La khí quyển của Trái đất Nó được cấu tạo từ nhiều loại nguyên tố hóa học khác nhau tạo thành một lớp khí bao quanh hành tinh. Lớp khí này là thứ giúp sự sống như chúng ta biết có thể tồn tại, vì nó bảo vệ chúng ta khỏi các yếu tố bên ngoài. điều kiện khắc nghiệt của không gianĐiều đó sẽ gây chết người đối với các sinh vật sống.
Các loại khí trong khí quyển có tầm quan trọng tối cao đối với Sức sống của Trái đấtCó nhiều loại khác nhau, nhưng có thể tính toán được loại khí nào có trong đó. tỷ lệ lớn hơn và thể tích mà nó chiếm so với phần còn lại. Hiểu được thành phần này là chìa khóa để hiểu các hiện tượng như... khí hậu, The vòng tuần hoàn nước và cân bằng sinh thái toàn cầu
Bầu khí quyển chứa một số loại khí thiết yếu để duy trì sự sống, chẳng hạn như... nitơ, The argon và oxyHơn nữa, đó là những thứ được tìm thấy trong sự phong phú hơnTuy nhiên, còn có các thành phần khác như carbon dioxide, hơi nước và một lượng nhỏ các loại khí khác, đóng vai trò thiết yếu mặc dù chúng có mặt với số lượng nhỏ.
Khí quyển là gì?
Bầu không khí thật tuyệt vời! tập hợp các khí Chúng tạo nên lớp ngoài cùng và có mật độ thấp nhất của hành tinh Trái Đất. Thành phần tương đối của các khí này thay đổi tùy thuộc vào... cao, Kể từ khi áp lực và nhiệt độ Chúng thay đổi khi bạn lên cao. Theo cách nói thông thường, phần gần bề mặt nhất được gọi là “AireKhu vực này trải dài khoảng 11 km đầu tiên tính từ mực nước biển (hoặc mực đại dương), một vùng tạo thành một phần của... tầng đối lưuNơi tập trung phần lớn không khí chúng ta hít thở và nơi hầu hết các hiện tượng thời tiết trong khí quyển diễn ra.
Trong các tầng khí quyển thấp hơn này, các khí chính hiện diện là: nitơ (N₂), với khoảng 78% của tổng thể tích, tiếp theo là oxy (O₂)điều này tương ứng với khoảng 21%, Và argon (Ar), với khoảng 0,93%Ở mức độ phong phú thấp hơn nữa là... cacbon dioxit (CO₂), The neon, The thuật in ảnh chìm, The metan, The krypton, The hydro và các khí vết khác, cũng như hơi nướcTỷ lệ của chúng thay đổi rất nhiều tùy thuộc vào khu vực và điều kiện khí hậu.
Bầu khí quyển có kích thước lớn đặc tính bảo vệ trước những mối đe dọa từ không gian. Ví dụ, hầu hết các thiên thạch Chúng bị phân rã khi tiếp xúc với các lớp khí phía trên do... ma sát và góp phần làm ấm lên. Hơn nữa, nó hoạt động như một loại lá chắn Phía trước của tia cực tím bức xạ này bắt nguồn từ Mặt Trời. Một phần bức xạ này được hấp thụ bởi... ôzôn (O₃) Có mặt trong tầng bình lưu, giúp ngăn ngừa những tổn thương nghiêm trọng đến mô của con người, động vật và thực vật.
Trong suốt lịch sử Trái đất, bầu khí quyển đã... biến đổi do hoạt động của nhiều loài khác nhau đã sinh sống ở đó. Ví dụ, con người hít thở oxy và khi thở ra, chúng thải ra carbon dioxideKhí này được thực vật sử dụng trong quá trình quang hợp; ngược lại, thực vật giải phóng oxy, do đó đóng lại một kênh. chu trình sinh địa hóa cơ bản. Bầu khí quyển cũng hoạt động phối hợp với... thủy quyển (các vùng nước trên hành tinh) giúp điều chỉnh nhiệt độ, làm giảm bớt những thay đổi đột ngột do ngày và đêm hoặc các mùa gây ra.
