Людина може прожити без їжі один-два місяці, без води – що¬найбільше десять днів, а ось без повітря проживе недовго. Рекорд зі стримування дихання належить американському ілюзіоністу Девіду Блейму і становить 17 хвилин і 4 секунди.

Що ж таке цінне і важливе для нас є в повітрі? Без чого люд¬ський організм відмовляється існувати та сумлінно виконувати своїх функцій?„Ну, звичайно ж, кисень!” – скажеш ти. Так, насамперед ми потребуємо кисню. Але у повітрі є й інші гази. І, виявляється, пові¬тря необхідне не лише людям, і не лише для дихання. Створюючи чу-додійний коктейль „повітря” за основні компоненти своєї страви ґаздиня-природа взяла азот і кисень, додала аргону, вуглекислого газу, водяної пари і приправила деякими газами в дуже малих кількостях.

Кисень

Кисень ми звикли сприймати як газувату речовину без кольо­ру і запаху, але це не єдина форма його існування. Він також може бути і твердим, і рідким. Рідкий кисень – це рухлива блакитна речо­вина, що притягується магнітом та кипить за температури -183°С. Кисень виконує дуже важливі функції у житті живих організмів.

Процес горіння, як і дихання, належить до реакцій окиснення, і неможливий без участі кисню. Тому рум’яна скоринка, що утво­рюється під час смаження продуктів, це також „робота” кисню. Вна­слідок повільного окиснення їжі, в нашому організмі виділяється енергія, яка необхідна нам, як зарядка для дивайсів. У цьому про­цесі бере участь гемоглобін, який сполучається з киснем, утворю­ючи оксигемоглобін. Ця диво-сполука з кров’ю транспортує до всіх клітинок нашого організму кисень, який бере участь в процесах обміну жирів, білків та вуглеводів, що містяться в їжі, і під час яких вивільняється енергія.

Окиснюючи, кисень не лише підтримує життя, але й може руй­нувати фізичні тіла. Іржа роз’їдає металеві вироби, гниють дерев’яні споруди, вкриваються темним нальотом срібні прикраси, жовтіють і стають крихкими сторінки давніх фоліантів. Проте й цю здатність до руйнування люди навчилися використовувати. Коли ти обро­бляєш подряпину розчином гідроген пероксиду (частіше його на­зивають перекисом водню), виділяється кисень і знешкоджує мі­кробів, які потрапили в зону його нищівної дії. Саме тому кисень називають санітаром нашої планети. Здатність знищувати бактерії має харчова добавка Е928, у якій кисень виконує роль пропелента. Ця „єшка” – газуватий кисень, яким заповнюють упаковки продуктів хар­чування, оберігаючи їх від швидкого розмноження мікроорганізмів.

Озон

Одна молекула кисню (О₂) складається з двох атомів Оксигену. Озон (О₃) – близький триатомний „родич” кисню. Він має ха­рактерний запах свіжості, який ти можеш відчути після грози. Озон утворюється в стратосфері з молекулярного кисню під дією ультра­фіолетового випромінювання або під час електричного розряду – блискавки:

 3O₂ ↔ 2O₃

Озон має значно більшу окислювальну дію у порівнянні з кис­нем і може знищувати хвороботворні бактерії. Озонування засто­совують для знезаражування води, санації приміщень, але підви­щена концентрація озону у повітрі може нам зашкодити. Навіщо тоді матінка-природа генерує озон? Усе просто: більша частина озону знаходиться у стратосфері, де тонкий шар цього могутнього газу виконує функцію нашого захисника, затримуючи небезпечне для всього живого короткохвильове (жорстке) ультрафіолетове випромінювання. Якби воно прорвало озонову оборону, життя на Землі зазнало б незворотних змін внаслідок руйнування де­яких харчових ланцюгів. Для людини в такому випадку є ри­зик втрати зору (розвитку катаракти), послаблення імуніте­ту, появи злоякісних пухлин (в першу чергу, на шкірі). Саме тому не варто зловживати сонячними ваннами і приймати їх з 9-ої до 11-ої ранку та ввечері з 16-ої до 19-ої.

