Vzduch

Vzduch
Identifikace
N O CAS 132259-10-0
ATC kód V03 AN05
Chemické vlastnosti
Molární hmotnost 28,965  g / mol
Fyzikální vlastnosti
T. fúze -216,2  ° C ( 1  atm )
T ° vroucí -194,3  ° C ( 1  atm , 874,0  kg / m 3 )
Rozpustnost 0,0292 objem / objem (voda, ° C )
Objemová hmotnost 1,2  kg / m 3 ( 21,1  ° C , 1  atm )

rovnice:
Hustota kapaliny v kmol m -3 a teplota v Kelvinech od 59,15 do 132,45 K.
Vypočtené hodnoty:

T (K) T (° C) ρ (kmolm -3 ) ρ (gcm -3 )
59,15 -214 33,279 0,96346
64.04 -209,11 32,58869 0,94348
66,48 -206,67 32,23553 0,93325
68,92 -204,23 31,87673 0,92286
71,37 -201,78 31,51191 0,9123
73,81 -199,34 31,1407 0,90155
76,25 -196,9 30,76265 0,89061
78,7 -194,45 30,37727 0,87945
81,14 -192,01 29,98402 0,86807
83,58 -189,57 29,58227 0,85644
86.03 -187,12 29,17134 0,84454
88,47 -184,68 28,75043 0,83235
90,91 -182,24 28,31862 0,81985
93,36 -179,79 27,87485 0,807
95,8 -177,35 27,41789 0,79378
T (K) T (° C) ρ (kmolm -3 ) ρ (gcm -3 )
98,24 -174,91 26,94629 0,78012
100,69 -172,46 26,4583 0,76599
103,13 -170,02 25,95184 0,75133
105,57 -167,58 25,42432 0,73606
108,02 -165,13 24,87256 0,72009
110,46 -162,69 24,29248 0,70329
112,9 -160,25 23,67876 0,68552
115,35 -157,8 23.02425 0,66657
117,79 -155,36 22,31896 0,64616
120,23 -152,92 21,5482 0,62384
122,68 -150,47 20,68889 0,59896
125.12 -148,03 19,70092 0,57036
127,56 -145,59 18,50274 0,53567
130.01 -143,14 16,86972 0,4884
132,45 -140,7 10,834 0,31366

Graf P = f (T)

Tlak nasycených par

rovnice:
Tlak v pascalech a teplota v Kelvinech od 59,15 do 132,45 K.
Vypočtené hodnoty:

T (K) T (° C) P (Pa)
59,15 -214 5 642,1
64.04 -209,11 13 676,16
66,48 -206,67 20 287,07
68,92 -204,23 29 273,08
71,37 -201,78 41 205,23
73,81 -199,34 56,721,39
76,25 -196,9 76 522,59
78,7 -194,45 101,368,15
81,14 -192,01 132 069,94
83,58 -189,57 169 486,04
86.03 -187,12 214,514.02
88,47 -184,68 268,084.01
90,91 -182,24 331 151,84
93,36 -179,79 404 692,36
95,8 -177,35 489 693
T (K) T (° C) P (Pa)
98,24 -174,91 587 147,76
100,69 -172,46 698 051,67
103,13 -170,02 823 395,76
105,57 -167,58 964 162,48
108,02 -165,13 1121 321,73
110,46 -162,69 1295 827,41
112,9 -160,25 1488614,46
115,35 -157,8 1700 596,36
117,79 -155,36 1,932,663.17
120,23 -152,92 2 185 679,89
122,68 -150,47 2 460 485,32
125.12 -148,03 2,757,891.17
127,56 -145,59 3078 681,54
130.01 -143,14 3,423,612.7
132,45 -140,7 3,793,400
P = f (T)
Kritický bod -140,6  ° C , 3 771  kPa , 351  kg / m 3
Tepelná vodivost 0,023 4  W m −1  K −1
Termochemie
C str

rovnice:
Tepelná kapacita kapaliny v J kmol -1 K -1 a teplota v Kelvinech od 75 do 115 K.
Vypočtené hodnoty:

T
(K)
T
(° C)
C str
C str
75 -198,15 53 070 1833
77 -196,15 53 598 1851
79 -194,15 54,051 1867
80 -193,15 54 254 1874
81 -192,15 54 444 1881
83 -190,15 54,797 1893
84 -189,15 54 965 1899
85 -188,15 55 131 1904
87 -186,15 55 464 1,916
88 -185,15 55 637 1,922
89 -184,15 55 817 1928
91 -182,15 56 210 1994
92 -181,15 56 428 1994
93 -180,15 56 664 1957
95 -178,15 57,197 1 976
T
(K)
T
(° C)
C str
C str
96 -177,15 57 499 1984
97 -176,15 57 830 1997
99 -174,15 58 582 2024
100 -173,15 59,010 2,038
101 -172,15 59 475 2,054
103 -170,15 60 527 2,091
104 -169,15 61 120 2111
105 -168,15 61 760 2,133
107 -166,15 63 192 2183
108 -165,15 63 989 2 210
109 -164,15 64 843 2240
111 -162,15 66 735 2 305
112 -161,15 67 777 2 341
113 -160,15 68 886 2379
115 -158,15 71 320 2463

P = f (T)

Optické vlastnosti
Index lomu  1 000 26825 ( 100  kPa , suchý vzduch s 450  ppm CO 2)
Jednotky SI a STP, pokud není uvedeno jinak.

Vzduch je směs plynů , které tvoří atmosféru Země . Obvykle je bezbarvý, neviditelný a bez zápachu.

Složení

Suchý vzduch blízko země je homogenní směs plynů. Skládá se přibližně z molárního zlomku nebo z objemu:

To také obsahuje stopy z 0.000072% dihydrogen (0,72  ppmv ), ale také ozonu , jakož i minimální přítomnost radonu . Může také obsahovat oxid siřičitý , oxidy dusíku , jemné suspendované látky ve formě aerosolu , prach a mikroorganismy.

Vzduch v zemském prostředí je většinou vlhký, protože obsahuje vodní páru . V blízkosti země je množství vodní páry velmi proměnlivé. Závisí to na klimatických podmínkách, zejména na teplotě. Parciální tlak vodní páry ve vzduchu je omezena jeho tlak nasycených par , který výrazně mění s teplotou:

Teplota vzduchu -10  ° C ° C 10  ° C 20  ° C 30  ° C 40  ° C
% vodní páry

pro tlak vzduchu 1013  hPa

0 až 0,2% 0 až 0,6% 0 až 1,2% 0 až 2,4% 0 až 4,2% 0 až 7,6%

Procento vodní páry přítomné ve vzduchu se měří podle míry vlhkosti , což je důležitý prvek pro předpovědi počasí. Existuje několik množství k popisu hydrometrie: absolutní vlhkost , která odpovídá hmotnosti vodní páry na objem vzduchu; a relativní vlhkost , což je procento parciálního tlaku vodní páry ve srovnání s tlakem nasycených par .

Úroveň oxidu uhličitého se časem mění. Na jedné straně, to podstoupí roční změnu asi 6,5  ppm objemově ( p dd í l p ar m Milión v v olume) amplitudy. Na druhé straně se průměrná roční sazba zvyšuje o 1,2 až 1,4  ppmv ročně. V polovině roku 2008 to bylo řádově 384  ppmv (0,0384%), před průmyslovou revolucí to bylo 278  ppmv , v roce 1958 315  ppmv , v roce 1974 330  ppmv a v roce 1990 353  ppmv . Tento skleníkový skleníkový plyn hraje důležitou roli při globálním oteplování planety.

Metan je jiný plyn hlavní skleníkový jehož rychlost se zvyšuje s časem: 800  mm 3 / m 3 (0,8  ppmv ) v pre-průmyslové éry, 1585  mm 3 / m 3 1985, 1663  mm 3 / m 3 v roce 1992 a 1676  mm 3 / m 3 v roce 1996.

Do výšky asi 80  km je složení suchého vzduchu velmi homogenní, jedinou významnou změnou ve složení vzduchu je složení vodních par.