Một chức năng thiết yếu khác của khí quyển là vai trò của nó trong... vòng tuần hoàn nướcHơi nước bốc hơi từ đại dương, sông, hồ và đất, bay lên, ngưng tụ thành mây, và cuối cùng rơi xuống thành mưa. sự kết tủaQuá trình này duy trì hệ sinh thái, bổ sung nguồn nước ngầm và cho phép hình thành các kiểu khí hậu đa dạng trên khắp hành tinh.
Các khí chính trong khí quyển
Như đã đề cập, khí quyển được tạo thành từ nhiều loại khí khác nhau, một số trong đó chiếm... nhiều không gian hơn hơn những loại khác. Dưới đây là danh sách các loại khí này được sắp xếp theo thứ tự độ pH của chúng. dồi dàokèm theo lời giải thích chi tiết hơn về chức năng và tầm quan trọng của nó trong hệ thống Trái đất.
Nitơ
Nitơ là khí dồi dào nhất của khí quyển, vì nó chiếm khoảng 78% của toàn bộ thể tích của nó. Đó là một yếu tố hữu ích được biểu thị bằng chữ N, với số nguyên tử 7 y Khối lượng nguyên tử xấp xỉ 14,01Ở nhiệt độ phòng, nó chủ yếu tồn tại dưới dạng phân tử hai nguyên tử. N₂đó là một loại khí không màu, phòng vệ sinh e vô vị.
Nitơ phân tử có một liên kết cộng hóa trị ba (N≡N), một trong những liên kết bền nhất được biết đến trong hóa học. Đặc tính này mang lại cho nó một... ổn định tuyệt vời và nó làm như vậy một cách tương đối trơ ra Trong điều kiện bình thường, nitơ không dễ dàng phản ứng với các nguyên tố khác. Do tính ổn định này, nitơ thường cần những điều kiện cụ thể để phản ứng và tạo thành hợp chất. điều kiện đặc biệtchẳng hạn như nhiệt độ cao, áp suất cao hoặc sự hiện diện của chất xúc tác.
Mặc dù nitơ trong khí quyển rất dồi dào, hầu hết các sinh vật không thể sử dụng trực tiếp nó dưới dạng N₂. Tuy nhiên, nguyên tố này thiết yếu cho cuộc sống: là một phần của axit amin, sau đó protein và của axit nucleic Chẳng hạn như DNA và RNA, chứa thông tin di truyền của tất cả các sinh vật sống.
Ôxy
Oxy chiếm vị trí Segundo Lugar là một trong những loại khí dồi dào nhất trong khí quyển, vì nó chiếm khoảng 21% Giống nhau. Cô ấy Số hiệu nguyên tử là 8Lớn hơn nitơ và được biểu thị bằng chữ cái OỞ dạng phân tử kép (O₂), nó là khí mà duy trì sự sống của hầu hết các sinh vật hiếu khí trên cạn.
Nó là một chất oxy hóa rất mạnh và sở hữu một trong số đó độ âm điện cao hơn Trong tất cả các nguyên tố hóa học, oxy có khả năng hút electron mạnh khi tạo liên kết. Oxy cần thiết cho các quá trình hô hấp tế bàoTrong đó, sinh vật sống thu nhận năng lượng từ chất dinh dưỡng. Nó cũng là một thành phần của các phân tử của ADN, nhiều enzyme và rất nhiều loại hợp chất hữu cơ và vô cơ khác nhau.
Một dạng oxy đặc biệt cũng được tìm thấy trong khí quyển, đó là ôzôn (O₃), tập trung chủ yếu ở tầng ozone của tầng bình lưu. Hình dạng ba nguyên tử này rất quan trọng vì hấp thụ và phản chiếu Phần lớn bức xạ tia cực tím năng lượng cao được hấp thụ, nhờ đó bảo vệ bề mặt Trái đất khỏi những tổn hại sinh học nghiêm trọng.
Argon
Argon chiếm khoảng 0,93% của toàn bộ không khí trong khí quyển. Tên của nó bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp, nơi nó được viết 'Argus'nó có nghĩa là gì "nhàn rỗi"Vì nó là một chất khí hầu như không phản ứng với các nguyên tố hóa học khác, nên nó được phân loại là một chất khí. khí trơđược biểu thị bằng các chữ cái Ar và sở hữu số nguyên tử 18. Là một loại khí không màu, phòng vệ sinh và về mặt hóa học rất trơ.
