Aria

Aria
Identificazione
N o CAS 132259-10-0
Codice ATC V03 AN05
Proprietà chimiche
Massa molare 28,965  g / mol
Proprietà fisiche
T ° fusione −216,2  ° C ( 1  atm )
T ° bollitura −194,3  ° C ( 1  atm , 874,0  kg / m 3 )
Solubilità 0,0292 vol / vol (acqua, ° C )
Massa volumica 1,2  kg / m 3 ( 21,1  ° C , 1  atm )

equazione:
Densità del liquido in kmol m -3 e temperatura in Kelvin, da 59,15 a 132,45 K.
Valori calcolati:

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

Grafico P = f (T)

Pressione del vapore saturo

equazione:
Pressione in pascal e temperatura in Kelvin, da 59,15 a 132,45 K.
Valori calcolati:

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)
Punto critico −140,6  ° C , 3.771  kPa , 351  kg / m 3
Conduttività termica 0,023 4  W m −1  K −1
Termochimica
C p

equazione:
Capacità termica del liquido in J kmol -1 K -1 e temperatura in Kelvin, da 75 a 115 K.
Valori calcolati:

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 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 p
C p
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)

Proprietà ottiche
Indice di rifrazione  1,00026825 ( 100  kPa , aria secca con 450  ppm di CO 2)
Unità di SI e STP se non diversamente specificato.

L' aria è una miscela di gas che costituiscono l' atmosfera della Terra . Normalmente è incolore, invisibile e inodore.

Composizione

L'aria secca vicino al suolo è una miscela di gas omogenea. È composto approssimativamente dalla frazione molare o dal volume di:

Contiene anche tracce dello 0,000072% di diidrogeno (0,72  ppmv ), ma anche ozono , oltre a una minima presenza di radon . Può anche contenere anidride solforosa , ossidi di azoto , sostanze sospese fini in forma aerosol , polvere e microrganismi.

Il più delle volte, l'aria nell'ambiente terrestre è umida perché contiene vapore acqueo . In prossimità del suolo, la quantità di vapore acqueo è molto variabile. Dipende dalle condizioni climatiche, e in particolare dalla temperatura. La pressione parziale del vapore acqueo nell'aria è limitata dalla sua pressione del vapore saturo che varia notevolmente con la temperatura:

Temperatura dell'aria −10  ° C ° C 10  ° C 20  ° C 30  ° C 40  ° C
% vapore acqueo

per una pressione dell'aria di 1013  hPa

Da 0 a 0,2% Da 0 a 0,6% Da 0 a 1,2% Da 0 a 2,4% Da 0 a 4,2% Da 0 a 7,6%

La percentuale di vapore acqueo presente nell'aria si misura dal tasso di umidità , è un elemento importante per le previsioni meteorologiche. Esistono diverse quantità per descrivere l'idrometria: umidità assoluta , che corrisponde alla massa di vapore acqueo per volume d'aria; e umidità relativa , che è la percentuale della pressione parziale del vapore acqueo rispetto alla pressione del vapore saturo .

Il livello di anidride carbonica varia nel tempo. Da un lato, esso subisce una variazione annua di circa 6,5  ppmv ( p ezione p ar m ilioni in v olume) ampiezza. D'altra parte, il tasso medio annuo aumenta da 1,2 a 1,4  ppmv all'anno. Circa 384  ppmv (0,0384%) a metà 2008, erano 278  ppmv prima della rivoluzione industriale , 315  ppmv nel 1958, 330  ppmv nel 1974 e 353  ppmv nel 1990. Questa serra a gas serra svolge un ruolo importante nel riscaldamento globale del pianeta .

Il metano è un'altra importante serra di gas il cui tasso aumenta nel tempo: 800  mm 3 / m 3 (0,8  ppmv ) nell'era preindustriale, 1585  mm 3 / m 3 nel 1985, 1663  mm 3 / m 3 nel 1992 e 1.676  mm 3 / m 3 nel 1996.

Fino a circa 80  km di altitudine, la composizione dell'aria secca è molto omogenea, l'unica variazione significativa nella composizione dell'aria è quella del contenuto di vapore acqueo.

