Aire

Aire
Identificación
N o CAS 132259-10-0
Código ATC V03 AN05
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, ° C )
Densidad 1,2  kg / m 3 ( 21,1  ° C , 1  atm )

ecuación:
Densidad del líquido en kmol m -3 y temperatura en Kelvin, de 59,15 a 132,45 K.
Valores calculados:

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 0,66657
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

Gráfico P = f (T)

Presión de vapor saturante

ecuación:
Presión en pascales y temperatura en Kelvin, de 59,15 a 132,45 K.
Valores calculados:

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)
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:
Capacidad térmica del líquido en J kmol -1 K -1 y temperatura en Kelvin, de 75 a 115 K.
Valores calculados:

T
(K)
T
(° C)
C p
C p
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 p
C p
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)

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.

Composición

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 ° 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.

Composición del aire

Composición del aire "seco"
ppmv: partes por millón por volumen

ppmm: partes por millón en masa

Gas Volumen
Nitrógeno (N 2 ) 780,840  ppmv (78,084%)
Dioxígeno (O 2 ) 209,460  ppmv (20,946%)
Argón (Ar) 9.340  ppmv (0,9340%)
Dióxido de carbono (CO 2) 415  ppmv (0.0415%) o 630 ppmm

(en abril de 2021)

Neón (Ne) 18,18  ppmv
Helio (él) 5,24  ppmv
Metano (CH 4 ) 1,745  ppmv
Criptón (Kr) 1,14  ppmv
Dihidrógeno (H 2 ) 0,55  ppmv
Agregar al aire seco:
Vapor de agua (H 2 O) de <1% a ~ 5%

(muy variable)

Componentes de aire menores
Gas Volumen
Óxido nítrico (NO) 0,5  ppmv
Óxido nitroso (N 2 O) 0,3  ppmv
Xenón (Xe) 0,09  ppmv
Ozono (O 3 ) ≤ 0,07  ppmv
Dióxido de nitrógeno (NO 2 ) 0,02  ppmv
Yodo (I 2 ) 0,01  ppmv
Monóxido de carbono (CO) 0,2  ppmv
Amoníaco (NH 3 ) huellas

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 .

Densidad

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 ° 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 .

Potencial de calentamiento global

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 ).

Índice de refracción

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 :

Propiedades termofísicas

De tablas publicadas por Frank M. White, Heat and Mass transfer , Addison-Wesley, 1988.

con :


Aire a presión atmosférica
T ρ μ ν C p λ a 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
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 :

Presión

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 .

Licuefacción

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
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.

Simbólico

Notas y referencias

Notas

  1. Esta es la masa molar del aire seco.

Referencias

  1. "  Air  " , en olivier.fournet.free.fr (consultado el 4 de marzo de 2010 )
  2. (en) Compressed Gas Association, Manual de gases comprimidos , Springer,1999, 4 ª  ed. , 702  p. ( ISBN  0-412-78230-8 , leer en línea ) , pág.  234
  3. (en) Robert H. Perry y Donald W. verde , de Perry Ingenieros Químicos Handbook , EE.UU., McGraw-Hill,1997, 7 ª  ed. , 2400  p. ( ISBN  0-07-049841-5 ) , pág.  2-50
  4. (en) Philip E. Ciddor, "  Índice de refracción del aire: nuevas ecuaciones para el visible y el infrarrojo cercano  " , Applied Optics , vol.  35, n o  9,1996, p.  1566-1573 ( DOI  10.1364 / AO.35.001566 )
  5. (en) Recientes globales de CO2 en noaa.gov, consultado el 21 de de abril de 2021.
  6. (en) The Keeling Curve , sitio web keelingcurve.ucsd.edu, consultado el 23 de abril de 2015
  7. concentración de CO 2 en la atmósfera terrestre
  8. Concentración de CO 2 medida en Mauna Loa (Hawaii), NOAA.
  9. Concentración de metano medida en Mauna Loa (Hawaii), NOAA.
  10. En la práctica, el aire fuertemente seco todavía contiene trazas de vapor de agua.
  11. Fuente de datos: Dióxido de carbono: (en) NASA - Earth Fact Sheet , enero de 2007. Metano: IPCC TAR; cuadro 6.1, 1998 (en) Tercer informe de evaluación del IPCC "Cambio climático 2001" de GRID-Arendal en 2003. El total de la NASA fue de 17  ppmv de 100%, y el CO 2aumentado aquí en 15  ppmv . Para normalizar, el N 2 debe reducirse en 25  ppmv y el O 2 en 7  ppmv .
  12. "  Air refractive index  " , en olivier.fournet.free.fr (consultado el 4 de marzo de 2010 )
  13. Profesionales químicos
  14. Chemical Professionals , no encontrado el 11 de agosto de 2013
  15. Este documento del sitio web de WPI , en el sitio web de wpi.edu

Ver también

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