La 地球の雰囲気 地球は様々な種類の化学元素から構成され、惑星の周囲を覆うガス層を形成しています。このガス層は私たちを様々な環境から守ってくれるため、私たちが知る生命の存在を可能にしているのです。 宇宙の過酷な環境それは生物にとって致命的なものとなるでしょう。
大気ガスは、 地球の活力様々な種類がありますが、どのガスが含まれているかを計算することは可能です。 より高い割合 そして、それが他の物質と比較してどの程度の体積を占めているかを知る。この構成を理解することは、次のような現象を理解する鍵となる。 気候、 水循環 Y·エル 生態学的バランス グローバル
大気中には生命維持に不可欠なガスがいくつか含まれており、例えば 窒素、 アルゴン Y·エル 酸素さらに、 より豊かなしかし、二酸化炭素、水蒸気、微量のガスなど、微量であっても重要な役割を果たしている他の成分もあります。
雰囲気は？
雰囲気は ガスのセット 地球の最も密度の低い最外層を構成するガスです。これらのガスの相対的な組成は、 高さ、以来 圧力 と 温度 上昇するにつれて変化します。口語的には、地表に最も近い部分は「空気このゾーンは海面（または海洋面）から高度約11キロメートルまで広がっており、 熱帯圏私たちが呼吸する空気のほとんどが集中し、ほぼすべての大気の天候が発生する場所です。
大気の下層に存在する主なガスは 窒素（N₂）、約 78% 総量の 酸素（O₂）これはおよそ 21%、そして、 アルゴン（Ar）、約 0,93%豊かさのスケールのさらに下には 二酸化炭素 (CO₂)、 ネオン、 エリオ、 メタン、 クリプトン、 水素 その他の微量ガス、および 水蒸気その割合は地域や気候条件によって大きく異なります。
大気は大きな 保護特性 宇宙からの脅威に直面して。例えば、 隕石 これらは、ガスの上層と接触すると、 摩擦 温暖化にも影響を及ぼします。さらに、それは一種の シールド の前に 紫外線 太陽から発せられる放射線の一部は、 オゾン（O₃） 成層圏に存在し、人間、動物、植物の組織への深刻な損傷を防ぎます。
地球の歴史を通じて、大気は トランスフォーマンド そこに生息する様々な種の活動によって、人間は呼吸をする。 酸素 そして、息を吐くと排出される 二酸化炭素植物は光合成の際にこれを利用します。そして、植物は酸素を放出し、それによって 生物地球化学的循環 基本的なものです。大気は、 ハイドロスフィア （地球の水）を助けて 温度を調節する昼夜や季節によって生じる急激な変化を和らげます。
大気のもう一つの重要な機能は、 水循環水蒸気は海、川、湖、土壌から蒸発し、上昇して雲に凝縮し、最終的に雨となって降ります。 降水量このプロセスにより、生態系が維持され、帯水層が補充され、地球上の多様な気候が実現します。
大気中の主なガス
前述のように、大気はさまざまな種類のガスで構成されており、その一部は より多くのスペース 以下は、これらのガスをその性質に応じて順序付けたリストです。 豊富地球システムにおけるその機能と重要性についてのより詳しい説明も含まれています。
窒素
窒素は 最も豊富なガス 大気の約半分を占めており、 78% 全体のボリュームです。 化学元素 Nの文字で表され、 原子番号7 y 原子量約14,01室温では、主に二原子分子の形で存在します。 N₂ガスである 無色, トイレ e 味がない.
分子状窒素は 三重共有結合 (N≡N)は化学で最も強い結合の一つです。この特徴により、 優れた安定性 そしてそれは比較的 不活性な 通常の条件下では、窒素は他の元素と容易に反応しません。この安定性のため、窒素が反応して化合物を形成するには、多くの場合特定の条件が必要となります。 特別な条件高温、高圧、または 触媒.
