Wróć do informacji o e-podręczniku Wydrukuj Zapisz jako PDF Udostępnij materiał

Spójrz w niebo i zastanów się, czym jest powietrzepowietrzepowietrze. Czy wszędzie na Ziemi: na plaży, nad morzem i na szczycie górskim, który właśnie zdobyliśmy, ma ono taki sam skład? Jakie są właściwości powietrza?

RxKSMKlK8fVKG1
Powietrze otacza nas i dzięki niemu żyjemy. Jednocześnie jest dla nas czymś tak oczywistym i niedostrzegalnym, że na ogół kompletnie zapominamy o jego istnieniu
Już wiesz
  • w jaki sposób określić i odróżnić przemiany fizyczne od chemicznych;

  • jakie kryteria przyjmuje się do klasyfikacji typów reakcji chemicznych;

  • co to są symbole pierwiastków chemicznych i jak się nimi posługiwać;

  • w jaki sposób zapisywać równania reakcji chemicznych;

  • jak rozpoznać podstawowy sprzęt laboratoryjny i jak się nim posługiwać, w jaki sposób stosować w praktyce zasady bezpieczeństwa w szkolnej pracowni chemicznej.

Nauczysz się
  • przedstawiać dowody na istnienie powietrza;

  • planować i przeprowadzać doświadczenie potwierdzające, że powietrze jest mieszaniną;

  • opisywać skład i właściwości powietrza;

  • podawać przykłady zastosowania w życiu codziennym gazów wchodzących w skład powietrza;

  • planować i wykonywać doświadczenie pozwalające zbadać podstawowe właściwości powietrza;

  • bezpiecznie posługiwać się sprzętem laboratoryjnym oraz odczynnikami chemicznymi.

iGBX2vvCuS_d5e201

1. Dowody na istnienie powietrza

Polecenie 1

Jakie zjawiska świadczą o istnieniu powietrza?
Zaproponuj dowody eksperymentalne wskazujące na obecność powietrza.

RjTjoDxK7GNc51
Dowody na istnienie powietrza
Doświadczenie 1
Problem badawczy

Czy w szklance i strzykawce, które są pozornie puste, znajduje się powietrze?

Hipoteza

Wybierz jedną z przedstawionych hipotez, a następnie zweryfikuj ją.

W „pustej” szklance i w „pustej” strzykawce nie ma powietrza.
W „pustej” szklance i w „pustej” strzykawce jest powietrze.

Co będzie potrzebne

I.

  • strzykawka,

II.

  • szklanka,

  • miska,

  • woda,

  • papier.

Instrukcja

I.

  1. Weź strzykawkę i odciągnij tłoczek do końca.

  2. Zatkaj palcem wylot strzykawki i naciśnij tłoczek.

  3. Obserwuj zachodzące zmiany.

II.

  1. Do miski wlej wodę, najlepiej wcześniej zabarwioną.

  2. Kartkę pognieć i umieść w szklance.

  3. Odwróć szklankę do góry dnem i włóż do miski z wodą.

  4. Obserwuj zachodzące zmiany.

Podsumowanie

I.
Tłoczka nie da się przesunąć.
Wewnątrz strzykawki znajduje się bezbarwny, niewidoczny gaz, który podczas próby przesunięcia tłoczka wywiera ciśnienie na palec. Wyczuwalny nacisk na tłok ustaje, gdy przestajemy nim poruszać.
II.
Szklankę wypełnia powietrze, dlatego po wyjęciu jej z wody kartka pozostaje sucha.

iGBX2vvCuS_d5e321

2. Powietrze i historia badania jego składników

Podczas formowania się skorupy ziemskiej i późniejszych procesów zachodzących na Ziemi zmieniał się skład naszej atmosfery, czyli powłoki gazowej, ale od 200 milionów lat jest on już stały. Powietrze to głównie: azot, tlen oraz niewielka objętość gazów szlachetnych.

Do składników powietrza, których zawartość zmienia się w zależności od klimatu, pór roku czy dnia, należą: para wodna, dwutlenek węgla, ozon oraz zanieczyszczenia.

W warunkach niskich temperatur i znacznie podwyższonego ciśnienia gazy można skroplić. Składniki ciekłego powietrza mają różne temperatury wrzenia, dzięki czemu można je rozdzielić przez destylację. Po raz pierwszy azot oraz tlen zostały skroplone przez polskich uczonych: chemika Karola Olszewskiego i fizyka Zygmunta Wróblewskiego.
Dziś wiadomo, że powietrze to mieszanina gazów, ale dawniej…