Složení vzduchu

Složení "suchého" vzduchu
ppmv: objemové díly na milion

ppmm: části na milion hmotnosti

Plyn Objem
Dusík (N 2 ) 780 840  ppmv (78,084%)
Dioxygen (O 2 ) 209 460  ppmv (20,946%)
Argon (Ar) 9 340  ppmv (0,9340%)
Oxid uhličitý (CO 2) 415  ppmv (0,0415%) nebo 630 ppmm

(v dubnu 2021)

Neon (Ne) 18,18  ppmv
Helium (He) 5,24  ppmv
Metan (CH 4 ) 1745  ppmv
Krypton (Kr) 1,14  ppmv
Dihydrogen (H 2 ) 0,55  ppmv
Přidejte na suchý vzduch:
Vodní pára (H 2 O) od <1% do ~ 5%

(velmi variabilní)

Drobné součásti vzduchu
Plyn Objem
Oxid dusnatý (NO) 0,5  ppm v
Oxid dusný (N 2 O) 0,3  ppm v
Xenon (Xe) 0,09  ppmv
Ozon (O 3 ) ≤ 0,07  ppmv
Oxid dusičitý (NO 2 ) 0,02  ppmv
Jód (I 2 ) 0,01  ppmv
Oxid uhelnatý (CO) 0,2  ppm v
Amoniak (NH 3 ) stopy

Hmotnostní podíly lze vyhodnotit vynásobením objemových podílů poměrem molární hmotnosti uvažovaného plynu děleno molární hmotností vzduchu, tj. 28 976  g mol −1 , například v případě CO 2. Tento poměr není zanedbatelný, protože se rovná 44 / 28,976 = 1,5185, tedy hmotnostní obsah CO 2ve vzduchu rovné 415 × 1,5185 = 630  ppmm .

Objemová hmotnost

Protože vzduch je stlačitelný plyn, jeho hustota (v kg / m 3 ) je funkcí tlaku, teploty a vlhkosti.

Pro suchý vzduch za normálního atmosférického tlaku ( 1013,25  hPa ):

Obecně se 1,293  kg / m 3 , aby ° C a 1,204  kg / m 3 až 20  ° C .

Toto je zobecněno ( vzorec ideálního plynu ) v: (s T v kelvinech a P v pascalech podle konvencí SI). Pro teplotu θ ve stupních Celsia se teplota T v kelvinech získá přidáním 273,15 k θ  : T (K) = θ (° C) + 273,15 .

Potenciál globálního oteplování

Potenciál globálního oteplování (GWP v angličtině  : GWP: Potenciál globálního oteplování ) nebo ekvivalent CO 2umožňuje měřit „škodlivost“ každého skleníkového plynu .

Následující tabulka uvádí hodnotu GWP pro hlavní skleníkové plyny přítomné ve vzduchu:

PRG 1 (reference) 8 23 310 od 1300 do 1400 od 6 200 do 7 100 6500 22 800
plyn oxid uhličitý vodní pára metan oxid dusný (N 2 O) chlorodifluormethan (HCFC) dichlorodifluormethan (CFC) tetrafluorid uhličitý (CF 4 ) fluorid sírový (SF 6 ).

Index lomu

Výraz pro index lomu vzduchu „za standardních podmínek“ je:

s , kde je vlnová délka vyjádřená v nanometrech (nm), kde je převrácená hodnota vlnové délky v mikrometrů.

Toto je pro suchý vzduch s 0,03% oxidu uhličitého , při tlaku 101 325  Pa (760 milimetrů rtuti) a teplotě 288,15  Kelvina ( 15  ° C ).