大気中の窒素は非常に豊富ですが、ほとんどの生物はそれをN₂の形で直接利用することはできません。しかし、この元素は 生命に不可欠: は、 アミノ酸の タンパク質 と 核酸 すべての生物の遺伝情報を含んでいる DNA や RNA など。
酸素
酸素は セグンド·ルーガー 大気中で最も豊富なガスの一つであり、 21% 同じ。彼女の 原子番号は8窒素よりも大きく、文字で表される。 O二原子型（O₂）では、 生命を維持する ほとんどの陸生好気性生物の。
それは 非常に強力な酸化剤 そして、 より高い電気陰性度 全ての化学元素の中で最も強く、結合を形成する際に電子を強く引き寄せます。酸素は、 細胞呼吸生物が栄養素からエネルギーを得るための仕組みです。また、以下の分子の構成要素でもあります。 DNA、 たくさんの 酵素 多種多様な有機化合物と無機化合物。
大気中には特殊な形態の酸素も存在し、 オゾン（O₃）、主に オゾン層 成層圏のこの三原子構造は、 吸収し反射する 高エネルギー紫外線の大部分を遮断し、地球の表面を深刻な生物学的ダメージから守ります。
アルゴン
アルゴンはおよそ 0,93% 大気中の空気のすべて。その名前はギリシャ語に由来し、 「アルゴス」つまり 「アイドル」他の化学元素とほとんど反応しないガスであるため、 希ガスは、文字で表される Ar そして所有している 原子番号18. ガスだ 無色, トイレ そして化学的に 非常に不活性.
化学的に不活性であるため、多くの用途で非常に有用である。 技術的応用例えば、白熱電球ではフィラメントの酸化を防ぐために、 溶接を保護する 空気中の酸素との接触を防ぐため、絶縁ガスとして 二重窓 （2枚のガラスパネルを備えた窓）および 不活性雰囲気 望ましくない反応を避ける必要があるプロセスにおいて。
アルゴンは 単純な窒息剤 （高濃度で存在すると密閉空間で酸素と置き換わるため）それ自体は有毒ではありません。主な予防策は、常に 十分な換気 限られた環境で取り扱う場合。
これらは大気を構成する最初の3つの主要なガスであり、それに続いて、より少量の他のガスが存在します。 二酸化炭素 (CO₂)、 ネオン、 エリオ、 メタン、 クリプトン Y·エル 水素次のような化合物も微量に出現する。 亜酸化窒素 O·エル 一酸化炭素、その他多くの微量ガスを含みます。
大気中のその他の一般的なガスおよび元素
窒素、酸素、アルゴンは大気中に最も多く存在する3つのガスですが、他の成分も大気中に存在しながらも、 低濃度、彼らは 不可欠な 生命と地球の気候を維持するためです。
それらの1つは、 二酸化炭素 (CO₂)それは約 0,04% 地球の大気中の二酸化炭素濃度（約410ppm、近年は人間の活動による変動あり）は、 光合成 その他の代謝プロセスにも関与しています。植物やその他の独立栄養生物はCO₂を利用して 太陽エネルギー en 化学エネルギー 使用可能です。
El 水蒸気（H₂O） これはもう一つの重要な要素です。その割合は様々ですが（ほぼゼロから数パーセントまでの範囲）、 雲の形成降水量や気象現象を予測する。さらに、 温室効果ガス地球の平均気温を生命が生存できる範囲内に保つのに役立ちます。
また、 オゾン（O₃） 少量だが極めて重要な濃度で存在する。成層圏ではオゾンは 保護層 高エネルギー紫外線の多くを吸収する。対照的に、地上ではオゾンは 汚染物質 呼吸器の健康に有害です。
微量ガスのおおよその（そして変動する）存在量は次のとおりです。 ネオン 約18 ppm（0,0018%） エリオ 約5,2 ppm（0,00052%） メタン 約1,8～1,9 ppm（0,00018～0,00019%） クリプトン 約1,1 ppm（0,00011%）および 水素 約0,55 ppm（0,000055%）。これらの数値は概算であり、測定条件や時間によって多少異なる場合がありますが、これらのガスが窒素や酸素に比べてどれほど少ないかを示すのに役立ちます。
その他のガス、例えば メタン (CH₄)、 亜酸化窒素 (N₂O) そして多様な 揮発性有機化合物 それらも大気の一部です。その濃度は非常に低いですが、目に見えて影響を及ぼします。 放射バランス 地球と 大気化学、それが彼らが 温室効果ガス 非常に関連性があります。
