ВОЗДУХ

ВОЗДУХ естественная смесь газов,
гл. обр. азота и кислорода, составляющая земную атмосферу.
Под действием В. и воды совершаются важнейшие геол. процессы на поверхности
Земли, формируется погода и климат. В. является источником кислорода, необходимого
для нормального существования подавляющего числа живых организмов (см.
Дыхание,
Аэробы). Сжиганием топлива на В. человечество издавна получает необходимое
для жизни и производств, деятельности тепло (см. Горение).
В.- один
из важнейших источников хим. сырья.

Сухой В. состоит из след, газов (% по объёму):
азота Nуглекислого газа СОостальных инертных газов, а также водорода НОз, окислов азота, окиси углерода СО, аммиака NHсернистого газа SOтаблицу в ст. Атмосфера). Учитывая мол. массу каждого компонента
и его долю в составе В., можно рассчитать ср. мол. массу В., равную 28,966
(приблизительно 29). Содержание в В. азота, кислорода и инертных газов
практически постоянно, причём постоянная концентрация Оотчасти NФотосинтез,
Азотфиксация). Содержание в В. углекислого газа, окислов азота, сернистых
соединений существенно колеблется (в частности, возрастает вблизи больших
городов и пром. предприятий; см. также Воздушный бассейн). Содержание
воды в В. непостоянно и может составлять от 0,00002 до 3% по объёму (см.
Влажность
воздуха). В В. всегда находится большое число мелких твёрдых частичек
- пылинок (от неск. млн. в 1 м³ чистого комнатного В. до 100-300
млн. в 1 м³ В. больших городов, см. Аэрозоли).
Такие
частички зачастую служат центрами конденсации атмосферной влаги и являются
причиной образования туманов. В. проникает в почву, составляя от
10 до 23-28% её объёма. Почвенный В., благодаря биол. процессам в почве,
существенно отличается от обычного по составу; он содержит (по объёму):
78-80% О

Историческая справка. Учёные древности
считали В. одним из элементов, из к-рых состоит всё существующее. Анаксимен
из Милета (6 в. до н. э.) наз. В. "первоматерией", а Эмпедокл (5 в. до
н. э.) и Аристотель (4 в. до н.э.) - одним из четырёх элементов
- стихий (наряду с огнём, водой и землёй), в к-рых заключены все присущие
материи свойства. Представление о В. как о самостоят, индивидуальном веществе
господствовало в науке до кон. 18 в. В 1775-77 франц. химик А. Лавуазье
показал, что в состав В. входят открытые незадолго до того хим. элементы
азот и кислород. В 1894 англ, учёные Дж. Рэлей и У. Рамзай обнаружили в
В. ещё один элемент - аргон, затем в В. были открыты и др. инертные газы.

Большую роль в истории науки сыграло изучение
физ. свойств В. Итал. учёный Г. Галилей (1632) нашёл, что В. в 400 раз
легче воды. Итал. учёные В. Вивиани и Э. Торричелли (1643) открыли
существование атм. давления и изобрели для его измерения барометр. Франц.
учёный Б. Паскаль обнаружил уменьшение атм. давления с высотой. Изучая
соотношение между давлением и объёмом В., Р. Бойль и Р. Тоунлей (1662)
в Англии и Э. Мариотт (1676) во Франции открыли закон, назв. их именами
(см. Бойля-Мариотта закон);, в дальнейшем, с развитием науки были
установлены и др. газовые законы (см. Газы). Долгое время В. и его гл.
компоненты не удавалось превратить в жидкость, и потому их считали "постоянными"
газами. Неудача попыток сжижения В. была объяснена лишь после того, как
Д. И. Менделеев (1860) установил понятие критич. темп-ры и давления. В
1877, используя охлаждение В. до темп-ры ниже критической (ок. -140°С)
под высоким давлением, Л. П. Кальете (Париж) и Р. Пикте (Женева) удалось
превратить В. в жидкость. В 1895 нем. инженер К. Линде сконструировал и
построил первую пром. установку для сжижения В. (см. Сжижение газов).

