2025/12/28
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1.空气
正常空气的成分,由78%氮气、21%氧气和1%其他气体组成。
2.氧气
氧气(O₂)是地球大气的重要组成部分,占空气体积的约21%。作为一种无色、无味、无臭的气体,氧气对地球上的生命至关重要,参与绝大多数生物体的呼吸作用和能量的产生。在化学上,氧是周期表中的第八个元素,化学性质较为活泼,能与多种元素形成化合物。氧气在标准条件下为气态,但在低温或高压下可以液化。液态氧(LOX)呈淡蓝色,沸点约为-183℃,是火箭燃料的重要组成部分,氧气的凝固点约为-218℃,固态氧为蓝色晶体。
氧气是一种强氧化剂,能够在反应中接受电子。这一特性使其在许多化学反应中发挥关键作用,包括燃烧反应、腐蚀过程和细胞呼吸等。氧气与其他物质的反应通常放出大量能量,这是生物体产生ATP(细胞的能量货币)的基础。在生物学上,氧气是细胞呼吸过程中的关键消耗品,通过呼吸作用被生物体吸入,用于氧化有机物,释放能量、二氧化碳和水。这一过程是多细胞生物生存的基础,使它们能够维持复杂的生命活动。
工业上,氧气被广泛用于钢铁制造、化学品生产、医疗、火箭推进以及水处理等领域。在医疗领域,纯氧或高浓度氧气被用于治疗呼吸障碍、高原病和某些类型的中毒。钢铁生产中,氧气被用于提高炉温,加速铁矿石的还原过程。此外,氧气在潜水、高空飞行和太空探索中也是不可或缺的,用于提供呼吸气体。
3.氮气
氮气的化学性质不活泼,是惰性气体,在标准大气压下,氮气冷却至-195.8℃时,变成无色的液体,冷却-209.8℃时,液态氮变成雪状的固体。常温下很难跟其他物质发生反应,所以常被用来制作防腐剂以及汽车安全气囊。
氮气是动植物生命中必不可少的元素,并且是许多有用化合物的组成部分。氮与许多金属结合形成硬氮化物,可用作耐磨金属。钢中的少量氮会抑制高温下的晶粒生长,并且还会提高某些钢的强度。
4.二氧化硫
二氧化硫是无色气体,有强烈刺激性气味,是最常见的硫氧化物,也是一种常见的大气污染物。火山爆发时会喷出该气体,在许多工业过程中也会产生二氧化硫。大气中的二氧化硫是造成酸雨和土壤酸化的主要原因。
二氧化硫是一种防腐剂,广泛应用于葡萄酒酿造和大多数食品制造过程,具有防腐、抗氧化和抗菌的作用。对葡萄酒来说,二氧化硫是至关重要的保鲜剂。
酸雨正式的名称是酸性沉降,指的是pH值小于5.6的雨、雪、雾、雹等大气降水,而形成酸雨主要的污染物是二氧化硫。
5.臭氧
臭氧,又称为超氧,在常温下,臭氧是有鱼腥气味的淡蓝色气体,液态臭氧为深蓝色,固态臭氧为紫黑色。臭氧有强氧化性,是比氧气更强的氧化剂,可在较低温度下发生氧化反应。同时,臭氧对各种致病微生物有极强的杀灭作用,可用作消毒剂。
臭氧主要存在于臭氧层中,臭氧层能吸收大部分短波紫外线,使大气温度升高,并使地球上的生物免受过多紫外线伤害,因此被称为“地球上生物的保护伞”。雷雨之后,空气在雷电过程中发生了化学变化,有部分氧气变成了臭氧,起到净化空气和杀菌作用,使人感到特别舒服。复印机在使用过程中产生的静电会释放出大量臭氧,对人体产生危害。
(长时间直接接触高浓度臭氧的人出现疲乏、咳嗽、胸闷胸痛、皮肤起皱、恶心头痛、脉搏加速、记忆力衰退、视力下降等症状)
