Luft

Luft
Identifikasjon
N o CAS 132259-10-0
ATC-kode V03 AN05
Kjemiske egenskaper
Molarmasse 28,965  g / mol
Fysiske egenskaper
T ° fusjon −216,2  ° C ( 1  atm )
T ° kokende −194,3  ° C ( 1  atm , 874,0  kg / m 3 )
Løselighet 0,0292 vol / vol (vann, ° C )
Volumisk masse 1,2  kg / m 3 ( 21,1  ° C , 1  atm )

ligning:
Væskens tetthet i kmol m -3 og temperatur i Kelvin, fra 59,15 til 132,45 K.
Beregnede verdier:

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 0,666657
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

Graf P = f (T)

Mettende damptrykk

ligning:
Trykk i pascal og temperatur i Kelvins, fra 59,15 til 132,45 K.
Beregnede verdier:

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)
Kritisk punkt -140,6  ° C , 3,771  kPa , 351  kg / m 3
Termisk ledningsevne 0,023 4  W m −1  K −1
Termokjemi
C s

ligning:
Væskens termiske kapasitet i J kmol -1 K -1 og temperatur i Kelvin, fra 75 til 115 K.
Beregnede verdier:

T
(K)
T
(° C)
C s
C s
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 s
C s
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)

Optiske egenskaper
Brytningsindeks  1.00026825 ( 100  kPa , tørr luft med 450  ppm CO 2)
Enheter av SI og STP med mindre annet er oppgitt.

Den luft er en blanding av gasser som utgjør atmosfæren på jorden . Det er normalt fargeløst, usynlig og luktfritt.

Sammensetning

Tørr luft nær bakken er en homogen gassblanding. Den består omtrent av molfraksjon eller volum av:

Den inneholder også spor av 0,000072% dihydrogen (0,72  ppmv ), men også ozon , samt en minimal tilstedeværelse av radon . Det kan også inneholde svoveldioksid , nitrogenoksider , fine suspenderte stoffer i aerosolform , støv og mikroorganismer.

Mesteparten av tiden er luften i jordens miljø fuktig fordi den inneholder vanndamp . Nær bakken er mengden vanndamp veldig variabel. Det avhenger av klimatiske forhold, og spesielt av temperatur. Den partielle trykket av vanndamp i luften er begrenset av dens mettede damptrykk som varierer med temperatur:

Lufttemperatur −10  ° C ° C 10  ° C 20  ° C 30  ° C 40  ° C
% vanndamp

for et lufttrykk på 1013  hPa

0 til 0,2% 0 til 0,6% 0 til 1,2% 0 til 2,4% 0 til 4,2% 0 til 7,6%

Prosentandelen av vanndamp som er tilstede i luften måles av fuktighetsgraden , det er et viktig element for værmeldinger. Det er flere mengder for å beskrive hydrometri: absolutt fuktighet , som tilsvarer massen av vanndamp per volum luft; og relativ fuktighet , som er prosentandelen av vanndampens delvise trykk i forhold til det mettede damptrykket .

Nivået av karbondioksid varierer over tid. På den ene siden gjennomgår den en årlig endring på amplituden på ca. 6,5  ppmv ( p ection p ar m illion in v olume). På den annen side øker den gjennomsnittlige årlige hastigheten med 1,2 til 1,4  ppmv per år. I størrelsesorden 384  ppmv (0,0384%) i midten av 2008 var det 278  ppmv før den industrielle revolusjonen , 315  ppmv i 1958, 330  ppmv i 1974 og 353  ppmv i 1990. Dette drivhusgassdrivhuset spiller en viktig rolle i global oppvarming av planeten.

Den metan er en annen gass største drivhus hvis hastighet øker med tiden: 800  mm 3 / m 3 (0,8  ppmv ) i pre-industriell era, 1585  mm 3 / m 3 1 985, 1663  mm 3 / m 3 i 1992 og 1676  mm 3 / m 3 i 1996.

Opptil 80  km høyde er sammensetningen av tørr luft veldig homogen, den eneste signifikante variasjonen i sammensetningen av luften er den for vanndampinnholdet.

