и других патологических состояний, связанных с кислородной недостаточностью организма.

Чистым кислородом пользуются для дыхания также летчики при высоких полетах, водолазы, на подводных лодках и т. п.

Кислородные подушки применяют при некоторых заболеваниях для облегчения дыхания.

[править]факты о кислороде

• Кислород воздуха, от которого зависит жизнь человека, впервые появился в атмосфере Земли благодаря деятельности фотосинтезирующих бактерий.
• Большинство живых организмов зависит от кислорода. Обладая высокой химической активностью, он способен окислять («забирать» электроны) у многих химических веществ. Эти реакции происходят с выделением энергии необходимой для поддержания всех жизненных процессов организма. Процесс окисления органических веществ кислородом происходит в митохондриях живых клеток и называется клеточным дыханием.
• Лавуазье открыл, что вода — соединение водорода и кислорода. До этого вода считалась простым веществом.
• Озон, (молекулы которого содержат 3 атома кислорода) составляет 0,00006 % воздуха. Он образуется при диссоциации (распаде) двухатомных молекул кислорода под действием ультрафиолетовых лучей солнечного спектра.
• Ученые NASA нашли в экзосфере (верхнем слое атмосферы) спутника Сатурна Дионы кислород. Данное открытие, по словам исследователей, подтверждает теорию о том, что в атмосфере большинства спутников газовых гигантов Юпитера и Сатурна содержится кислород. Одновременно профессор Лондонского университета Эндрю Коатс заявил, что на Дионе не обнаружено признаков наличия воды, а следовательно, она непригодна для жизни. Однако, отметил ученый, на других спутниках удалось обнаружить наличие льда и воды, а это значит, что там могут быть обнаружены формы жизни.^[2]

[править]физические свойства

Кислород — бесцветный газ без запаха и вкуса. При температуре −183 ° С он конденсируется в жидкость голубоватого цвета, при −218,7 ° С замерзает в синюю кристаллическую массу. Растворимость кислорода в воде невелика и при обычной температуре составляет всего 3,1 см3 в 100 г воды. В продажу кислород поступает в стальных баллонах под давлением примерно 150 атм.

Твердый кислород (температура плавления −218,79 ° C) существует в виде синих кристаллов. Известны шесть кристаллических фаз, из которых три существуют при давлении в 1 атм:

• α-О₂ — существует при температуре ниже 23,65 K; ярко-синие кристаллы относятся к моноклинной сингонии, параметры ячейки a = 5,403 Å, b = 3,429 Å, c = 5,086 Å; β = 132,53 °.^[1]
• β-О₂ — существует в интервале температур от 23,65 до 43,65 К; бледно-синие кристаллы (при повышении давления цвет переходит в розовый) имеют ромбоэдрическую решетку, параметры ячейки a = 4,21 Å, α = 46,25 °^[1]
• γ-О₂ — существует при температурах от 43,65 до 54,21 К; бледно-синие кристаллы имеют кубическую симметрию, с периодом решетки a = 6,83 Å.^[1]

Газовый состав содержимого кишечника

Водород.

Присутствие Н

₂

в кишечнике и, следовательно, в выдыхаемом воздухе человека — результат только жизнедеятельности бактерий, потребляющих углеводы. Он легко попадает через стенку кишечника в кровь и затем выдыхается легкими.

Метан образуется облигатными анаэробами (то есть микроорганизмами, способными существовать и размножаться без кислорода и погибать при его наличии); важным источником образования СН4 в кишечнике является индол. Метанобактерии обнаруживаются в фекалиях у 90% людей, у 30-40% СН4 обнаруживается в выдыхаемом воздухе. Больше метана вырабатывается у лиц с запорами.

Углекислый газ образуется в результате микробной ферментации углеводов, в том числе входящих в состав растительных волокон.

Аммиак. Большая часть мочевины выводится с мочой, однако около 30% попадает в кишечник, где при участии бактерий превращается в аммиак. Аммиак хорошо растворим в воде.

Сероводород образуется преимущественно при преобразовании серосодержащих аминокислот бактериями.

