องค์ประกอบในอากาศ

ในอากาศที่เราหายใจ   มีออกซิเจนอยู่เพียง 21% อากาศเป็นของผสมที่มีลักษณะเป็นเนื้อเดียว ประกอบด้วยแก๊สชนิดต่างๆ และไอน้ำ อากาศที่ไม่มีไอน้ำผสมอยู่เรียกว่า อากาศแห้ง ส่วนอากาศที่มีไอน้ำผสมอยู่เรียกว่า อากาศชื้น โดยทั่วไปจะมีไอน้ำผสมอยู่ประมาณร้อยละ 0-4 ของอากาศทั้งหมด ไอน้ำมีความสำคัญมาก เพราะเป็นสาเหตุที่ทำให้เกิดปรากฏการณ์ทางลมฟ้าอากาศ เช่น ฝน ลม พายุ ฟ้าแลบ ฟ้าร้อง

ส่วนประกอบของอากาศแห้ง

ในอากาศแห้งส่วนใหญ่ จะประกอบด้วยแก๊สไนโตรเจนประมาณ ร้อยละ 78 แก๊สออกซิเจน ประมาณร้อยละ 21 และแก๊สอื่นๆ อีกประมาณ ร้อยละ 1 ได้แก่ แก๊สอาร์กอนประมาณ ร้อยละ 0.93 แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ประมาณ ร้อยละ 0.03นอกจากนั้น อีกประมาณร้อยละ 0.04 เป็นแก๊สนีออน ฮีเลียม คริปตอน ซีนอน ไฮโดรเจน มีเทน ไนตรัสออกไซด์ และเรดอน ตามปกติแล้ว จะไม่มีอากาศแห้ง เนื่องจากอากาศทั่วๆ ไปเป็นอากาศชื้นที่มีไอน้ำ และแก๊สอื่นๆ ปนอยู่ด้วย ส่วนประกอบของอากาศชื้น อากาศชื้น เป็นอากาศที่มีไอน้ำปนอยู่ด้วยประมาณ ร้อยละ 0-4 โดยมวลหมายความว่า ถ้าอากาศชื้นมีมวล 1 กิโลกรัม (1,000 กรัม) จะมีไอน้ำอยู่มากที่สุด 40 กรัม ปริมาณไอน้ำในอากาศทำให้ปริมาณแก๊สไนโตรเจนซึ่งมีอยู่ในอากาศแห้งประมาณ ร้อยละ 78 และปริมาณแก๊สออกซิเจนในอากาศแห้งประมาณ ร้อยละ 21 เปลี่ยนแปลงไปจากเดิมเล็กน้อย

