Levegő

Levegő
Azonosítás
N o CAS 132259-10-0
ATC kód V03 AN05
Kémiai tulajdonságok
Moláris tömeg 28,965  g / mol
Fizikai tulajdonságok
T ° fúzió -216,2  ° C ( 1  atm )
T ° forráspontú -194,3  ° C ( 1  atm , 874,0  kg / m 3 )
Oldékonyság 0,0292 térfogat / térfogat (víz, ° C )
Térfogat 1,2  kg / m 3 ( 21,1  ° C , 1  atm )

egyenlet:
A folyadék sűrűsége kmol m -3-ban és hőmérséklet Kelvinben, 59,15 és 132,45 K között.
Számított értékek:

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

P = f (T) grafikon

Telített gőznyomás

egyenlet:
Pascálban mért nyomás és hőmérséklet Kelvinsben, 59,15 és 132,45 K között.
Számított értékek:

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 1 121 321,73
110.46 −162,69 1 295 827,41
112,9 −160.25 1 488 614,46
115.35 −157,8 1 700 596,36
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 3 078 681,54
130.01 −143.14 3 423 612,7
132.45 −140.7 3 793 400
P = f (T)
Kritikus pont -140,6  ° C , 3771  kPa , 351  kg / m 3
Hővezető 0,023 4  W m −1  K −1
Termokémia
C o

egyenlet:
A folyadék hőkapacitása J kmol -1 K -1 -ben és hőmérséklet Kelvinben, 75 és 115 K között.
Számított értékek:

T
(K)
T
(° C)
C o
C o
75 −198.15 53,070 1,833
77 −196.15 53,598 1,851
79 −194.15 54,051 1,867
80 −193.15 54,254 1 874
81. −192.15 54,444 1,881
83. −190.15 54,797 1,893
84. −189.15 54,965 1,899
85 −188.15 55 131 1,904
87 −186.15 55,464 1,916
88 −185.15 55 637 1,922
89 −184.15 55 817 1,928
91 −182.15 56 210 1,942
92 −181.15 56,428 1,949
93. −180.15 56,664 1,957
95 −178.15 57,197 1 976
T
(K)
T
(° C)
C o
C o
96 −177.15 57,499 1,986
97 −176.15 57 830 1997
99 −174.15 58,582 2,024
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 2 111
105 −168.15 61,760 2,133
107. −166.15 63 192 2 183
108. −165.15 63,989 2 210
109. −164.15 64,843 2,240
111. −162.15 66 735 2 305
112 −161.15 67,777 2 341
113 −160.15 68 886 2,379
115 −158.15 71,320 2,463

P = f (T)

Optikai tulajdonságok
Törésmutató  1 00026825 ( 100  kPa , száraz levegő 450 ppm CO 2 -val )
Egység SI és STP hiányában.

A levegő keveréke gázok alkotó légkörben a Föld . Normál esetben színtelen, láthatatlan és szagtalan.

Fogalmazás

A talaj közelében lévő száraz levegő homogén gázelegy. Körülbelül mólfrakcióból vagy térfogatból áll:

Azt is tartalmaz nyomokban a 0.000072% dihidrogén (0,72  ppmv ), hanem az ózon , valamint egy minimális jelenlétében radon . Tartalmazhat kén-dioxidot , nitrogén-oxidokat , finom szuszpendált anyagokat aeroszol formában , port és mikroorganizmusokat is.

Legtöbbször a Föld környezetében a levegő nedves, mert vízgőzt tartalmaz . A talaj közelében a vízgőz mennyisége nagyon változó. Ez az éghajlati viszonyoktól és különösen a hőmérséklettől függ. A levegőben lévő vízgőz parciális nyomását korlátozza telített gőznyomása, amely a hőmérséklettől függően nagyon változik:

Levegő hőmérséklet -10  ° C ° C 10  ° C 20  ° C 30  ° C 40  ° C
% vízgőz

1013  hPa légnyomás esetén

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

A levegőben jelen lévő vízgőz százalékos arányát a páratartalom mértékével mérjük , ez az időjárás-előrejelzések fontos eleme. A hidrometria leírására több mennyiség is tartozik: abszolút páratartalom , amely megfelel a vízgőz tömegének a levegő térfogatára; és a relatív páratartalom , amely a vízgőz parciális nyomásának a telített gőznyomáshoz viszonyított százalékos aránya .

A szén-dioxid szintje idővel változik. Egyrészt körülbelül 6,5 ppmv ( p ection p ar m illion in v olume) amplitúdó éves változáson megy keresztül  . Másrészt az átlagos éves ráta évente 1,2-1,4  ppmv-vel növekszik. Mintegy 384  ppmv (0,0384%) 2008 közepén volt 278  ppmv előtt ipari forradalom , 315  ppmv 1958, 330  ppmv 1974 és 353  ppmv 1990-ben ez az üvegházhatást okozó gázok üvegház fontos szerepet játszik a globális felmelegedés a Föld .

A metán egy másik gázfő üvegház, amelynek sebessége idővel növekszik: 800  mm 3 / m 3 (0,8  ppmv ) az ipar előtti korszakban, 1585  mm 3 / m 3 1985, 1663  mm 3 / m 3 1992-ben és 1 676  mm 3 / m 3 1996-ban.

Körülbelül 80  km tengerszint feletti magasságig a száraz levegő összetétele nagyon homogén, a levegő összetételének egyetlen jelentős változása a vízgőztartalomé.

Levegő összetétele

A "száraz" levegő összetétele
ppmv: egymillió rész térfogatban

ppmm: egymillió rész tömegben

Gáz Hangerő
Dinitrogén (N 2 ) 780 840  ppmv (78,084%)
Dioxigen (O 2 ) 209 460  ppmv (20,946%)
Argon (Ar) 9340  ppmv (0,9340%)
Szén-dioxid (CO 2) 415  ppmv (0,0415%) vagy 630 ppmm

(2021 áprilisában)

Neon (Ne) 18,18  ppmv
Hélium (ő) 5,24  ppmv
Metán (CH 4 ) 1745  ppmv
Kripton (kr) 1,14  ppmv
Dihidrogén (H 2 ) 0,55  ppmv
Hozzáadjuk száraz levegőhöz:
Vízgőz (H 2 O) <1% -tól ~ 5% -ig

(nagyon változó)

Kisebb légalkatrészek
Gáz Hangerő
Nitrogén-oxid (NO) 0,5  ppmv
Dinitrogén-oxid (N 2 O) 0,3  ppmv
Xenon (Xe) 0,09  ppmv
Ózon (O 3 ) ≤ 0,07  ppmv
Nitrogén-dioxid (NO 2 ) 0,02  ppmv
Jód (I 2 ) 0,01  ppmv
Szén-monoxid (CO) 0,2  ppmv
Ammónia (NH 3 ) nyomait

A tömegarányok úgy értékelhetők, hogy a térfogatarányokat megszorozzuk a figyelembe vett gáz moláris tömegének és a levegő moláris tömegének, azaz 28,976 g mol-- 1 arányának  , például CO 2 esetén.. Ez az arány nem elhanyagolható, mivel 44 / 28,976 = 1,5185 egyenlő , ezért a CO 2 tömegtartalmalevegőben 415 × 1,5185 = 630  ppmm .

Térfogat

Mivel a levegő összenyomható gáz, sűrűsége ( kg / m 3 -ben ) a nyomás, a hőmérséklet és a páratartalom függvénye.

Száraz levegő normál légköri nyomáson ( 1013,25  hPa ):

Általában úgy 1,293  kg / m 3 , hogy ° C-on és 1,204  kg / m 3 , hogy 20-  ° C .

Ezt generalizált ( ideális gáz képlet ) a: (a T a Kelvinben és P a pascalban szerinti SI egyezmények). A hőmérséklet θ Celsius fokban, a hőmérséklet T kelvinben hozzáadásával kapott 273,15, hogy θ  : T (K) = θ (° C) + 273,15 .

Globális felmelegedési potenciál

A globális felmelegedési potenciál (GWP angolul  : GWP: Globális felmelegedési potenciál ) vagy ezzel egyenértékű CO 2lehetővé teszi az egyes üvegházhatású gázok „károsságának” mérését .

Az alábbi táblázat a levegőben található fő üvegházhatású gázok GWP-értékét adja meg:

PRG 1 (hivatkozás) 8 23. 310 1300-tól 1400-ig 6 200-tól 7 100-ig 6500 22,800
gáz szén-dioxid vízpára metán dinitrogén-oxid (N 2 O) klór-difluor-metán (HCFC) diklór-difluor-metán (CFC) szén-tetrafluorid (CF 4 ) kén-hexafluorid (SF 6 ).

Törésmutató

A levegő törésmutatójának kifejezése "standard körülmények között":

azzal , ahol a hullámhossz nanométerben kifejezve (nm), ahol az a kölcsönös a hullámhossz mikrométer.

Száraz, 0,03% szén-dioxidot tartalmazó levegőre vonatkozik, 101 325  Pa (760 milliméter higany) nyomáson és 288,15  kelvin ( 15  ° C ) hőmérsékleten .

N- t kapunk különböző hőmérsékleten vagy nyomáson, az alábbi két kifejezés egyikének használatával:

val vel:

vagy:

val vel:

Termofizikai tulajdonságok

Frank M. White által közzétett táblázatokból, Heat and Mass transfer , Addison-Wesley, 1988.

val vel:


Levegő légköri nyomáson
T ρ μ v C o λ nál nél 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 1,005 0,0223 1,32 × 10 −5 0,722
300 1.177 1,85 × 10 −5 1,57 × 10 −5 1,006 0,0262 2,22 × 10 −5 0,708
350 0,998 2,08 × 10 −5 2,08 × 10 −5 1,009 0,0300 2,98 × 10 −5 0,697
400 0.883 2,29 × 10 −5 2,59 × 10 −5 1,014 0,0337 3,76 × 10 −5 0,689
450 0.783 2,48 × 10 −5 2,89 × 10 −5 1,021 0,0371 4,22 × 10 −5 0,683
500 0,705 2,67 × 10 −5 3,69 × 10 −5 1,030 0,0404 5,57 × 10 −5 0,680
550 0.642 2,85 × 10 −5 4,43 × 10 −5 1,039 0,0436 6,53 × 10 −5 0,680
600 0,588 3,02 × 10 −5 5,13 × 10 −5 1,055 0,0466 7,51 × 10 −5 0,680
650 0,543 3,18 × 10 −5 5,85 × 10 −5 1,063 0,0495 8,58 × 10 −5 0.682
700 0,503 3,33 × 10 −5 6,63 × 10 −5 1,075 0,0523 9,67 × 10 −5 0,684
750 0.471 3,48 × 10 −5 7,39 × 10 −5 1,086 0,0551 10,8 × 10 −5 0.686
800 0.441 3,63 × 10 −5 8,23 × 10 −5 1,098 0,0578 12,0 × 10 −5 0,689
850 0,415 3,77 × 10 −5 9,07 × 10 −5 1 110 0,0603 13,1 × 10 −5 0,692
900 0,392 3,90 × 10 −5 9,93 × 10 −5 1,121 0,0628 14,3 × 10 −5 0,696
950 0,372 4,02 × 10 −5 10,8 × 10 −5 1,132 0,0653 15,5 × 10 −5 0,699
1000 0,352 4,15 × 10 −5 11,8 × 10 −5 1,142 0,0675 16,8 × 10 −5 0,702
1,100 0,320 4,40 × 10 −5 13,7 × 10 −5 1,161 0,0723 19,5 × 10 −5 0,706
1200 0,295 4,63 × 10 −5 15,7 × 10 −5 1,179 0,0763 22,0 × 10 −5 0,714
1,300 0,271 4,85 × 10 −5 17,9 × 10 −5 1,197 0,0803 24,8 × 10 −5 0,722

A hőmérséklet és a levegő hővezetési tényezője közötti kapcsolat 100  K és 1600  K közötti hőmérsékleten érvényes :

vagy:

A levegő dinamikus viszkozitása és a hőmérséklet viszonya:

vagy:

A levegő kinematikus viszkozitása és a hőmérséklet közötti kapcsolat a következő:

vagy:

A WPI  (en) információ szerint a fajlagos levegő és a hőmérséklet közötti kapcsolat a következő:

vagy:

Nyomás

Mivel a csökkenés levegő nyomása a magasság , szükséges, hogy nyomás a kabinok repülőgépek és más légi jármű . A gyakorlatban a kabinokban alkalmazott nyomás nagyobb, mint a külső nyomás, bár kisebb, mint a talajszint nyomása.

A sűrített levegőt a búvárkodás során is használják .

Cseppfolyósítás

A levegő különböző gázokból áll, amelyek megfelelő lehűlés esetén végül folyékony állapotba , majd szilárd állapotba kerülnek . Például az oxigén -218  ° C hőmérsékleten szilárdtá válik , a nitrogén -195  ° C-on cseppfolyósodik . A hőmérséklet -270  ° C (körülbelül 3  K ), az összes gáz kivéve hélium ezután a szilárd és így kapjuk az „fagyott levegő”.

A levegőt nem lehetett cseppfolyósítani, mielőtt ismertek azok a kritikus nyomások és hőmérsékletek, amelyek ismerik azokat az elméleti határokat, amelyeken túl egy vegyület csak gázállapotban létezhet. Mivel a levegő keverék, ezeknek az értékeknek nincs szigorú jelentése, de valójában –140  ° C feletti hőmérsékleten a levegő már nem cseppfolyósítható.

A levegő alkatrészeinek forrási hőmérséklete

Vezetéknév Képlet Hőfok
Dinitrogén 2. sz -195,79  ° C , folyékony nitrogén
Dioxigen O 2 –183  ° C , folyékony oxigén
Argon Ar -185,85  ° C
Szén-dioxid CO 2 -56,6  ° C át 5,12  atm
Neon Született -246,053  ° C
Hélium -268,93  ° C , folyékony hélium
Nitrogén-monoxid NEM -151,8  ° C
Kripton Kr -154,34  ° C
Metán CH 4 -161,52  ° C
Dihidrogén H 2 -252,76  ° C , folyékony hidrogén
Dinitrogén-oxid N 2 O -88,5  ° C
Xenon Xe -108,09  ° C
Nitrogén-dioxid NO 2 21,2  ° C
Ózon O 3 -111,9  ° C
Radon Rn -61,7  ° C

Az első csepp folyékony levegőt szinte egyidejűleg, Louis Paul Cailletet és Raoul-Pierre Pictet kapta meg 1877-ben , hirtelen tágulással 300 és 1 atmoszféra között.

A 1894 , a holland fizikus Heike Kamerlingh Onnes fejlesztette ki az első cseppfolyós levegő telepítést. Az elkövetkező 40 évben a francia, nagy-britanniai, németországi és oroszországi kutatók számos fejlesztést hajtottak végre a folyamaton.

Sir James Dewar első cseppfolyós hidrogén a 1898 és Heike Kamerlingh Onnes hélium, a legnehezebb gáz felenged, a 1908 .

Függetlenül Carl von Linde , Georges Claude kifejlesztett 1902 egy ipari folyamat cseppfolyósító levegőt.

Szimbolikus

Megjegyzések és hivatkozások

Megjegyzések

  1. Ez a száraz levegő moláris tömege.

Hivatkozások

  1. "  Air  " , az olivier.fournet.free.fr webhelyen (megtekintve : 2010. március 4. )
  2. (en) Sűrítettgáz-társulás, Sűrített gázok kézikönyve , Springer,1999, 4 th  ed. , 702  p. ( ISBN  0-412-78230-8 , online olvasás ) , p.  234
  3. (en) Robert H. Perry és Donald W. Green , Perry vegyészmérnökök kézikönyve , USA, McGraw-Hill,1997, 7 -én  ed. , 2400  p. ( ISBN  0-07-049841-5 ) , p.  2-50
  4. (a) Philip E. Ciddor, "  Törésmutató levegő: új egyenletek a látható és a közeli infravörös  " , Applied Optics , Vol.  35, n o  9,1996, P.  1566-1573 ( DOI  10.1364 / AO.35.001566 )
  5. (in) A legújabb globális CO2 a noaa.gov oldalon, hozzáférés 2021. április 21.
  6. (in) A Keeling Curve , a keelingcurve.ucsd.edu webhely, 2015. április 23.
  7. CO 2 koncentráció a föld légkörében
  8. CO 2 koncentráció Mauna Loán (Hawaii), NOAA.
  9. A metán koncentrációja Mauna Loán (Hawaii), NOAA.
  10. A gyakorlatban az erősen szárított levegő még mindig tartalmaz vízgőz nyomokat.
  11. Adatforrás: Szén-dioxid: (en) NASA - Earth Fact Sheet , 2007. január. Metán: IPCC TAR; 6.1 táblázat, 1998 (en) Az IPCC harmadik értékelési jelentése: "Climate Change 2001" , GRID-Arendal 2003-ban. A NASA összértéke 17  ppmv volt a 100% -ból, és a CO 2itt 15 ppmv-vel nőtt  . Normalizálni, N 2 csökkenteni kell 25  ppmv és az O 2 7  ppmv .
  12. Légtörési index  " , az olivier.fournet.free.fr webhelyen (megtekintve : 2010. március 4. )
  13. vegyipari szakemberek
  14. Vegyipari szakemberek , nem találhatók 2013. augusztus 11
  15. Ez a dokumentum a WPI webhelyéről , a wpi.edu webhelyről

Lásd is

Kapcsolódó cikkek

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