La de atmosfeer van de aarde Het is samengesteld uit verschillende soorten chemische elementen die een gasvormige omhulling rond de planeet vormen. Deze gaslaag maakt leven zoals wij dat kennen mogelijk, omdat het ons beschermt tegen de elementen. vijandige omstandigheden in de ruimtewat dodelijk zou zijn voor levende wezens.
Atmosferische gassen zijn van het grootste belang voor De vitaliteit van de aardeEr bestaan veel verschillende soorten, maar het is mogelijk om te berekenen welk gas aanwezig is in groter deel en welk volume het inneemt ten opzichte van de rest. Inzicht in deze samenstelling is essentieel voor het begrijpen van fenomenen zoals... klimaat, waterfiets en ecologische balans global.
De atmosfeer bevat verschillende gassen die essentieel zijn voor het in stand houden van leven, zoals stikstof, argon en zuurstofdie bovendien te vinden zijn in grotere overvloedEr zijn echter ook andere componenten, zoals koolstofdioxide, waterdamp en sporen van diverse gassen, die een essentiële rol spelen, ook al zijn ze in kleine hoeveelheden aanwezig.
Wat is de sfeer?
De sfeer is een verzameling gassen die de minst dichte en buitenste laag van de planeet Aarde vormen. De relatieve samenstelling van deze gassen varieert afhankelijk van de hoogte, Aangezien de druk en temperaturen Ze veranderen naarmate je hoger komt. In de volksmond wordt het deel dat het dichtst bij de oppervlakte ligt, de " genoemd.aireDeze zone strekt zich uit over de eerste 11 kilometer hoogte vanaf zeeniveau (of oceaanniveau), een regio die deel uitmaakt van de troposfeer, waar het grootste deel van de lucht die we inademen geconcentreerd is en waar bijna alle atmosferische weersverschijnselen ontstaan.
In deze lagere lagen van de atmosfeer zijn de belangrijkste aanwezige gassen de stikstof (N₂), met ongeveer de 78% van het totale volume, gevolgd door zuurstof (O₂)wat ongeveer vertegenwoordigt 21%En argon (Ar), met ongeveer 0,93%Verderop in de overvloedsschaal bevinden zich de kooldioxide (CO₂), neon, helio, methaan, krypton, waterstof en andere sporengassen, evenals water stoomwaarvan het aandeel sterk varieert afhankelijk van de regio en de klimatologische omstandigheden.
De atmosfeer bezit grote beschermende eigenschappen in het licht van bedreigingen vanuit de ruimte. Bijvoorbeeld, de meeste van de meteoritos Ze vallen uiteen bij contact met de bovenste gaslagen als gevolg van de wrijving en voor opwarming. Bovendien fungeert het als een soort schild voor ultraviolette straling afkomstig van de zon. Een deel van deze straling wordt geabsorbeerd door de ozon (O₃) Ze bevinden zich in de stratosfeer en voorkomen ernstige schade aan de weefsels van mensen, dieren en planten.
Gedurende de hele geschiedenis van de aarde is de atmosfeer transformeren vanwege de activiteiten van de verschillende soorten die er hebben geleefd. Mensen ademen bijvoorbeeld. zuurstof en bij het uitademen stoten ze uit kooldioxidedie door planten wordt gebruikt tijdens de fotosynthese; in ruil daarvoor geven de planten zuurstof af, waardoor een cyclus wordt gesloten. biogeochemische cyclus fundamenteel. De atmosfeer werkt ook samen met de hydrosfeer (de wateren van de planeet) helpen om regel de temperatuurwaardoor de abrupte veranderingen die dag en nacht of de seizoenen kunnen veroorzaken, worden afgevlakt.
Een andere essentiële functie van de atmosfeer is haar rol in de waterfietsWaterdamp verdampt uit oceanen, rivieren, meren en de bodem, stijgt op, condenseert tot wolken en valt uiteindelijk als regen. neerslagDit proces houdt ecosystemen in stand, vult grondwaterreserves aan en maakt diverse klimaten over de hele planeet mogelijk.
De belangrijkste gassen in de atmosfeer
Zoals gezegd, bestaat de atmosfeer uit verschillende soorten gassen, waarvan sommige een bepaalde inhoud hebben. meer ruimte dan andere. Hieronder staat een geordende lijst van deze gassen, gerangschikt naar hun overvloed, samen met een meer gedetailleerde uitleg over de functie en het belang ervan binnen het aardesysteem.
stikstof
Stikstof is de meest voorkomende gas van de atmosfeer, aangezien deze ongeveer het grootste deel uitmaakt van de atmosfeer. 78% van het gehele volume. Het is een chemish element weergegeven door de letter N, met atoomnummer 7 y geschat atoomgewicht 14,01Bij kamertemperatuur komt het voornamelijk voor in de vorm van een diatomisch molecuul. Needat is een gas kleurloos, geurloos e smaakloos.
