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1、空氣及其組成氣體的性質(zhì)
1空氣
空氣是一種多組分混合氣體,其主要組分是氧、氮、氬、二氧化碳,還有微量的稀有氣體（氖、氦、氪、氙）、甲烷及其它碳?xì)浠衔?、氫、臭氧?此外,空氣中還有量少而不定的水蒸氣及灰塵等.
在地球表面,干燥空氣的組成列于表7－2中.
若不考慮水蒸氣、二氧化碳和各種碳?xì)浠衔?則地面至100km高度的空氣平均組成保持恒定值.在25km高空臭氧的含量有所增加.在更高的高空,空氣的組成隨高度而變,且明顯地同每天的時(shí)間及太陽(yáng)活動(dòng)有關(guān).
常溫下的空氣是無(wú)色無(wú)味的氣體,液態(tài)空氣則是一種易流動(dòng)的淺黃色液體.一般當(dāng)空氣被液化時(shí)二氧化碳已經(jīng)清除掉,因而液態(tài)空氣的組成是20.95%氧,78.12%氮和0.93％氬,其它組分含量甚微,可以略而不計(jì).
空氣作為混合氣體,在定壓下冷凝時(shí)溫度連續(xù)降低,如在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（101.3KPa）下,空氣于81.7K（露點(diǎn)）開(kāi)始冷凝,溫度降低到78.9K（泡點(diǎn)）時(shí)全部轉(zhuǎn)變?yōu)轱柡鸵后w.這是由于高沸點(diǎn)組分（氧、氬）開(kāi)始冷凝較多,而低沸點(diǎn)組分（氧）到過(guò)程終了才較多地冷凝.
表7－1 常用低溫工質(zhì)的基本性質(zhì)
表7－2 干燥空氣的組成
液態(tài)空氣作為混合液,在定壓蒸發(fā)時(shí)蒸發(fā)溫度也是連續(xù)變化的.隨著蒸發(fā)過(guò)程的進(jìn)行,因低沸點(diǎn)組分氮較多地蒸發(fā),混合液組成發(fā)生變化,致使液體的高組分氧含量相應(yīng)地增加,所以沸點(diǎn)也就相應(yīng)提高.
液態(tài)空氣具有較低的沸點(diǎn)和凝固溫度（約為60.15K）,可以用作冷卻劑.通過(guò)減壓（抽真空）的方法,還可以將其沸點(diǎn)溫度降低到65K左右.但是這種操作是危險(xiǎn)的,因?yàn)檎舭l(fā)會(huì)使剩余液體中氧的濃度增加,在減壓用的真空泵里引起爆炸.
2. 氮和氧
氮是一種無(wú)色無(wú)味的氣體,比空氣稍輕,難溶于水.因氮的化學(xué)性質(zhì)不活潑,在通常情況下很難與其它元素直接化合,故可用作保護(hù)氣體；但在高溫下,氮能夠同氫、氧及某些金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng).氮無(wú)毒,又不能磁化,其沸點(diǎn)比空氣低,所以液氮是低溫研究中最常用的安全冷卻劑,但需當(dāng)心窒息.液氮也用于氫、氦液化裝置中,作為預(yù)冷.液氮應(yīng)小心儲(chǔ)存,避免同碳?xì)浠衔镩L(zhǎng)時(shí)間的接觸,以防止碳?xì)浠衔镞^(guò)量溶于其中而引起爆炸.
液氮的蒸發(fā)溫度為77.36K.在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下,液氮冷卻到63.2K時(shí)轉(zhuǎn)變成無(wú)色透明的結(jié)晶體.液氮的沸點(diǎn)和凝固點(diǎn)之間的溫差不到15K,因而在用真空泵減壓時(shí)容易使其固化.因固態(tài)氮的密度比液氮大,所以沉降在底部.在大約35.6K時(shí),固態(tài)氮產(chǎn)生同素異形轉(zhuǎn)變,并伴隨比熱容的增大.轉(zhuǎn)化熱約為8.2KJ/kg.
氧是一種無(wú)色無(wú)味的氣體,標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度是1.430Kg/m3,比空氣略重.氧較難溶解于水.氧的化學(xué)性質(zhì)非常活潑,它能與很多物質(zhì)（單質(zhì)和化合物）發(fā)生化學(xué)反應(yīng),同時(shí)放出熱量；反應(yīng)劇烈時(shí)還會(huì)燃燒發(fā)光.
在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下,氧在90.188K時(shí)變?yōu)橐子诹鲃?dòng)的淡藍(lán)色液體；在54.4K時(shí)凝固成淡藍(lán)色的固體結(jié)晶.液氧和固態(tài)氧的淡藍(lán)色是含有少量的氧聚合物O4而引起的.
雖然氧的沸點(diǎn)比氮幾乎高13K,可是它的凝固點(diǎn)卻比氮低約9K.固態(tài)氧的密度大,因此在液氧中下沉.在43.80K和23.89K時(shí),固態(tài)氧發(fā)生同素異形轉(zhuǎn)變,并伴隨有轉(zhuǎn)化熱.在40.80K時(shí)轉(zhuǎn)化熱超過(guò)溶化熱,約為23.2KJ/Kg；在23.89K時(shí)轉(zhuǎn)化熱只有2.93KJ/Kg.
氧與其它大多數(shù)氣體的顯著不同在于具有強(qiáng)的順磁性,且某些氣態(tài)的氧化合物（如一氧化氮）也有順磁性.氧的這一特性已被利用來(lái)制作氧磁性分析儀,根據(jù)磁化率的變化可以測(cè)出抗磁性氣體混合物中所含微量氧的濃度.
由于氧的化學(xué)活性很強(qiáng),是一種強(qiáng)氧化劑,所以氧同碳?xì)浠衔锘旌鲜呛芪ｋU(xiǎn)的,液氧中存在碳?xì)浠衔锝Y(jié)晶體已不止一次引起過(guò)嚴(yán)重的爆炸事故.因此,液氧必須嚴(yán)格避免同各種油脂、潤(rùn)滑油、炭、木材、瀝青、紡織物品接觸.
3. 氬、氖、氪和氙
空氣中含有氬、氖、氦、氪、氙等稀有氣體.氬是一種無(wú)色無(wú)味的氣體；不燃燒,也不助燃；化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定,一般狀態(tài)下不生成化合物,沒(méi)有毒性.
空氣是一種多組分混合氣體,其主要組分是氧、氮、氬、二氧化碳,還有微量的稀有氣體（氖、氦、氪、氙）、甲烷及其它碳?xì)浠衔?、氫、臭氧?此外,空氣中還有量少而不定的水蒸氣及灰塵等.
常溫下的空氣是無(wú)色無(wú)味的氣體,液態(tài)空氣則是一種易流動(dòng)的淺黃色液體.一般當(dāng)空氣被液化時(shí)二氧化碳已經(jīng)清除掉,因而液態(tài)空氣的組成是20.95%氧,78.12%氮和0.93％氬,其它組分含量甚微,可以略而不計(jì).
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空氣的物理性質(zhì)
1．溫度
溫度是描述空氣冷熱程度的物理量,主要有三種標(biāo)定方法：攝氏溫標(biāo)、華氏溫標(biāo)和絕對(duì)溫標(biāo)（又稱(chēng)熱力學(xué)溫標(biāo)或開(kāi)氏溫標(biāo)）.