Антропогенний вплив вже наклав свій потворний від­биток на озоновий шар: він тоншає, виникають озонові діри, крізь які ультрафіолетове випромінювання проникає на Землю і розгортає свою нищівну кампанію. „Поїдають” озоновий шар газоподібні продукти згоряння, які викида­ють в атмосферу фабрики, заводи, теплоелектростанції. Ре­активні літаки, що підкорюють повітряний простір на висоті 12–1б км, також руйнують озоновий шар, а ті, що літають ниж­че 12 км, навпаки, сприяють утворенню озону. Космічні ракети під час запуску буквально „випалюють” озонові діри. Ми також розриваємо озонову парасольку, використовуючи продукцію, яка містить фреони. Ці гази – робоче тіло у холодильних установках, розпилювачі в газових балончиках, аерозолі в парфумерії і меди­цині. Під впливом ультрафіолетового проміння з фреонів вивіль­няється атом Хлору, який, взаємодіючи з озоном, перетворює його на кисень. Озоновий шар тоншає. Тому з 1989 року діє Монреальський протокол до Віденської конвенції про охорону озонового шару, який регулює вилучення з виробництва речовин, що знищу­ють озоновий шар.

Азот

Ти вважаєш, що оскільки ми дихаємо киснем, то він і є осно­вним компонентом повітря? Але це не так. Кисень за об’ємом скла­дає лише 21 % атмосфери. Майже вчетверо більше, а саме 78 % по­вітря становить азот. До речі, більшу частину атмосфери Плутона, Титана (супутника Сатурна) та Тритона (супутника Нептуна) теж складає азот. За нормальних умов азот – газ без кольору та запаху, легший, ніж повітря. У воді розчиняється гірше, ніж кисень, може перебувати і в рідкому, і в твердому станах. Його молекула (N₂) складається з двох атомів Нітрогену.

Нітроген є необхідним елементом для життя тварин і рослин. Важко переоцінити його значення в живій природі, бо цей еле­мент входить до складу будь-якої, навіть найпростішої білкової молекули, а білки є основою життя. Щоб живі організми засвою­вали Нітроген, молекулу азоту необхідно перевести у „зв’язаний” стан. Азот, що міститься в повітрі, є досить інертною речовиною. І з живими істотами атмосферний азот теж „не хоче мати справи”. Але є винятки. Здатність перетворювати азот у розчинну форму, доступну для засвоєння рослинами, мають маленькі трударі – діазотрофи (азотфіксуючі мікроорганізми). Саме завдяки цим бакте­ріям біосфера функціонує повноцінно і отримує Нітроген у вигляді амоніаку, який дальше перетворюється у інші сполуки Нітрогену. Найактивніше фіксують атмосферний азот бульбочкові бактерії, які живляться поживними речовинами, якими забезпечують їх бобові рослини. Завдяки бактеріям Нітроген накопичується у рослинах, а відтак потрапляє в організми тварин. Відмираючи, живі організ­ми повертають Нітроген у ґрунт, і він знову виконує свій обов’язок, підтримуючи життя. Сполуки Нітрогену мають велике значення не лише для життєдіяльності рослин і тварин, вони знаходять своє за­стосування і в побуті, і в багатьох галузях господарства¹.

¹Читай статтю Марини Веселової „Безжиттєвий і життя” у журналі „КОЛОСОК” № 6/2016.

У гонитві за врожайністю люди підживлюють рослини азотни­ми добривами. Потрапляючи у ґрунтові води, Нітроген провокує неконтрольоване розмноження рослин у водоймах. Ти й сам, ма­буть, уже помітив, що озера „цвітуть”. Це явище є наслідком евтрофікації². Водорості, підживлені сполуками Нітрогену, швидко роз­множуються і витісняють з водного простору конкуруючі форми життя. Знадобиться багато кисню, щоб рештки відмерлих рослин розклалися в процесі окиснення. Риби, ракоподібні та інша жив­ність гинуть у таких водоймах. Вода заболочується і екосистема во­дойми катастрофічно змінюється. Отже, Нітроген може не тільки підтримувати життя, а й забирати його. І провокує останнє саме людина.

²Евтрофікація (від гр. eutrophia – добре харчування) – збагачення водойм біоген­ними елементами, що супроводжується підвищенням продуктивності водойми. Евтрофікація може бути наслідком природного старіння водойми, внесення добрив або забруднення стічними водами.

