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空气及其组成气体的性质
1空气
空气是一种多组分混合气体,其主要组分是氧、氮、氩、二氧化碳,还有微量的稀有气体（氖、氦、氪、氙）、甲烷及其它碳氢化合物、氢、臭氧等.此外,空气中还有量少而不定的水蒸气及灰尘等.
在地球表面,干燥空气的组成列于表7－2中.
若不考虑水蒸气、二氧化碳和各种碳氢化合物,则地面至100km高度的空气平均组成保持恒定值.在25km高空臭氧的含量有所增加.在更高的高空,空气的组成随高度而变,且明显地同每天的时间及太阳活动有关.
常温下的空气是无色无味的气体,液态空气则是一种易流动的浅黄色液体.一般当空气被液化时二氧化碳已经清除掉,因而液态空气的组成是20.95%氧,78.12%氮和0.93％氩,其它组分含量甚微,可以略而不计.
空气作为混合气体,在定压下冷凝时温度连续降低,如在标准大气压（101.3KPa）下,空气于81.7K（露点）开始冷凝,温度降低到78.9K（泡点）时全部转变为饱和液体.这是由于高沸点组分（氧、氩）开始冷凝较多,而低沸点组分（氧）到过程终了才较多地冷凝.
表7－1 常用低温工质的基本性质
表7－2 干燥空气的组成
液态空气作为混合液,在定压蒸发时蒸发温度也是连续变化的.随着蒸发过程的进行,因低沸点组分氮较多地蒸发,混合液组成发生变化,致使液体的高组分氧含量相应地增加,所以沸点也就相应提高.
液态空气具有较低的沸点和凝固温度（约为60.15K）,可以用作冷却剂.通过减压（抽真空）的方法,还可以将其沸点温度降低到65K左右.但是这种操作是危险的,因为蒸发会使剩余液体中氧的浓度增加,在减压用的真空泵里引起爆炸.
2. 氮和氧
氮是一种无色无味的气体,比空气稍轻,难溶于水.因氮的化学性质不活泼,在通常情况下很难与其它元素直接化合,故可用作保护气体；但在高温下,氮能够同氢、氧及某些金属发生化学反应.氮无毒,又不能磁化,其沸点比空气低,所以液氮是低温研究中最常用的安全冷却剂,但需当心窒息.液氮也用于氢、氦液化装置中,作为预冷.液氮应小心储存,避免同碳氢化合物长时间的接触,以防止碳氢化合物过量溶于其中而引起爆炸.
液氮的蒸发温度为77.36K.在标准大气压下,液氮冷却到63.2K时转变成无色透明的结晶体.液氮的沸点和凝固点之间的温差不到15K,因而在用真空泵减压时容易使其固化.因固态氮的密度比液氮大,所以沉降在底部.在大约35.6K时,固态氮产生同素异形转变,并伴随比热容的增大.转化热约为8.2KJ/kg.
氧是一种无色无味的气体,标准状态下的密度是1.430Kg/m3,比空气略重.氧较难溶解于水.氧的化学性质非常活泼,它能与很多物质（单质和化合物）发生化学反应,同时放出热量；反应剧烈时还会燃烧发光.
在标准大气压下,氧在90.188K时变为易于流动的淡蓝色液体；在54.4K时凝固成淡蓝色的固体结晶.液氧和固态氧的淡蓝色是含有少量的氧聚合物O4而引起的.
虽然氧的沸点比氮几乎高13K,可是它的凝固点却比氮低约9K.固态氧的密度大,因此在液氧中下沉.在43.80K和23.89K时,固态氧发生同素异形转变,并伴随有转化热.在40.80K时转化热超过溶化热,约为23.2KJ/Kg；在23.89K时转化热只有2.93KJ/Kg.
氧与其它大多数气体的显著不同在于具有强的顺磁性,且某些气态的氧化合物（如一氧化氮）也有顺磁性.氧的这一特性已被利用来制作氧磁性分析仪,根据磁化率的变化可以测出抗磁性气体混合物中所含微量氧的浓度.
由于氧的化学活性很强,是一种强氧化剂,所以氧同碳氢化合物混合是很危险的,液氧中存在碳氢化合物结晶体已不止一次引起过严重的爆炸事故.因此,液氧必须严格避免同各种油脂、润滑油、炭、木材、沥青、纺织物品接触.
3. 氩、氖、氪和氙
空气中含有氩、氖、氦、氪、氙等稀有气体.氩是一种无色无味的气体；不燃烧,也不助燃；化学性质很稳定,一般状态下不生成化合物,没有毒性.
空气是一种多组分混合气体,其主要组分是氧、氮、氩、二氧化碳,还有微量的稀有气体（氖、氦、氪、氙）、甲烷及其它碳氢化合物、氢、臭氧等.此外,空气中还有量少而不定的水蒸气及灰尘等.
常温下的空气是无色无味的气体,液态空气则是一种易流动的浅黄色液体.一般当空气被液化时二氧化碳已经清除掉,因而液态空气的组成是20.95%氧,78.12%氮和0.93％氩,其它组分含量甚微,可以略而不计.
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空气的物理性质
1．温度
温度是描述空气冷热程度的物理量,主要有三种标定方法：摄氏温标、华氏温标和绝对温标（又称热力学温标或开氏温标）.
2．压力
空气的压力就是当地的大气压,用符号p表示.常用单位有国际单位帕（Pa）；工程单位kfg/cm2；液柱高单位毫米汞柱高和毫米水柱高.
3．湿度
空气湿度是指空气中含水蒸气量的多少,有以下几种表示方法：
（1）绝对湿度.即每平方米空气中含有水蒸气的质量,用符号γZ表示,单位为kg/m3.如果在某一温度下,空气中水蒸气的含量达到了最大值,此时的绝对湿度称为饱和空气的绝对湿度,用γB表示.
（2）相对湿度.为了能准确说明空气中的干湿程度,在空调中采用了相对湿度这个参数,它是空气的绝对湿度γZ与同温度下饱和空气的绝对湿度γB的比值,用符号φ表示.
4．比焓
空气的焓值是指空气中含有的总热量,通常以干空气的单位质量为基准,称作比焓,工程上简称焓.因此,空气的比焓是指1kg干空气的焓和与它相对应的水蒸气的焓的总和,用符号h表示,单位是 kj/kg.
5．密度和比容
空气的密度是指每立方米空气中干空气的质量与水蒸气的质量之和,用ρ表示,单位为kg/m3.
空气的比容是指单位质量的空气所占有的容积,用符号ν表示,单位为m3/kg.因此空气的密度与比容互为倒数关系.