Физические свойства. Давление В. при 0°С
на ур. м. 101325 н/м² (1,01325 б, 1 am, 760
мм
рт. ст.); в этих условиях масса 1 л В. равна 1,2928 г. Для большинства
практич. целей В. можно рассматривать как идеальный газ; в частности, парциальное
давление каждого газа, входящего в состав В., не зависит от присутствия
др. компонентов В. (см. Дальтона законы). Критич. темп-pa -140,7°С,
критич. давление 3,7 Мн/м² (37,2 am). Перечисленные
ниже свойства В. даны при давлении 101325 н/л² или 1,01325 б
(т.
н. нормальное давление). Удельная теплоёмкость при постоянном давлении
С3 джКкг-К), т. е. 0,24 кал/(г-°С)
в интервале О-100°С, а при постоянном объёме С3
дж/(кг*К),
т.
е. 0,2002 кал/(г*°С) в интервале 0-1500°С. Коэфф. теплопроводности
0,024276 вт/(м*К), то есть 0,000058 кал/(см*сек*°С)
при 0°С
и 0,030136 вт/(м*К), т. е. 0,000072 кал/ (см*сек*°С)
при
температуре 100°С; коэфф. теплового расширения 0,003670 (О-100°С). Вязкость
0,000171 (0°С) и 0,000181 (20°С) мн*сек/м² (спз).
Степень
сжимаемости z = pV/p1,00060 (0°С), 1,09218
(25°С), 1,18376 (50°С); показатель преломления 1,00029; диэлектрич. проницаемость
1,000059 (0°С). Растворимость в воде (в см³на 1 л воды)
29,18 (0°С) и 18,68 (20°С). Поскольку растворимость кислорода в воде несколько
выше, чем азота, соотношение этих газов при растворении в воде изменяется
и составляет соответственно 35% и 65% . Скорость звука в В. при 0°С ок.
330 м/сек.

Жидкий В.- голубоватая жидкость с плотностью
0,96 г/см³ (при-192°С и нормальном давлении). Свободно
испаряющийся при нормальном давлении жидкий В. имеет темп-ру ок. -190°С.
Состав его непостоянен, т. к. азот (и аргон) улетучивается быстрее кислорода.
Фракционное испарение жидкого В. используют для получения чистого азота
и кислорода, аргона и др. инертных газов. Жидкий В. хранят и транспортируют
в дьюара сосудах или в резервуарах спец. конструкции - танках. Сжатый
В. хранят в стальных баллонах при 15 Мн/м² (150 am);
окраска
баллонов чёрная с белой надписью "Воздух сжатый". В.Л.Василевский.

Физиолого-гигиенич. значение В. Колебания
содержания азота и кислорода в атм. В. незначительны и не оказывают существ,
влияния на организм человека. Для нормальной жизнедеятельности человека
важен процентный состав В., в частности парциальное давление кислорода.
Парциальное давление кислорода В. над ур. м. составляет 21331,5 н/м²(160
мм
рт. ст.), при уменьшении его до 18665,1 н/м²(140
мм
рт. ст.) появляются первые признаки кислородной недостаточности, к-рые
легко компенсируются у здоровых людей учащением и углублением дыхания,
ускорением кроветока, увеличением количества эритроцитов и т. д. При уменьшении
парциального давления до 14665,4 н/м² (НО мм рт. ст.)
компенсация
становится недостаточной и появляются признаки гипоксии,
а уменьшение
его до 6666,1- 7999,3 н/м² (50-60 мм рт. ст.) опасно
для жизни. Повышение парциального давления кислорода вплоть до дыхания
чистым кислородом (парциальное давление 101325 кн/м²-760
мм
рт. ст.) переносится здоровыми людьми без отрицательных последствий.
При обычном парциальном давлении азот инертен. Увеличение его парциального
давления до 0,8-1,2 Мн/м² (8-12 am) приводит к проявлению
наркотич. действия (см. Наркоз). Значит, увеличение процентного
содержания азота в В. (до 93% и более) вследствие уменьшения парциального
давления кислорода может привести к аноксемии и даже смерти. Содержание
углекислого газа-физиологич. возбудителя дыхат. центра в атм. В., составляет
обычно 0,03- 0,04% по объёму. Нек-рое повышение его концентрации в В. пром.
центров несущественно для организма. При высоких концентрациях углекислого
газа и снижении парциального давления кислорода может наступить
асфиксия.
При
содержании в В. 14-15% СОдыхат. центра. Увеличение концентрации СОв основном за счёт дыхания и жизнедеятельности людей (взрослый человек
в покое при 18- 20°С выделяет ок. 20 л СОсодержание в В. углекислого газа, с одной стороны, и органич. соединений,
микроорганизмов, пыли и т. п., с другой, увеличиваются одновременно; концентрация
СОСОв незначит. количестве в атм. В. инертные газы - аргон, гелий, неон, криптон,
ксенон при нормальном давлении индифферентны для организма. Обнаруживаемые
в атм. В. в ничтожных концентрациях радиоактивные газы радон и его изотопы
- актинон и торон, имеющие малый период полураспада, не оказывают неблагоприятного
воздействия на человека.