Composizione dell'aria

Composizione dell'aria "secca"
ppmv: parti per milione in volume

ppmm: parti per milione in massa

Gas Volume
Azoto (N 2 ) 780.840  ppmv (78,084%)
Diossigeno (O 2 ) 209.460  ppmv (20,946%)
Argon (Ar) 9.340  ppmv (0,9340%)
Anidride carbonica (CO 2) 415  ppmv (0,0415%) o 630 ppmm

(nell'aprile 2021)

Neon (Ne) 18.18  ppmv
Elio (He) 5,24  ppmv
Metano (CH 4 ) 1.745  ppmv
Krypton (Kr) 1,14  ppmv
Diidrogeno (H 2 ) 0,55  ppmv
Aggiungere all'aria secca:
Vapore acqueo (H 2 O) da <1% a ~ 5%

(molto variabile)

Componenti dell'aria minori
Gas Volume
Ossido nitrico (NO) 0,5  ppmv
Protossido di azoto (N 2 O) 0,3  ppmv
Xenon (Xe) 0,09  ppmv
Ozono (O 3 ) ≤ 0,07  ppmv
Biossido di azoto (NO 2 ) 0,02  ppmv
Iodio (I 2 ) 0,01  ppmv
Monossido di carbonio (CO) 0,2  ppmv
Ammoniaca (NH 3 ) tracce

Le proporzioni di massa possono essere valutate moltiplicando le proporzioni di volume per il rapporto tra la massa molare del gas considerata divisa per la massa molare dell'aria, ovvero 28,976  g mol −1 , ad esempio nel caso di CO 2. Questo rapporto non è trascurabile poiché è pari a 44 / 28,976 = 1,5185 da qui il contenuto in massa di CO 2in aria pari a 415 × 1.5185 = 630  ppmm .

Massa volumica

Poiché l'aria è un gas comprimibile, la sua densità (in kg / m 3 ) è una funzione della pressione, della temperatura e dell'umidità.

Per aria secca a pressione atmosferica normale ( 1013,25  hPa ):

Generalmente prende 1.293  kg / m 3 a ° C e 1.204  kg / m 3 a 20  ° C .

Questo è generalizzato ( formula del gas ideale ) in: (con T in kelvin e P in pascal secondo le convenzioni SI). Per una temperatura θ in gradi Celsius, la temperatura T in kelvin si ottiene aggiungendo 273,15 a θ  : T (K) = θ (° C) + 273,15 .

Potenziale di riscaldamento globale

Il potenziale di riscaldamento globale (GWP in inglese  : GWP: Global Warming Potential ) o CO 2 equivalentepermette di misurare la “nocività” di ogni gas serra .

La tabella seguente riporta il valore del GWP per i principali gas serra presenti nell'aria:

PRG 1 (riferimento) 8 23 310 da 1.300 a 1.400 da 6.200 a 7.100 6500 22.800
gas diossido di carbonio vapore acqueo metano protossido di azoto (N 2 O) clorodifluorometano (HCFC) diclorodifluorometano (CFC) tetrafluoruro di carbonio (CF 4 ) esafluoruro di zolfo (SF 6 ).

Indice di rifrazione

L'espressione per l' indice di rifrazione dell'aria "in condizioni standard" è:

con dove è la lunghezza d'onda espressa in nanometri (nm), dove è il reciproco della lunghezza d'onda in micrometri.

È per aria secca con 0,03% di anidride carbonica , a una pressione di 101.325  Pa (760 millimetri di mercurio) e una temperatura di 288,15  Kelvin ( 15  ° C ).

Possiamo ottenere n per una temperatura o pressione diversa, utilizzando una delle due espressioni seguenti:

con:

o :

con:

Proprietà termofisiche

Dalle tabelle pubblicate da Frank M. White, Heat and Mass transfer , Addison-Wesley, 1988.

con:


Aria a pressione atmosferica
T ρ μ ν C p λ a 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
1.200 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

Il rapporto tra temperatura e conducibilità termica dell'aria, valido per una temperatura compresa tra 100  K e 1600  K è il seguente:

o :

La relazione tra viscosità dinamica dell'aria e temperatura è:

o :

La relazione tra viscosità cinematica dell'aria e temperatura è:

o :

Secondo le informazioni WPI  (en) , la relazione tra il calore specifico dell'aria e la temperatura è:

o :

Pressione

A causa della diminuzione della pressione atmosferica con l' altitudine , è necessario pressurizzare le cabine di aeroplani e altri aeromobili . In pratica, la pressione imposta nelle cabine è maggiore della pressione esterna, sebbene inferiore alla pressione a livello del suolo.