องค์ประกอบของอากาศ

อากาศจัดเป็นของผสม โดยประกอบด้วยก๊าซต่างๆ เช่น ไอน้ำ, เขม่า, ควันไฟ, และอนุภาคต่างๆ ปะปนกันอยู่ สำหรับอากาศที่ไม่มีไอน้ำอยู่เลย เรียกว่า อากาศแห้ง ส่วนอากาศที่มีไอน้ำเป็นส่วนผสมอยู่ด้วยเรียกว่า อากาศชื้น ส่วนผสมของอากาศในที่ต่างๆ จะแตกต่างกันไปตามสถานที่และเวลา อีกทั้งส่วนประกอบของอากาศในดินไม่มีสัดส่วนที่คงที่เหมือนของบรรยากาศ เพราะในดินจะมีก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่ผันแปรตลอดเวลาตามกระบวนการต่างๆ ที่เกิดขึ้นในดิน เช่น การสลายตัวของสารอินทรีย์โดยกิจกรรมของจุลินทรีย์ที่อยู่ในดิน ด้วยเหตุนี้ปริมาณก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่เกิดขึ้นในดินจึงไม่คงที่ ขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อม, อุณหภูมิและความชื้นของดิน โดยดินที่มีอุณหภูมิและความชื้นสูงจะช่วยให้กระบวนการย่อยสลายสารอินทรีย์ต่างๆ ในดินมีอัตราสูงขึ้นทำให้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ถูกปล่อยออกมามากขึ้นด้วย นอกจากนี้แบคทีเรียบางชนิดที่มีอยู่ในดินจะทำให้เกิดกระบวนการดูดกลืนก๊าซไนโตรเจนและออกซิเจน ทำให้ก๊าซที่เป็นองค์ประกอบของอากาศในดินมีความผันแปรสูง องค์หลักประกอบกว่า 78.08% ของอากาศ เป็นก๊าซไนโตรเจน (N2) มีคุณสมบัติที่ไม่ทำปฏิกิริยาเคมีกับสารอื่น แต่เมื่อมีอะตอมเดี่ยวของมันแยกออกมาจะรวมเข้าเป็นองค์ประกอบของสารอื่น เช่น สารไนเตรท จะมีบทบาทสำคัญต่อสิ่งมีชีวิต และอีกกว่า 20.95% เป็นก๊าซออกซิเจน (O2) ซึ่งเป็นผลผลิตจากการสังเคราะห์แสงของพืช, สาหร่าย, แพลงตอน และสิ่งมีชีวิต อีกทั้งยังมีความว่องไวในการทำปฏิกิริยากับสารอื่น และช่วยให้ไฟติด ถ้าปริมาณของออกซิเจนในอากาศมีมากกว่า 35% โลกทั้งดวงจะลุกไหม้ติดไฟ ดังนั้นสิ่งมีชีวิตบนโลกจึงวิวัฒนาการให้มีสัตว์ ซึ่งใช้ออกซิเจนในการเผาผลาญธาตุอาหาร และคายก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ออกมา ส่วนที่เหลืออีก 0.93% ก๊าซอาร์กอน (Ar) เป็นก๊าซเฉื่อยไม่ทำปฏิกิริยากับธาตุอื่น เกิดขึ้นจากการสลายตัว (ซากกัมมันตภาพรังสี) ของธาตุโปแตสเซียมภายในโลก และอีก 0.036% เป็นในส่วนของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ซึ่งเป็นก๊าซเรือนกระจก (Greenhouse gas) แม้มีอยู่ในบรรยากาศเพียง 0.036% แต่เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับสิ่งมีชีวิต เนื่องจากก๊าซเรือนกระจกมีคุณสมบัติในการดูดกลืนรังสีอินฟราเรดซึ่งแผ่ออกจากโลก ทำให้โลกอบอุ่น อุณหภูมิของกลางวันและกลางคืนไม่แตกต่างจนเกินไป นอกจากนั้นก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ยังเป็นแหล่งอาหารของพืช ส่วนที่เหลืออีก 0.01% เป็นในส่วนของก๊าซอื่นๆ โดยทั้งนี้สิ่งที่แสดงให้เราเห็นว่าในอากาศนั้นมีฝุ่นละอองอยู่ คือลำแสงที่ส่องไปในอากาศ โดยเราจะสังเกตพบว่ามีฝุ่นละอองลอยปะปนอยู่ในลำแสงนั้น อากาศ (air) ที่ห่อหุ้มโลกอยู่ทั้งหมด เรียกว่า บรรยากาศ ส่วนอากาศที่ห่อหุ้มโลกอยู่เฉพาะส่วนเรียกว่า อากาศ อากาศเป็นสิ่งที่อยู่ในสถานะที่เป็นแก๊ส มีส่วนประกอบต่างๆ ในอัตราส่วนที่ต่างกันไปอากาศจะประกอบด้วยสิ่งต่างๆ ดังนี้ รูปแสดงส่วนประกอบของอากาศ     1. ไนโตรเจน (nitrogen) เป็นส่วนประกอบอยู่ในอากาศประมาณร้อยละ 78 โดยปริมาตร ไนโตรเจนทำให้ออกซิเจนที่มีอยู่ในอากาศไม่เข้มข้น ทำให้การสันดาปซึ่งเป็นปฏิกิริยาทางเคมีลดความรวดเร็วลง ไนโตรเจนในอากาศบางส่วนจะถูกแบคทีเรียที่อยู่ในดิน ในรากพืชบางชนิด ตรึงเอาไปไว้เพื่อประโยชน์ของพืชเมื่อพืชและสัตว์ตายลงจะสลายตัวเป็นไนโตรเจนกลับสู่อากาศอีกครั้ง     2. ออกซิเจน (oxygen) เป็นส่วนประกอบอยู่ในอากาศประมาณร้อยละ 21 โดยปริมาตร ออกซิเจนเป็นส่วนประกอบสำคัญในการสันดาป พืชและสัตว์ต้องใช้ออกซิเจนในการหายใจ (กระบวนการเมแทบอลิซึมของเซลล์) และออกซิเจนเกิดมาจากกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืช     3. คาร์บอนไดออกไซด์ (carbondioxide) เป็นส่วนประกอบอยู่ในอากาศประมาณร้อยละ 0.04 โดยปริมาตร พืชใช้คาร์บอนไดออกไซด์ในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง การหายใจออกของสิ่งมีชีวิตจะหายใจเอาคาร์บอนไดออกไซด์ออกสู่ภายนอก     4. แก๊สเฉื่อย (inert gas) เป็นแก๊สที่ไม่มีความว่องไวต่อปฏิกิริยาทางเคมีใดๆ    เช่น  1) อาร์กอน (Ar) มีอยู่ในอากาศมากที่สุดในกลุ่มของแก๊สเฉื่อยด้วยกัน มีอยู่ประมาณร้อยละ 0.09 โดยปริมาตร นำไปใช้ในการทำหลอดไฟฟ้าเรืองแสง เพราะพบว่า ถ้านำอาร์กอนกับไนโตรเจนใส่ลงในหลอดไฟฟ้า ไอของอาร์กอนจะทำให้หลอดไฟฟ้า เกิดการเรืองแสงขึ้นได้  2) ฮีเลียม (He) เป็นแก๊สที่มีความหนาแน่นต่ำ นำไปใช้ในการบินของเรือเหาะในยุคก่อน ซึ่งปัจจุบันไม่มีแล้ว  3) นีออน (Ne) เป็นแก๊สที่เปล่งแสงได้สวยงามเมื่อกระแสไฟฟ้าเคลื่อนที่ผ่าน นิยมนำมาทำป้ายโฆษณาในเวลากลางคืน  4) คริปทอน (Kr) และซีนอน (Xe) เป็นแก๊สที่มีน้อยที่สุดในกลุ่มของแก๊สเฉื่อยในอากาศ นำมาใช้ประโยชน์ในการทำไฟโฆษณา  5) ไอน้ำ เป็นส่วนของน้ำที่กลายเป็นไอน้ำเนื่องจากความร้อนของแหล่งความร้อนต่างๆ แล้วไปอยู่ในอากาศเป็นส่วนประกอบของอากาศ ถ้าในอากาศมีความชื้นสัมพัทธ์ร้อยละ 60 ณ อุณหภูมิ 68 องศาฟาเรนไฮต์ เราจะรู้สึกสบายที่สุด  6) ฝุ่นละออง ในอากาศมีฝุ่นละอองจำนวนไม่มากนักเมื่อเปรียบเทียบกับส่วนประกอบของอากาศอื่นๆ ฝุ่นละอองจะเป็นตัวช่วยสะท้อนแสงทำให้แสงจากดวงอาทิตย์สว่างมากขึ้น  7)สิ่งมีชีวิตขนาดเล็กในอากาศจะมีสิ่งมีชีวิตขนาดเล็กเป็นส่วนประกอบด้วย เช่น แบคทีเรีย รา ไวรัส เป็นต้น ข้อควรทราบ              -อากาศเป็นของผสมที่ประกอบด้วยสารแตกต่างกันหลายชนิด เพราะส่วนประกอบของอากาศเปลี่ยนแปลงได้ แยกออกจากกันได้ด้วยวิธีทางกายภาพ ออกซิเจนและไนโตรเจนมีคุณสมบัติเช่นเดียวกับออกซิเจนและไนโตรเจนบริสุทธิ์              # จากผิวโลกสูงขึ้นไปในระยะ 800 - 1,000 กิโลเมตร โดยนับจากระดับน้ำทะเลจัดเป็นบรรยากาศที่ห่อหุ้มโลก ถัดจากความสูงนี้ขึ้นไปเป็นบริเวณที่มีอนุภาคต่างๆ น้อยมากและไม่อยู่ภายใต้แรงดึงดูดของโลก เรียกส่วนนี้หรือบริเวณนี้ว่า อวกาศ รูปแสดงระดับชั้นบรรยากาศและอวกาศ สมบัติของอากาศ              อากาศมีสมบัติเฉพาะตัวที่สำคัญ คือ             1. เป็นสสาร มีมวล มีตัวตน ต้องการที่อยู่ และสัมผัสได้             2. เป็นของไหลถ่ายเทไปได้ตลอดเวลา อากาศจะไหลจากบริเวณที่มีความกดดันอากาศสูงไปยังบริเวณที่ความกดดันอากาศต่ำ จึงทำให้เกิดลม             3. ทำให้เป็นของเหลวได้โดยการเพิ่มความดันสูงๆ หรือทำให้เย็นจัดๆ อากาศจะเปลี่ยนไปเป็นของเหลว เรียกว่า อากาศเหลว มีลักษณะเป็นของเหลวไม่มีสี             4. อากาศมีความหนาแน่น มีความดัน มีความชื้น และมีระดับอุณหภูมิ ความหนาแน่นของอากาศ              ความหนาแน่นของอากาศ (density) เป็นอัตราส่วนระหว่างมวลกับปริมาตรของอากาศ จากการทำการทดลองพบว่า ความหนาแน่นของอากาศจะลดลงเมื่อความสูงเพิ่มมากขึ้นทุกๆ ความสูงที่เพิ่มขึ้น 2 กิโลเมตร จากระดับน้ำทะเล

       ตารางแสดงความหนาแน่นของอากาศในระดับความสูงจากระดับน้ำทะเลและระดับต่างๆ

ความสูงจากระดับน้ำทะเล (km) ความหนาแน่นของอากาศ (kg/  ) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 1.225 1.007 0.819 0.660 0.526 0.414 0.312 0.228 0.166 0.122 0.089