В атм. В. обычно обнаруживаются различные
микроорганизмы (бактерии, грибки и др.). Однако патогенные микроорганизмы
встречаются в В. крайне редко, в связи с чем передача инфекц. заболеваний
через атм. В. может происходить в исключительных случаях, напр, при применении
бактериологического
оружия, в закрытых помещениях при наличии больных, выделяющих в В.
патогенные микроорганизмы вместе с мельчайшими капельками слюны при кашле,
чихании, разговоре. В зависимости от устойчивости микроорганизмов они могут
передаваться через В. как воздушно-капельным, так и воздушно-пылевым путём
(наиболее устойчивые, напр., возбудители туберкулёза, дифтерии).

Для жизнедеятельности человека большое
значение имеют темп-pa, влажность, движение В. Для обычно одетого человека,
выполняющего лёгкую работу, оптимальная темп-pa В. 18-20°С. Чем тяжелее
работа, тем ниже должна быть темп-pa В. Благодаря совершенным механизмам
терморегуляции человек легко переносит изменения темп-ры и может приспособиться
к различным климатич. условиям. Оптимальная для человека относит, влажность
В. 40-60%. Сухой В. при всех условиях переносится хорошо. Повышенная влажность
В. действует неблагоприятно; при высокой темп-ре она способствует перегреванию,
а при низкой темп-ре переохлаждению организма. Движение В. вызывает увеличение
теплоотдачи организма. Поэтому при высокой темп-ре (до 37°С) ветер способствует
предохранению человека от перегревания, а при низкой - переохлаждению организма.
Особенно неблагоприятна для человека комбинация ветра с низкой темп-рой
и высокой влажностью. Известное значение придаётся ионизации В. Лёгкие
ионы с отрицат. зарядом оказывают положит, воздействие на организм. Для
ионизации В. предложен ряд приборов. Г. И. Сидоренко.

Загрязнение В. Рост масштабов хоз. деятельности
увеличивает загрязнение В. Развитие пром-сти, энергетики, транспорта приводит
к повышению содержания в В. углекислого газа (на 0,2% от имеющегося в В.
количества ежегодно) и ряда др. вредных газов. Металлургич. и хим. предприятия
и ТЭЦ загрязняют В. сернистым газом, окислами азота, сероводородом, галогенами
и их соединениями. Др. серьёзным источником загрязнения В. служит автотранспорт.
По нек-рым подсчётам, 1 тыс. автомобилей в день выбрасывает с выхлопными
газами в В. 3,2 m окиси углерода, от 200 до 400 кг др. продуктов
неполного сгорания топлива, 50- 150 кг соединений азота. Очень велико
загрязнение В. твёрдыми частицами. В Питсбурге (США) на 1 кв. миле (259
га)
ежегодно
осаждается 610 т пыли. Пром. предприятия, ТЭЦ, автотранспорт, лесные
пожары, пыльные бури, возникающие в результате эрозии почв при неправильном
землепользовании, повышают концентрацию твёрдых частиц (пыли и дыма) в
В. настолько, что это существенно (на 20-40% ) понижает солнечную радиацию,
дошедшую до поверхности земли в районе больших городов. О масштабах таких
процессов можно судить хотя бы по тому, что пыльные бури 1930-34 в США
унесли до 25 см почвенного слоя и перенесли около 200 млн. то пыли
на расстояния до 1000 км.

Загрязнение В. приводит к ухудшению условий
жизни человека, животных и растений. Вредное действие на живые организмы
при этом вызывается не только первичными компонентами пром. выбросов, но
и образующимися из них новыми токсич. веществами, т. н. фотооксидантами.
Загрязнение В. иногда может достигать таких масштабов, что приводит к увеличению
заболеваемости и смертности населения. Особую опасность представляют радиоактивные
загрязнения В.; вследствие постоянных движений возд. масс они носят глобальный
характер (см. Радиоактивное загрязнение). Некоторые загрязнения
В. вызывают проф. заболевания. Влияние загрязнений В. на условия жизни
весьма велико. В СССР приняты законы об охране природы, предусматривающие
необходимость сан. контроля за состоянием В. и ответственность руководителей
пром. предприятий за тщательную очистку и обезвреживание пром. газов до
их выброса в атмосферу (см. Газов очистка). В качестве обязат. мероприятий
при планировке и застройке городов и посёлков и размещении пром. объектов
предусматривается создание санитарно-защитных зон (разрывов), вынос
вредных в сан. отношении пром. предприятий за пределы жилых районов и т.
д. (см. Благоустройство населённых мест, Реконструкция города). См.
также Воздушный бассейн.

