理化專有名詞2-3 空氣的組成與氣體性質

 

3. 空氣的組成與氣體性質 (2-3) 乾燥空氣的主要氣體： 氮氣 (N2)：約占 78%，含量最多，不可燃、不助燃，常用於充填食品包裝以防變質。 氧氣 (O2)：約占 21%，不可燃、具有助燃性，不易溶於水。 氬氣 (Ar)：約占 0.9%，屬於鈍氣，性質極不活潑，可用於金屬焊接時防止氧化。 二氧化碳 (CO2)：約占 0.04%（變動氣體），不可燃、不助燃、密度比空氣大（比空氣重），微溶於水。 排水集氣法 (Water Displacement Method for Gas Collection)：利用氣體不易溶於水的性質，透過排開水來收集較純淨氣體的方法（如實驗室收集氧氣）。 雙氧水 (過氧化氫水溶液) 與 二氧化錳：實驗室製備氧氣常用的藥品；雙氧水分解產生氧氣與水，二氧化錳作為催化劑。 空氣品質指標 (AQI, Air Quality Index)：用以描述空氣品質狀況與對健康影響的數值，數值越大代表污染越嚴重。 懸浮微粒 (PM10) / 細懸浮微粒 (PM2.5)：空氣中粒徑小於或等於 10 微米或 2.5 微米的懸浮固態與液態混合物。

 

在我們每天呼吸的乾燥空氣中，隱藏著許多看不見的氣體分子，其中含量最多的是占了整體約 78% 的氮氣（N2）。氮氣的個性非常穩定，不可燃也不助燃，因此常常被充填在食品包裝內，用來防止食物變質。緊接在後、占了約 21% 的是我們維持生命不可或缺的氧氣（O2）。氧氣雖然自己不可燃，但它具有幫助燃燒的「助燃性」，而且不易溶於水。

 

空氣中含量第三多的是氬氣（Ar），大約占了 0.9%。氬氣是一種性質極度不活潑的氣體，極不易發生化學反應，所以常在金屬焊接時派上用場，用來隔絕並防止金屬氧化。另外，空氣中還有約 0.04% 的二氧化碳（CO2），這種氣體的含量會隨時間和地點變動。二氧化碳微溶於水，不可燃也不助燃，因為它的密度比空氣還要大（比空氣重），所以常常被用來滅火。

 

如果我們想在實驗室裡親手製備並收集這些氣體，有一招非常聰明的方法叫做「排水集氣法」。這招專門用來對付像氧氣這樣不易溶於水的氣體。當我們把氣體導入裝滿水的廣口瓶內時，氣體會把水擠出瓶外，透過排開水的方式，我們就能收集到比較純淨的氣體。

 

以實驗室製備氧氣為例，我們通常會使用雙氧水（過氧化氫水溶液）與二氧化錳來進行實驗。雙氧水在室溫下其實就會自己慢慢分解產生氧氣和水，但速度很慢；這時二氧化錳就扮演著「催化劑」的神奇角色，只要加入少量的二氧化錳，就能大幅加速雙氧水分解出氧氣的過程。

 

了解空氣的組成後，我們也必須關心每天吸進肺裡的空氣乾不乾淨，這時就可以參考空氣品質指標（AQI）。AQI 是一個用來描述空氣品質狀況與對健康影響的數值，當這個數值越大時，代表空氣汙染越嚴重，對人體的健康危害也就越大。在眾多空氣汙染物中，最常聽見的就是懸浮微粒（PM10）與細懸浮微粒（PM2.5），它們是漂浮在空氣中、粒徑小於或等於 10 微米或 2.5 微米的固態與液態混合物，容易隨著呼吸進入人體，是我們需要特別防範的健康隱形殺手。