Katalog

Bożena Krystyna Bakuła, 2012-01-05
Królewo

Ekologia, Prezentacje

SKŁADNIKI POWIETRZA – WŁAŚCIWOŚCI I OTRZYMYWANIE

- n +


LEKCJA DRUGA:
TEMAT:
SKŁADNIKI POWIETRZA- WŁAŚCIWOŚCI I OTRZYMYWANIE.

SKŁADNIKI POWIETRZA
Powierzchnia Ziemi otoczona jest powłoką gazową nazywaną atmosferą lub po prostu powietrzem. W czasach starożytnych powietrze uznawane było za jeden z czterech żywiołów. Powietrzem nazywano wówczas każdy gaz. Dopiero na przełomie XVI i XVII wieku polski alchemik Michał Sędziwój przewidział, że powietrze jest mieszaniną różnych gazów. Spostrzeżenia te potwierdziły dopiero badania Antoina Lavioisier, który w 1774 roku dokonał pierwszej analizy powietrza.




Dokładna analiza czystego powietrza pozwala na określenie jego składu:

Azot - 78,09% objętościowych
Tlen - 20,94% objętościowych
Argon, 0,93% objętościowych
Dwutlenek węgla - 0,03% objętościowych
Wodór - śladowe ilości
Para wodna - śladowe ilości
Inne składniki - śladowe ilości

Powietrze jest więc mieszaniną wielu gazów, bez barwy, smaku i zapachu. Można je sprężyć, rozprężyć, ogrzać itp. Poprzez silne sprężenie i oziębienie można dokonać skroplenia powietrza. Ciekłe powietrze jest bladoniebieską cieczą o gęstości mniejszej niż gęstość wody. Po raz pierwszy powietrze zostało skroplone w 1883 roku przez polskich profesorów Uniwersytetu Jagiellońskiego: Karola Olszewskiego i Zygmunta Wróblewskiego.

AZOT Jest głównym składnikiem powietrza, jednak nie odgrywa żadnej roli w oddychaniu. Azot jest gazem bezbarwnym, bez smaku i zapachu. Jest lżejszy od powietrza, nie podtrzymuje palenia i słabo rozpuszcza się w wodzie. Azot jest pierwiastkiem mało aktywnym chemicznie. Za odkrywcę azotu uważa się Erazma Rutherforda. Nazwał on ten gaz "zepsutym powietrzem". Nazwa łacińska - nitrogenium- wywodzi się od łacińskiego nitrum - saletra i greckiego gennao - rodzę. Polska nazwa azot pochodzi od greckiego azotikus - nie podtrzymujący życia. Azot występuje w postaci wolnej, a także w postaci wielu związków (np. azotanów nazywanych saletrami). W biosferze azot można spotkać między innymi w białkach i kwasach nukleinowych. Tlenki azotu powstające w procesach przemysłowych są niepożądanymi składnikami atmosfery ziemskiej. W połączeniu z wodą dają kwaśne deszcze.




Azot jest niezbędnym składnikiem substancji tworzących komórki roślinne, jednak tylko niektóre rośliny jak łubin czy groch są zdolne do przyswajania azotu bezpośrednio z powietrza. Większość roślin czerpie azot z gleby w postaci związków, które przetwarza na białka. Białka roślinne mogą się stać pokarmem organizmów zwierzęcych. Na skutek rozkładu odchodów zwierzęcych, martwych roślin i zwierząt azot zawarty w ich białkach przekształca się w amoniak i sole amonowe, a następnie w azotany. Pewna część azotanów i soli amonowych zostaje wypłukana z gleby przez wodę , a bakterie rozkładają azotany do wolnego azotu, który przechodzi do atmosfery. Wyładowania atmosferyczne w czasie burz powodują tworzenie się z azotu i tlenu tlenków azotu, które przedostają się do gleby z wodą deszczową. W ten sposób obieg azotu w przyrodzie nigdy się nie kończy.

