VZDUCH Autor: Mgr. Stanislava Bubíková
Datum (období) tvorby: 25. 7. 2012
Ročník: osmý
Vzdělávací oblast: Člověk a příroda / Chemie / Směsi; částicové složení látek a chemické prvky
1 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
Anotace: Žáci se seznámí se složením vzduchu a jednotlivými vrstvami atmosféry. V rámci tohoto modulu žáci rozdělí vzduch na jednotlivé části, popíší postup jejich výroby. Vyjmenují použití vzduchu a kyslíku. Odliší běžný kyslík a ozon a přiřadí k nim jednotlivé vlastnosti a použití. Vysvětlí princip fotosyntézy a posoudí její důležitost pro život na Zemi. Posoudí dopad množství ozonu ve stratosféře na zdraví lidí a ŽP.
2 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
Vzduch • • • •
homogenní směs plynů tvoří atmosféru (plynný obal Země) základní podmínka života součást koloběhu vody a dalších látek
78 % dusíku
21 % kyslíku 1%
vzácné plyny, CO2, vodní pára
0,9 % argonu 0,03 % CO2
3 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
Obr. č. 1: Cumulus (typ oblaku) v atmosféře [2] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Cumulus_clouds_in_fair_weather.jpeg
Vrstvy atmosféry
růst teploty
700 – 30 000 km termosféra 80 – 700 km
50 – 80 km
Teplota Troposféra: od 17 °C až do −50 °C Stratosféra: od −50 °C až do 20 °C Mezosféra: od 0 °C až do −100 °C Termosféra: od −100 °C až do 1 400 °C Exosféra: do −270 °C
pokles teploty
mezosféra
růst teploty
pokles teploty
exosféra
stratosféra 12 – 50 km
do 12 km
pokles teploty
troposféra
Obr. č. 2: Polární záře v termosféře [3] dostupné z: 4 http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Aurora_near_Abisko,_Sweden,_2.jpg
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
Znečištění atmosféry antropogenní zdroje (způsobeny člověkem) • spalováním fosilních paliv • benzín (motorová vozidla • uhlí (tepelné elektrárny, lokální topeniště) • dřeva (lokální topeniště) • rafinace ropy
Obr. č. 3: Dopravní zácpa [4] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Auto_stoped_highway.JPG
přírodní zdroje • prach, písek z pouští • bioplyn (metan) • radioaktivní plyn radon • kouř a oxid uhelnatý (lesní požáry) • sopečná aktivita
Obr. č. 4: Sopka [5] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Arenal-Volcano.jpg
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
5
Vzduch = surovina získávání kapalného vzduchu: • atmosférický vzduch se zbaví prachu, CO2 a vlhkosti a stlačí se (komprese) až na 200násobek normálního tlaku • ochladí se (chlazení) studenou vodou • nechá se rozepnout (expanze) do prostoru na tlak 20 až 30 x větší než normální tlak nový (účinnější) postup:
Obr. č. 5: Výroba kapalného vzduchu [6] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:BOC_plant, _Scunthorpe_-_geograph.org.uk_-_831349.jpg
• expanze vzduchu probíhá při jeho průchodu turbínou, kde je odevzdána využitelná objemová práce (k dosažení stavu zkapalnění postačí i nižší tlak za první kompresí) Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
6
Vzduch = surovina • kapalný vzduch je namodralá kapalina o teplotě varu -190 °C • průmyslově se z kapalného vzduchu destilací (přesněji rektifikací) získává: kyslík, dusík, argon a helium
Obr. č. 6: Spektra vzácných plynů [7] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Edelgase_in_Entladungsroehren.jpg
Obr. č. 7: Kapalný dusík [8] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File :Liquid_nitrogen_dsc04496.jpg
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
7
Stlačený vzduch použití: • pneumatické nástroje a zařízení (vzduch je stlačen kompresorem, ochlazen, vysušen a zbaven oleje pocházejícího z kompresoru)
• nafukování pneumatik, zvedacích vaků, nafukovacích člunů, …
• při potápění do maximální hloubky 40 m • doprava - zemědělský fukar, potrubní pošta • instalace optických kabelů (mechanické zasunování by kabely poškodilo) Obr. č. 8: Potápěči se vzduchovými přístroji [9] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Snuba_Raft_and_Divers.jpg
8 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
Kyslík • tvoří 21 % atmosféry, 50 % zemské kůry a 90 % hydrosféry • vyskytuje se ve dvouatomových molekulách (vzdušný kyslík) a tříatomových molekulách (ozon) • velmi reaktivní plyn • reakce s jinými prvky se nazývá hoření (exotermická reakce)
Obr. č. 9: Molekula kyslíku [10] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Sa uerstoffmolek%C3%BCl_Strukturformel.svg
Obr. č. 10: Molekula ozonu [11] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ozone_molecule.svg
9 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
Vlastnosti kyslíku • bezbarvý plyn bez zápachu, při teplotě -183 °C vzniká modrý kapalný kyslík • oxidační čísla:
-II (většina sloučenin) -I (peroxidy) kladné (sloučeniny s fluorem)
• oxidační činidlo • rozpustný ve vodě (rozpustnost klesá s teplotou)
Obr. č. 11: Kapalný kyslík [12] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Liq uid_Oxygen.gif
10 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
Výroba a využití kyslíku • výroba: destilace zkapalněného vzduchu • plynný kyslík se uchovává v ocelových tlakových lahvích označených bílým hrdlem a bílým nebo modrým pláštěm • čistý kyslík je extrémně reaktivní, nesmí být v přímém kontaktu s organickými látkami (aparatura se nesmí mazat organickými tuky nebo oleji) • použití: medicína (okysličení organismu) dýchací přístroje (potápěči, záchranáři, horolezci, kosmonauti, piloti stíhaček) svařování a řezání kovů (směs s acetylenem má teplotu vyšší než 3 000 °C) Obr. č. 12: Kyslík pro lékařské účely[13] dostupné z: raketové palivo (okysličovadlo) http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Sauerstoffflasche.jpg Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
11