Luftsammensetning

Sammensetning av "tørr" luft
ppmv: deler per million i volum

ppmm: massedeler per million

Gass Volum
Dinitrogen (N 2 ) 780840  ppmv (78,084%)
Dioksygen (O 2 ) 209.460  ppmv (20.946%)
Argon (Ar) 9,340  ppmv (0,9340%)
Karbondioksid (CO 2) 415  ppmv (0,0415%), eller 630 ppmm

(i april 2021)

Neon (Ne) 18,18  ppmv
Helium (He) 5,24  ppmv
Metan (CH 4 ) 1745  ppmv
Krypton (Kr) 1,14  ppmv
Dihydrogen (H 2 ) 0,55  ppmv
Tilsett i tørr luft:
Vanndamp (H 2 O) fra <1% til ~ 5%

(veldig variabel)

Mindre luftkomponenter
Gass Volum
Nitrogenoksid (NO) 0,5  ppmv
Lystgass (N 2 O) 0,3  ppmv
Xenon (Xe) 0,09  ppmv
Ozon (O 3 ) ≤ 0,07  ppmv
Nitrogendioksid (NO 2 ) 0,02  ppmv
Jod (I 2 ) 0,01  ppmv
Karbonmonoksid (CO) 0,2  ppmv
Ammoniakk (NH 3 ) spor

Masseforholdene kan evalueres ved å multiplisere volumforholdene med forholdet mellom molær masse av gassen som er vurdert delt på molær masse av luft, dvs. 28,976  g mol -1 , for eksempel når det gjelder CO 2. Dette forholdet er ikke ubetydelig, siden det er lik 44 / 28,976 = 1,5185, derav masseinnholdet av CO 2i luft lik 415 × 1,5185 = 630  ppmm .

Volumisk masse

Siden luft er en komprimerbar gass, er densiteten (i kg / m 3 ) en funksjon av trykk, temperatur og fuktighet.

For tørr luft ved normalt atmosfærisk trykk ( 1013,25  hPa ):

Vanligvis tar 1,293  kg / m 3- for å 0-  ° C og 1,204  kg / m 3- for å 20  ° C .

Dette er generalisert ( ideell gassformel ) i: (med T i kelvin og P i pascal i henhold til SI-konvensjonene). For en temperatur θ i grader Celsius oppnås temperaturen T i kelvin ved å legge 273,15 til θ  : T (K) = θ (° C) + 273,15 .

Globalt oppvarmingspotensial

Det globale oppvarmingspotensialet (GWP på engelsk  : GWP: Global Warming Potential ) eller tilsvarende CO 2gjør det mulig å måle ”skadeligheten” til hver klimagass .

Følgende tabell gir verdien av GWP for de viktigste klimagassene som er tilstede i luften:

PRG 1 (referanse) 8 23 310 fra 1300 til 1400 fra 6 200 til 7 100 6500 22 800
gass karbondioksid Vann damp metan lystgass (N 2 O) klordifluormetan (HCFC) diklordifluormetan (CFC) karbontetrafluorid (CF 4 ) svovelheksafluorid (SF 6 ).

Brytningsindeks

Uttrykket for brytningsindeks for luft "ved standardforhold" er:

med hvor er bølgelengden uttrykt i nanometer (nm), hvor er den gjensidige bølgelengden i mikrometer.

Det er for tørr luft med 0,03% karbondioksid , ved et trykk på 101,325  Pa (760 millimeter kvikksølv) og en temperatur på 288,15  Kelvin ( 15  ° C ).

Vi kan få n for en annen temperatur eller et annet trykk ved å bruke ett av følgende to uttrykk:

med:

eller:

med:

Termofysiske egenskaper

Fra tabeller publisert av Frank M. White, Heat and Mass transfer , Addison-Wesley, 1988.

med:


Luft ved atmosfærisk trykk
T ρ μ ν C s λ 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 1110 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
1200 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

Forholdet mellom temperatur og varmeledningsevne for luft, som gjelder for en temperatur mellom 100  K og 1600  K, er som følger:

eller:

Forholdet mellom dynamisk viskositet av luft og temperatur er:

eller:

Forholdet mellom kinematisk viskositet av luft og temperatur er:

eller:

I følge informasjonen WPI  (en) er forholdet mellom spesifikk varme i luften og temperaturen:

eller:

Press

På grunn av reduksjonen i lufttrykket med høyden , er det nødvendig å sette hytter på fly og andre fly under trykk . I praksis er trykket på hyttene større enn det ytre trykket, men mindre enn trykket på bakkenivå.

Den komprimerte luft blir også brukt i dykking .

Flytende

Luft består av forskjellige gasser som, hvis de avkjøles tilstrekkelig, til slutt endres til flytende tilstand og deretter til fast tilstand . For eksempel oksygen blir fast ved en temperatur på -218  ° C , den nitrogen blir flytende ved -195  ° C . Ved en temperatur på -270  ° C (ca. 3  K ) er alle gasser unntatt helium faste og vi får "frossen luft".

