利用互動程式,探究空氣中各主要成份 (如氮、氧、貴氣體和二氧化碳) 的性質和用途。
氮 (nitrogen) 是一種元素。
主要特性:
常見用途
氮是製造植物氮肥的主要原料。氮元素對植物生長非常重要,它是植物體內氨基酸的組成部分,亦是植物葉綠素的組成部分。適當地施用氮肥,可提高農作物的產量和質量。
在高溫高壓下,氮可以與其他物質發生化學反應,合成多種含氮化合物,如氨、硝酸和炸藥等。例如,玻璃清潔劑中含有氨。
在常溫常壓下,氮的化學性質較穩定,因而食品包裝袋內常充入氮,可防止食物變壞,且可以防止食品因受壓而破碎變形。
常壓下,氮的沸點很低。在液態氮轉變為氣態氮的過程中,需要從外界環境中吸收大量熱,這會令環境溫度迅速降低。因此,液態氮常常被用作冷卻劑。
氧 (oxygen) 是一種元素。
主要特性:
常見用途
氧是地球上生命存在的重要標誌。人類和其他許多生物,都必須呼吸賴以生存。在呼吸過程中,生物體吸入空氣,在體內將其中的氧轉化為二氧化碳,再呼出體外。有些病人需要呼吸高濃度氧,以維持生命。
氧是最常見的氧化劑之一。在物質與氧反應的過程中,會釋放出大量熱能。例如,即用即棄暖包就是利用鐵與氧的氧化反應來產生熱的。
燃燒是一種劇烈的氧化反應。在燃燒過程中,會釋放出大量的光和熱。氧是最常見的助燃劑。注意:氧本身不能燃燒,它只能助長燃燒。
可燃氣體 (如氫、乙炔或液化石油氣等) 與氧發生化學反應的過程中,會釋放出大量的熱。在氣體焊接或切割時,需要利用上述反應來提供高溫火焰。
火箭發動機利用液態氫與液態氧反應,產生大量的熱,並將其轉化為火箭升空的推動力。
貴氣體 (noble gas) 不是一種單一氣體,它是氦、氖、氬、氪、氙和氡六種氣體的統稱。在空氣中,含量最高的貴氣體是氬。
主要特性:
常見用途
除了氫以外,氦是自然界中密度最小的氣體,但氦比氫穩定得多,不會在空氣中著火或發生爆炸。因此,氦常用於填充大型氣球或氣船。
當電流流經氖時,氖會發出耀目的紅光,且氖的性質相當穩定。因此,氖常用於填充廣告燈箱。
氬的化學性質非常穩定,不會與電燈泡裡的金屬絲發生反應。因此,氬常用於填充燈泡。
二氧化碳 (carbon dioxide),是由碳元素和氧元素按照 \(1:2\) 結合而成的一種化合物。空氣中的二氧化碳主要是由生物呼吸作用和燃燒化石燃料 (如煤、石油和天然氣等) 產生,它是一種溫室氣體。
主要特性:
常見用途
就像人類的呼吸作用無法離開氧一樣,植物的光合作用亦離不開二氧化碳。在光合作用的過程中,植物吸收空氣中的二氧化碳,並釋放出氧。因此,植物的光合作用,是空氣中氧的主要來源之一。
二氧化碳微溶於水,且能與水結合,生成碳酸。在製造飲品的過程中,將二氧化碳注入其中,可增加飲用時的口感。傾倒汽水或啤酒時冒出的氣泡,就是在製造過程中注入的二氧化碳氣體。
二氧化碳的密度為 \(1.98 \text{ kg m}^{-3}\) 高於空氣的平均密度 (\(1.29 \text{ kg m}^{-3}\)),且二氧化碳不可燃亦不助燃,因此可用於滅火。二氧化碳滅火筒內充滿液態二氧化碳。在滅火時,液態二氧化碳最終會轉化為氣態二氧化碳,不會留下固體殘留物。這是二氧化碳滅火筒的一項特殊優點。
固態二氧化碳 (俗稱乾冰) 易昇華。在乾冰昇華的過程中,會從外界吸收大量的熱,導致環境溫度迅速下降,因此,乾冰常用作冷卻劑。特別地,由於二氧化碳的密度高於空氣的平均密度,因此,即使在乾冰昇華後,產生的二氧化碳仍停留在空氣下方,包裹著被冷凍的物品,可維持良好的冷凍效果。這是乾冰作為冷卻劑的一項特殊優點。
利用乾冰 (固態二氧化碳) 的昇華,可製造出舞台上的薄霧效果。這是因為,乾冰的昇華導致環境溫度迅速下降,空氣中的水蒸氣遇冷後,迅速凝結成小水滴,形成薄霧。
為撲滅森林大火或緩解旱情,有時需要人工降雨。其中一種人工降雨的方法是,在天空多雲的情況下,利用飛機將乾冰散播於雲層中。散播後,乾冰的昇華促使雲層溫度降低,使更多的水蒸氣凝結於雲層內的小水滴上。最終,小水滴變成大水滴,降落到地面上,形成雨。