TLEN W 1774 roku Anglik Joseph Priestley, ogrzewając promieniami słonecznymi skupionymi przez soczewkę czerwony tlenek rtęci (II) zamknięty w probówce, spowodował rozkład tego związku i wydzielenie tlenu. Prawdopodobnie nieco przed Priestleyem w ten sam sposób tlen odkrył szwedzki aptekarz Karol Sheele. Tlenek rtęci (II) jest toksyczny, więc na potrzeby szkolnych badań laboratoryjnych wykorzystuje się zwykle reakcję rozkładu manganianu (VII) potasu. Nazwa łacińska tlenu to oxygenium. Nazwa ta pochodzi od greckich słów oksy - kwaśny i gennao-rodzę. Stara polska nazwa tlenu, którą nadał mu Jędrzej Śniadecki - kwasoród nawiązuje do nazwy łacińskiej. Nazwę tlen zawdzięczamy J. Oczapowskiemu, uczniowi Śniadeckiego. Tlen jest gazem bez barwy, smaku i zapachu, nieco cięższym od powietrza. Reakcje spalania zachodzą w nim znacznie intensywniej niż w powietrzu, podtrzymuje palenie. W przyrodzie tlen występuje w stanie wolnym (w atmosferze), a także w związkach chemicznych, w skorupie ziemskiej, w wodach rzek, mórz i oceanów a także w organizmach żywych.
Tlen jest niezbędny do oddychania, jednak dłuższe oddychanie czystym tlenem może być niebezpieczne. Skroplony tlen jest cieczą o lekko niebieskawym zabarwieniu, wrzącą w temp. -183 stopni Celsjusza. W wodzie tlen rozpuszcza się nieznacznie.
Tlen łatwo łączy się z innymi pierwiastkami dając tlenki. Jeśli reakcji tej towarzyszy wydzielanie dużych ilości ciepła i efekty świetlne nazywamy ją spalaniem. Proces łączenia się z tlenem może zachodzić powoli, np. gwóźdź żelazny wystawiony na działanie powietrza i wody stopniowo pokrywa się rdzą. Każdy proces łączenia się pierwiastków z tlenem nazywamy utlenianiem.
Odmianą tlenu jest ozon występujący w stratosferze na wysokości 25-50 km nad Ziemią. Warstwa ozonowa chroni nas przed szkodliwym działaniem promieni ultrafioletowych. Ozon jest gazem nietrwałym, o charakterystycznym zapachu, znacznie lepiej rozpuszczającym się w wodzie niż tlen. Działa silnie utleniająco, co znalazło zastosowanie przy dezynfekcji powietrza i wody.







Obieg tlenu w przyrodzie jest nierozerwalnie związany z obiegiem dwutlenku węgla. Tlen jest niezbędny do oddychania organizmów zwierząt i ludzi. Dzięki temu procesowi nasz organizm uwalnia energię zmagazynowaną w pożywieniu. Organizmy roślinne emitują do atmosfery tlen, pochłaniając równocześnie powstający w wyniku oddychania ludzi i zwierząt dwutlenek węgla. Tlen atmosferyczny zużywany jest również w procesach spalania. Na Ziemi istnieje równowaga pomiędzy warunkami i środkami niezbędnymi do życia organizmów a produkowanymi przez nie odpadami.


ARGON I INNE GAZY SZLACHETNE Argon jest gazem bez smaku i zapachu. Historia odkrycia argonu jest bardzo ciekawa. Okazało się, że azot wydzielony z powietrza był cięższy od azotu uzyskiwanego podczas rozkładu związków chemicznych. Szukając wyjaśnienia tej zagadki angielski chemik W. Ramsay wyodrębnił z azotu pozyskiwanego z powietrza nowy pierwiastek. Nazwano go argonem od greckiego leniwy, nieczynny. Dzięki swojej bierności chemicznej argon jest wykorzystywany wszędzie tam, gdzie chcemy osiągnąć nieczynne chemicznie środowisko. Stosuje się go między innymi do napełniania żarówek w celu ochrony przed spaleniem wolframowego drucika, który żarząc się daje światło.
Innymi gazami szlachetnymi występującymi w śladowych ilościach w atmosferze ziemskiej są: hel, neon, krypton i ksenon.
PARA WODNA Obecności pary wodnej w powietrzu, w słoneczny dzień nie potrafimy odczuć. Jednak zjawiska takie jak rosa, mgła deszcz, czy śnieg potwierdzają jej obecność w atmosferze. Jak wiadomo woda wrze w temperaturze 100°C, jednak parowanie wody zachodzi w każdej temperaturze. Dzięki temu zjawisku oceany, morza i rzeki dostarczają pary wodnej do atmosfery.
DWUTLENEK WĘGLA Ilość dwutlenku węgla w powietrzu zmienia się w zależności od miejsca na kuli ziemskiej. Ze względu na swoją dużą gęstość występuje głównie w dolnych warstwach atmosfery. Jest to gaz niepalny, bezbarwny, bez zapachu. Dobrze rozpuszcza się w wodzie. Znana wszystkim woda sodowa to właśnie roztwór dwutlenku węgla w wodzie.
Z uwagi na to, że dwutlenek węgla jest 1,5 raza cięższy od powietrza i niepalny stosuje się go do produkcji gaśnic. Powłoka gazowa z dwutlenku węgla nie dopuszcza do płonących materiałów powietrza i ogień gaśnie. Dwutlenek węgla wykrywa się za pomocą tzw. wody wapiennej. jej zmętnienie świadczy o obecności dwutlenku węgla. Nie kontrolowana emisja dwutlenku węgla do atmosfery powoduje tzw. efekt cieplarniany. Ziemia nagrzewa się pod wpływem promieniowania słonecznego, warstwa dwutlenku węgla i innych gazów cieplarnianych nie pozwala na wypromieniowanie nadmiaru zgromadzonej energii w kosmos. W ten sposób temperatura na Ziemi podnosi się, powodując zmiany klimatyczne, podnoszenie się poziomu wód, topnienie lodów itp.