Můžeme získat n pro jinou teplotu nebo tlak pomocí jednoho z následujících dvou výrazů:

s:

nebo:

s:

Termofyzikální vlastnosti

Z tabulek publikovaných Frankem M. Whiteem, Heat and Mass transfer , Addison-Wesley, 1988.

s:


Vzduch za atmosférického tlaku
T ρ μ ν C str λ na Pr
K. kg m −3 kg m −1  s −1 m 2  s -1 J kg -1  K -1 W m −1  K −1 m 2  s -1 -
250 1.413 1,60 × 10 −5 0,949 × 10 −5 1005 0,0223 1,32 × 10 −5 0,722
300 1.177 1,85 × 10 −5 1,57 × 10 −5 1006 0,0262 2,22 × 10 −5 0,708
350 0,998 2,08 × 10 −5 2,08 × 10 −5 1009 0,0300 2,98 × 10 −5 0,697
400 0,883 2,29 × 10 −5 2,59 × 10 −5 1014 0,0337 3,76 × 10 −5 0,689
450 0,783 2,48 × 10 −5 2,89 × 10 −5 1021 0,0371 4,22 × 10 −5 0,683
500 0,705 2,67 × 10 −5 3,69 × 10 −5 1030 0,0404 5,57 × 10 −5 0,680
550 0,642 2,85 × 10 −5 4,43 × 10 −5 1039 0,0436 6,53 × 10 −5 0,680
600 0,588 3,02 × 10 −5 5,13 × 10 −5 1055 0,0466 7,51 × 10 −5 0,680
650 0,543 3,18 × 10 −5 5,85 × 10 −5 1063 0,0495 8,58 × 10 −5 0,682
700 0,503 3,33 × 10 −5 6,63 × 10 −5 1075 0,0523 9,67 × 10 −5 0,684
750 0,471 3,48 × 10 −5 7,39 × 10 −5 1086 0,0551 10,8 × 10 −5 0,686
800 0,441 3,63 × 10 −5 8,23 × 10 −5 1098 0,0578 12,0 × 10 −5 0,689
850 0,415 3,77 × 10 −5 9,07 × 10 −5 1110 0,0603 13,1 × 10 −5 0,692
900 0,392 3,90 × 10 −5 9,93 × 10 −5 1121 0,0628 14,3 × 10 −5 0,696
950 0,372 4,02 × 10 −5 10,8 × 10 −5 1132 0,0653 15,5 × 10 −5 0,699
1000 0,352 4,15 × 10 −5 11,8 × 10 −5 1142 0,0675 16,8 × 10 −5 0,702
1100 0,320 4,40 × 10 −5 13,7 × 10 −5 1161 0,0723 19,5 × 10 −5 0,706
1200 0,295 4,63 × 10 −5 15,7 × 10 −5 1179 0,0763 22,0 × 10 −5 0,714
1300 0,271 4,85 × 10 −5 17,9 × 10 −5 1197 0,0803 24,8 × 10 −5 0,722

Vztah mezi teplotou a tepelnou vodivostí vzduchu platný pro teplotu mezi 100  K a 1600  K je následující:

nebo:

Vztah mezi dynamickou viskozitou vzduchu a teplotou je:

nebo:

Vztah mezi kinematickou viskozitou vzduchu a teplotou je:

nebo:

Podle informací WPI  (en) je vztah mezi měrným teplem vzduchu a teplotou:

nebo:

Tlak

Kvůli poklesu tlaku vzduchu s nadmořskou výškou je nutné natlakovat kabiny letadel a jiných letadel . V praxi je tlak vyvíjený v kabinách větší než vnější tlak, i když menší než tlak na úrovni země.

Stlačený vzduch se používá také v potápění .

Zkapalnění

Vzduch je tvořen různými plyny, které se při dostatečném ochlazení nakonec změní na kapalné a poté na pevné . Například kyslík ztuhne při teplotě -218  ° C , se dusík se tekutým při -195  ° C . Při teplotě -270  ° C (asi 3  K ) jsou potom všechny plyny kromě hélia pevné a získáváme „zmrzlý vzduch“.

Vzduch nemohl být zkapalněn dříve, než budou známy kritické tlaky a teploty, které označují teoretické limity, za kterými může sloučenina existovat pouze v plynném stavu. Protože vzduch je směs, tyto hodnoty nemají striktní význam, ale ve skutečnosti již při teplotě nad -140  ° C není vzduch zkapalnitelný.

