空气的组成和性质1. 空气的组成， 实验测定，干燥空气的平均组成如表 1-3所示且各组成部分 之间的比例，在地球的任何地区几乎是恒定不变的表 1-3 干燥空气的组成组成及符 号体积％重量%组成及符 号体积％重量%氧0220.9323.1氪Kr1.80X10-43X10-4氮N278.0375.06氙Xe0.08X10-40.4X10-4氩Ar0.9321.286氢H20.5X10-40.036X10-4二氧化碳CO20.030.046氖Ne(15~18)X10-412X10-4臭氧O3(0.01~0.02)X10-40.2X10-4氦He(4.6~5.3)X10-40.7X10-4氡Rn6X10-13由此可见，空气中主要成分是氧、氮和氩在一般情况下，近似认为空气中含 有 20.9% 的氧和的 79.1% 氮这样把空气称为氧和氮的二元系统在精确计算中， 因为空气中含有的 20.9%氧、78.1%的氮和 0.932%的氩这时把空气称为氧、氮、 氩三元系统在不考虑空气的化学性质时，可以把空气看成单一物质，其分子量 为 28.96 ，则 1 千克摩尔空气为 28.96 公斤空气中除了含有氧、氮和氩外，还含有氖、氦、氪、氙气体。
这些气体(包括氩) 在内气中含量极少，在自然界中不易得到，所以称它们为稀有气体由于这些气 体的化学性质稳定，又有“惰性气体”之称此外因地区条件的不同，空气中还含有少量的(不定量的)水蒸气、二氧化碳、 乙炔等气体及机械杂质2. 空气的性质， 在常温下空气是无色、无味、透明的气体大气层中因有臭氧(o )存在，而呈现天兰色在1大气压下，空气的液化温度为-191.35°C(81.8k),3气化温度为T94.35C (78.8k)在1个大气压下，将空气冷却到-213C (60.15k) 时，则变成固体使气体转变为液体的温度称为液化温度液化温度与压力有关，气体的压力越小， 其液化的温度越低，反之亦然但是，对每一种气体来讲都有着一个温度，大于 这个温度时，无论在任何压力下也不能使这种气体液化，这个温度称为气体的临 界温度，其压力称为临界压力空气的临界温度为~140.63C(132.52k)，也就 是说空气必须在低于-140.63C的温度时才可能液化，这也就是用分馏塔分离空 气的方法，我们把它叫做深冷空气分离法的原因空气及各组分的主要物理参数见附表 1由表可见，在 1atm 时氧的沸点 90.17k (-182.98°C)，氮的沸点77.35k (-195.80°C)，两者的沸点相差的13°C。
氩 的沸点为87.291k (-185.86C)，它介于氧和氮沸点中间低温液化精馏法就 是利用氧、氮沸点不同把空气分离为氧气和氮气显然氩气在精馏中，将会影响 氧和氮的纯度空气是目前工业化分离中制取氧、氮气的原料，空气是最廉价、是取之不尽，用 之不竭的原料人的生命和动植物的生长也离不开空气1.5.2 氧的性质氧是地球上分布最广，数量最多的化学元素，它的重量占我们地壳总重量的 48.6%自然界的氧系由三种稳定的同位素组成，它们的原子分别为16、17和 18，其比值为10000：4：20氧的同位素是不易分离的氧的化学性质很话泼， 非常容易与其它物质化合生成化合物以游离形式存在于大气中的氧，是双原子 构成的氧分子O,至于亚稳定的臭氧O本教材不作详细讨论231. 氧的物理性质在常温常压下(一般指20C, 1atm)，氧为无色透明、无臭无味的气体氧在1 大气压下冷却到T83°C时，变成天兰色、透明、易于流动的液体当继续冷却到 -218. 79C时，液氧将转变成兰色固体结晶在0°C、760mmHg条件下，1Nm3 (标准米3)氧气重1.4289公斤在1atm下，沸 腾时1升液体氧重1.140公斤 1升液体氧全部气化成标准状态下的气体氧，体 积将扩大到 800 升。
