Powietrze

Powietrze
Identyfikacja
N O CAS 132259-10-0
Kod ATC V03 AN05
Właściwości chemiczne
Masa cząsteczkowa 28,965  g / mol
Właściwości fizyczne
T ° fuzja −216,2  ° C ( 1  atm )
* Temperatura wrzenia -194,3  ° C ( 1  atm , +874,0  kg / m 3 )
Rozpuszczalność 0,0292 obj./obj. (Woda, ° C )
Masa objętościowa 1,2  kg / m 3 ( 21,1  ° C , 1  atm )

równanie:
Gęstość cieczy w kmol · m -3 i temperatura w kelwinach od 59,15 do 132,45 K.
Obliczone wartości:

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

Wykres P = f (T)

Nasycenie prężności par

równanie:
Ciśnienie w paskalach i temperatura w Kelwinach, od 59,15 do 132,45 K.
Obliczone wartości:

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)
Punkt krytyczny −140,6  ° C , 3771  kPa , 351  kg / m 3
Przewodność cieplna 0,023 4  W  · m −1 K −1
Termochemia
C p

równanie:
Pojemność cieplna cieczy w J kmol -1 K -1 i temperatura w Kelwinach od 75 do 115 K.
Obliczone wartości:

T
(K)
T
(° C)
C p
C p
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 54965 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 p
C p
96 -177,15 57,499 1,986
97 -176,15 57 830, 1997
99 -174,15 58582 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)

Właściwości optyczne
Współczynnik załamania światła  1,00026825 ( 100  kPa , suche powietrze z 450  ppm CO 2)
Jednostki SI i STP, chyba że określono inaczej.

Powietrze jest mieszaniną gazów wchodzących w skład atmosfery ziemskiej . Zwykle jest bezbarwny, niewidoczny i bezwonny.

Kompozycja

Suche powietrze przy ziemi jest jednorodną mieszaniną gazów. Składa się w przybliżeniu z ułamka molowego lub objętości:

Zawiera również śladowe ilości 0,000072% diwodoru (0,72  ppmv ), ale także ozon , a także minimalną obecność radonu . Może również zawierać dwutlenek siarki , tlenki azotu , drobne zawiesiny w postaci aerozolu , pył i mikroorganizmy.

Przez większość czasu powietrze w środowisku ziemskim jest wilgotne, ponieważ zawiera parę wodną . W pobliżu gruntu ilość pary wodnej jest bardzo zmienna. Zależy to od warunków klimatycznych, w szczególności od temperatury. Częściowe ciśnienie pary wodnej w powietrzu jest ograniczone przez jego ciśnienie pary nasyconej , która zmienia się znacznie wraz z temperaturą:

Temperatura powietrza -10  ° C ° C 10  ° C 20  ° C 30  ° C 40  ° C
% pary wodnej

dla ciśnienia powietrza 1013  hPa

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

Procentowy udział pary wodnej w powietrzu mierzony jest wskaźnikiem wilgotności , jest to ważny element prognoz pogody. Istnieje kilka wielkości opisujących hydrometrię: wilgotność bezwzględna , która odpowiada masie pary wodnej na objętość powietrza; i wilgotność względną , która jest wartością procentową ciśnienia cząstkowego pary wodnej w stosunku do prężności pary nasyconej .

Poziom dwutlenku węgla zmienia się w czasie. Z jednej strony, to ulega zmianie rocznej około 6,5  ppmv ( s ekcja p ar m ln w V POZIOM GŁOŚNOŚCI) amplitudzie. Z drugiej strony średnia roczna stopa rośnie od 1,2 do 1,4  ppmv rocznie. Na poziomie 384  ppmv (0,0384%) w połowie 2008 r. Było to 278  ppmv przed rewolucją przemysłową , 315  ppmv w 1958 r., 330  ppmv w 1974 r. I 353  ppmv w 1990 r. Ta cieplarnia gazów cieplarnianych odgrywa ważną rolę w globalnym ociepleniu. planety.

Metan jest innym gazem głównym cieplarnianych, którego szybkość rośnie z czasem: 800  mm, 3 / m 3 (0,8  ppmv ) na wstępnie przemysłowej ery, 1585  mm, 3 / m, 3 1985, 1663  mm, 3 / m 3 , w 1992 roku, a 1676  mm, 3 / m 3 w 1996 roku.

Do wysokości około 80  km skład suchego powietrza jest bardzo jednorodny, jedyną znaczącą różnicą w składzie powietrza jest zawartość pary wodnej.

Skład powietrza

Skład „suchego” powietrza
ppmv: części na milion objętościowo

ppmm: części na milion masowo

Gaz Tom
Azot (N 2 ) 780840  ppmv (78,084%)
Ditlen (O 2 ) 209460  ppmv (20,946%)
Argon (Ar) 9340 ppmv ( 0,9340  %)
Dwutlenek węgla (CO 2) 415  ppmv (0,0415%) lub 630 ppmm

(w kwietniu 2021 r.)

Neon (Ne) 18,18  ppmv
Hel (He) 5,24  ppmv
Metan (CH 4 ) 1745  ppmv
Krypton (Kr) 1,14  ppmv
Diwodór (H 2 ) 0,55  ppmv
Dodaj do suchego powietrza:
Para wodna (H 2 O) od <1% do ~ 5%

(bardzo zmienna)

Mniejsze składniki powietrza
Gaz Tom
Tlenek azotu (NO) 0,5  ppmv
Podtlenek azotu (N 2 O) 0,3  ppmv
Xenon (Xe) 0,09  ppmv
Ozon (O 3 ) ≤ 0,07  ppm v
Dwutlenek azotu (NO 2 ) 0,02  ppmv
Jod (I 2 ) 0,01  ppmv
Tlenek węgla (CO) 0,2  ppm obj
Amoniak (NH 3 ) ślady

Proporcje masowe można oszacować mnożąc proporcje objętościowe przez stosunek masy molowej rozpatrywanego gazu podzielonego przez masę molową powietrza, czyli 28,976  g mol −1 , na przykład w przypadku CO 2. Ten stosunek nie jest bez znaczenia, ponieważ wynosi 44 / 28,976 = 1,5185, stąd zawartość masowa CO 2w powietrzu równym 415 × 1,5185 = 630  ppmm .

Masa objętościowa

Ponieważ powietrze jest gazem ściśliwym, jego gęstość (w kg / m 3 ) jest funkcją ciśnienia, temperatury i wilgotności.

Dla suchego powietrza przy normalnym ciśnieniu atmosferycznym ( 1013,25  hPa ):

Ogólnie przyjmuje 1.293  kg / m 3 do ° C i 1.204  kg / m 3 do 20  ° C .

Jest to uogólnione ( wzór na gaz idealny ) w: (z T w kelwinach i P w paskalach zgodnie z konwencjami SI). Dla temperatury θ w stopniach Celsjusza, temperaturę T w stopniach Celsjusza otrzymuje się przez dodanie 273,15 do θ  : T (K) = θ (° C) + 273,15 .

Potencjał tworzenia efektu cieplarnianego

Współczynnik ocieplenia globalnego (GWP w języku angielskim  : GWP: Global Warming Potential ) lub równoważny CO 2umożliwia pomiar „szkodliwości” każdego gazu cieplarnianego .

Poniższa tabela przedstawia wartość GWP dla głównych gazów cieplarnianych obecnych w powietrzu:

PRG 1 (odniesienie) 8 23 310 od 1300 do 1400 od 6200 do 7100 6500 22,800
gaz dwutlenek węgla para wodna metan podtlenek azotu (N 2 O) chlorodifluorometan (HCFC) dichlorodifluorometan (CFC) czterofluorek węgla (CF 4 ) sześciofluorek siarki (SF 6 ).

Współczynnik załamania światła

Wyrażenie na współczynnik załamania światła powietrza „w warunkach normalnych” to:

z którym jest długość fali wyrażoną w nanometrach (nm), przy czym jest odwrotnością długości fali w mikrometrach.

Przeznaczony jest do suchego powietrza z 0,03% dwutlenkiem węgla , pod ciśnieniem 101,325  Pa (760 milimetrów słupa rtęci) i temperaturze 288,15  kelwinów ( 15  ° C ).

Możemy otrzymać n dla innej temperatury lub ciśnienia, używając jednego z następujących dwóch wyrażeń:

z:

lub:

z:

Właściwości termofizyczne

Z tabel opublikowanych przez Franka M. White'a, Heat and Mass transfer , Addison-Wesley, 1988.

z:


Powietrze pod ciśnieniem atmosferycznym
T ρ μ ν C p λ w 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 x 10-5 0,949 x 10-5 1,005 0,0223 1,32 x 10-5 0,722
300 1.177 1,85 x 10-5 1,57 x 10-5 1,006 0,0262 2,22 x 10-5 0,708
350 0,998 2,08 x 10-5 2,08 x 10-5 1,009 0,0300 2,98 x 10-5 0.697
400 0.883 2,29 x 10-5 2,59 x 10-5 1,014 0,0337 3,76 x 10-5 0.689
450 0,783 2,48 x 10-5 2,89 x 10-5 1,021 0,0371 4,22 x 10-5 0.683
500 0,705 2,67 x 10-5 3,69 x 10-5 1,030 0,0404 5,57 x 10-5 0,680
550 0.642 2,85 x 10-5 4,43 x 10-5 1,039 0,0436 6,53 x 10-5 0,680
600 0,588 3,02 × 10-5 5,13 × 10-5 1,055 0,0466 7,51 x 10-5 0,680
650 0.543 3,18 x 10-5 5,85 x 10-5 1,063 0,0495 8,58 x 10-5 0.682
700 0,503 3,33 x 10-5 6,63 x 10-5 1,075 0,0523 9,67 × 10-5 0.684
750 0,471 3,48 x 10-5 7,39 x 10-5 1,086 0,0551 10,8 x 10-5 0.686
800 0,441 3,63 x 10-5 8,23 x 10-5 1,098 0,0578 12,0 × 10-5 0.689
850 0,415 3,77 x 10-5 9,07 x 10-5 1 110 0,0603 13,1 x 10-5 0,692
900 0,392 3,90 x 10-5 9,93 x 10-5 1,121 0,0628 14,3 x 10-5 0.696
950 0,372 4,02 x 10-5 10,8 x 10-5 1,132 0,0653 15,5 x 10-5 0.699
1000 0,352 4,15 x 10-5 11,8 x 10-5 1,142 0,0675 16,8 x 10-5 0,702
1100 0,320 4,40 x 10-5 13,7 x 10-5 1,161 0,0723 19,5 x 10-5 0,706
1200 0,295 4,63 x 10-5 15,7 x 10-5 1,179 0,0763 22,0 × 10-5 0,714
1300 0,271 4,85 x 10-5 17,9 x 10-5 1,197 0,0803 24,8 x 10-5 0,722

Zależność między temperaturą a przewodnością cieplną powietrza, obowiązująca dla temperatury od 100  K do 1600  K, jest następująca:

lub:

Zależność między lepkością dynamiczną powietrza a temperaturą jest następująca:

lub:

Zależność między lepkością kinematyczną powietrza a temperaturą jest następująca:

lub:

Zgodnie z informacją WPI  (en) , zależność między ciepłem właściwym powietrza a temperaturą jest następująca:

lub:

Nacisk

Ze względu na spadek ciśnienia powietrza wraz z wysokością konieczne jest zwiększenie ciśnienia w kabinach samolotów i innych statków powietrznych . W praktyce ciśnienie wywierane w kabinach jest większe niż ciśnienie zewnętrzne, chociaż mniejsze niż ciśnienie na poziomie gruntu.

Sprężone powietrze jest również stosowany w nurkowania .

Skraplanie

Powietrze składa się z różnych gazów, które po dostatecznym ochłodzeniu ostatecznie przechodzą w stan ciekły, a następnie w stan stały . Na przykład tlen zestala się w temperaturze -218  ° C , z azotu upłynnia się w -195  ° C . W temperaturze -270  ° C (około 3  K ) wszystkie gazy z wyjątkiem helu są wówczas w stanie stałym i uzyskuje się „zamarznięte powietrze”.

Powietrze nie mogło zostać skroplone przed poznaniem krytycznych ciśnień i temperatur, które wyznaczają teoretyczne granice, powyżej których związek może istnieć tylko w stanie gazowym. Ponieważ powietrze jest mieszaniną, wartości te nie mają ścisłego znaczenia, ale w rzeczywistości w temperaturze powyżej -140  ° C powietrze nie jest już skraplane.

