Aire | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Identificación | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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N o CAS | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Código ATC | V03 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Propiedades químicas | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Masa molar | 28,965 g / mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Propiedades físicas | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
T ° fusión | −216,2 ° C ( 1 atmósfera ) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
T ° hirviendo | −194,3 ° C ( 1 atm , 874,0 kg / m 3 ) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Solubilidad | 0.0292 vol / vol (agua, 0 ° C ) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Densidad |
1,2 kg / m 3 ( 21,1 ° C , 1 atm )
ecuación:
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Presión de vapor saturante |
ecuación:
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Punto crítico | −140,6 ° C , 3771 kPa , 351 kg / m 3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Conductividad térmica | 0,023 4 W m −1 K −1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Termoquímica | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
C p |
ecuación:
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Propiedades ópticas | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Índice de refracción | 1,00026825 ( 100 kPa , aire seco con 450 ppm de CO 2) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Unidades de SI y STP a menos que se indique lo contrario. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
El aire es una mezcla de gases que constituyen la atmósfera de la Tierra . Normalmente es incoloro, invisible e inodoro.
El aire seco cerca del suelo es una mezcla de gases homogénea. Está compuesto aproximadamente por fracción molar o por volumen de:
También contiene trazas de 0,000072% de dihidrógeno (0,72 ppmv ), pero también ozono , así como una mínima presencia de radón . También puede contener dióxido de azufre , óxidos de nitrógeno , sustancias finas en suspensión en forma de aerosol , polvo y microorganismos.
La mayor parte del tiempo, el aire en el medio ambiente de la Tierra es húmedo porque contiene vapor de agua . Cerca del suelo, la cantidad de vapor de agua es muy variable. Depende de las condiciones climáticas y, en particular, de la temperatura. La presión parcial de vapor de agua en el aire está limitada por su presión de vapor saturado, que varía mucho con la temperatura:
Temperatura del aire | −10 ° C | 0 ° C | 10 ° C | 20 ° C | 30 ° C | 40 ° C |
% vapor de agua
para una presión de aire de 1013 hPa |
0 a 0,2% | 0 a 0,6% | 0 a 1,2% | 0 a 2,4% | 0 a 4,2% | 0 a 7,6% |
El porcentaje de vapor de agua presente en el aire se mide por la tasa de humedad , es un elemento importante para las previsiones meteorológicas. Hay varias cantidades para describir la hidrometría: humedad absoluta , que corresponde a la masa de vapor de agua por volumen de aire; y humedad relativa , que es el porcentaje de la presión parcial del vapor de agua en relación con la presión del vapor saturado .
El nivel de dióxido de carbono varía con el tiempo. Por un lado, sufre un cambio anual de aproximadamente 6,5 ppmv ( p ección p ar m ilión en v olumen) de amplitud. Por otro lado, la tasa anual promedio aumenta de 1.2 a 1.4 ppmv por año. Alrededor de 384 ppmv (0.0384%) a mediados de 2008, era de 278 ppmv antes de la revolución industrial , 315 ppmv en 1958, 330 ppmv en 1974 y 353 ppmv en 1990. Este gas de efecto invernadero juega un papel importante en el calentamiento global del planeta. .
El metano es otro gas de gran efecto invernadero cuya tasa aumenta con el tiempo: 800 mm 3 / m 3 (0,8 ppmv ) en la era preindustrial, 1585 mm 3 / m 3 1985, 1663 mm 3 / m 3 en 1992 y 1.676 mm 3 / m 3 en 1996.
Hasta unos 80 km de altitud, la composición del aire seco es muy homogénea, siendo la única variación significativa en la composición del aire la del contenido de vapor de agua.
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Las proporciones de masa se pueden evaluar multiplicando las proporciones de volumen por la relación de la masa molar del gas considerado dividida por la masa molar del aire, es decir, 28,976 g mol -1 , por ejemplo en el caso del CO 2. Esta relación no es despreciable ya que es igual a 44 / 28.976 = 1.5185 de ahí el contenido de masa de CO 2en el aire igual a 415 × 1.5185 = 630 ppmm .
Como el aire es un gas compresible, su densidad (en kg / m 3 ) es función de la presión, la temperatura y la humedad.
Para aire seco a presión atmosférica normal ( 1013,25 hPa ):
Generalmente toma 1.293 kg / m 3 a 0 ° C y 1.204 kg / m 3 a 20 ° C .
Esta se generaliza ( fórmula de gas ideal ) en: (con T en kelvins y P en pascales de acuerdo con las convenciones del SI). Para una temperatura θ en grados Celsius, la temperatura T en kelvin se obtiene sumando 273,15 a θ : T (K) = θ (° C) + 273,15 .
