06. Состав воздуха

В данном уроке мы рассмотрим становление научных представлений о составе воздуха. Вы узнаете, как учёным удалось изучить состав воздуха и определить его компоненты.

Кислородная теория горения

Вы уже знаете, что воздух — это смесь газов. Одним из компонентов воздуха является кислород. Это стало известно учёным только в XVIII веке. Причём первооткрыватели кислорода — К. Шееле и Дж. Пристли — об этом даже не догадывались (рис. 1, 2). Данное открытие сделал французский учёный Антуан Лоран Лавуазье (рис. 3).

В результате изучения реакций горения веществ А. Лавуазье заметил, что на горение вещества расходуется не весь воздух, а только его часть. Значит, горение — это взаимодействие веществ с кислородом. Таким образом, Лавуазье является основоположником кислородной теории горения.

Горение — это химическая реакция взаимодействия веществ с кислородом, в результате которой выделяется тепло и свет.

Для того чтобы установить, какую часть воздуха занимает кислород, можно провести простой опыт. Для этого необходимо сжечь фосфор под колпаком, заполненным воздухом и опущенным в сосуд с водой. После прекращения реакции горения, то есть когда израсходуется весь кислород, находящийся в колпаке, вода в колоколе поднимется на 1/5 часть его объёма (рис. 4). Таким образом, можно сделать вывод, что в воздухе содержится примерно 20 % кислорода по объёму.

Открытие Резерфорда, Пристли и Кавендиша

Что же представляет собой газ, оставшийся после горения? Открытие этого газа принадлежит сразу нескольким учёным, причём они совершили данное открытие независимо друг от друга. Этими учёными являются Дж. Пристли (рис. 5), Д. Резерфорд (рис. 6) и Г. Кавендиш (рис. 7).

Учёные выяснили, что в воздухе всегда содержится небольшая доля углекислого газа. В результате процессов дыхания и горения его доля в воздухе увеличивается. После удаления углекислого газа и кислорода из колокола в нём остаётся достаточно большая часть воздуха, которая не поддерживает дыхание и горение. Чуть позже Лавуазье назвал этот газ «азотом», что означает «безжизненный» (рис. 8). Именно Лавуазье показал, что это вещество является простым, и сделал вывод о том, что в состав воздуха в основном входят кислород, азот и углекислый газ.

Инертные газы

В конце XVIII века Генри Кавендиш заметил, что в состав воздуха также входят газообразные вещества, занимающие менее 1 %, которые практически ни с чем не взаимодействуют, то есть их не удаётся удалить из смеси. Только через сто лет учёные выяснили, что это инертные газы. Инертными их назвали именно из-за их химической пассивности. До недавнего времени не было получено ни одного соединения инертного газа.

Состав воздуха

Итак, помимо постоянных компонентов (азота, кислорода и инертных газов) в воздухе есть переменные компоненты, содержание которых зависит от места взятия пробы (углекислый газ и пары воды), и случайные компоненты — загрязнители воздуха (например, оксиды серы и азота, сероводород).

Парниковый эффект

В настоящее время учёных очень волнует проблема повышения концентрации углекислого газа в воздухе.

Вы уже знаете, что углекислый газ поступает в воздух в результате процессов горения и дыхания. С развитием промышленности, энергетики и автомобильного транспорта поступление в воздух углекислого газа резко увеличилось, что может грозить глобальным потеплением климата.

Дело в том, что углекислый газ поглощает инфракрасное тепловое излучение, исходящее от Земли, и легко пропускает световые лучи от Солнца. В результате температура атмосферы постепенно повышается, возникает «парниковый эффект», что приводит к таянию льдов у полюсов и повышению уровня Мирового океана. Сейчас данную проблему обсуждают на мировом уровне и борются за ограничение выбросов углекислого газа в атмосферу.

Полезные ссылки

1. Список рекомендованных источников

2. Воздух

3. Горение

4. Парниковый эффект

Проверьте себя

1. Какие исследования проводили учёные для установления состава воздуха?

2. Что такое горение?

3. Какие компоненты входят в состав воздуха и в каком количестве?

4. Расскажите о последствиях увеличения концентрации углекислого газа в атмосфере. Что, по вашему мнению, может помочь в решении проблемы «парникового эффекта»?

Список использованных источников:

Изображения используются согласно лицензии Shutterstock / FOTODOM

Иллюстрация / Иллюстратор Гурьева Е. С.

Источник: wikipedia.org / название: 01-Bentinck William Henry Cavendish, 3rd Duke of Portland c 1774 / атрибуция: public domain, автор: Matthew Pratt

Источник: wikipedia.org / название: David - Portrait of Monsieur Lavoisier (cropped) / атрибуция: public domain, автор: Jacques Louis David