氯氟烃类化学物质是臭氧层被破坏的主要原因。氟利昂是几种氟氯代甲烷和氟氯代乙烷的总称,作为空调中的冷却剂,它的排放会与大气中的臭氧发生反应,造成臭氧被分解,进而形成臭氧层空洞。氟利昂是臭氧层破坏的元凶。
6.二氧化碳
二氧化碳是一种碳氧化合物,是空气中常见的化合物。常压下为无色、无味、不助燃、不可燃,密度比空气大。固态二氧化碳压缩后又叫干冰,在低温保存物品、制造舞台烟雾、人工降雨有大量应用。
二氧化碳一般可由高温煅烧石灰石或由石灰石和稀盐酸反应制得,主要应用于冷藏易腐败的食品(固态)、作致冷剂(液态)、制造碳化软饮料(气态)和作均相反应的溶剂(超临界状态)等。
温室效应,又称“花房效应”,是大气保温效应的俗称。温室效应主要是由于人类向大气中排入过多二氧化碳引起的。
7.一氧化碳
一氧化碳是一种无色、无臭、无刺激性气味的气体,极难溶于水,易与血红蛋白结合,形成碳氧血红蛋白,使血红蛋白丧失携氧的能力和作用,造成组织窒息,严重时致人死亡。
一氧化碳主要用作燃料、还原剂和有机合成的原料等。此外一氧化碳常用于鱼、肉、果蔬及袋装大米的保鲜,特别是生鱼片的保鲜,又因可以使肉质品色泽红润而被作为颜色固定剂。
环境中的一氧化碳有自然来源和人为来源两种。火山爆发、森林火灾、地震等都可能造成局部地区一氧化碳浓度增高。人为来源则更为广泛,凡是含碳的燃料不完全燃烧都会产生一氧化碳,如炼焦、炼钢、炼铁、炼油、汽车尾气、矿坑爆炸等。大气中的一氧化碳主要来源是工矿企业、交通运输、家庭炉灶、采暖锅炉、燃放烟花爆竹、木炭燃烧和吸烟等。
煤气中毒实则是一氧化碳中毒,由于一氧化碳与血液中血红蛋白的结合力比氧气与血红蛋白的结合力大200余倍,破坏了血红蛋白运输氧气的功能,致使人体缺氧,导致煤气中毒。
8.氦气
氦气为无色无味的稀有气体,是化学性质不活泼的惰性气体,一般状态下很难和其他物质发生反应。氦气是无毒的,但它可以通过置换空气中的氧而造成窒息危险。
较长时间吸入含氧小于10%的空气可导致脑组织损伤或死亡,最初的症状包括恶心、呕吐和哮喘,暴露在这样的大气中的人不能自救或呼救。吸入纯氦气会立即失去知觉并且几乎立即死亡。在大量使用气态氦或液氦时,应在通风良好的地方进行,以避免形成缺氧空气。在日常生活中,氦气可以充入家用节能灯里面。
9.氧化亚氮
氧化亚氮,又称笑气,在室温下稳定,有轻微麻醉作用,并能致人发笑。氧化亚氮的主要用途是和氧气混合作为外科和牙科手术的麻醉剂。
10.惰性气体
惰性气体也称为稀有气体,主要有氦气、氖气、氩气、氪气、氙气、氡气(放射性)等。其主要作用有以下几方面:
(1)作保护气
利用稀有气体极不活动的化学性质,有的生产部门常用它们来作保护气。例如,在焊接精密零件或镁、铝等活泼金属,以及制造半导体晶体管的过程中,常用氩作保护气。
(2)作电光源
氖灯常用在机场、港口、水陆交通线的灯标上。灯管里充入氩气或氦气,通电时分别发出浅蓝色或淡红色光。在灯管里充入不同含量的氦、氖、氩的混合气体,就能制得五光十色的霓虹灯。霓虹灯的发光颜色与管内所用气体及灯管的颜色有关,使用不同气体会产生不同的颜色,例如氦气(黄色)、氙气(白色)、氪气(橙色)、氩气(蓝色)、氖气(红色)。
(3)充气
氦气是除了氢气以外最轻的气体,不能燃烧也不助燃,而氢气易燃易爆,现在已用氦气代替氢气充填气球、气艇。