Moleculaire stikstof heeft een drievoudige covalente binding (N≡N), een van de sterkste bindingen die in de chemie bekend zijn. Deze eigenschap geeft het een grote stabiliteit en dat doet het relatief inert Onder normale omstandigheden reageert stikstof niet gemakkelijk met andere elementen. Vanwege deze stabiliteit heeft stikstof vaak specifieke omstandigheden nodig om te reageren en verbindingen te vormen. speciale condities, zoals hoge temperaturen, hoge drukken of de aanwezigheid van katalysatoren.
Hoewel stikstof in de atmosfeer zo overvloedig aanwezig is, kunnen de meeste organismen het niet rechtstreeks in de vorm van N₂ gebruiken. Dit element is echter wel essentieel voor het leven: maakt deel uit van de aminozuren, Van de eiwitten en nucleïnezuren zoals DNA en RNA, die de genetische informatie van alle levende wezens bevatten.
Zuurstof
Zuurstof bezet de segundo lugar Het behoort tot de meest voorkomende gassen in de atmosfeer, aangezien het ongeveer vertegenwoordigt 21% hetzelfde. Haar Het atoomnummer is 8, groter dan die van stikstof, en wordt weergegeven door de letter OIn zijn diatomische vorm (O₂) is het het gas dat houdt het leven in stand van de meeste aerobe organismen op het land.
Het is een zeer krachtig oxidatiemiddel en bezit een van de hogere elektronegativiteiten van alle chemische elementen, wat betekent dat het elektronen sterk aantrekt bij het vormen van bindingen. Zuurstof is noodzakelijk voor de processen van cellulaire ademhaling, waarin levende wezens energie verkrijgen uit voedingsstoffen. Het is ook een bestanddeel van moleculen van DNA, veel enzymen en een grote verscheidenheid aan organische en anorganische verbindingen.
In de atmosfeer komt ook een speciale vorm van zuurstof voor, namelijk... ozon (O₃), voornamelijk geconcentreerd in de ozonlaag van de stratosfeer. Deze drieledige vorm is cruciaal omdat absorbeert en reflecteert een groot deel van de hoogenergetische ultraviolette straling wordt gefilterd, waardoor het aardoppervlak wordt beschermd tegen ernstige biologische schade.
Argon
Argon maakt ongeveer het grootste deel uit van de 0,93% van alle atmosferische lucht. De naam komt uit het Grieks, waar het geschreven wordt als 'Argus', Betekenis "inactief"Omdat het een gas is dat nauwelijks reageert met andere chemische elementen, wordt het geclassificeerd als een edelgaswordt weergegeven door de letters Ar en bezit atoomnummer 18Het is een gas kleurloos, geurloos en chemisch zeer inert.
De chemische inertheid maakt het zeer nuttig in tal van toepassingen. technologische toepassingenHet wordt bijvoorbeeld gebruikt in gloeilampen om oxidatie van de gloeidraad te voorkomen, om bescherm lasnaden tegen contact met zuurstof in de lucht, als isolerend gas in dubbele beglazing (ramen met twee glaspanelen) en als inerte atmosfeer in processen waarbij het noodzakelijk is om ongewenste reacties te vermijden.
Hoewel argon wordt beschouwd als een eenvoudige verstikking (Omdat het in hoge concentraties zuurstof kan verdringen in afgesloten ruimtes), is het op zichzelf niet giftig. De belangrijkste voorzorgsmaatregel is om altijd te zorgen voor een voldoende ventilatie bij hantering in besloten ruimtes.
Dit zijn de eerste drie en de belangrijkste gassen waaruit de atmosfeer is opgebouwd. Andere gassen komen in kleinere hoeveelheden voor, zoals... kooldioxide (CO₂), neon, helio, methaan, krypton en waterstofZeer kleine hoeveelheden van verbindingen zoals deze verschijnen ook lachgas of koolmonoxide, naast vele andere sporengassen.