Tính trơ về mặt hóa học khiến nó trở nên rất hữu ích trong nhiều ứng dụng. ứng dụng công nghệVí dụ, nó được sử dụng trong bóng đèn sợi đốt để ngăn ngừa quá trình oxy hóa dây tóc, nhằm bảo vệ mối hàn chống lại sự tiếp xúc với oxy trong không khí, như một chất khí cách điện trong kính hai lớp (cửa sổ có hai tấm kính) và như bầu khí quyển trơ trong các quy trình cần tránh những phản ứng không mong muốn.
Mặc dù argon được coi là một chất gây ngạt đơn giản (Vì nó có thể thay thế oxy trong không gian kín nếu có mặt ở nồng độ cao), bản thân nó không độc hại. Biện pháp phòng ngừa chính là luôn đảm bảo... bàn luận, thông báo thích hợp khi được xử lý trong môi trường kín.
Ba loại khí này là những khí đầu tiên và là các khí chính cấu thành nên khí quyển, tiếp theo là các khí khác với tỷ lệ nhỏ hơn, chẳng hạn như... cacbon dioxit (CO₂), The neon, The thuật in ảnh chìm, The metan, The krypton và hydroMột lượng rất nhỏ các hợp chất như cũng xuất hiện nitơ oxit o el carbon monoxidetrong số nhiều loại khí vết khác.
Các loại khí và nguyên tố phổ biến khác trong khí quyển
Nitơ, oxy và argon là ba loại khí phổ biến nhất trong khí quyển, nhưng còn có những thành phần khác, mặc dù chúng cũng có mặt trong khí quyển nhưng không phải lúc nào cũng có mặt. nồng độ thấp, hóa ra là không thể thiếu Để duy trì sự sống và khí hậu của hành tinh.
Một trong số đó là cacbon dioxit (CO₂)Mặc dù nó chỉ chiếm khoảng... 0,04% Một phần của khí quyển Trái đất (khoảng 410 ppm và có những biến đổi gần đây do hoạt động của con người) là thành phần quan trọng trong... quang hợp và trong các quá trình trao đổi chất khác. Thực vật và các sinh vật tự dưỡng khác sử dụng CO₂ để chuyển hóa năng lượng mặt trời en năng lượng hóa học Có thể sử dụng được.
El hơi nước (H₂O) Đây là một thành phần thiết yếu khác. Mặc dù tỷ lệ của nó thay đổi (có thể dao động từ gần bằng không đến vài phần trăm), nhưng nó là yếu tố cơ bản đối với sự hình thành đám mâyLượng mưa và các hiện tượng thời tiết. Hơn nữa, nó còn đóng vai trò là khí gây hiệu ứng nhà kínhgiúp duy trì nhiệt độ trung bình của hành tinh trong phạm vi phù hợp với sự sống.
Chúng tôi cũng tìm thấy ôzôn (O₃) ở nồng độ nhỏ nhưng rất quan trọng. Trong tầng bình lưu, ozon tạo thành một... lớp bảo vệ Nó hấp thụ phần lớn bức xạ tia cực tím năng lượng cao. Ngược lại, ở mặt đất, ozone có thể trở thành một... chất ô nhiễm Có hại cho sức khỏe đường hô hấp.
Trong số các khí vết, nồng độ xấp xỉ (và thay đổi) là: neon ~18 ppm (0,0018%), thuật in ảnh chìm ~5,2 ppm (0,00052%), metan ~1,8–1,9 ppm (0,00018–0,00019%), krypton ~1,1 ppm (0,00011%) và hydro ~0,55 ppm (0,000055%). Các số liệu này chỉ là gần đúng và có thể thay đổi chút ít tùy thuộc vào phép đo và thời gian, nhưng chúng cho thấy các khí này có nồng độ thấp hơn nhiều so với nitơ hoặc oxy.
Các loại khí khác như mêtan (CH₄), The oxit nitơ (N₂O) và đa dạng hợp chất hữu cơ dễ bay hơi Chúng cũng là một phần của khí quyển. Mặc dù nồng độ của chúng rất nhỏ, nhưng chúng lại có tác động đáng kể đến khí quyển. cân bằng bức xạ của hành tinh và trong hóa học khí quyển, đó là lý do tại sao chúng được coi là khí nhà kính có mức độ liên quan lớn.