L' aria compressa viene utilizzata anche nelle immersioni subacquee .

Liquefazione

L'aria è composta da diversi gas che, se sufficientemente raffreddati, alla fine passano allo stato liquido e quindi allo stato solido . Ad esempio, l' ossigeno diventa solido ad una temperatura di -218  ° C , i azoto liquefa a -195  ° C . Ad una temperatura di −270  ° C (circa 3  K ), tutti i gas tranne l' elio sono quindi solidi e si ottiene "aria congelata".

L'aria non può essere liquefatta prima che siano note le pressioni critiche e le temperature che segnano i limiti teorici oltre i quali un composto può esistere solo allo stato gassoso. Essendo l'aria una miscela, questi valori non hanno un significato stretto, ma, infatti, ad una temperatura superiore a -140  ° C l'aria non è più liquefacibile.

Temperatura di ebollizione dei componenti dell'aria

Nome Formula Temperatura
Dinitrogen No. 2 −195,79  ° C , azoto liquido
Dioxygen O 2 −183  ° C , ossigeno liquido
Argon Ar −185,85  ° C
Diossido di carbonio CO 2 −56,6  ° C a 5,12  atm
Neon Nato −246,053  ° C
Elio Hey −268,93  ° C , elio liquido
Monossido di azoto NO −151,8  ° C
Krypton Kr −154,34  ° C
Metano CH 4 −161,52  ° C
Diidrogeno H 2 −252,76  ° C , idrogeno liquido
Ossido nitroso N 2 O −88,5  ° C
Xeno Xe −108,09  ° C
Diossido di azoto NO 2 21,2  ° C
Ozono O 3 −111,9  ° C
Radon Rn −61,7  ° C

Le prime gocce di aria liquida furono ottenute quasi contemporaneamente da Louis Paul Cailletet e Raoul-Pierre Pictet nel 1877 , per improvvisa espansione tra 300 e 1 atmosfera.

Nel 1894 , il fisico olandese Heike Kamerlingh Onnes sviluppò la prima installazione di aria liquida. Nei successivi 40 anni, i ricercatori in Francia, Gran Bretagna, Germania e Russia hanno apportato molti miglioramenti al processo.

Sir James Dewar ha liquefatto per la prima volta l' idrogeno nel 1898 e l' elio Heike Kamerlingh Onnes , il gas più difficile da liquefare, nel 1908 .

Indipendentemente da Carl von Linde , Georges Claude sviluppò nel 1902 un processo industriale per la liquefazione dell'aria.

Simbolico

Note e riferimenti

Appunti

  1. Questa è la massa molare dell'aria secca.

Riferimenti

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  3. (en) Robert H. Perry e Donald W. verde , di Perry Chemical Engineers' Handbook , Stati Uniti d'America, McGraw-Hill,1997, 7 °  ed. , 2400  p. ( ISBN  0-07-049841-5 ) , p.  2-50
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  6. (in) The Keeling Curve , the keelingcurve.ucsd.edu website, consultato il 23 aprile 2015
  7. Concentrazione di CO 2 nell'atmosfera terrestre
  8. Concentrazione di CO 2 misurata a Mauna Loa (Hawaii), NOAA.
  9. Concentrazione di metano misurata a Mauna Loa (Hawaii), NOAA.
  10. In pratica, l'aria fortemente essiccata contiene ancora tracce di vapore acqueo.
  11. Fonte dati: anidride carbonica: (en) NASA - Earth Fact Sheet , gennaio 2007. Metano: IPCC TAR; tabella 6.1, 1998 (en) Terzo rapporto di valutazione IPCC "Climate Change 2001" di GRID-Arendal nel 2003. Il totale della NASA era di 17  ppmv su 100%, e la CO 2aumentato qui di 15  ppmv . Per normalizzare, N 2 dovrebbe essere ridotto di 25  ppmv e O 2 di 7  ppmv .
  12. "  Indice di rifrazione dell'aria  " , su olivier.fournet.free.fr (consultato il 4 marzo 2010 )
  13. Professionisti chimici
  14. Chemical Professionals , non trovato l'11 agosto 2013
  15. Questo documento dal sito Web WPI , sul sito wpi.edu

Vedi anche

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