El potencial de calentamiento global (GWP en inglés : GWP: Global Warming Potential ) o CO 2 equivalentepermite medir la "nocividad" de cada gas de efecto invernadero .
La siguiente tabla muestra el valor del GWP para los principales gases de efecto invernadero presentes en el aire:
PRG | 1 (referencia) | 8 | 23 | 310 | de 1.300 a 1.400 | de 6.200 a 7.100 | 6500 | 22,800 |
gas | dióxido de carbono | vapor de agua | metano | óxido nitroso (N 2 O) | clorodifluorometano (HCFC) | diclorodifluorometano (CFC) | tetrafluoruro de carbono (CF 4 ) | hexafluoruro de azufre (SF 6 ). |
La expresión para el índice de refracción del aire "en condiciones estándar" es:
con donde es la longitud de onda expresada en nanómetros (nm), donde es el recíproco de la longitud de onda en micrómetros.Es para aire seco con 0.03% de dióxido de carbono , a una presión de 101,325 Pa (760 milímetros de mercurio) y una temperatura de 288.15 Kelvin ( 15 ° C ).
Podemos obtener n para una temperatura o presión diferente, usando una de las siguientes dos expresiones:
con :
o :
con :
De tablas publicadas por Frank M. White, Heat and Mass transfer , Addison-Wesley, 1988.
con :
T | ρ | μ | ν | C p | λ | a | Pr |
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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 |
1300 | 0,271 | 4,85 × 10 −5 | 17,9 × 10 −5 | 1,197 | 0.0803 | 24,8 × 10 −5 | 0,722 |
La relación entre temperatura y conductividad térmica del aire, válida para una temperatura entre 100 K y 1600 K, es la siguiente:
o :
La relación entre la viscosidad dinámica del aire y la temperatura es:
o :
La relación entre la viscosidad cinemática del aire y la temperatura es:
o :
Según la información WPI (en) , la relación entre el calor específico del aire y la temperatura es:
o :
Debido a la disminución de la presión del aire con la altitud , es necesario presurizar las cabinas de los aviones y otras aeronaves . En la práctica, la presión impuesta en las cabinas es mayor que la presión externa, aunque menor que la presión a nivel del suelo.
El aire comprimido también se utiliza en el buceo .
El aire está formado por diferentes gases que, si se enfrían lo suficiente, eventualmente cambian al estado líquido y luego al estado sólido . Por ejemplo, el oxígeno se convierte en sólido a una temperatura de -218 ° C , los de nitrógeno se licúa a -195 ° C . A la temperatura de -270 ° C (aproximadamente 3 K ), todos los gases excepto el helio son sólidos y se obtiene "aire congelado".
El aire no podría licuarse antes de que se conozcan las presiones y temperaturas críticas que marcan los límites teóricos más allá de los cuales un compuesto sólo puede existir en estado gaseoso. Dado que el aire es una mezcla, estos valores no tienen un significado estricto, pero, de hecho, a una temperatura superior a -140 ° C , el aire ya no es licuable.
Temperatura de ebullición de los componentes del aire.
apellido | Fórmula | Temperatura |
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Dinitrogen | No. 2 | −195,79 ° C , nitrógeno líquido |
Dioxígeno | O 2 | −183 ° C , oxígeno líquido |
Argón | Arkansas | −185,85 ° C |
Dióxido de carbono | CO 2 | −56,6 ° C a 5,12 atm |
Neón | Nació | −246,053 ° C |
Helio | Oye | −268,93 ° C , helio líquido |
Monóxido de nitrógeno | NO | −151,8 ° C |
Criptón | Kr | −154,34 ° C |
Metano | CH 4 | −161,52 ° C |
Dihidrógeno | H 2 | −252,76 ° C , hidrógeno líquido |
Óxido nitroso | N 2 O | −88,5 ° C |
Xenón | Xe | −108,09 ° C |
Dioxido de nitrogeno | NO 2 | 21,2 ° C |
Ozono | O 3 | −111,9 ° C |
Radón | Rn | −61,7 ° C |
Las primeras gotas de aire líquido fueron obtenidas casi simultáneamente por Louis Paul Cailletet y Raoul-Pierre Pictet en 1877 , por expansión repentina entre 300 y 1 atmósfera.
En 1894 , el físico holandés Heike Kamerlingh Onnes desarrolló la primera instalación de aire líquido. Durante los siguientes cuarenta años, investigadores de Francia, Gran Bretaña, Alemania y Rusia realizaron muchas mejoras en el proceso.
Sir James Dewar licuó el hidrógeno por primera vez en 1898 y el helio de Heike Kamerlingh Onnes , el gas más difícil de licuar, en 1908 .
Independientemente de Carl von Linde , Georges Claude desarrolló en 1902 un proceso industrial para licuar el aire.