Khí nào dồi dào nhất trong bầu khí quyển của Trái đất?
El nitơ Nitơ là loại khí dồi dào nhất trong khí quyển Trái đất, chiếm khoảng ba phần tư tổng thể tích của nó. Sự hiện diện với số lượng lớn này khiến nitơ trở thành một thành phần quan trọng. không thể thiếu vì sự cân bằng toàn cầu của hành tinh. Mặc dù nó không trực tiếp tham gia vào quá trình hô hấp như oxy, nhưng vai trò của nó trong... sinh học, các ngành công nghiệp và chu kỳ tự nhiên nó rất quan trọng.
Nitơ trong khí quyển là dự trữ chính của nguyên tố này đối với sinh quyển. Mặc dù thực vật và động vật không thể sử dụng N₂ trực tiếp, nhưng nhiều quá trình tự nhiên khác nhau, chẳng hạn như chu kỳ nitơChúng cho phép chuyển hóa nó thành các dạng hóa học mà sinh vật sống có thể sử dụng, nhờ đó đảm bảo sự hiện diện của nó trong protein, axit nucleic và các hợp chất cơ bản khác.
Vì nitơ là khí dồi dào nhất trong khí quyển Trái đất, nên nó rất cần thiết cho... sự duy trì sự sốngViệc tìm hiểu sâu hơn về các đặc điểm, nguồn gốc, chu kỳ tự nhiên và của nó là điều đáng giá. ứng dụng trong cuộc sống hàng ngày và trong ngành công nghiệp hiện đại.
Từ nguyên
Tên gọi “nitơ” có nguồn gốc từ tiếng Latin. “Nitơ”, liên quan đến ý tưởng về "cò súng" hoặc "gen". Thuật ngữ này được đặt ra bởi bác sĩ và nhà hóa học. Daniel RutherfordNgười mà, thông qua một thí nghiệm vào năm 1772, đã hấp thụ được oxy và carbon dioxide có trong một mẫu không khí, chỉ còn lại nitơ là nguyên tố còn lại. Mặc dù phát hiện chính thức được cho là của Rutherford, nhưng có những dấu hiệu cho thấy rằng các nhà giả kim thời Trung cổ Họ đã sử dụng các hợp chất nitơ trong các thí nghiệm của mình, như có thể thấy từ một số tài liệu cổ.
Nitơ có thể được thu 얻 từ khí quyển bằng cách hóa lỏng không khí Và sau đó chưng cất phân đoạnVì bầu khí quyển thực chất là một bể chứa. không cạn kiệt Các quy trình này cho phép cung cấp hiệu quả một lượng lớn nitơ, cả ở dạng khí và dạng rắn. nitơ lỏngVới nhiều ứng dụng kỹ thuật và công nghiệp khác nhau.
Tính chất vật lý và hóa học của nitơ
Ở nhiệt độ phòng, nitơ là một khí lưỡng nguyên tử (N₂) không màu, phòng vệ sinh e vô vị. Quà tặng a điểm sôi rất thấp (khoảng -195,8 °C) và một độ nóng chảy ở nhiệt độ gần -210 °C. Các đặc tính đông lạnh này cho phép nó, ở dạng lỏng, được sử dụng rộng rãi như... môi chất lạnh trong nhiều ứng dụng khác nhau.
Về mặt hóa học, nitơ phân tử là cực kỳ ổn định do liên kết ba N≡N. Tính ổn định này có nghĩa là, trong điều kiện bình thường, nó là không phản ứng nhanh lắmQuá trình này đòi hỏi nhiệt độ cao, phóng điện hoặc chất xúc tác đặc hiệu để phá vỡ liên kết và cho phép hình thành các hợp chất mới. Tuy nhiên, khi được kích hoạt, nitơ có thể tạo ra vô số chất, nhiều trong số đó có ý nghĩa sinh học và công nghiệp quan trọng.