地球の大気中で最も豊富なガスは何ですか？
El 窒素 窒素は地球の大気中で最も豊富なガスであり、その総体積の約4分の3を占めています。この膨大な存在量により、窒素は重要な構成要素となっています。 不可欠 地球全体のバランスを保つために。酸素のように呼吸に直接関与するわけではないが、 生物学、 業界 と 自然のサイクル それは非常に重要です。
大気中の窒素は 主な予備 生物圏にとってこの元素は重要な役割を果たしています。植物や動物は窒素を直接利用することはできませんが、様々な自然プロセスによって、 窒素のサイクルそれにより、生物が利用できる化学形態に変換され、タンパク質、核酸、その他の基本的な化合物中に存在することが保証されます。
窒素は地球の大気中に最も多く存在するガスであるため、 生命の維持その特徴、起源、自然のサイクル、そして アプリケーション 日常生活や現代産業において。
語源
「窒素」という名前はラテン語に由来する 「窒素」、という考えに関連して "トリガー" あるいは「遺伝子」。この用語は医師と化学者によって与えられた。 ダニエル・ラザフォードラザフォードは1772年の実験で、空気中の酸素と二酸化炭素を吸収し、残留元素として窒素を残すことに成功しました。正式な発見はラザフォードによるものとされていますが、 中世の錬金術師 いくつかの古代の文献からわかるように、彼らはすでに実験で窒素化合物を使用していました。
窒素は大気から次のように得られる。 空気液化 そしてその後 分別蒸留大気は実質的に貯蔵庫なので 無尽蔵 これらのプロセスにより、気体と固体の両方の形で大量の窒素を効率的に利用できるようになります。 液体窒素さまざまな技術的および産業的用途があります。
窒素の物理的および化学的性質
室温では窒素は 二原子ガス （窒素） 無色, トイレ e 味がない。 を提示します 沸点が非常に低い （約-195,8℃）と 融点 -210℃近くまで下がる。この極低温特性により、液体の状態では広く利用されている。 冷媒 数多くのアプリケーションで。
化学的には、分子状窒素は 非常に安定している N≡N三重結合によるものである。この安定性は、通常の条件下では あまり反応しない結合を切断し、新たな化合物を形成するには、高温、放電、あるいは特殊な触媒が必要となる。しかし、窒素を活性化すると、多種多様な物質が生成され、その多くは生物学的、産業的に重要な意味を持つ。
電子構造に関して言えば、窒素は コンフィギュレーション 1s² 2s² 2p³、5つの電子を持つ 原子価殻これにより、最大 3つの共有結合 他の原子と結合し、次のような化合物の形成において中心的な役割を果たしていることが説明される。 アミノ酸アミン、ニトリル、および有機化学と無機化学における他の多くの官能基。
自然周期
呼び出し 窒素のサイクル これは、この元素が大気、土壌、水、生物の間で循環する生物地球化学プロセスです。 窒素固定細菌 これらは、不活性な大気中のN₂を次のような化学形態に変換する上で重要な役割を果たします。 アンモニウム（NH₄⁺） Y·エル 硝酸塩（NO₃⁻）植物に吸収されるものです。
植物はこれらの窒素化合物を利用して 成長する 組織を発達させる。 草食動物窒素は食物連鎖に入り、これらの動物は次に消費されます。 肉食動物 y 雑食動物生態系全体に窒素を浸透させています。有機廃棄物（排泄物、尿、動植物の死骸）はバクテリアやその他の微生物によって分解され、これらの化合物は再び窒素に変換されます。 アンモニウム およびその他の物質。
最後に、他の土壌細菌が 脱窒硝酸塩が変換されるプロセス 窒素（N₂） そして大気中に戻ります。こうして窒素循環は閉じられ、 連続循環 地球上のさまざまな区画におけるこの元素の割合。
窒素の使用
窒素は、産業において、以下の生産に広く利用されている。 アンモニア（NH₃） を通して ハーバー・ボッシュ法アンモニアの製造では、触媒の存在下、高温高圧下で大気中の窒素と水素を結合させます。このようにして得られたアンモニアは、ほとんどの製品の製造の基礎となります。 窒素肥料現代農業と大規模食糧生産の持続に不可欠なものです。
