مهم ترین گاز موجود در هوا کدام است؟
هوا ترکیبی از گازهای مختلف است که هرکدام نقشی حیاتی در بقای موجودات زنده و پایداری اکوسیستم زمین دارند. اما آیا تا به حال فکر کردهاید که مهمترین گاز موجود در جو زمین کدام است؟ برخی ممکن است اکسیژن را اولین گزینه بدانند، چراکه تنفس ما به آن وابسته است، اما حقیقت این است که هوای اطراف ما عمدتاً از گازی دیگر تشکیل شده است. در این مطلب، ترکیب گازهای جو را بررسی میکنیم، به نقش آنها در حیات و محیط زیست میپردازیم و در نهایت پاسخ این پرسش را خواهیم یافت که مهم ترین گاز موجود در هوا کدام است؟
ویژگیهای اتمسفر زمین
جو زمین از ترکیب گازهای متنوعی تشکیل شده که در ارتفاعات و دماهای مختلف، ترکیب و غلظت آنها متغیر است. هوایی که برای فتوسنتز گیاهان و تنفس جانوران مناسب است، عمدتاً در لایهی تروپوسفر و همچنین در اتمسفرهای مصنوعی وجود دارد.
جرم کل جو زمین حدود ۵.۱۵ × ۱۰¹⁸ کیلوگرم برآورد شده و لایهای چند کیلومتری را در اطراف زمین تشکیل داده است. با افزایش ارتفاع، جو به تدریج رقیقتر شده و در نهایت بدون مرز مشخصی با فضا پیوند میخورد. در این ساختار، لایههای گازی متعددی شناسایی شدهاند که هر یک دارای ویژگیهای خاص و تأثیرات متفاوتی بر محیط زمین هستند.
مهمترین گاز موجود در هوا
در میان گازهای موجود در هوا ، نیتروژن (N₂) با سهم ۷۸ درصدی، مهمترین و فراوانترین گاز محسوب میشود. این گاز نقش کلیدی در چرخه نیتروژن دارد و به حفظ تعادل شیمیایی جو کمک میکند.
پس از نیتروژن، گاز اکسیژن (O₂) با ۲۰ درصد فراوانی، از مهمترین گازهای جو به شمار میرود، زیرا تنفس موجودات زنده و فرآیندهای حیاتی مانند فتوسنتز وابسته به آن است. سایر گازها مانند آرگون، دیاکسید کربن، بخار آب و گازهای نادر نیز نقشهای خاصی در سیستمهای زیستی و آب و هوایی ایفا میکنند، اما سهم آنها در ترکیب کلی هوا کمتر از دو گاز اصلی است.
کاربرد گازهای موجود در هوا
گازهای مختلفی که در جو زمین وجود دارند، هر یک در صنایع و فناوریهای گوناگون نقش مهمی ایفا میکنند.
هلیوم، به دلیل سبکی و خاصیت غیرقابل اشتعال بودن، در بالونها و کشتیهای هوایی استفاده میشود، در حالی که هیدروژن با وجود سبکی مشابه، به دلیل آتش زا بودن کمتر مورد استفاده قرار میگیرد. نئون با عبور جریان برق، نور درخشانی تولید میکند و به همین دلیل در تابلوهای تبلیغاتی نئونی و لامپهای فلورسنت کاربرد دارد.
آرگون، به عنوان یک گاز خنثی و ارزان، در لامپهای رشتهای برای جلوگیری از سوختن رشتهی فلزی به کار میرود و همچنین در فرایندهای متالورژی به عنوان محیط محافظ در دمای بالا مورد استفاده قرار میگیرد.
کریپتون و زنون، هر دو در تجهیزات نوری مانند لامپهای فلورسنت، فلاشهای عکاسی و لیزرهای خاص به کار میروند و به دلیل نور شدید و پایدارشان، در برخی چراغهای خودرو و تجهیزات پزشکی نیز استفاده میشوند.
این گازهای نادر، با وجود فراوانی کم در جو، کاربردهای کلیدی در صنایع مختلف دارند و بدون آنها، بسیاری از فناوریهای امروزی امکانپذیر نبودند.
خصوصیات و ویژگیهای گازهای موجود در هوا
در ادامه نگاهی به خصوصیات و ویژگیهای گازهای معرفی شده بپردازیم:
- گاز نیتروژن (ازت)
نیتروژن که بیشترین حجم جو زمین را تشکیل میدهد، بیرنگ و بو و کمی سبکتر از هوا است. این گاز به دلیل غیرقابل اشتعال بودن، در اطفاء حریق مورد استفاده قرار میگیرد. نیتروژن مایع نیز بیرنگ و بو بوده و دارای نقطه جوش ۱۹۶- و انجماد ۲۱۰- درجه سانتیگراد است. همچنین، وزن آن ۷۰ درصد وزن اکسیژن مایع بوده و از آب سبکتر است.