Вуглекислий газ

Вуглекислий газ (СО₂) за звичайних умов – безбарвний, без запаху, має кислуватий смак, досить добре розчиняєть­ся у воді, особливо під тиском, утворюючи слабку нестійку вугільну (карбонатну) кислоту. Цю властивість вуглекислого газу використовують у виготовленні газованих напоїв.

Уперше газовану воду отримав відомий англійський хімік Джозеф Пристлі у 1767 році, експериментуючи з газом, що виділявся під час бродіння в чанах на пивоварному заводі. Над пивним чаном учений розмістив чашу з водою і з’ясував, що вона має освіжаючий ефект. У 1770 році він сконструював сатуратор (від лат. saturo – насичувати), який під тиском на­сичував воду вуглекислим газом.

Джозеф Пристлі

Вуглекислий газ або КАРБОН (IV) ОКСИД – це консер­вант, харчова добавка Е290 (він же – розпушувач тіста в кон­дитерській промисловості). СО₂ легко зріджується навіть за кімнатної температури і за атмосферного тиску. Зріджений вуглекислий газ зберігають у сталевих балонах. Якщо його швидко вилити з балону, він випаровується, частина його перетворюється на снігоподібну масу, яку називають сухим льодом. Його використовують в морозильних камерах, а хі­міки вподобали цю речовину для демонстрації видовищних дослідів: створення ілюзії випадіння рясного туману, хмари­нок, „киплячих” речовин, пари. Ці візуальні ефекти можливі завдяки здатності сухого льоду до сублімації (переходу речо­вини з твердого стану одразу в газуватий, оминаючи рідкий). До речі, декількома шматочками сухого льоду можна загаси­ти бензин, що горить. Саме цю властивість вуглекислоти, а також нездатність КАРБОН (IV) оксиду підтримувати горін­ня застосовують у пожежогасінні. Зріджений вуглекислий газ використовують у вогнегасниках.

КАРБОН (IV) ОКСИД нетоксичний, але за високих кон­центрацій у повітрі утруднює (або зупиняє) дихання живих організмів, що потребують кисню. Навіть незначне підви­щення концентрації СО₂ призводить до появи у людей со­нливості, слабкості. Небезпечна концентрація вуглекислого газу у повітрі – 7–10 % (у нормі – 0,039 %), за яких з’являються задуха, головний біль, запаморочення, втрата слуху і навіть свідомості. За високих концентрацій вуглекислого газу настає смерть від задухи. З античних часів відомі пече­ри, в які заходити було небезпечно. В Італії поблизу Неаполя є так звана „Собача печера”. Таку назву вона отри­мала через те, що людина почувається у ній нормально, а собака, що супроводжує господаря, гине. Річ у тім, що КАРБОН (IV) ОКСИД, який в 1,5 рази важчий за повітря, просочується з чисельних дрібних тріщин на дні печери і накопичується на рівні зросту собаки. Нахилившись до свого чотирилапого товариша (а такі печери є і в інших районах Європи³), людина може втратити свідомість.

³Вртоглавиця (словен. Vrtoglavica Jama – „печера головокружіння”) – печера в Юлійських Альпах.

Вуглекислий газ входить до складу атмосфери Венери, Марса, Землі. І хоча його у земній атмосфері значно менше, ніж азоту і кисню (приблизно 0,04 %), не варто недооцінювати його роль у житті нашої планети. Вугле­кислий газ приймає безпосередню участь у процесі фо­тосинтезу. І людство не в програші, бо, генеруючи для себе поживні речовини, рослини виділяють кисень, не­обхідний нам для дихання. Тварини і рослини поверта­ють КАРБОН (IV) оксид в атмосферу в процесі дихання. В процесі розкладу відмерлих рослин і тварин також утво­рюється вуглекислий газ. Природним джерелом КАРБОН (IV) оксиду є вулканічні виверження.