Andere veelvoorkomende gassen en elementen van de atmosfeer
Stikstof, zuurstof en argon zijn de drie meest voorkomende gassen in de atmosfeer, maar er zijn andere componenten die, hoewel ze ook in de atmosfeer aanwezig zijn, niet in de atmosfeer voorkomen. lage concentratieszo blijkt essentieel om het leven en het klimaat van de planeet in stand te houden.
Een van hen is de kooldioxide (CO₂)Hoewel het slechts ongeveer 0,04% van de atmosfeer van de aarde (ongeveer 410 ppm en met recente schommelingen als gevolg van menselijke activiteiten), is een belangrijk onderdeel van de fotosynthese en bij andere metabolische processen. Planten en andere autotrofe organismen gebruiken CO₂ om dit om te zetten. Energía Solar en chemische energie bruikbaar.
El waterdamp (H₂O) Het is een ander essentieel onderdeel. Hoewel het aandeel ervan varieert (het kan variëren van bijna nul tot enkele procentpunten), is het van fundamenteel belang voor de vorming van wolkenneerslag en weersverschijnselen. Bovendien fungeert het als een broeikasgashelpt om de gemiddelde temperatuur van de planeet binnen bereik te houden dat leven mogelijk maakt.
We vinden ook de ozon (O₃) in kleine maar cruciale concentraties. In de stratosfeer vormt ozon een beschermende laag die een groot deel van de hoogenergetische ultraviolette straling absorbeert. Daarentegen kan ozon op grondniveau een vervuiler schadelijk voor de ademhalingsgezondheid.
De geschatte (en variabele) hoeveelheden van de sporengassen zijn: neon ~18 ppm (0,0018%), helio ~5,2 ppm (0,00052%), methaan ~1,8–1,9 ppm (0,00018–0,00019%), krypton ~1,1 ppm (0,00011%) en waterstof ~0,55 ppm (0,000055%). Deze cijfers zijn bij benadering en kunnen enigszins variëren afhankelijk van de metingen en het tijdstip, maar ze dienen ter illustratie van hoe veel minder deze gassen voorkomen in vergelijking met stikstof of zuurstof.
Andere gassen zoals methaan (CH₄), lachgas (N₂O) en divers vluchtige organische stoffen Ze maken ook deel uit van de atmosfeer. Hoewel hun concentratie erg laag is, hebben ze een merkbaar effect op de stralingsbalans van de planeet en in de atmosferische chemie, en daarom worden ze beschouwd als broeikasgassen van grote relevantie.
Wat is het meest voorkomende gas in de atmosfeer van de aarde?
El stikstof Het is het meest voorkomende gas in de atmosfeer van de aarde en beslaat ongeveer driekwart van het totale volume. Door deze enorme aanwezigheid is stikstof een essentieel bestanddeel. onmisbaar voor het mondiale evenwicht van de planeet. Hoewel het niet direct ingrijpt bij de ademhaling zoals zuurstof, speelt het een belangrijke rol in de biologie, industrie en natuurlijke cycli het is cruciaal.
Stikstof in de atmosfeer is de hoofdreserve van dit element voor de biosfeer. Hoewel planten en dieren N₂ niet rechtstreeks kunnen gebruiken, maken verschillende natuurlijke processen, zoals cyclus van stikstofZe maken het mogelijk om het om te zetten in chemische vormen die door levende wezens kunnen worden gebruikt, waardoor de aanwezigheid ervan in eiwitten, nucleïnezuren en andere fundamentele verbindingen wordt gewaarborgd.
Omdat stikstof het meest voorkomende gas in de atmosfeer van de aarde is, is het noodzakelijk voor de levensonderhoudHet is de moeite waard om dieper in te gaan op de kenmerken, de oorsprong, de natuurlijke cyclus en de toepassingen in het dagelijks leven en in de moderne industrie.
etymologie
De naam "stikstof" komt uit het Latijn. “Nitrium”, gerelateerd aan het idee van "trekker" ofwel “genen”. Deze term werd eraan gegeven door de arts en chemicus. Daniël Rutherforddie er in 1772 door middel van een experiment in slaagde de zuurstof en koolstofdioxide in een luchtmonster te absorberen, waarbij stikstof als restelement overbleef. Hoewel de formele ontdekking aan Rutherford wordt toegeschreven, zijn er aanwijzingen dat alchemisten van de Middeleeuwen Zoals uit enkele oude geschriften blijkt, gebruikten ze in hun experimenten al stikstofverbindingen.