Về cấu trúc điện tử, nitơ có... cấu hình 1s² 2s² 2p³, với năm electron trong đó. vỏ hóa trịĐiều này cho phép nó hình thành lên đến ba liên kết cộng hóa trị với các nguyên tử khác, điều này giải thích vai trò trung tâm của nó trong sự hình thành các hợp chất như... axit aminamin, nitril và nhiều nhóm chức khác trong hóa học hữu cơ và vô cơ.
Chu kỳ tự nhiên
Cuộc gọi chu kỳ nitơ Đây là một quá trình sinh hóa mà qua đó nguyên tố này tuần hoàn giữa khí quyển, đất, nước và các sinh vật sống. vi khuẩn cố định đạm Chúng đóng vai trò thiết yếu trong việc chuyển đổi N₂ trong khí quyển, vốn là chất trơ, thành các dạng hóa học như... amoni (NH₄⁺) và nitrat (NO₃⁻)có thể được cây trồng hấp thụ.
Thực vật sử dụng các hợp chất nitơ này để lớn lên và phát triển các mô của chúng. Bằng cách đóng vai trò là nguồn thức ăn cho động vật ăn cỏNitơ sau đó đi vào chuỗi thức ăn. Đến lượt mình, những động vật này lại bị các loài khác ăn thịt. động vật ăn thịt y động vật ăn tạpMở rộng sự hiện diện của nitơ trong toàn bộ hệ sinh thái. Chất thải hữu cơ (phân, nước tiểu, xác thực vật và động vật chết) được phân hủy bởi vi khuẩn và các vi sinh vật khác, chuyển hóa các hợp chất này trở lại thành nitơ. amoni và các chất khác.
Cuối cùng, các vi khuẩn đất khác thực hiện quá trình này. khử nitrat, quá trình chuyển hóa nitrat thành dinitơ (N₂) và quay trở lại khí quyển. Bằng cách này, chu trình nitơ được khép kín, đảm bảo một tuần hoàn liên tục của nguyên tố này giữa các ngăn khác nhau của hành tinh.
Sử dụng nitơ
Nitơ được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp để sản xuất amoniac (NH₃) thông qua Quy trình Haber-BoschSản xuất amoniac bằng cách kết hợp nitơ trong khí quyển với hydro ở áp suất và nhiệt độ cao với sự có mặt của chất xúc tác. Amoniac thu được theo cách này là cơ sở để sản xuất hầu hết các sản phẩm. phân đạmĐây là yếu tố cơ bản đối với nền nông nghiệp hiện đại và việc duy trì sản xuất lương thực quy mô lớn.
Trong cuộc sống hàng ngày, amoniac và các dẫn xuất của nó được tìm thấy trong rất nhiều sản phẩm: từ chất tẩy rửa gia dụng thậm chí cả các chất phụ gia công nghiệp. Nitơ cũng tham gia vào quá trình sản xuất các chất như... chất dẻoNhựa tổng hợp và các vật liệu khác là thành phần của vô số đồ vật hàng ngày.
El nitơ lỏng Nó được sử dụng rộng rãi trong ứng dụng làm lạnh và đông lạnhNhờ điểm sôi rất thấp, nó được sử dụng để bảo quản thực phẩm và dự trữ. mẫu sinh học (như tế bào, mô hoặc tinh trùng), thực hiện các thủ thuật y tế như phương pháp áp lạnh và trong nhiều quy trình công nghiệp cần duy trì nhiệt độ cực thấp. Tuy nhiên, điều quan trọng là phải xử lý nó một cách cẩn thận. sự thận trọng cao độVì tiếp xúc trực tiếp với nó có thể gây bỏng lạnh rất nghiêm trọng (đôi khi được mô tả một cách thông tục là "bỏng" hoặc "tan chảy" da), tê cóng hoặc ngạt thở nếu nó chiếm chỗ của oxy trong không gian kín.
Nitơ cũng được sử dụng như bầu khí quyển trơ Trong nhiều quy trình công nghiệp. Ví dụ, nó được đưa vào các bể chứa, đường ống hoặc thùng chứa nơi cần loại bỏ oxy để ngăn chặn quá trình oxy hóa, vụ nổ hoặc các phản ứng không mong muốn. Trong ngành công nghiệp thực phẩm, nitơ được sử dụng để sản phẩm đóng gói và kéo dài thời hạn sử dụng, vì nó làm giảm sự hư hỏng do oxy hóa của thực phẩm.