Luften kunne ikke flytes før det kritiske trykket og temperaturene som markerer de teoretiske grensene utover som en forbindelse bare kan eksistere i gassform, er kjent. Siden luft er en blanding, har ikke disse verdiene en streng betydning, men faktisk, ved en temperatur over -140  ° C , er ikke luften lenger flytbar.

Koketemperatur på luftkomponenter

Etternavn Formel Temperatur
Dinitrogen Nr. 2 −195,79  ° C , flytende nitrogen
Dioksygen O 2 −183  ° C , flytende oksygen
Argon Ar −185,85  ° C
Karbondioksid CO 2 −56,6  ° C ved 5,12  atm
Neon Født −246,053  ° C
Helium Hei −268,93  ° C , flytende helium
Nitrogenmonoksid NEI −151,8  ° C
Krypton Kr −154,34  ° C
Metan CH 4 −161,52  ° C
Dihydrogen H 2 −252,76  ° C , flytende hydrogen
Nitrogenoksid N 2 O −88,5  ° C
Xenon Xe −108,09  ° C
Nitrogendioksid NO 2 21,2  ° C
Ozon O 3 −111,9  ° C
Radon Rn −61,7  ° C

De første dråpene med flytende luft ble oppnådd nesten samtidig av Louis Paul Cailletet og Raoul-Pierre Pictet i 1877 , ved plutselig utvidelse mellom 300 og 1 atmosfære.

I 1894 utviklet den nederlandske fysikeren Heike Kamerlingh Onnes den første flytende luftinstallasjonen. I løpet av de neste 40 årene har forskere i Frankrike, Storbritannia, Tyskland og Russland gjort mange forbedringer i prosessen.

Sir James Dewar flytte først hydrogen i 1898 og Heike Kamerlingh Onnes helium, den vanskeligste gassen å flyte, i 1908 .

Uavhengig av Carl von Linde , Georges Claude utviklet i 1902 en industriell prosess for kondensering av luft.

Symbolsk

Merknader og referanser

Merknader

  1. Dette er den molare massen av tørr luft.

Referanser

  1. "  Air  " , på olivier.fournet.free.fr (åpnet 4. mars 2010 )
  2. (en) Komprimert gassforening, Håndbok for komprimerte gasser , Springer,1999, 4 th  ed. , 702  s. ( ISBN  0-412-78230-8 , leses online ) , s.  234
  3. (no) Robert H. Perry og Donald W. Green , Perrys Chemical Engineers 'Handbook , USA, McGraw-Hill,1997, 7 th  ed. , 2400  s. ( ISBN  0-07-049841-5 ) , s.  2-50
  4. (in) Philip E. Ciddor, "  Refractive index of air: new equations for the visible and near infrared  " , Applied Optics , Vol.  35, n o  9,1996, s.  1566-1573 ( DOI  10.1364 / AO.35.001566 )
  5. (in) Nylig global CO2 på noaa.gov, åpnet 21. april 2021.
  6. (in) The Keeling Curve , nettstedet keelingcurve.ucsd.edu, åpnet 23. april 2015
  7. CO 2 -konsentrasjon i jordens atmosfære
  8. CO 2 -konsentrasjon målt ved Mauna Loa (Hawaii), NOAA.
  9. Konsentrasjon av metan målt ved Mauna Loa (Hawaii), NOAA.
  10. I praksis inneholder sterkt tørket luft fortsatt spor av vanndamp.
  11. Datakilde: Karbondioksid: (en) NASA - Earth Fact Sheet , januar 2007. Metan: IPCC TAR; tabell 6.1, 1998 (en) IPCC Third Assessment Report "Climate Change 2001" av GRID-Arendal i 2003. Totalt var NASA 17  ppmv av 100%, og CO 2økte her med 15  ppmv . For å normalisere, N 2 må reduseres med 25  ppmv og O 2 ved 7  ppmv .
  12. "  Luftbrytningsindeks  " , på olivier.fournet.free.fr (åpnet 4. mars 2010 )
  13. Kjemiske fagpersoner
  14. Chemical Professionals , ikke funnet 11. august 2013
  15. Dette dokumentet fra WPI-nettstedet , på wpi.edu-nettstedet

Se også

Relaterte artikler

<img src="https://fr.wikipedia.org/wiki/Special:CentralAutoLogin/start?type=1x1" alt="" title="" width="1" height="1" style="border: none; position: absolute;">