氧能溶解于水在标准状态下， 100体积的水中可溶解体积5的氧，当温度上升 20C时，100体积中的水仅能溶解体积3的氧氧在水中的溶解度对于水生动物 有重大的意义另外因为氧气在水中溶解度很小，所以实验室里收集氧气时往往 采用水集排气法氧气与其它气体显著不同的在于它具有强烈的顺磁性即氧气分子在磁铁的作用 下，可带磁性，并可被磁极所吸引氧的这种顺磁性已被用来制作氧的磁氧分析 仪，用于分析氧气的纯度2. 氧的化学性质氧气的化学性质很活泼，非常容易与其它物质化合生成化合物，这样的化学过程 称为氧化反应氧的纯度越高，反应越激烈，同时放出大量的热用氧气强化钢 铁的治炼过程和燃料的燃烧过程就是这个道理氧气有助燃的性质例如，若将只发烟而未燃烧的木棒引入盛有氧气的容器中， 则木材即燃起明亮的火焰氧与可燃性气体(氢、乙炔、甲烷等)按一定比例混 合后易发生爆炸如氧气与氢气接触易发生爆炸而生成水，同时放出热量各种 油脂（甘油除外）与压缩的氧气接触时，温度超过燃点，可发生自燃被氧饱和 的衣服及其它纺织品与火种接触时会立即着火将液态氧通过长期触放电作用，能部分转变为新的化学物质一液态臭氧（O）, 液体臭氧是深兰色易爆炸的液体。
这种液氧与固体可燃性吸附剂（黑炭、木3 屑、 金属粉末等）组成的爆炸混合物称为液氧炸药氧还与若干个元素化合时生成过氧化物如；Na+O =NaO22NaO 叫过氧化钠，稀硫酸与过氧化钠作用可生成过氧化氢（俗称双氧水）2NaO +H SO =NaSO +H O过氧化氢（H O ）是不稳定化合物，具有强烈的氧化作用2 2 4 4 2 2 2 2综上所述，氧的化学性质很活泼，与各种元素化学反应猛烈，有助燃性，反应时 产生高温为其特点由于氧的化学性质活泼，就要求制氧站必须十分重视安全工 作，严禁烟火由于氧具有上述特性，使其在冶金、化工、国防工业等部门具有广泛的用途在 国防中用于高空飞行、潜水作业和用液氧作为火箭的助推燃料等此外在医疗救 护、城市污水处理等方面也有广泛的作用1.5.3 氮的性质和用途1. 氮的性质，氮在自然界中分布很广，大部分是以有机化合物的状态存在在 空气中含量高达78.03%（体积）氮的原子量为14.008，它有原子量为14和 15的二种稳定同位素，它们的比值为10000：38在常温，常压下氮是无色、无味、无臭的气体，在标准状态下密度为 1.252kg/m3， 比空气略轻将氮气冷却到-195.79°C时变成无色透明、易于流动的液体，它既 不爆炸也无毒性。
在latm下，沸腾时1升液氮重0.808公斤1升液氮全部气 化成标准状态下的气氮，体使将扩大到650升继续冷却到-210C时，液氮凝固 成雪花状的固体氮为双原子分子，由于组成气分子的两个原子以三个键相联系，结合得很坚固 因此通常情况下氮的化学性质不活泼，表现为很大的惰性故可用作保护气体2. 氮的用途， 氮气由于它的惰性及其在液态下的低温，使其应用范围很广氮 气在化工、冶金、原子能、电子、玻璃及食品等工业部门被广泛应用，要求氮的 纯度在 99.99%以上液氮在科学研究、金属低温处理、食品冷冻、冷藏、冷冻 运输、冷冻医疗、保存生物等领域广泛地作低温冷源另外氮气在化工工业中既 是化肥生产合成氨、石油气的主要原料，也是化纤生产中重要保护气体在国防工业中，液氮可作火箭燃料的压送剂飞机缓冲器、作动筒等都需要充入 一定压力的氮气，用于减震、收放起落架、操纵转弯、刹车和应急系统等随着 航空技术的不断发展，在航空仪器、导弹、等系统采用氮气保护也越来越广泛空气的组成：成分氮氧氩二氧化碳其他体积（%）78.0920.950.930.030.078重量（%）75.5323.141.280.050.075空气的密度：空气具有一定的质量，质量常用密度来表示。