Příprava kyslíku v laboratoři • rozklad peroxidu vodíku katalyzovaný burelem (oxidem manganičitým) • rovnice reakce:
2 H 2 O2 MnO 2 → 2 H 2 O + O 2
• Postup: do zkumavky nasypeme malé množství (na špičku nože) katalyzátoru a přilijeme peroxid vodíku; do vzniklého plynu vložíme rozžhavenou špejli • reakci katalyzuje také manganistan draselný, stříbro, platina, krev (použití – dezinfekce ran)
12 Obr. č. 13: Oxid manganičitý [14] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ramsdellite-229714.jpg
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
Fotosyntéza • vznik atmosférického kyslíku • biochemický proces v rostlinách a sinicích • vyžaduje světelnou energii VIS viditelného světla (vlnová délka 380 – 760 nm) • rostliny vytvářejí kyslík a glukózu z vody a oxidu uhličitého • rovnice fotosyntézy: 6 CO 2 + 6 H 2 O VIS → C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 Obr. č. 14: Průběh fotosyntézy [15] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Photosynthesis.gif
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
13
Ozon • racionální chemický název: trikyslík • chemický vzorec: O3 • vysoce reaktivní plyn modré barvy a charakteristického zápachu s mimořádně silnými oxidačními účinky • při teplotě -112 °C kondenzuje na kapalný tmavě modrý ozon a při 193 °C se tvoří červenofialový pevný ozon Obr. č. 15: Umístění ozonové vrstvy [16] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Atmosphere_swe.svg
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
14
Ozonová vrstva • část stratosféry ve výšce 25 – 35 km • chrání planetu před ultrafialovým zářením • objevena roku 1913 francouzskými fyziky (Charles Fabry a Henri Buisson) • zkoumána britským meteorologem (Gordon Dobson), který vyvinul spektrofotometr určený k měření ozonu
Obr. č. 16: Množství ozonu na severním a jižním pólu v letech 1979 a 2007 [17] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ozone_layer_gmt_de.png
15 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
Ozonová díra • oblast výrazně oslabené ozónové vrstvy • nachází se hlavně na pólech • míra množství ozonu ve sloupci nad povrchem je dobsonova jednotka (2,69 × 1020 molekul na m2; výška vrstvy 10 µm) V letech 1928 až 1958 Dobson založil celosvětovou síť stanic monitorujících ozon, která funguje dodnes.
• poprvé pozorována počátkem 80. let 20. století nad Antarktidou
Obr. č. 17: Ozonová vrstva nad Antarktidou [18] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ozone_over_southe rn_hemisphere_Sep11_1957-2001.gif
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
16
Zdroje 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18.
BENEŠ, Pavel, Václav PUMPR a Jiří BANÝR. Základy chemie pro 2. stupeň základní školy, nižší ročníky víceletých gymnázií a střední školy. 3. vyd. Praha: Fortuna, 2000, 143 s. ISBN 80-716-8720-0 . Cumulus_clouds_in_fair_weather.jpeg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-07-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Cumulus_clouds_in_fair_weather.jpeg NAurora_near_Abisko,_Sweden,_2.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-07-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Aurora_near_Abisko,_Sweden,_2.jpg Auto_stoped_highway.JPG. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-07-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Auto_stoped_highway.JPG Arenal-Volcano.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-07-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Arenal-Volcano.jpg BOC_plant,_Scunthorpe_-_geograph.org.uk_-_831349.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-07-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:BOC_plant,_Scunthorpe_-_geograph.org.uk_-_831349.jpg Edelgase_in_Entladungsroehren.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-07-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Edelgase_in_Entladungsroehren.jpg Liquid_nitrogen_dsc04496.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-07-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Liquid_nitrogen_dsc04496.jpg Snuba_Raft_and_Divers.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-07-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Snuba_Raft_and_Divers.jpg Sauerstoffmolek%C3%BCl_Strukturformel.svg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-07-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Sauerstoffmolek%C3%BCl_Strukturformel.svg Ozone_molecule.svg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-07-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ozone_molecule.svg Liquid_Oxygen.gif. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-07-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Liquid_Oxygen.gif Sauerstoffflasche.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-07-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Sauerstoffflasche.jpg Ramsdellite-229714.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-07-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ramsdellite-229714.jpg Photosynthesis.gif. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-07-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Photosynthesis.gif Atmosphere_swe.svg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-07-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Atmosphere_swe.svg Ozone_layer_gmt_de.png. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-07-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ozone_layer_gmt_de.png Ozone_over_southern_hemisphere_Sep11_1957-2001.gif. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-07-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ozone_over_southern_hemisphere_Sep11_1957-2001.gif
17 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