Stikstof kan uit de atmosfeer worden verkregen door luchtvervloeiing En later gefractioneerde destillatieAangezien de atmosfeer in feite een reservoir is. onuitputtelijk Deze processen maken de efficiënte beschikbaarheid van grote hoeveelheden stikstof mogelijk, zowel in gasvorm als in de vorm van vloeibare stikstof, met diverse technische en industriële toepassingen.
Fysische en chemische eigenschappen van stikstof
Bij kamertemperatuur is stikstof een diatomisch gas (N₂) kleurloos, geurloos e smaakloos. Presenteert a zeer laag kookpunt (rond -195,8 °C) en een smeltpunt dicht bij -210 °C. Deze cryogene eigenschappen maken het mogelijk om het in vloeibare vorm veelvuldig te gebruiken als koelmiddel in tal van toepassingen.
Chemisch gezien is moleculaire stikstof extreem stabiel vanwege de N≡N drievoudige binding. Deze stabiliteit betekent dat het onder normale omstandigheden niet erg reactiefDit vereist hoge temperaturen, elektrische ontladingen of specifieke katalysatoren om de binding te verbreken en de vorming van nieuwe verbindingen mogelijk te maken. Geactiveerd stikstof kan echter aanleiding geven tot een breed scala aan stoffen, waarvan vele van aanzienlijk biologisch en industrieel belang zijn.
Wat betreft de elektronische structuur heeft stikstof een configuratie 1s² 2s² 2p³, met vijf elektronen in zijn valentie shellHierdoor kan het zich tot een bepaalde vorm ontwikkelen. drie covalente bindingen met andere atomen, wat de centrale rol ervan verklaart bij de vorming van verbindingen zoals aminozurenAminen, nitrilen en vele andere functionele groepen in de organische en anorganische chemie.
Natuurlijke cyclus
Het telefoontje cyclus van stikstof Het is een biogeochemisch proces waarbij dit element circuleert tussen de atmosfeer, de bodem, het water en levende organismen. stikstofbindende bacteriën Ze spelen een essentiële rol bij de omzetting van atmosferische N₂, dat inert is, in chemische vormen zoals... ammonium (NH₄⁺) en nitraat (NO₃⁻)die door planten kunnen worden opgenomen.
Planten gebruiken deze stikstofverbindingen om groeien en hun weefsels te ontwikkelen. Door als voedsel te dienen voor de herbivore dierenDe stikstof komt vervolgens in de voedselketen terecht. Deze dieren worden op hun beurt geconsumeerd door... carnivoren y alleseterswaardoor de aanwezigheid van stikstof zich door het hele ecosysteem verspreidt. Organisch afval (uitwerpselen, urine, resten van dode planten en dieren) wordt afgebroken door bacteriën en andere micro-organismen, die deze verbindingen weer omzetten in stikstof. amonio en andere stoffen.
Ten slotte voeren andere bodembacteriën de volgende taken uit: denitrificatie, proces waarbij nitraat wordt omgezet in stikstof (N₂) en keert terug naar de atmosfeer. Op deze manier wordt de stikstofcyclus gesloten, wat een garantie biedt voor een continue circulatie van dit element in de verschillende compartimenten van de planeet.
Maakt gebruik van stikstof
Stikstof wordt in de industrie veelvuldig gebruikt voor de productie van ammoniak (NH₃) door de Haber-Bosch-procesBij de productie van ammoniak wordt atmosferische stikstof gecombineerd met waterstof onder hoge druk en temperatuur in aanwezigheid van katalysatoren. De aldus verkregen ammoniak vormt de basis voor de productie van de meeste producten. stikstofhoudende meststoffenvan essentieel belang voor de moderne landbouw en voor het in stand houden van grootschalige voedselproductie.
In het dagelijks leven komen ammoniak en ammoniakderivaten voor in een breed scala aan producten: van huishoudelijke schoonmaakmiddelen zelfs industriële additieven. Stikstof speelt ook een rol bij de productie van stoffen zoals plasticSynthetische harsen en andere materialen die deel uitmaken van talloze alledaagse voorwerpen.
El vloeibare stikstof Het wordt veel gebruikt in koel- en cryogene toepassingenDankzij het zeer lage kookpunt wordt het gebruikt voor het conserveren en bewaren van voedsel. biologische monsters (zoals cellen, weefsels of sperma), medische procedures uitvoeren zoals cryotherapie en in tal van industriële processen waar extreem lage temperaturen moeten worden gehandhaafd. Het is echter belangrijk om er voorzichtig mee om te gaan. grote voorzichtigheidomdat direct contact ermee zeer ernstige koudebrandwonden kan veroorzaken (soms in de volksmond omschreven als "verbranden" of "smelten" van de huid), bevriezing of verstikking als het de zuurstof in afgesloten ruimtes verdringt.