Здавалося б, концентрація вуглекислого газу в атмос­фері регулюється законами термодинаміки. Але круго­обіг Карбону був порушений, коли людина почала спа­лювати органічні сполуки, які накопичувалися у надрах Землі тисячі років (нафту, вугілля, природний газ) і гене­рувати електроенергію; транспортувати людей і вантажі; вирубувати ліси. Збільшення концентрації вуглекислого газу в атмосфері Землі може мати руйнівні наслідки, адже КАРБОН (IV) оксид, водяна пара, озон і метан – парникові гази, які затримують теплове випромінювання Землі, ви­конуючи в атмосфері таку ж роль, як скло в теплиці. На­слідком парникового ефекту є зростання середньорічної температури повітря на Землі, яке провокує танення льо­довиків, підвищення рівня Світового океану, загрожує за­топленню атолів та океанічного побережжя. 

Стабілізація концентрації парникових газів в атмосфері на такому рівні, який не призводив би до небезпечного антропо­генного впливу на клімат Землі – турбота всіх країн на планеті. На конференції, яка має неофіційну назву „Саміт Землі” (1992), понад 195 країн уклали Міжнародний екологічний договір – Рамкову конвенцію ООН зі зміни клімату. 12 грудня 2015 року в Парижі укладена нова угода, що регулює заходи зі зниження концентрації вуглекислого газу в атмосфері з 2020 року. Украї­на також є підписантом цього документу. Ти, як громадянин на­шої країни, теж можеш зробити внесок у збереження „здоров’я” Землі. Довідайся про принципи екологічної поведінки⁴ і що­денно втілюй їх у життя.

⁴Читай статтю Дарії Біди „Жити за накресленнями природи” у журналі „КОЛОСОК” № 3/2016.

Водяна пара

Водяна пара є парниковим газом, за відсутності якого се­редня температура біля земної поверхні була б приблизно на 20 °С нижчою. Твоє самопочуття також залежить від кількості водяної пари, що міститься у повітрі. Посилено пітніючи за ви­сокої вологості, організм втрачає воду, що за відсутності до­даткової гідратації може призвести до перегрівання. Висока вологість – це справжній курорт для бактерій і грибків. Надто сухе повітря також негативно впливає на твоє здоров’я: слизо­ві оболонки ротової і носової порожнин пересихають, знижу­ється імунітет, з’являються респіраторні захворювання.

Вміст водяної пари у повітрі поблизу поверхні Землі становить у середньому від 0,2 % у полярних широтах до 2,5 % поблизу еква­тора, в окремих випадках коливається практично від нуля до 4 %.

З висотою процентний вміст водяної пари змінюється. На висоті 5 км її вміст зменшується у 10 разів, на висоті 8 км її у разів менше, ніж поблизу поверхні, а вище 10–15 км вміст водяної пари мізерний.

Водяна пара невпинно надходить в ат­мосферу внаслідок випаровування з вод­них поверхонь, ґрунту, транспірації рос­лин, причому в різний час вона з’являється у різних кількостях. Від земної поверхні пара піднімається вгору, повітряні течії переносять її з одного місяця Землі в інше. Охоло­джуючись, пара конденсується, перетворюючись у краплини води або у кристалики льоду, утворюючи хмари й туман. Хмари знову випаровуються, а краплини і кристалики випадають на поверхню у вигляді осадів. Саме тому вміст водяної пари у різних ділянках атмосфери весь час змінюється.

Незважаючи на малий вміст, водяна пара виконує важливі функції в атмосфері, пов’язані з процесами життєдіяльності живих ор­ганізмів та важливими процесами погоди й особливостями клімату.

• Водяна пара – основний природний газ, який відповідає за понад 60 % парникового ефекту.
• На випаровування води з земної поверхні затрачається ве­лика кількість тепла, а під час конденсації водяної пари атмосфера віддає це тепло повітрю. Хмари, які утворюються внаслідок кон­денсації, відбивають і поглинають сонячне випромінювання.
• Опади, які випадають з хмар, – важливий елемент погоди і клімату.
• Водяна пара в атмосфері є дуже важливою для фізіологічних процесів.

Боярських Ганна Павлівна,
учитель хімії
Тернівської ЗОШ І–ІІІ ст. № 6
Дніпропетровської області,
лауреат I Всеукраїнського
Інтернет-конкурсу „УЧИТЕЛЬ РОКУ–2016”
за версією науково-популярного
природничого журналу „КОЛОСОК”
у номінації „ХІМІЯ”

ЗАВАНТАЖИТИ СТАТТЮ У ФОРМАТІ PDF