W powietrzu oprócz tlenu i azotu występują jeszcze inne gazy, których ilość jest zależna od miejsca ich występowania na kuli ziemskiej. Takim gazem jest dwutlenek węgla czyli tlenek węgla (IV). Wydychają go wszystkie organizmy żywe, powstaje również w wyniku spalania paliw, podczas erupcji wulkanów, rozkładu skał wapiennych oraz w procesach fermentacyjnych. Dwutlenek węgla jest niezbędny roślinom do procesu fotosyntezy. To właśnie dzięki roślinom istnieje równowaga pomiędzy produkcją dwutlenku węgla a jego pochłanianiem.

WODÓR I INNE SKŁADNIKI GAZOWE W górnych warstwach powietrza występują niewielkie ilości wodoru. W dolnych warstwach atmosfery ilość wodoru szacuje się na 0,00005%, czyli nie ma go praktycznie wcale. Wodór jest gazem bezbarwnym, bez zapachu i smaku. Jest 14,5 razy lżejszy od powietrza. Ta jego właściwość spowodowała, że był wykorzystywany do wypełniania balonów i sterowców. Nie były to jednak bezpieczne pojazdy, gdyż wodór w mieszaninie z powietrzem tworzy mieszaninę wybuchową. Najbardziej znanym przypadkiem wybuchu i pożaru sterowca była katastrofa Hindenburga na lotnisku w Nowym Yorku w 1937 roku. Zginęło wtedy 35 osób. Po tym wypadku zawieszono loty sterowców. Wodór nieznacznie rozpuszcza się w wodzie. Jest jednym z najtrudniejszych do skroplenia gazów. Łatwo łączy się z tlenem. Wodór został odkryty przez angielskiego uczonego H. Cavendisha w XVIII wieku. Uczony stwierdził, że odkryty przez niego gaz jest palny, a w wyniku jego spalenia powstaje woda. Stąd łacińska nazwa tego pierwiastka Hydrogenium - rodzący wodę. W powietrzu wodór występuje w postaci dwuatomowych cząsteczek. Powietrze zawiera zawsze pewne ilości pary wodnej, różnorodne tlenki, a także zanieczyszczenia stałe, ciekłe i gazowe. Do najczęściej spotykanych zanieczyszczeń powietrza można zaliczyć: dwutlenek siarki, siarkowodór, fluorowodór, tlenki azotu, tlenek węgla, węglowodory, pary, pyły i sadze. Skład pyłów zależy od źródła ich emisji np. w pyłach cementowni występują metale ciężkie, w rolnictwie używa się nawozów sztucznych i środków ochrony roślin, które przedostają się do atmosfery w postaci pyłu.
GĘSTOŚĆ SKŁADNIKÓW POWIETRZA.
Mówiąc prostym językiem, gęstość to masa ciała podzielona przez objętość jaką to ciało zajmuje. Zazwyczaj mierzy się ją w kg na metr sześcienny. Na poziomie morza, przy temperaturze 0oC w 1 m3 mieści się 1,275 kg suchego powietrza, tzn. że gęstość powietrza w tych warunkach wynosi 1,275 kg/m3.
Gęstość powietrza zależy od jego temperatury, ciśnienia i od ilości pary wodnej w nim zawartej.
Gęstość powietrza a temperatura
Cząsteczki azotu, tlenu i innych gazów (składniki powietrza) poruszając się z niesamowitą prędkością, zderzają się ze sobą i z otoczeniem. Im wyższa jest temperatura, tym szybciej poruszają się cząsteczki. Zatem kiedy powietrze jest podgrzewane, molekuły przyspieszają, a to oznacza że ich zderzenia są coraz silniejsze. Ogrzewając powietrze w balonie spowoduje jego powiększenie; jeśli ochłodzimy powietrze balon zmniejszy się jako że cząsteczki zwalniają. Jeśli ogrzane powietrze jest otoczone tylko powietrzem (o innej temperaturze) będzie ono odpychało powietrze otaczające je. Podsumowując, ilość powietrza w np. metalowej puszce zmniejsza się jeśli będziemy ją podgrzewali (zakładając, że powietrze to ma możliwość wydostania się na zewnątrz). Podobny proces zachodzi w atmosferze - gęstość powietrza zmniejsza się kiedy jego temperatura rośnie (jest ono ogrzewane).