Bên cạnh vai trò trong sản xuất amoniac và các hợp chất nitơ khác, nitơ còn tham gia vào quá trình hình thành và chuyển hóa các khí khác. Ví dụ: metan Khí metan có thể được hình thành bởi các quá trình sinh học (sự sinh metan của vi sinh vật) hoặc bởi các phản ứng hóa học công nghiệp như phản ứng Sabatier (khử CO₂ bằng H₂ để thu được CH₄ và H₂O). Những con đường này giải thích một phần sự hiện diện và nguồn gốc của một số khí quyển trong các bối cảnh khác nhau.
Thứ hai, nitơ được sử dụng để sản xuất các hợp chất quan trọng khác như một số chất nhất định. oxit nitơ (NOx), The axit nitric (HNO₃) và nhiều chất liên quan đến quá trình sản xuất thuốc nổ, thuốc nhuộm, thuốc và phân bón hiệu quả cao. Những ứng dụng công nghiệp và hóa học này chứng minh tầm quan trọng của nitơ vượt ra ngoài sự hiện diện đơn thuần của nó trong không khí.
Ảnh hưởng sức khỏe của nitơ
Nitơ, như được tìm thấy trong không khí chúng ta hít thở (N₂), về nguyên tắc là... không độc hại và nó thực hiện chức năng pha loãng oxy, ngăn không cho oxy trở nên quá đậm đặc và gây ra các phản ứng oxy hóa quá mức trong cơ thể. Tuy nhiên, tiêu dùng gián tiếp Các hợp chất nitơ từ phân bón, thực phẩm chế biến sẵn hoặc các sản phẩm có nguồn gốc từ nitơ có thể gây ra một số tác động nhất định đến... Sức khỏe con người.
Do việc sử dụng rộng rãi phân đạm trong nông nghiệp và sự hiện diện của các chất chứa nitơ trong chất dẻo, phụ gia thực phẩm và các sản phẩm khác, con người có thể tiếp xúc với các dạng nitơ không vô hại như N₂ trong khí quyển. Cụ thể, một số hợp chất như nitrit y nitrat, cũng như nitrosamine Các hợp chất có thể hình thành từ chúng đã được nghiên cứu về những tác động tiêu cực tiềm tàng của chúng.
Một số hiệu ứng có thể như sau:
- Nó gây ra mức lưu trữ thấp trong cơ thể của vitamin A Khi một số hợp chất nitơ bị tiêu thụ quá mức.
- Nó có thể gây ra giảm vận chuyển oxy trong máu, đặc biệt là khi có các chất như methemoglobin từ nitrit.
- Đẩy nhanh quá trình sản xuất nitrosamineđược coi là một trong những thành phần chính liên quan đến nhiều loại ung thưđặc biệt là khi nitrit kết hợp với các hợp chất hữu cơ trong một số điều kiện nhất định.
- Đây là yếu tố quyết định đối với một số trường hợp nhất định. những thay đổi trong chức năng tuyến giáp Khi tiếp xúc với nitrat và các hợp chất khác ở mức cao và kéo dài.
Ngoài những tác động hóa học gián tiếp này, điều quan trọng cần nhớ là nitơ ở dạng N₂, mặc dù không độc hại, nhưng có thể hoạt động như... khí gây ngạt đơn giản Nếu nó thay thế oxy trong không gian kín. Trong môi trường công nghiệp nơi sử dụng nitơ tinh khiết để tạo ra bầu khí quyển trơ, sự thiếu hụt oxy có thể dẫn đến: thiếu oxy và mất ý thức nếu không thực hiện các biện pháp an toàn thích hợp.
Hiểu rằng bầu khí quyển bị chi phối bởi... nitơ, tiếp theo là oxy, The argon và các loại khí khác với số lượng nhỏ hơn, cho phép hiểu rõ hơn về cách chúng được duy trì. cuộc sống, The khí hậu và chu trình sinh địa hóa của hành tinh. Vai trò của nitơ, với tư cách là khí dồi dào nhất, trải rộng từ hóa học cơ bản và sinh học phân tử đến công nghiệp, nông nghiệp và y tế công cộng, khiến nó trở thành một trong những nguyên tố quan trọng nhất cho sự vận hành của Trái đất.