Таким образом, основными компонентами газа в пищеварительном тракте являются углекислота, водород, метан, азот и кислород. Азот и кислород имеют внешнее происхождение, а углекислый газ, водород и метан образуются в результате бактериальной ферментации.

Эти газы не имеют запаха. Запах кишечного газа частично обусловлен сероводородом и аммиаком, но значительную роль играют так называемые следовые газы, содержащиеся в концентрации ниже 1 части на миллион. Это серосодержащие вещества, такие как метанэтиол, диметилсульфид.

Где и как болит живот?

Почему живот болит часто около срединной линии? Потому что внутренние органы отправляют сигнал о боли в головной мозг одновременно и симметрично с обеих сторон спинного мозга, захватывая несколько сегментов (см. рисунок 3). Кроме того, число нервных окончаний во внутренних органах значительно меньше, чем в коже. Как правило, боль тупая и нечетко локализована.

Рис. 3. Схема передачи болевых сигналов от органов пищеварения в головной мозг

Клинические наблюдения были сопоставлены со сведениями экспериментальной группы пациентов с болевыми ощущениями в разных отделах пищеварительного тракта (см. рисунок 4), и получены следующие сведения.

Область желудка и двенадцатиперстной кишки. Боли отсюда ощущаются по средней линии надчревья. Патология в луковице двенадцатиперстной кишки может давать дискомфорт отчасти и справа в эпигастрии. Стимуляция более удаленного участка кишки дает боль ниже, но также в надчревье. Часто боль отдает в спину.

Тонкая кишка. Боль локализуется в чревной области вокруг пупка. Боль может отдавать в середину спины, если стимул достаточно интенсивный или если низок индивидуальный порог чувствительности.

Подвздошная кишка. Болезнь или стимулы обычно дают боль возле пупка, но иногда и в подчревье или справа от срединной линии.

Толстая кишка. Боль неопределенно локализуется в нижней части чревной области, стимуляция прямой кишки создает дискомфорт в районе крестца.

Рис. 4. Локализация боли

Боль, исходящая из органов, изображенных на рисунках 1, 2 и 3, ощущается соответственно в надчревье, чревной области и подчревье.

Большей частью кишечные боли зависят либо от растяжения, либо от спазма (судорожного сокращения гладкой мускулатуры кишок). Нередко оба механизма болей сочетаются. Боли, возникающие вследствие растяжения кишечника газами и связанные с натяжением и раздражением брыжейки, отличаются от спастических болей двумя главными признаками:

1) отсутствием периодичности — они длительны и постепенно притупляются при продолжительном существовании вздутия;

2) довольно точной их локализацией. Боли, вызванные растяжением кишечника, первоначально воспринимаются как внутренние, но могут отдавать в спину по мере увеличения растяжения.

Кислород

Кислород необходим для жизни. Животные дышат им, с его помощью усваивают пищу и получают

. Днем в растениях происходит процесс

фотосинтеза

, и растения выделяют кислород. Кислород также необходим для сгорания; без кислорода  ничто не может гореть. Почти 50% соединений в земной коре и

содержат кислород. Обычный песок — это соединение кремния с кислородом. Кислород используют в дыхательных аппаратах водолазов и в больницах. Кислород также используется при производстве стали (см. статью «

») и ракетной технике (см. статью «

»).

В верхних слоях атмосферы атомы кислорода соединяются по три, образуя молекулу озона (О3). Озон — это аллотропная модификация кислорода. Озон — ядовитый газ, но в атмосфере озоновый слой защищает нашу планету, поглощая большую часть вредного ультрафиолетового излучения Солнца (подробнее в статье «Воздействие Солнца на Землю»).

Кто-кто в теремочке живет?

Общая площадь пищеварительного тракта составляет 200-300 кв. м. Численность и состав микробов в разных его отделах существенно различаются.

и желудок населены микроорганизмами, попадающими сюда с пищей и из полости рта. В желудке количество бактерий незначительное (менее 10

²

в 1 мл), что связывают с

и верхний отдел

содержат больше микробов (до 10

³

в 1 мл), представленных преимущественно грамположительными бактериями. По мере приближения к

численность микробов в подвздошной кишке увеличивается. При этом преимущественно грамположительная флора сменяется грамотрицательной.

Датский врач Грам (1853-1938) предложил дифференциально-диагностический метод окраски бактерий определенными красителями, который используется и поныне; бактерии, окрашивающиеся в фиолетовый цвет, относятся к грамположительным, в красный — к грамотрицательным.

Однако у 50% здоровых людей содержимое тощей кишки стерильно. Обнаружение в верхних отделах тонкой кишки более 10

⁵

микроорганизмов в 1 мл рассматривают как патологический показатель. Состав микрофлоры пищеварительного тракта представлен на рисунке 2.

Рис. 2. Микрофлора пищеварительного тракта. Сокращения: КОПК — конечный (дистальный) отдел подвздошной кишки; ДПК — двенадцатиперстная кишка; ТК — тощая кишка; НОПК — начальный (проксимальный) отдел подвздошной кишки.

Откуда в нас столько газов?

Есть два источника газа, который скапливается в просвете

1. При глотании мы сами проталкиваем воздух в желудок. Глотает человек в среднем около 600 раз в сутки (200 раз во время еды, 50 раз во время сна, 350 раз в остальное время), преимущественно бессознательно. Небольшое количество воздуха (2-3 мл) попадает в желудок при каждом акте глотания.

Физиологическая его роль заключается в стимуляции моторики желудка. Часть воздуха переходит через привратник в кишечник. При избыточном скоплении воздуха в желудке и повышении внутриполостного давления возникает отрыжка.

Воздух состоит из азота (78 объемных %) и кислорода (21%), один процент приходится на благородные газы и углекислоту; растворимость воздуха в воде 29 см³/л.

2. Газы могут вырабатывать

. Большинство поступающих в пищеварительный тракт с пищей углеводов перевариваются и всасываются в тонкой кишке при участии специфических ферментов. Содержащиеся же преимущественно в овощах, фруктах сахара-олигосахариды вербаскоза, раффиноза и стахиоза не усваиваются и захватываются

. С участием бактериальных ферментов происходит расщепление этих неперевариваемых углеводов до органических кислот и газов — водорода (Н

₂

) и углекислоты (СО

₂

), а у части лиц и до метана (СН

₄

). Такие сложные полисахариды, как ксиланы, пектин, микрополисахариды, гликопротеин, также расщепляются преимущественно микрофлорой толстой кишки. Кроме того, часть микроорганизмов расщепляют неусвоенный пищевой белок до аминов, фенолов, индолов, аммиака (NН

₃

) и других летучих продуктов.

Есть мнение, что состав кишечной флоры устанавливается в течение первых 8 лет жизни под влиянием семейных пищевых привычек.

Газообмен в пищеварительном тракте здорового человека схематически представлен на рисунке 1.

Рис. 1. Газообмен в пищеварительном тракте здорового человека.

Воздух заглатывается (1), избыток его отрыгивается явно или незаметно (2). Кислород из находящегося в желудке воздуха. всасывается в кровь (3). В результате реакции между ионами водорода и бикарбоната образуется углекислый газ (4), также быстро всасывающийся в кровь (5), одновременно азот из кровотока поступает в полость тонкой кишки (6). В

бактерии продуцируют углекислый газ, водород и метан (7), которые переносятся в кровоток (8). Азот поступает из кровотока в кишечник (9). Бактерии потребляют кислород и азот (10).

Применение кислорода в сварке

Сам по себе O2 является негорючим газом, но из-за свойства активно поддерживать горение и увеличения интенсивности (интенсификации) горения газов и жидкого топлива его используют в ракетных энергетических установках и во всех процессах газопламенной обработки.

В таких процессах газопламенной обработки, как газовая сварка, поверхностная закалка высокая температура пламени достигается путем сжигания горючих газов в O2, а при газовой резке благодаря ему происходит окисление и сгорание разрезаемого металла.

При полуавтоматической сварке (MIG/MAG) кислород O2 используют как компонент защитных газовых смесей с аргоном (Ar) или углекислым газом (CO2).

Кислород добавляют в аргон при полуавтоматической сварке легированных сталей для обеспечения устойчивости горения дуги и струйного переноса расплавленного металла в сварочную ванну. Дело в том, что как поверхностно активный элемент он уменьшает поверхностное натяжение жидкого металла, способствуя образованию на конце электрода более мелких капель.