Gęstość powietrza a ciśnienie
Ciśnienie ma odwrotny wpływ na gęstość powietrza niż temperatura. Wraz ze wzrostem ciśnienia wzrasta gęstość.
Wysokość i układy pogodowe mają istotny wpływ na ciśnienie powietrza. Z wysokością ciśnienie zmniejsza się od ok. 1000 milibarów na poziomie morza do ok. 500 milibarów przy wysokości 5486 m. Na wysokości 30480 m n.p.m. ciśnienie wynosi zaledwie 10 milibarów. Układy ciśnienia mają także wpływ na gęstość powietrza, ale nie tak znaczący jak wysokość.
Można zauważyć, że gęstość powietrza jest najniższa na dużej wysokości w upalny dzień, kiedy ciśnienie atmosferyczne jest niskie, zaś najwyższa na małej wysokości, przy wysokim ciśnieniu i niskiej temperaturze (słoneczny, ale mroźny dzień).

Gęstość powietrza a wilgotność
Wielu osobom, które nie miały dużego związku z fizyką lub chemią, trudno jest uwierzyć w to, że wilgotne powietrze jest bardziej lekkie (mniej gęste) od powietrza suchego. "Jak to możliwe, że powietrze stanie się lżejsze jeśli dodamy do niego pary wodnej ?" - pytają.
Naukowcy znają odpowiedź na to pytanie od dawna. Pierwszym był Isaac Newton, który ogłosił, że wilgotne powietrze jest mniej gęste od powietrza suchego już w 1717 roku.
Żeby zrozumieć dlaczego tak się dzieje musimy sięgnąć do jednego z praw fizyki odkrytego przez włoskiego fizyka Amadeo Avogadro. Odkrył on, że stała "porcja" gazu (np. 1 m3), przy danej temperaturze i ciśnieniu, będzie miała tyle samo cząsteczek bez względu na rodzaj gazu.
Wyobraźmy sobie puszkę z gazem, załóżmy że dodajemy do niej cząsteczki innego gazu, które są lżejsze od tych w puszce (temperatura i ciśnienie nie zmieniają się) spowoduje to, że część cięższych cząsteczek "opuści" puszkę ustępując miejsca tym lżejszym. Jeśli puszka byłaby szczelnie zamknięta, a my dodawalibyśmy stale nowe cząsteczki wzrosłoby ciśnienie.
Avogadro i wielu innych naukowców po nim udowodnili, że liczba cząsteczek w puszce pozostanie stała. Dodają bardziej lekkie molekuły zmniejszamy gęstość gazu w pudełku, ponieważ zastępują one cząsteczki cięższe.
Tak dzieje się kiedy woda odparowuje do suchego powietrza. Zróbmy mały rachunek. Powietrze składa się z cząsteczek azotu (masa atomowa 28) i cząsteczek tlenu (masa atomowa 32, bo 2 atomy z masą atomową 16). Cząsteczka wody, która składa się z atomu tlenu (m.a. 16) i 2 atomów wodoru (m.a. 1, ma masę atomową równą 18. Zatem, dodanie pary wodnej do powietrza powoduje zastąpienie cięższych molekuł azotu lub tlenu lżejszymi wody. Ale zaraz, można by rzec że przecież woda jest cięższa od powietrza. Zgadza się jeśli chodzi o wodę w postaci cieczy - natomiast woda, która zwiększa wilgotność powietrza jest w postaci gazu (para wodna) jest jednak lżejsza.

W porównaniu do temperatury i ciśnienia wilgotność powietrza ma mały wpływ na jego gęstość. Ale wilgotne powietrze jest zawsze lżejsze od suchego przy tej samej temperaturze i ciśnieniu.

WZÓR CZĄSTECZKI
pierwiastka chemicznego WZÓR CZĄSTECZKI
związku chemicznego GĘSTOŚĆ SUBSTANCJI
w temp. 220C

WODÓR

H2
- 0,089 g/cm3
PARA WODNA - H2O 0,768 g/cm3
WODA - H2O 1,000 g/cm3
TLENEK WĘGLA (II) - CO 1,250 g/cm3

AZOT
N2 1,25Og/cm3

POWIETRZE
1,293 g/cm3

TLEN
O2
1,429 g/cm3

OZON
O3 2,220 g/cm3
TLENEK WĘGLA (IV) CO2 2,926 g/cm3


………………………………………………………………………………………………

SPRAWDŹ SIĘ:
I) Uzupełnij tekst wpisując brakującą część zdania w miejsca wykropkowane np. a), b), c) itd…
1. Na przełomie XVI i XVII wieku polski alchemik … (a) przewidział, że powietrze jest mieszaniną różnych gazów. Spostrzeżenia te potwierdziły dopiero badania … (b), który w 1774 roku dokonał pierwszej analizy powietrza.
2. Po raz pierwszy … (c) w 1883 roku przez polskich profesorów Uniwersytetu Jagiellońskiego: … (d).
3. Za odkrywcę azotu uważa się … (e).
4. … (f) odkrył w1774 roku anglik Joseph Priestley.
5. Dopiero na przełomie XVI i XVII wieku polski alchemik … (g) przewidział, że powietrze jest mieszaniną różnych gazów.
6. … (h) został odkryty przez angielskiego uczonego H. Cavendisha w XVIII wieku.
a) polski alchemik Michał Sędziwój
b) Antoina Lavioisier
c) powietrze zostało skroplone
d) Karola Olszewskiego i Zygmunta Wróblewskiego
e) Erazma Rutherforda
f) Tlen
g) Michał Sędziwój
h) Wodór

II)
1. Który składnik powietrza będzie się gromadził w dolnych warstwach atmosfery? (skorzystaj z tablicy gęstości składników powietrza)
2. Udziel poprawnej odpowiedzi , poprzez podkreślenie nr zestawu z rysunku



4.




a) 1. 2. 3. 4. 5. 6. b) 1. 2. 3. 4. 5. 6. c) 1. 2. 3. 4. 5. 6.



5.








6.





II) Jaką właściwość chemiczną wodoru wykazuje schemat doświadczenia?
a) smak b) zapach c) rozpuszczalność d) palność e) barwę f) gęstość


III) Zimą osobom, które wchodzą do ciepłego pomieszczenia, zaparowują okulary. Istnienie którego ze składników powietrza można udowodnić w ten sposób?
a) tlenu b)azotu c) tlenku węgla(IV) d) kurzu e) helu e)wodoru f)wody (tlenku wodoru)

IV) Wpisz w miejsce kropek brakujący wyraz

a) Zanieczyszczenia powietrza występujące w stałym stanie skupienia, jest ich więcej w okolicach … (wiejskich, dużych miast).

b) składnik powietrza o gęstości 1,429 g/cm3- … (ozon, tlen)

c) gaz szlachetny występujący w powietrzu - …(tlen, argon)

d)stan skupienia powietrza – (gazowy, ciekły, stały)





Wyświetleń: 7709


Uwaga! Wszystkie materiały opublikowane na stronach Profesor.pl są chronione prawem autorskim, publikowanie bez pisemnej zgody firmy Edgard zabronione.