Stikstof wordt ook gebruikt als inerte atmosfeer in talrijke industriële processen. Het wordt bijvoorbeeld in tanks, leidingen of containers gebracht waar zuurstof moet worden verdrongen om te voorkomen dat... oxidaties, explosies of ongewenste reacties. In de voedingsmiddelenindustrie wordt stikstof gebruikt om verpakkingsproducten en verlengt de houdbaarheid, omdat het de oxidatieve bederf van voedsel vermindert.
Naast zijn rol bij de productie van ammoniak en andere stikstofverbindingen, is stikstof betrokken bij de vorming en omzetting van andere gassen. Bijvoorbeeld: methaan Het kan gevormd worden door biologische processen (microbiële methanogenese) of door industriële chemische reacties zoals de Sabatier-reactie (reductie van CO₂ met H₂ tot CH₄ en H₂O). Deze processen verklaren gedeeltelijk de aanwezigheid en oorsprong van bepaalde atmosferische gassen in verschillende contexten.
Ten tweede wordt stikstof gebruikt om andere belangrijke verbindingen te produceren, zoals bepaalde stikstofoxiden (NOx), salpeterzuur (HNO₃) en talrijke stoffen die betrokken zijn bij de productie van explosieven, kleurstoffen, drugs en hoogefficiënte meststoffen. Deze industriële en chemische toepassingen tonen het belang aan van stikstof, dat verder reikt dan alleen de aanwezigheid ervan in de lucht.
Gezondheidseffecten van stikstof
Stikstof, zoals die voorkomt in de lucht die we inademen (N₂), is in principe niet giftig Het vervult de functie van het verdunnen van zuurstof, waardoor wordt voorkomen dat de concentratie te hoog wordt en er overmatige oxidatieve reacties in het lichaam optreden. Echter, de indirect verbruik Stikstofverbindingen uit meststoffen, bewerkte voedingsmiddelen of stikstofhoudende producten kunnen bepaalde effecten hebben op de menselijke gezondheid.
Gezien het wijdverbreide gebruik van stikstofhoudende meststoffen in de landbouw en de aanwezigheid van stikstofhoudende stoffen in plastic, voedseladditieven En via andere producten kunnen mensen worden blootgesteld aan vormen van stikstof die niet zo onschadelijk zijn als atmosferische N₂. Met name sommige verbindingen zoals nitrieten y nitraten, evenals nitrosaminen De stoffen die daaruit kunnen ontstaan, zijn onderwerp van onderzoek geweest vanwege hun mogelijke negatieve effecten.
Enkele van de effecten kunnen als volgt zijn:
- Het veroorzaakt een laag opslagniveau in het lichaam van Vitamine A wanneer bepaalde stikstofverbindingen in overmaat worden verbruikt.
- Het kan veroorzaken verminderd zuurstoftransport in het bloed, vooral wanneer stoffen zoals de methemoglobine van nitrieten.
- Versnel de productie van nitrosaminendie worden beschouwd als een van de belangrijkste componenten die verband houden met verschillende soorten kankervooral wanneer nitrieten onder bepaalde omstandigheden gecombineerd worden met organische verbindingen.
- Het is een bepalende factor voor bepaalde veranderingen in de schildklierfunctie wanneer de blootstelling aan nitraten en andere verbindingen hoog en langdurig is.
Naast deze indirecte chemische effecten is het belangrijk te onthouden dat stikstof in de vorm van N₂, hoewel niet giftig, kan fungeren als eenvoudig verstikkend gas als het zuurstof verdringt in een afgesloten ruimte. In industriële omgevingen waar zuivere stikstof wordt gebruikt om inerte atmosferen te creëren, kan een gebrek aan zuurstof leiden tot hypoxie en bewusteloosheid als er geen adequate veiligheidsmaatregelen worden genomen.
Het besef dat de atmosfeer wordt gedomineerd door de stikstof, gevolgd door de zuurstof, argon en andere gassen in kleinere hoeveelheden, waardoor we beter kunnen begrijpen hoe ze in stand worden gehouden. leven, klimaat en biogeochemische cycli Stikstof is het meest voorkomende gas op de planeet en speelt een belangrijke rol in uiteenlopende gebieden, van fundamentele chemie en moleculaire biologie tot industrie, landbouw en volksgezondheid. Daarmee is het een van de belangrijkste elementen voor het functioneren van de aarde.