空气中的主要成分
空气(Air)是地球周围的气体。它分层覆盖在地球表面,透明且无色无味,它主要由氮气和氧气组成,对人类的生存和生产有重要影响。
空气是地球大气层中的混合气体,属于混合物,主要由氮气、氧气、稀有气体(氦、氖、氩、氪、氙、氡)、二氧化碳以及其他物质(如水蒸气、杂质等)组合而成。其中氮气的体积分数约为78%,氧气的体积分数约为21%,稀有气体(氦、氖、氩、氪、氙、氡)的体积分数约为0.934%,二氧化碳的体积分数约为0.04%,其他物质(如水蒸气、杂质等)的体积分数约为0.02%。空气的组成比例随高度、气压而改变。历史上人类曾认为空气是一种单一物质,直到法国科学家拉瓦锡通过实验首先得出了空气是由氧气和氮气组成的结论。19世纪末,科学家们又通过大量的实验发现,空气里还有氦、氩、氙等稀有气体。 空气在自然状态下空气是无色无味的。空气中的氧气对于所有需氧生物来说是必须的。所有动物都需要呼吸氧气,绿色植物的呼吸作用也需要氧气。此外绿色植物利用空气中的二氧化碳进行光合作用,空气几乎是所有植物所需二氧化碳的唯一来源。
物理分层 空气包裹在地球的外面,厚度达到数千千米。这一层空气被称为大气层。大气层分为对流层、平流层(同温层)、中间层、电离层(暖层)和散逸层。人类生活在对流层中。在平流层,空气要稀薄的多,这里有一种叫做臭氧(氧气的同素异形体O3)的气体,它可以吸收太阳光中有害的紫外线。中间层又称中层,自平流层顶到85千米之间的大气层。再上面是电离层,这里的空气处于部分电离或完全电离的状态,电离层是部分电离的大气区域,完全电离的大气区域称磁层。电离层的作用非常重要,它可以将无线电波反射到世界各地。若不考虑水蒸气、二氧化碳和各种碳氢化合物,则地面至10km高度的空气平均组成保持恒定值。在25km高空臭氧的含量有所增加。在更高的高空,空气的组成随高度而变,且明显地同每天的时间及太阳活动有关。
谁发现了空气的组成成分
1772年,一位叫卢瑟福的英国人发现空气中含有一种气体,这种气体既不能供动物呼吸也不支持燃烧,它就是我们今天所说的“氮气”。
1773年前后,瑞典化学家舍勒用实验证明,空气还含有另外一种气体。这种气体能够供动物呼吸而且支持燃烧,这就是“氧气”。
一直到18世纪70年代,法国化学家拉瓦锡以其娴熟的实验技术、缜密的实验设计方案和锲而不舍的精神,才破解了“零七”组成之谜。
(这个著名实验是∶把少量的水银放在一个密闭的容器里连续加热12天,结果发现有一部分银白色的液态共变成了红色粉末,同时容器里空气的体积减少了约1/5,他研究了剩余的那部分气体,发现它既不能供动物呼吸,也不支持燃烧,这正是氮气。 他把汞表面生成的红色粉末收集起来,放在另一个容器里加热,除了得到汞以外,还得到了氧气,而且氧气的体积恰好等于密闭容器里减少的气体体积。他把得到的氧气加到前一个容器里剩下的约4/5体积的气体里,结果得到的气体与空气的性质完全一样。)
根据以上实验事实,拉瓦锡推断出“空气是由1/5体积的氧气和4/5体积的氮气组成的”结论。