2．壓力
空氣的壓力就是當(dāng)?shù)氐拇髿鈮?用符號(hào)p表示.常用單位有國(guó)際單位帕（Pa）；工程單位kfg/cm2；液柱高單位毫米汞柱高和毫米水柱高.

3．濕度
空氣濕度是指空氣中含水蒸氣量的多少,有以下幾種表示方法：
（1）絕對(duì)濕度.即每平方米空氣中含有水蒸氣的質(zhì)量,用符號(hào)γZ表示,單位為kg/m3.如果在某一溫度下,空氣中水蒸氣的含量達(dá)到了最大值,此時(shí)的絕對(duì)濕度稱(chēng)為飽和空氣的絕對(duì)濕度,用γB表示.
（2）相對(duì)濕度.為了能準(zhǔn)確說(shuō)明空氣中的干濕程度,在空調(diào)中采用了相對(duì)濕度這個(gè)參數(shù),它是空氣的絕對(duì)濕度γZ與同溫度下飽和空氣的絕對(duì)濕度γB的比值,用符號(hào)φ表示.
4．比焓
空氣的焓值是指空氣中含有的總熱量,通常以干空氣的單位質(zhì)量為基準(zhǔn),稱(chēng)作比焓,工程上簡(jiǎn)稱(chēng)焓.因此,空氣的比焓是指1kg干空氣的焓和與它相對(duì)應(yīng)的水蒸氣的焓的總和,用符號(hào)h表示,單位是 kj/kg.

5．密度和比容
空氣的密度是指每立方米空氣中干空氣的質(zhì)量與水蒸氣的質(zhì)量之和,用ρ表示,單位為kg/m3.
空氣的比容是指單位質(zhì)量的空氣所占有的容積,用符號(hào)ν表示,單位為m3/kg.因此空氣的密度與比容互為倒數(shù)關(guān)系.。

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