Воздух жаркого, солнечного юга и сурового, холодного севера содержит одинаковое количество кислорода.
Один литр воздуха всегда содержит 210 кубических сантиметров кислорода, что составляет 21 объемный процент.
Вот из чего состоит воздух
Больше всего в воздухе азота — его содержится в литре 780 кубических сантиметров, или 78 процентов по объему. В воздухе имеется также небольшое количество инертных газов. Газы эти получили название инертных потому, что они почти не вступают в соединение с другими элементами.
Из инертных газов в воздухе больше всего аргона — его в литре около 9 кубических сантиметров. В значительно меньших количествах в воздухе находится неона: в литре воздуха его насчитывается 0,02 кубического сантиметра. Еще меньше гелия — его всего 0,005 кубического сантиметра. Криптона в 5 раз меньше, чем гелия, — 0,001 кубического сантиметра, а ксенона совсем мало — 0,00008 кубического сантиметра.
В состав воздуха входят и газообразные химические соединения, например — двуокись углерода, или углекислый газ (СО2). Количество углекислого газа в воздухе колеблется от 0,3 до 0,4 кубического сантиметра в литре. Непостоянно также содержание в воздухе паров воды. В сухую и жаркую погоду их меньше, а в дождливую — больше.
Состав воздуха можно выразить и в весовых процентах. Зная вес 1 литра воздуха и удельный вес каждого газа, входящего в его состав, легко от объемных величин перейти к весовым. Азота в воздухе содержится около 75,5, кислорода — 23,1, аргона — 1,3 и углекислого газа (двуокиси углерода) — 0,04 весового процента.
Разница между весовыми и объемными процентами объясняется различными удельными весами азота, кислорода, аргона и углекислого газа.
Содержание кислорода в воздухе можно определить, соединив его с каким-либо другим элементом.
Кислород, например, легко окисляет медь при высокой температуре. Поэтому, если пропустить воздух через трубку, наполненную раскаленными медными стружками, то при выходе из трубки он не будет содержать кислород. Удалить кислород из воздуха можно также фосфором. При горении фосфор жадно соединяется с кислородом, образуя фосфорный ангидрид (Р2О5).
Поглощение кислорода раскаленными медными стружками: 1 — банка, из которой воздух вытесняется водой; 2 — металлическая трубка, наполненная медной стружкой; 3 — банка, в которую поступает газ, не содержащий кислорода; 4 — сток для воды.
Налейте в банку с широким горлом немного воды, поставьте на воду фарфоровую чашечку, укрепленную на пробке, затем положите в чашечку кусочек фосфора. Подберите пробку, которой можно плотно закрыть эту банку, вставьте в нее загнутую стеклянную трубку и прямую железную проволочку. Накалите кончик проволочки и закройте банку пробкой так, чтобы горячим концом проволоки коснуться фосфора. Как только фосфор воспламенится, поставьте под наружный конец стеклянной трубки сосуд с водой. Образующийся при горении фосфорный ангидрид легко растворится в воде, поэтому в банке создастся разрежение. Вода из сосуда всосется через трубку в банку и заполнит пространство, занятое ранее кислородом. Объем воды, вошедшей в банку, будет равен примерно 1/5 объема воздуха в ней. Это значит, что 1/5 часть воздуха, находившегося в банке до начала опыта, состояла из кислорода.
Определение состава воздуха сжиганием фосфора: 1 — банка с водой; 2 — пробка с укрепленной на ней фарфоровой чашечкой; 3 — горящий фосфор; 4 — пробка; 5 — железная проволочка; 6 — стеклянная трубка; 7 — стакан с водой.
Где бы мы ни проводили этот опыт, результат будет один и тот же. Поэтому считают, что весь воздух, окружающий землю, на 1/5 часть состоит из кислорода.
Состав воздуха был определен в 1775 году Лавуазье.
Опыт Лавуазье по определению состава воздуха
Нагревая небольшое количество металлической ртути в стеклянной реторте, Лавуазье подвел узкий конец реторты под стеклянный колпак, который был опрокинут в сосуд, наполненный ртутью. Двенадцать суток длился этот опыт. Ртуть в реторте, нагретая почти до кипения, все больше и больше покрывалась красной окисью. Одновременно уровень ртути в опрокинутом колпаке стал заметно подниматься над уровнем ртути сосуда, в котором находился колпак. Ртуть в реторте, окисляясь, забирала из воздуха все больше кислорода, давление в реторте и колпаке упало, и вместо израсходованного кислорода в колпак всасывалась ртуть.
Когда весь кислород был израсходован и окисление ртути прекратилось, приостановилось и всасывание ртути в колпак. Объем ртути в колпаке был измерен. Оказалось, что он составлял 1/5 часть общего объема колпака и реторты.
Газ, оставшийся в колпаке и реторте, не поддерживал горения и жизни. Эта часть воздуха, занимавшая почти 4/5 объема, была названа азотом.
Более точными опытами в конце XVIII столетия было установлено, что воздух содержит по объему 21 процент кислорода и 79 процентов азота.
И только в конце XIX столетия стало известно, что в состав воздуха входят аргон, гелий и другие инертные газы.