- گاز اکسیژن
اکسیژن، عنصری حیاتی برای تنفس موجودات زنده است. این گاز بیرنگ و بو بوده و ۱.۱ برابر از هوا سنگینتر است. اکسیژن مایع به رنگ آبی روشن است و ۱.۱۴ برابر از آب سنگینتر میباشد. این گاز، به دلیل میل ترکیبی بسیار بالا، تقریباً با تمامی عناصر (به جز گازهای نجیب) واکنش داده و اکسیدها را تشکیل میدهد، نمونهی بارز آن زنگزدگی فلزات است. همچنین، اگرچه اکسیژن خود اشتعال زا نیست، اما ترکیب آن با روغن میتواند در صورت ایجاد جرقه، انفجار شدیدی را به دنبال داشته باشد.
- گاز دیاکسید کربن (CO₂)
دیاکسید کربن، یکی دیگر از گازهای جو زمین است که از احتراق مواد آلی در حضور اکسیژن تولید میشود. این گاز بیرنگ و بو است و در دمای ۷۸- درجه سانتی گراد به شکل یخ خشک متراکم میشود. دیاکسید کربن مایع، تنها تحت فشارهای خاصی تشکیل میشود. به دلیل چگالی بالاتر از هوا، این گاز در نقاط پایینتر محیط تجمع پیدا میکند. استنشاق آن میتواند منجر به تنگی نفس و خفگی شود. برخلاف اکسیژن که موجب شعله ور شدن آتش میشود، دی اکسید کربن باعث خاموش شدن آتش شده و در کپسولهای آتشنشانی مورد استفاده قرار میگیرد.
- بخار آب
جو زمین، علاوه بر گازهای نام برده، همواره حاوی بخار آب است. هوای بدون بخار آب را هوای خشک مینامند، اما چنین هوایی در هیچ نقطهای از زمین وجود ندارد، حتی در مناطق بیابانی. میزان بخار آب موجود در هوا میتواند بین ۳ تا ۴ درصد متغیر باشد و وابسته به فصل، ارتفاع و ساعت شبانه روز تغییر کند. بیشترین میزان آن کمی قبل از طلوع آفتاب و کمترین مقدار آن حدود ساعت ۱۴ بعد از ظهر مشاهده میشود.
- ناخالصیهای موجود در هوای مورد استفاده در کمپرسورها
هوایی که در دستگاههای مولد اکسیژن و نیتروژن مورد استفاده قرار میگیرد، حاوی دو ناخالصی مهم یعنی بخار آب و دیاکسید کربن است. این ناخالصیها پیش از ورود به قسمتهای سرد دستگاه، باید جدا شوند، در غیر این صورت، در بخشهای سرمایشی سیستم یخ زده و عملکرد دستگاه را مختل میکنند. این ترکیبات در کولرهای کمپرسور متراکم شده و در تلههای مخصوص (Trap) جمعآوری میشوند، سپس از طریق شیرهای تخلیه، از سیستم خارج میگردند. باقی مانده آنها نیز در سیستمهای خشک کننده و تصفیه هوا جدا میشود تا کیفیت گازهای استخراج شده حفظ گردد.
دما و سرعت صوت در هوا
گازهای موجود در جو زمین، به دلیل تفاوت در چگالی و تغییرات دمایی در ارتفاعات مختلف، تأثیر مستقیمی بر سرعت انتشار صوت دارند. چگالی هوا با تغییر دما دستخوش تغییر میشود و این تغییرات، عامل اصلی تأثیرگذار بر سرعت صوت در جو است.
با افزایش ارتفاع، دما به طور غیرخطی تغییر میکند. از سطح زمین تا حدود ۱۱ کیلومتری، دما به تدریج کاهش مییابد، اما در برخی از لایههای جو، این روند معکوس شده و دما افزایش پیدا میکند. در گاز ایدهآل، سرعت صوت تنها تابعی از دما و چگالی هوا است. با این حال، در جو واقعی زمین، نوع ترکیب گازها نیز بر میزان چگالی تأثیر گذاشته و در نتیجه، سرعت انتشار صوت در ارتفاعات مختلف متغیر خواهد بود.
استفاده از گازهای موجود در هوا
گازهای موجود در جو زمین به روشهای مختلفی استخراج و برای کاربردهای صنعتی و علمی مورد استفاده قرار میگیرند. یکی از روشهای مهم در این زمینه، تقطیر جزء به جزء است که به کمک آن، اجزای مختلف هوا از یکدیگر جدا شده و در صنایع مختلف به کار گرفته میشوند.
گازهای نجیب مانند نئون، آرگون، کریپتون و زنون، به استثنای هلیوم، از جو زمین استخراج میشوند. همچنین، هوای خشک که فاقد رطوبت است، در کپسولهای مخصوص ذخیره شده و در بخشهای صنعتی و آزمایشگاهی مورد استفاده قرار میگیرد.
انتهای پیام
مرتبط با:
