Χημεία (Β Γυμνασίου): Ηλεκτρονικό Βιβλίο

Η αντίσταση του αέρα σταματά ακόμη και ένα διαστημικό λεωφορείο

3.1 Σύσταση του ατμοσφαιρικού αέρα

Πρώτες σκέψεις: Η αίσθηση δροσιάς που έχουμε όταν κουνάμε, μια βεντάλια, όταν τρέχουμε με ποδήλατο ή όταν φυσάει αέρας οφείλεται στα μόρια των συστατικών του αέρα που κτυπούν πάνω μας από ορισμένη κατεύθυνση. Αυτά είναι μερικά παραδείγματα από τα οποία αισθανόμαστε ότι γύρω μας υπάρχει ατμοσφαιρικός αέρας.

Μετά τη μελέτη αυτού του κεφαλαίου θα μπορείς:

Να διαπιστώνεις πειραματικά την ύπαρξη του ατμοσφαιρικού αέρα.
Να αναφέρεις τα βασικά συστατικά του αέρα.
Να διαπιστώνεις πειραματικά την ύπαρξη οξυγόνου, διοξειδίου του άνθρακα και υδρατμών στον αέρα.

key ατμόσφαιρα, ατμοσφαιρικός αέρας, τροπόσφαιρα, όζον, οζονόσφαιρα

Ο αέρας

Την ύπαρξη του ατμοσφαιρικού αέρα (ή απλώς αέρα) μπορούμε να την καταλάβουμε και με πειράματα στο εργαστήριο.

		Παράθυρο στο εργαστήριο 1: Γιατί δε γεμίζει το ποτήρι με νερό; Σε μια λεκάνη με νερό βυθίζουμε αναποδογυρισμένο ένα διαφανές πλαστικό ποτήρι. Παρατηρούμε ότι το νερό εισχωρεί μέσα στο ποτήρι μέχρι κάποιο ύψος και όχι μέχρι πάνω.
2. Με μια καρφίτσα τρυπάμε το πάνω μέρος του βυθισμένου ποτηριού. Παρατηρούμε φυσαλίδες να φεύγουν από το ποτήρι, ενώ ταυτόχρονα το νερό εισχωρεί μέσα στο ποτήρι μέχρι πάνω.

Αυτό που εμποδίζει το νερό να εισχωρήσει στο ποτήρι μέχρι πάνω είναι ο αέρας. Όταν τρυπήσουμε το ποτήρι, ο αέρας διαφεύγει με τη μορφή φυσαλίδων και το ποτήρι γεμίζει με νερό. Ο αέρας είναι ένα μείγμα αερίων (άζωτο, οξυγόνο, διοξείδιο του άνθρακα, αργό, υδρατμοί κ.ά.) που καλύπτει τη Γη. .

Η ατμόσφαιρα

Η Γη περιβάλλεται από ένα στρώμα αερίων, το οποίο ονομάζεται ατμόσφαιρα και συγκρατείται λόγω βαρύτητας. Η ατμόσφαιρα ξεκινάει από την επιφάνεια της Γης και φτάνει περίπου στα 1.600 Km. Η σύστασή της μεταβάλλεται με το ύψος και, για να τη μελετήσουμε καλύτερα, τη χωρίζουμε σε στρώματα. Κατά αυξανόμε-νο υψόμετρο αυτά είναι: τροπόσφαιρα, στρατόσφαιρα, μεσόσφαιρα και ιονόσφαιρα (θερμόσφαιρα).

Στην τροπόσφαιρα εμφανίζεται η ζωή και διαμορφώνονται τα καιρικά φαινόμενα. Στη στρατόσφαιρα υπάρχει το όζον, που απορροφά μέρος της ηλιακής ακτινοβολίας προστατεύοντας έτσι τους ζωντανούς οργανισμούς από κάποιες σοβαρές βλάβες.

Σύσταση του αέρα

Η σύσταση της ατμόσφαιρας δεν είναι σταθερή. Πάντως, το κατώτερο στρώμα της, δηλαδή ο αέρας, αποτελείται κυρίως από άζωτο και οξυγόνο. Η ατμό-σφαιρα περιέχει επίσης αργό, διοξείδιο του άνθρακα και άλλα αέρια. Η αναλογία των αερίων αυτών σε ξηρή (χωρίς υδρατμούς) ατμόσφαιρα, κοντά στην επιφάνεια της θάλασσας, φαίνεται στον παρακάτω πίνακα.

ΠΙΝΑΚΑΣ. Σύσταση του ατμοσφαιρικού αέρα
Συστατικό	Σύμβολο	Περιεκτικότητα % ν/ν
Άζωτο	Ν₂	78,08
Οξυγόνο	O₂	20,95
Αργό	Ar	0,93
Διοξείδιο του άνθρακα	CO₂	0,03
Άλλα αέρια		0,01

Η περιεκτικότητα του αέρα σε υδρατμούς ποικίλλει ανάλογα με τον τόπο, την ώρα και την εποχή.