Анализ В. Предельно допустимые концентрации
(обычно в мг на 1 л или на 1 м³ В.) вредных
и взрывоопасных веществ в производств, возд. среде регламентируются законодательно.
Методы анализа В. зависят от агрегатного состояния определяемого вещества.
Напр., пыль и аэрозоли обычно улавливают ватными или бум. фильтрами; иногда
для улавливания аэрозолей применяют стеклянные фильтры; туманы и газы поглощают
гл. обр. жидкостями. Наиболее распространённые методы определения содержания
вредных веществ в В.- фотометрический анализ, нефелометрия и турбидиметрия.
Для
быстрого определения малых концентраций токсичных и взрывоопасных веществ
в В. наиболее часто используют автоматич. газоанализаторы. Особое место
в анализе В. занимает определение радиоактивных загрязнений (см.
Дозиметрия
).

В. в технике. Благодаря содержащемуся в
В. кислороду, он используется как хим. агент в различных процессах.

Сюда относятся: горение топлива, выплавка
металлов из руд (доменный и мартеновский процессы), пром. получение многих
хим. соединений (серной и азотной к-т, фталевого ангидрида, окиси этилена,
уксусной к-ты, ацетона, фенола и др.); ценность В. как хим. агента существенно
повышают, увеличивая содержание в нём кислорода. В. является важнейшим
пром. сырьём для получения кислорода, азота, инертных газов. Физ. свойства
В. используют в тепло- и звукоизоляционных материалах, в электроизоляц.
устройствах; упругие свойства В.- в пневматич. шинах; сжатый В. служит
рабочим телом для совершения механич. работы (пневматич. машины, струйные
и распылит, аппараты, перфораторы и т. д.).

Искусственный В. (точнее- искусственная
атмосфера, смеси газов, пригодные для дыхания) впервые был использован
в медицине при заболеваниях, сопровождающихся кислородной недостаточностью
(40- 60% кислорода в смеси с обычным В. или 95% кислорода и 5% СОПодобные искусств, газовые смеси применяются в высотной авиации, горно-спасат.
деле. Особое значение имеет искусств. В. в водолазном деле. Обычный
В. непригоден для работы при давлениях, существенно превышающих нормальное:
в этих условиях В. оказывает наркотич. действие, а повышение растворимости
азота в крови и тканях тела делает опасным быстрый подъём водолаза на поверхность.
Выделение пузырьков азота из крови может вызвать кессонную болезнь и
смерть. Поэтому в последние 10-15 лет испытываются для работ на больших
глубинах (в условиях высоких давлений) безазотные газовые смеси, содержащие
гл. обр. гелий (до 96,4% ) и кислород (4-2% ) под давлением 0,7-2 Мн/м²(7-20
am).
Такие смеси устраняют опасность кессонной болезни, однако создают определённый
дискомфорт из-за высокой теплопроводности гелия; отмечено также существ,
изменение тембра голоса в такой атмосфере. Проблема искусств. В. решается
также при создании обитаемых космических кораблей
(см.
Атмосфера
кабины). Сов. космич. корабли "Восток" и "Восход" были оборудованы
спец. системой, поддерживающей состав В., близкий к обычному: парциальное
давление кислорода 20-40 кн/м², объёмная концентрация
СОатмосферу при давлении ок. 0,3 am.

Лит.: X р г и а н А. X., Физика
атмосферы, 2 изд., М., 1958; Некрасов Б. В., Основы общей химии, т. 1,
М., 1965; Баттан Л. Д ж., Загрязнённое небо, пер. с англ., М., 1967; Арманд
Д., Нам и внукам, 2 изд., М., 1966; Соколов В. А, Газы земли, [М., 1966];
Определение вредных веществ в воздухе производственных помещений, 2 изд.,
М., 1954; Руководство по коммунальной гигиене, т. 1, М., 1961.

В. Л. Василевский.