日常生活において、アンモニアとその誘導体は、次のような幅広い製品に含まれています。 家庭用洗剤 工業用添加剤にも使用される。窒素は以下のような物質の製造にも関与している。 プラスチック数え切れないほど多くの日常の物品の一部となっている合成樹脂やその他の材料。
El 液体窒素 広く使用されている 冷凍および極低温アプリケーション沸点が非常に低いため、食品の保存や貯蔵に使用されます。 生体サンプル （細胞、組織、精子など）、医療処置などを行う 寒冷療法 極低温を維持する必要がある多くの工業プロセスにも使用されています。ただし、取り扱いには注意が必要です。 細心の注意直接接触すると、非常に重度の低温火傷（口語的には皮膚が「焼ける」または「溶ける」と表現されることもあります）、凍傷、または密閉された空間で酸素が置き換わって窒息する原因となる可能性があるためです。
窒素は、 不活性雰囲気 多くの工業プロセスで使用されています。例えば、酸素を置換する必要があるタンク、パイプ、容器などに導入され、 酸化, 爆発 または望ましくない反応を防ぐ。食品業界では窒素は 包装製品 食品の酸化劣化を抑えるので、保存期間が延びます。
窒素はアンモニアやその他の窒素化合物の生成に関与するだけでなく、他のガスの生成や変換にも関与しています。例えば、 メタン メタン生成は、生物学的プロセス（微生物によるメタン生成）や、サバティエ反応（CO₂をH₂で還元してCH₄とH₂Oを生成する反応）などの工業化学反応によって行われます。これらの反応経路は、様々な状況における特定の大気ガスの存在と起源を部分的に説明しています。
第二に、窒素は、特定の化合物などの他の重要な化合物を生成するために使用されます。 窒素酸化物（NOx）、 硝酸（HNO₃） および製造に関係する多数の物質 爆薬, 染料, 薬物 そして高効率肥料。これらの工業用途や化学用途は、窒素が単に空気中に存在するという以上の重要性を証明しています。
窒素の健康への影響
私たちが呼吸する空気中に含まれる窒素（N₂）は、原理的には 無毒 酸素を希釈する機能があり、体内で酸素が過剰に濃縮されて過剰な酸化反応を引き起こすのを防ぎます。しかし、 間接消費 肥料、加工食品、窒素由来製品に含まれる窒素化合物は、 人間の健康.
広く使用されている 窒素肥料 農業における窒素物質の存在 プラスチック, 食品添加物 およびその他の製品の使用により、大気中のN₂ほど無害ではない形態の窒素に曝露される可能性があります。特に、 亜硝酸塩 y 硝酸塩、同様に ニトロソアミン それらから形成される可能性のある物質は、その潜在的な悪影響について研究の対象となってきました。
いくつかの影響は次のとおりです。
- それは 保管レベルが低い の体内で vitamina A 特定の窒素化合物を過剰に摂取した場合。
- それは原因となる 酸素輸送の減少 血液中に、特に メトヘモグロビン 亜硝酸塩から。
- 生産を加速する ニトロソアミンこれらは、関連する主要なコンポーネントの1つであると考えられています さまざまな種類の癌特に亜硝酸塩が特定の条件下で有機化合物と結合すると発生します。
- それは確かに決定的な要因である 甲状腺機能の変化 硝酸塩やその他の化合物への曝露が高く、それが持続する場合。
これらの間接的な化学作用に加えて、N₂の形態の窒素は毒性はないものの、 単純な窒息性ガス 密閉空間で酸素と置き換わる場合。不活性雰囲気を作るために純窒素が使用される産業環境では、酸素不足は次のような問題を引き起こす可能性があります。 低酸素症 適切な安全対策を講じないと、意識を失う可能性があります。
大気は 窒素、続いて 酸素、 アルゴン 少量のガスやその他のガスを観察することで、それらがどのように維持されているかをより深く理解することができます。 生活、 気候 と 生物地球化学サイクル 地球の最も豊富なガスである窒素の役割は、基礎化学や分子生物学から産業、農業、公衆衛生にまで及び、地球の機能にとって最も重要な要素の一つとなっています。