Temperatura wrzenia składników powietrza

Nazwisko Formuła Temperatura
Azot Nr 2 -195,79  ° C , ciekły azot
Ditlen O 2 −183  ° C , ciekły tlen
Argon Ar -185,85  ° C
Dwutlenek węgla CO 2 -56,6  ° C przy 5,12  atm
Neon Urodzony -246,053  ° C
Hel Hej -268,93  ° C , ciekły hel
Podtlenek azotu NIE -151,8  ° C
Krypton Kr -154,34  ° C
Metan CH 4 -161,52  ° C
Diwodór H 2 -252,76  ° C , ciekły wodór
Podtlenek azotu N 2 O -88,5  ° C
Ksenon Xe -108,09  ° C
Dwutlenek azotu NIE 2 21,2  ° C
Ozon O 3 -111,9  ° C
Radon Rn -61,7  ° C

Pierwsze krople ciekłego powietrza zostały uzyskane prawie jednocześnie przez Louisa Paula Cailleteta i Raoula-Pierre Picteta w 1877 roku , przez nagłą ekspansję między 300 a 1 atmosferą.

W 1894 roku holenderski fizyk Heike Kamerlingh Onnes opracował pierwszą instalację ciekłego powietrza. W ciągu następnych 40 lat naukowcy z Francji, Wielkiej Brytanii, Niemiec i Rosji wprowadzili wiele ulepszeń do tego procesu.

Sir James Dewar po raz pierwszy skroplił wodór w 1898 r., A hel Heike Kamerlingh Onnes , najtrudniejszy gaz do skroplenia, w 1908 r .

Niezależnie od Carl von Linde , Georges Claude opracowany w 1902 roku to proces przemysłowy do skraplania powietrza.

Symboliczny

Uwagi i odniesienia

Uwagi

  1. To jest masa molowa suchego powietrza.

Bibliografia

  1. „  Air  ” , na olivier.fournet.free.fr (dostęp: 4 marca 2010 )
  2. (en) Compressed Gas Association, Podręcznik sprężonych gazów , Springer,1999, 4 th  ed. , 702  pkt. ( ISBN  0-412-78230-8 , czytaj online ) , str.  234
  3. (en) Robert H. Perry i Donald W. Green , Perry's Chemical Engineers 'Handbook , USA, McGraw-Hill,1997, 7 th  ed. , 2400  s. ( ISBN  0-07-049841-5 ) , str.  2-50
  4. (w) Philip E. Ciddor, „  Współczynnik załamania światła powietrza: nowe równania dla widzialnej i bliskiej podczerwieni  ” , Applied Optics , Vol.  35 N O  9,1996, s.  1566-1573 ( DOI  10.1364 / AO.35.001566 )
  5. (in) Recent Global CO2 na noaa.gov, dostęp 21 kwietnia 2021 r.
  6. (w) The Keeling Curve , strona internetowa keelingcurve.ucsd.edu, dostęp 23 kwietnia 2015
  7. Stężenie CO 2 w atmosferze ziemskiej
  8. Stężenie CO 2 zmierzone w Mauna Loa (Hawaje), NOAA.
  9. Stężenie metanu mierzone w Mauna Loa (Hawaje), NOAA.
  10. W praktyce mocno wysuszone powietrze nadal zawiera śladowe ilości pary wodnej.
  11. Źródło danych: Dwutlenek węgla: (en) NASA - Earth Fact Sheet , styczeń 2007. Metan: IPCC TAR; tabela 6.1, 1998 (en) Trzeci raport oceniający IPCC „Zmiany klimatu 2001” GRID-Arendal w 2003 r. Łączna wartość NASA wyniosła 17  ppmv na 100%, a CO 2wzrosła tutaj o 15  ppmv . Aby znormalizować, N 2 należy zmniejszyć o 25  ppmv, a O 2 o 7  ppmv .
  12. „  Air refractive index  ” , na olivier.fournet.free.fr (dostęp: 4 marca 2010 )
  13. Specjaliści od chemii
  14. Chemical Professionals , nie znaleziono 11 sierpnia 2013
  15. Ten dokument ze strony internetowej WPI na stronie wpi.edu

Zobacz też

Powiązane artykuły

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