Σε ανώτερα στρώματα η σύσταση της ατμόσφαιρας είναι διαφορετική. Για παράδειγμα, η στρατόσφαιρα έχει μικρότερη περιεκτικότητα σε οξυγόνο και μεγαλύτερη σε όζον (O₃), ενώ η ιονόσφαιρα έχει σημαντική περιεκτικότητα σε ιόντα.

Την ύπαρξη των αέριων συστατικών του αέρα μπορούμε να τη διαπιστώσουμε με μια σειρά πειραμάτων.

Στην καθημερινή γλώσσα οι όροι «ατμόσφαιρα» και (ατμοσφαιρικός) «αέρας» χρησιμοποιούνται χωρίς διάκριση.

Στο βιβλίο αυτό με τον όρο «αέρας» εννοείται το κατώτερο στρώμα της ατμόσφαιρας.

Σύσταση του αέρα

		Παράθυρο στο εργαστήριο 2: Πείραμα 1ο: Γιατί σβήνει το κερί; Ανάβουμε ένα κερί και το καλύπτουμε με ένα αναποδογυρισμένο ποτήρι. Μετά από λίγο το κερί σβήνει..
Για να καεί το κερί, χρειάζεται οξυγόνο. Όταν το οξυγόνο του αέρα μέσα στο ποτήρι μειωθεί, το κερί σβήνει.

Πείραμα 2ο: Γιατί θολώνει το ασβεστόνερο;

Αφήνουμε διαυγές ασβεστόνερο εκτεθειμένο στην ατμόσφαιρα. Σε μερικές ημέρες παρατηρούμε ότι στην επιφάνειά του έχει σχηματιστεί κρούστα. Η κρούστα είναι ανθρακικό ασβέστιο, που είναι αδιάλυτο στο νερό. Η ένωση αυτή είναι το προϊόν της αντίδρασης του ασβεστόνερου με το διοξείδιο του άνθρακα του αέρα.

Ως τώρα διαπιστώσαμε την ύπαρξη οξυγόνου και διοξειδίου του άνθρακα στον αέρα. Στο κεφάλαιο (2.1, 1ος τόμος) είχαμε διαπιστώσει ότι στον αέρα υπάρχουν και υδρατμοί.

Συνοψίζοντας

Χημεία παντού

Η εξέλιξη της ατμόσφαιρας

Πριν από μερικά δισεκατομμύρια χρόνια, πολύ πριν η ζωή εμφανιστεί στον πλανήτη μας, η ατμόσφαιρα της Γης ήταν πολύ πλούσια σε διοξείδιο του άνθρακα (πάνω από 80%), φτωχότερη από ό,τι σήμερα σε άζωτο (10%), είχε λίγο υδρογόνο και καθόλου οξυγόνο. Μετά την εμφάνιση των πρώτων φωτοσυνθετικών οργανισμών, πριν από δισεκατομμύρια χρόνια, η σύσταση της ατμόσφαιρας βαθμιαία μεταβλήθηκε: η ποσότητα του διοξειδίου του άνθρακα μειώθηκε, το άζωτο και το οξυγόνο αυξήθηκαν και το υδρογόνο εξαφανίστηκε. Αυτή η τελευταία φάση της ατμόσφαιρας επέτρεψε την εμφάνιση και άλλων οργανισμών, για να φτάσουμε σταδιακά στις μορφές ζωής που γνωρίζουμε σήμερα.

Με βάση τα παραπάνω, προσπάθησε να απαντήσεις στις ερωτήσεις:

1. Από πού προήλθε το οξυγόνο της ατμόσφαιρας;

2. Με ποιο τρόπο οι φωτοσυνθετικοί οργανισμοί συντέλεσαν στην αλλαγή της σύστασης της ατμόσφαιρας;

Στάση για εμπέδωση

Ανάφερε τρία παραδείγματα (φαινόμενα της καθημερινής ζωής ή πειράματα), εκτός από αυτά που αναφέρονται στο βιβλίο σου, που να δείχνουν την ύπαρξη του αέρα. (Στόχος 1ος)

Συμπλήρωσε τα κενά στις παρακάτω προτάσεις: (Στόχος 2ος) Το συστατικό που βρίσκεται σε μεγαλύτερη αναλογία στον αέρα είναι το ……………………………… Το δεύτερο σε αναλογία συστατικό είναι το …………… …………………………………… που είναι απαραίτητο για την αναπνοή. Το ………………………………………… είναι απαραίτητο για τη φωτοσύνθεση.

Να αντιστοιχίσεις τα φαινόμενα της στήλης Ι με τα συστατικά του αέρα της στήλης II που τα προκαλούν: (Στόχος 3ος)

	Στήλη Ι		Στήλη II
α	Σκλήρυνση του σοβά	ί	1. Υδρατμοί
β	Η «δροσιά» τις αυγουστιάτικες νύχτες		2. Οξυγόνο
γ	Καύση κεριού		3. Διοξείδιο του άνθρακα