При сварке низколегированных и низкоуглеродистых сталей полуавтоматом O2 добавляют в углекислый газ для обеспечения глубокого проплавления и хорошего формирования сварного шва, а также для уменьшения разбрызгивания.

Чаще всего кислород используют в газообразном виде, а в виде жидкости используют только при его хранении и транспортировке от завода-изготовителя до потребителей.

Состав вдыхаемого и выдыхаемого воздуха

Теперь разберём состав вдыхаемого и выдыхаемого воздуха. Для начали определим, что же такое дыхание. Дыханием называют сложный непрерывный процесс, с помощью которого постоянно обновляется газовый состав крови. Состав вдыхаемого воздуха 20.94 процента кислорода, 0.

Можно заметить, что вдыхаемый воздух отличается от выдыхаемого содержанием кислорода, а также количеством углекислого газа. Вот какие вещества входят в состав воздуха, которым мы дышим и который выдыхаем. Таким образом наш организм насыщается кислородом и отдаёт весь ненужный углекислый газ наружу.

Сухой кислород улучшает электрические, а также защитные свойства плёнок за счет отсутствия воды, а также их уплотнения и снижения объёмного заряда. Также сухой кислород при обычных условиях не может реагировать с золотом медью или же серебром. Чтобы провести химический анализ воздуха или другое лабораторное исследование, включая комплексное исследование качества воды, можно в нашей лаборатории «ЭкоТестЭкспресс».

Воздух есть атмосферой планеты, на которой мы живем. И у нас всегда возникая вопрос что входит в состав воздуха, ответ просто набор газов, как выше было уже описано какие газы и в какой пропорции находиться в воздухе. Что касается содержания газов в воздухе то здесь все легко и просто, соотношение процентов почти для всех местностей нашей планеты есть сталым.

Физические свойства воздуха:

Химический состав воздуха. из чего состоит воздух? компоненты воздуха:

То, что воздух является смесью газов, а не простым веществом, было впервые экспериментально доказано в  1754 году Джозефом Блэком.

Примечание:

* в пересчете на сухой воздух (без водяного пара).

** концентрация водяного пара значительно варьируется от примерно 0,0001 % по объему в самых холодных частях атмосферы до 5% по объему в горячих, влажных воздушных массах (в пересчете на сухой воздух).

*** водяной пар составляет около 0,25% по массе от массы всей атмосферы.

Многие вещества природного происхождения также могут присутствовать в воздухе в локально и сезонно изменяющихся малых количествах в виде аэрозолей. К ним относятся пыль, состоящая из различных минеральных и органических веществ (например, серы и сернистых соединений: сероводорода, диоксида серы и пр.), пыльца и споры, морские брызги и вулканический пепел.

Кроме того, различные промышленные загрязнители (сера, хлор и их соединения, пр.) могут присутствовать в воздухе в виде газов или аэрозолей.

Состав воздуха может меняться в небольших пределах: в крупных городах содержание углекислого газа немного выше, чем в лесах; в высокогорье и на больших высотах концентрация кислорода немного ниже вследствие того, что молекулы кислорода тяжелее молекул азота, и поэтому концентрация кислорода с высотой уменьшается быстрее.

Азот – основной компонент воздуха (78,084 % по объему и 75,5 % по массе) и один из самых распространённых элементов на Земле.

Азот является химическим элементом, необходимым для существования животных и растений, он входит в состав белков (16-18 % по массе), аминокислот, нуклеиновых кислот, нуклеопротеидов, хлорофилла, гемоглобина и др. В составе живых клеток по числу атомов азота около 2 %, по массовой доле – около 2,5 % (четвёртое место после водорода, углерода и кислорода).

Как простое вещество представляет собой двухатомный газ без цвета, вкуса и запаха. Химически весьма инертен.

Разделяя воздух на составные компоненты, получают промышленный азот. Более ¾ промышленного азота идёт на синтез аммиака, а остальная ¼ применяется в промышленности как инертная среда для множества технологических процессов. Жидкий азот используется как хладагент.

