§ 4. Характеристика некоторых газов в составе атмосферы

Основное количество газов атмосферы составляют азот, кислород, аргон и углекислый газ (табл. 1). Атмосфера содержит ничтожные количества других газов, часть которых указана в приведенной ниже таблице и, тем не менее, некоторые из них, как мы покажем позже, играют существенную роль в атмосфере и, соответственно, в биосфере Земли.

Т а б л и ц а 1

Химический состав атмосферы

Газ	Концентрация, , % об.	Газ	Концентрация, , % об.
Азот N2 Кислород O2 Аргон Ar Углекислый газ CO2	78,08 20,95 0,93 0,036	Неон Ne Гелий He Метан CH4 Криптон Kr Водород H2 Озон О3	1,810 5104 ~ 2104 1,1104 5105 27106
 99,996

Азот и его соединения

Основным компонентом атмосферы является азот N₂. Прочная тройная связь в молекуле N  N делает азот химически устойчивым веществом. Устойчивость и достаточно высокая относительная молекулярная масса ( = 28) позволили азоту сохраниться в атмосфере и не улетучиться в космическое пространство в отличие от легких атомов водорода ( = 1) и гелия (М_Не = 4).

Если в состав атмосферы входит молекулярный азот, то в земной коре он встречается в химически связанном состоянии. Химически связанного азота в минералах земной коры достаточно для использования его живыми организмами в метаболических процессах. Молекулярный азот воздуха также может использоваться в метаболических процессах, но только некоторыми растениями, например клевером. На мелких корешках таких растений образуются корневые клубеньки, содержащие клубеньковые бактерии, усваивающие азот прямо из воздуха.

Как компонент атмосферы, снижающий концентрацию кислорода в воздухе, азот замедляет скорость многих окислительно-восстановительных реакций. Не случайно в русских космических кораблях используют смесь кислорода с азотом, а не чистый кислород. Известен случай гибели американских космонавтов в кислородной среде, когда случайная искра вызвала пожар в корабле.

Появление в атмосфере наряду с чистым азотом его химических соединений обусловлено природными явлениями, но большая часть соединений азота попадает в атмосферу в результате техногенных воздействий.

Энергия _i, выделяющаяся при грозовом разряде, вызывает диссоциацию молекул азота и кислорода воздуха:

О₂ + _i = O* + O*,

N₂ + _i = N* + N*.

В результате таких процессов происходит образование сначала оксида азота (II):

N₂ + О* = NО + N*,

N* + О₂ = NО + O*,

где O* и N*  возбужденные атомы азота и кислорода.

В атмосфере оксид азота (II) медленно превращается в оксид азота(IV) путем сложных фотохимических процессов. В упрощенном виде они могут быть представлены реакцией:

NО + 1/2O₂  NO₂.

В двигателях внутреннего сгорания и в топках тепловых электростанций, работающих на каменном угле, мазуте или природном газе, также имеет место высокотемпературное (1500 – 2000⁰ С) превращение воздуха, т.е. происходят такие же процессы, что и при грозовых разрядах в атмосфере.