Teplota varu součástí vzduchu

Příjmení Vzorec Teplota
Dinitrogen Č. 2 -195,79  ° C , kapalný dusík
Dioxygen O 2 -183  ° C , kapalný kyslík
Argon Ar -185,85  ° C
Oxid uhličitý CO 2 -56,6  ° C při 5,12  atm
Neon narozený -246,053  ° C
Hélium Ahoj -268,93  ° C , kapalné hélium
Oxid dusnatý NE -151,8  ° C
Krypton Kr -154,34  ° C
Metan CH 4 -161,52  ° C
Dihydrogen H 2 -252,76  ° C , kapalný vodík
Oxid dusičitý N 2 O -88,5  ° C
Xenon Xe -108,09  ° C
Oxid dusičitý Č. 2 21,2  ° C
Ozón O 3 -111,9  ° C
Radon Rn -61,7  ° C

První kapky kapalného vzduchu získali téměř současně Louis Paul Cailletet a Raoul-Pierre Pictet v roce 1877 náhlou expanzí mezi 300 a 1 atmosférou.

V roce 1894 vyvinul nizozemský fyzik Heike Kamerlingh Onnes první zařízení na kapalný vzduch. Během příštích 40 let provedli vědci ve Francii, Velké Británii, Německu a Rusku mnoho vylepšení procesu.

Sir James Dewar poprvé zkapalnil vodík v roce 1898 a Heike Kamerlingh Onnes helium, nejtěžší plyn ke zkapalnění, v roce 1908 .

Nezávisle na Carl von Linde , Georges Claude vyvinuta v roce 1902 je průmyslový proces pro zkapalňování vzduchu.

Symbolický

Poznámky a odkazy

Poznámky

  1. Toto je molární hmotnost suchého vzduchu.

Reference

  1. „  Air  “ , na olivier.fournet.free.fr (přístup 4. března 2010 )
  2. (en) Compressed Gas Association, Příručka pro stlačené plyny , Springer,1999, 4 th  ed. , 702  s. ( ISBN  0-412-78230-8 , číst online ) , s.  234
  3. (en) Robert H. Perry a Donald W. Green , Perry's Chemical Engineers 'Handbook , USA, McGraw-Hill,1997, 7 th  ed. , 2400  s. ( ISBN  0-07-049841-5 ) , str.  2-50
  4. (in) Philip E. Ciddor, „  Index lomu vzduchu: nové rovnice pro viditelné a blízké infračervené záření  “ , Applied Optics , sv.  35, n o  9,1996, str.  1566-1573 ( DOI  10.1364 / AO.35.001566 )
  5. (in) Nedávný globální CO2 na noaa.gov, přístup k 21. dubnu 2021.
  6. (in) Keeling Curve , web keelingcurve.ucsd.edu, přístup 23. dubna 2015
  7. Koncentrace CO 2 v zemské atmosféře
  8. Koncentrace CO 2 měřená na Mauna Loa (Havaj), NOAA.
  9. Koncentrace metanu měřená na Mauna Loa (Havaj), NOAA.
  10. V praxi silně vysušený vzduch stále obsahuje stopy vodní páry.
  11. Zdroj dat: Oxid uhličitý: (en) NASA - Earth Fact Sheet , leden 2007. Metan: IPCC TAR; tabulka 6.1, 1998 (en) Třetí hodnotící zpráva IPCC „Climate Change 2001“, kterou předložila skupina GRID-Arendal v roce 2003. Celkem NASA činila 17  ppmv ze 100% a CO 2zde se zvýšil o 15  ppmv . K normalizaci by měl být N 2 snížen o 25  ppmv a O 2 o 7  ppmv .
  12. „  Index lomu vzduchu  “ , na olivier.fournet.free.fr (přístup 4. března 2010 )
  13. Chemičtí profesionálové
  14. Chemical Professionals , nenalezeno 11. srpna 2013
  15. Tento dokument z webu WPI na webu wpi.edu

Podívejte se také

Související články

<img src="https://fr.wikipedia.org/wiki/Special:CentralAutoLogin/start?type=1x1" alt="" title="" width="1" height="1" style="border: none; position: absolute;">