Физические и химические свойства воздуха
Содержание оксида углерода (IV), паров воды и примесей в воздухе может меняться в зависимости от условий.
Диоксид углерода образуется в природе в результате процессов горения растительных материалов, при дыхании живых организмов и гниении. Большое количество CO2 поступает в атмосферу в результате деятельности человека. Несмотря на постоянное поступление CO2 в атмосферу среднее его содержание в воздухе практически всегда находится на уровне 0,03% по объему.
Содержание водных паров в воздухе колеблется от нескольких долей процента до нескольких процентов и определяется местными условиями и температурой.
Химические свойства воздуха
За счет наличия в составе воздуха кислорода (21% по объему), проявляющего окислительные свойства, в воздухе способны сгорать многие вещества, причем уравнения химических реакций сгорания (окисления) веществ в (на) воздухе записывают, как уравнения сгорания этих веществ в кислороде, поскольку на бумаге невозможно отобразить химический состав воздуха.
Физические свойства воздуха
К основным физическим свойствам воздуха относят температуру, относительную влажность, плотность, удельную теплоемкость, теплопроводность, динамическую и кинематическую вязкость и др. Практически все эти параметры сильно зависят от температуры, поэтому существую специальные таблицы, в которых указаны значения параметров, характеризующих физические свойства воздуха, при конкретных значениях температуры.
Под относительной влажностью воздуха понимают отношение содержащихся в единице воздуха водяных паров к их максимально возможному содержанию при заданной температуре и давлении. При повышении давления и уменьшении температуры величина относительной влажности воздуха увеличивается.
Плотность воздуха при 20
С равна 1,2 кг/м3, причем при его нагревании она значительно снижается. Так, при нагревании воздуха до температуры 1200С плотность воздуха снижается в 5 раз по сравнению с плотностью воздуха при 20С.
Вязкость воздуха сильно зависит от температуры и увеличивается с её ростом, причем увеличивается как кинематическая, так и динамическая вязкость. Величины кинематической и динамической вязкости воздуха связаны между собой через величину его плотности.
Теплоемкость воздуха также увеличивается с ростом температуры, однако, этот физический параметр зависит от температуры в меньшей степени, чем, например, плотность. Так, при нагреве воздуха от 20 до 1200С теплоемкость воздуха увеличивается всего в 1,2 раза.
Другие параметры, характеризующие физические свойства воздуха (температуропроводность, число Прандтля и т.д.) от изменения температуры не зависят.
Примеры решения задач
| Задание | Определите объем воздуха, необходимый для полного окисления сероводорода объемом 448 л. |
| Решение |
Окислительная способность воздуха обусловлена наличием в воздухе кислорода. Объемная доля кислорода в воздухе – 21%, т.е. 1/5 часть от всего объема воздуха. Запишем уравнение реакции полного окисления сероводорода кислородом воздуха:
2H2S + 3O2 = 2SO2 +2H2O Найдем количество вещества сероводорода: v(H2S) = V(H2S)/Vm v(H2S) = 448/22,4 = 20 моль По уравнению число моль кислорода: v(O2) = 1,5× v(H2S) v(O2) = 1,5×20 = 30 моль Найдем объем кислорода: V(O2) = v(O2) × Vm V(O2) = 30 ×22,4 = 672 л Тогда объем воздуха: V = V(O2) ×5 V = 672×5 = 3360 л |
| Ответ | Объем воздуха — 3360 л |
| Задание | Определите объем воздуха, который потребуется для сжигания 36 г магния. |
| Решение |
Окислительная способность воздуха обусловлена наличием в воздухе кислорода. Объемная доля кислорода в воздухе – 21%, т.е. 1/5 часть от всего объема воздуха. Запишем уравнение реакции сжигания магния кислородом воздуха:
2Mg + O2 = 2MgO. Молярная масса (молекулярная масса одного моль) магния, рассчитанная с использованием таблицы химических элементов Д.И. Менделеева – 24 г/моль. Зная массу магния (по условию задачи), найдем количество вещества магния: v(Mg) = m(Mg)/M(Mg); v(Mg) = 36/24 = 1,5 моль. По уравнению реакции v(Mg): v(O2) = 2:1, следовательно, количество вещества кислорода будет равно: v(O2) = 1/2 × v(Mg) = 0,75 моль. Найдем объем кислорода: V(O2) = v(O2) × Vm; V(O2) = 0,75 ×22,4 = 16,8 л. Тогда объем воздуха: V = V(O2) ×5; V = 16,8×5 = 84 л. |
| Ответ | Объем воздуха — 84 л. |