密度是单位体积内空气的质量，用P表示M/VP =式中M、V分别为气体的质量与体积空气的粘度：空气质点相对运动时产生阻力的性质空气粘度的变化只受温度变化的影响，而压力变化对其影响甚微，可忽略不记空气的运动粘度与温度的关系t(oC)05102030406080100v(m2s-1)0.1360.1420.1470.1570.1660.1760.1960.210.238(10-4)空气的压缩性与膨胀性：当气体的压力变化时体积随之改变的性质称为气体的压缩性；气体因温度变化体积随之改 变的性质称为气体的膨胀性空气的压缩性和膨胀性都远大于液体的压缩性和膨胀性气体的 体积随温度和压力的变化规律服从气体状态方程1.1 空气与压缩空气在地球引力作用下，大量气体聚集在地球周围，形成数千公里的大气层气体密 度随离地面高度的增加而变得愈来愈稀薄探空火箭在 3000 公里高空仍发现有 稀薄大气，有人认为，大气层的上界可能延伸到离地面 6400 公里左右地表大 气平均压力为 1 个大气压，相当于每平方厘米地球表面包围 1034g 空气地球总 表面积为510100934平方公里，所以大气总质量约为5.2x1015吨，差不多占地 球总质量的百万分之一，大气随高度的增加而逐渐稀薄，50%的质量集中在 30km 以下的范围内。
高度 100km 以上的空气质量仅是整个大气圈质量的百万分之一 地面的大气是多种气体的混合物，其中：氮78%、氧21%、氩0.93%、二氧化碳 0.03%、氖 0.0018%，此外还有其他惰性气体、臭氧、水气和尘埃等由于环境污染，目前空气还含有二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳等有毒气体干空气的分子量为28.96，在0°C、760mmHg柱时的密度为1.293g/m3空气经过机械压缩以后就成了压缩空气，用作生产压缩空气的设备通常称为空气压缩机人类很早就懂得使用压缩空气，现在压缩空气已是人类生产、生活中一种不可缺少的动力随着现代工业的不断发展，对压缩空气质量的要求也越来越高，而且呈多样化现代产业对压缩空气的要求可分为以下几个方面：1） 压力、流量的要求：任何需要压缩空气的场合对压缩空气的压力和流量都是 有要求的目前最普遍的压力值在0.7MPa （g）左右在一些特殊场合如玻璃行 业，对压缩空气的压力要求可能为0.2-0.4 MPa （g）左右；在某些军工企业，对 压缩空气压力要求可能在几十MPa市场上有各种各样的空气压缩机可以来满足这些要求2） 干燥度（即含水量或露点温度）的要求：不同的工艺对压缩空气露点温度要 求也不同，如用作仪表方面的压缩空气压力露点一般要求在-40C以下，而在半 导体芯片厂对压缩空气的压力露点可能要求在-70C，但在多数场合，对压缩空 气的露点温度要求在0C以上就已足够。
压缩空气的露点要求通常由干燥机来实现3） 清洁度的要求（相对比较复杂，包括：固体物、油雾、微生物、有害气体等）：由压缩空气过滤器来解决1.2 压力、流量与温度1.2 压力、流量与温度 压力、流量与温度是压缩空气的三个基本指标由于地球引力的作用，地球表面的大气层对地球表面或表面物体所造成的压力称 为“大气压”由于地球表面的海拔高度不同，所处不同高度的空气密度不同，所 以，处在不同高度上的物体受到的大气压力的大小也不同所谓标准大气压力是 指在摄氏零度（0C ）条件下，在纬度45度的海平面上，所受到的大气压力（干 燥空气），。