Кислород – второй по распространенности после азота компонент воздуха. В воздухе его содержится 20,9476 % по объему и 23,15 % по массе. Вместе с азотом эти два газа образуют порядка 99% всего атмосферного воздуха.

С начала кембрийского периода (кембрия) – 540 миллионов лет назад – содержание кислорода в воздухе колебалось от 15 % до 30 % по объёму. К концу каменноугольного периода (около 300 миллионов лет назад) его уровень достиг максимума в 35 % по объёму, который, возможно, способствовал большому размеру насекомых и земноводных в это время.

В дальнейшем содержание кислорода в воздухе уменьшилось до современных объемов и стабилизировалось.

Кроме того, кислород – это также самый распространённый в земной коре элемент, на его долю (в составе более 1500 соединений различных соединений, главным образом силикатов) приходится около 47 % массы твёрдой земной коры. Морские и пресные воды содержат огромное количество связанного кислорода – 85,82 % (по массе).

Кислород – химически активный неметалл. Как простое вещество при нормальных условиях представляет собой газ без цвета, вкуса и запаха, молекула которого состоит из двух атомов кислорода (химическая формула O2).

Кислород входит в состав многих органических веществ и присутствует во всех живых клетках. Он входит в состав белков, жиров, углеводов, аминокислот, нуклеиновых кислот, нуклеопротеидов, хлорофилла, гемоглобина и др. По числу атомов в живых клетках он составляет около 25 %, по массовой доле – около 65 %.

Биологическая роль кислорода заключается в том, что большинство живых организмов дышат кислородом. Молекулярный кислород используется живыми организмами для процессов синтеза энергии.

Переход кислорода из атмосферного воздуха в кровь и из крови в ткани зависит от разницы в его парциальном давлении, поэтому биологическое значение имеет парциальное давление кислорода, а не процентное содержание его в воздухе. На уровне моря парциальное давление кислорода равно 160 мм.

Кислород постоянно пополняется в атмосфере Земли путем его фотосинтеза растениями, цианобактериями и зелеными водорослями. По некоторым оценкам, зеленые водоросли и цианобактерии в морской среде обеспечивают около 70% свободного кислорода, вырабатываемого на Земле, а остальная часть производится наземными растениями и деревьями.

Аргон – третий по распространенности после азота и кислорода компонент воздуха. В воздухе его содержится 0,934 % по объему и 1,292 % по массе.

Простое вещество аргон – инертный одноатомный газ без цвета, вкуса и запаха. Химически инертен.

Аргон не играет никакой заметной биологической роли. Вместе с тем вдыхание аргона может быть опасно для здоровья, в связи с тем, что в лёгкие не попадает кислород.

Углекислый газ (диоксид углерода, двуокись углерода) – бесцветный газ (в нормальных условиях), почти без запаха (в больших концентрациях с кисловатым «содовым» запахом – запахом газированной воды). Концентрация углекислого газа в атмосфере 0,0314 % по объему и 0,046 % по массе. Тяжелее воздуха приблизительно в 1,5 раза.

Углекислый газ легко пропускает излучение в ультрафиолетовой и видимой частях спектра, которое поступает на Землю от Солнца и обогревает её. В то же время он поглощает испускаемое Землёй инфракрасное излучение и является одним из парниковых газов, вследствие чего принимает участие в процессе глобального потепления. Постоянный рост уровня содержания этого газа в атмосфере наблюдается с начала индустриальной эпохи.

Углекислый газ образуется в качестве одного из конечных продуктов метаболизма в клетках тканей живых организмов. Далее углекислый газ переносится от тканей по венозной системе и затем выделяется с выдыхаемым воздухом через лёгкие. Организм человека выделяет приблизительно 1 кг углекислого газа в сутки.

Углекислый газ участвует в процессах фотосинтеза. Поэтому с марта по сентябрь вследствие фотосинтеза содержание СО2 в атмосфере падает, а с октября по февраль – повышается.

Углекислый газ нетоксичен. Но при вдыхании его повышенных концентраций в воздухе по воздействию на воздуходышащие живые организмы его относят к удушающим газам. По ГОСТу 8050-85 углекислота относится к 4-му классу опасности.