R1Objy5RIuDsv1
Film rozpoczyna plansza z rysunkiem alchemika Michała Sędziwoja przedstawionego od pasa w górę, ubranego w czarno-żółty strój z siedemnastego wieku. Zmiana ujęcia na planszę z rysunkiem osiemnastowiecznego uczonego Josepha Priestleya. Zmiana planszy na niebiesko pomarańczowo czarny rysunek przedstawiający Karla Wilhelma Scheele'a. Zmiana ujęcia na rysunek przedstawiający Daniela Rutherforda ubranego w zielono czarny strój. Zmiana ujęcia na rysunek przedstawiający Antoine Lavoisier'a w biało brązowym stroju. Zmiana ujęcia na portret Jędrzeja Śniadeckiego ubranego w czarno zielony strój. Zmiana ujęcia na rysunek podwójny, na którym z lewej strony znajduje się portret Zygmunta Wróblewskiego, mężczyzny z brodą, w okularach i ubranego w zielono biały strój, a z prawej Karola Olszewskiego, mężczyzny z długimi poziomymi wąsami w stroju brązowo białym z czerwonym kołnierzem. Zmiana ujęcia na rysunek podwójny, na którym z lewej strony znajduje się portret Williama Ramsay'a w niebieskim garniturze, a z prawej Johna Rayleigha z wąsami, bokobrodami i w garniturze szarozielonym.
RkxLA0lBnnwu31
Aplikacja interaktywna, której interfejs ma postać grubej, zielonej, skierowanej w prawo strzałki. Na strzałce zaznaczonych pięć punktów, kliknięcie każdego z nich powoduje pojawienie się opisów. Licząc od lewej są to: Starożytność, powietrze jednym z czterech żywiołów. Osiemnasty wiek, każdy gaz określano mianem powietrza, a różnice definiowano jako rodzaje powietrza. 1774 rok, Antoni Lavoisier przeprowadza pierwszą analizę składu powietrza, wydziela tlen i azot. Joseph Priestley i Karl Scheele niezależnie od siebie odkrywają tlen. 1883 rok, Zygmunt Wróblewski i Karol Olszewski skraplają powietrze, a następnie azot i tlen. 1894, William Ramsay i John Rayleigh przeprowadzają destylację ciekłego powietrza i wykazują obecność argonu.
R6LdcPcrlM2Fo1
Film zaczyna się ujęciem czarnej planszy, na tle której z lewej strony pojawia się białe koło podpisane powietrze. Pojawia się odchodząca od niego niebieska strzałka podpisana około -200 stopni Celsjusza, schładzanie pod wysokim ciśnieniem. Za strzałką pojawia się niebieska kulka z podpisem ciekłe powietrze. Od niej odchodzi niebiesko czerwona strzałka podpisana Podgrzanie, od której odchodzą kolejne strzałki. Najpierw jedna boczna w górę do ciemnoniebieskiej kulki z napisem Azot, wrzenie -196 stopni Celsjusza. Następnie druga boczna w górę do szarej kulki z napisem Argon, wrzenie -186 stopni Celsjusza, a na koniec gruba strzałka po prawej kończy się na jasnoniebieskiej kulce z napisem Tlen, wrzenie -183 stopnie Celsjusza.
ReDPLWHSlKRlr1
Film rozpoczyna się od ujęcia Ziemi z kosmosu. Glob w większości spowity mrokiem, oświetlony jedynie obszar w prawym górnym rogu kadru oraz atmosfera mająca postać niebieskiej poświaty wokół prawie całej planety, za wyjątkiem zupełnie czarnego lewego dolnego rogu. Następuje zmiana na ujęcie Ziemi dobrze oświetlonej z widocznymi chmurami, morzami, oceanami i lądem. Centralną część ujęcia zajmuje południowa część obszaru Stanów Zjednoczonych oraz Meksyk. Zmiana ujęcia na planszę ze schematem atmosfery. W dolnej części kadru fragment powierzchni Ziemi w postaci wycinka kuli, powyżej kolejne warstwy w postaci białoniebieskich łuków. Po lewej stronie podawane są nazwy kolejnych warstw atmosfery, a w środku kadru ich grubości. Licząc od powierzchni planety są to kolejno: troposfera 10 kilometrów, stratosfera 40 kilometrów, mezosfera 50 kilometrów, termosfera 300 kilometrów i egzosfera 400 kilometrów.. Zmiana ujęcia na planszę przedstawiającą po prawej stronie zdjęcie Ziemi z kosmosu z Półwyspem Indyjskim w centralnej części. Po lewej na poziomych szarych prostokątach rozpisany jest skład atmosfery. Licząc od góry, prostokąty te zawierają napisy: Azot 78 procent, tlen 21 procent, argon, dwutlenek węgla, inne gazy oraz para wodna. Zmiana ujęcia na planszę z widokiem górsko-leśnego krajobrazu oglądanego z dużej wysokości oraz nieba ze sporą ilością chmur. W lewym górnym rogu szary prostokąt z napisem: Temperatura spada liniowo o 6 stopni Celsjusza na każde 100 metrów. Zmiana ujęcia na zdjęcie przedstawiające Mount Everest oglądany z jednego z niższych szczytów. Widoczna duża ilość śniegu i wyłaniające się gdzieniegdzie obszary nagiej skały. W tle niebieskie niego. W prawym górnym rogu szary prostokąt z napisem: Mount Everest 8848 metrów nad poziomem morza, ciśnienie około 310 hektopaskali. W lewym dolnym rogu szary prostokąt z napisem: Wysokość 5600 metrów nad poziomem morza, ciśnienie około 500 hektopaskali. Zmiana ujęcia na fotografię przedstawiającą osobę wspinającą się po ośnieżonym zboczu górskim.
Badanie składu powietrza
Doświadczenie 2
Problem badawczy

Czy powietrze jest mieszaniną gazów?

Hipoteza

Wybierz jedną z przedstawionych hipotez, a następnie zweryfikuj ją.

Powietrze jest mieszaniną gazów.
Powietrze nie jest mieszaniną gazów.

Co będzie potrzebne
  • krystalizator,

  • świeczka,

  • cylinder miarowy,

  • woda,

  • barwnik.

Instrukcja
  1. Do krystalizatora wlej wodę, najlepiej wcześniej zabarwioną.

  2. Na powierzchni wody umieść zapaloną świeczkę typu podgrzewacz.

  3. Przykryj świecę cylindrem miarowym.

  4. Obserwuj zachodzące zmiany.

Podsumowanie

Świeczka pali się w cylindrze przez pewien czas, po chwili gaśnie. Poziom wody w cylindrze podnosi się. Gdy wypełni ona cylinder do około 1/5 objętości, świeczka gaśnie.
Świeczka, paląc się w ograniczonej przestrzeni, zużywa tylko część gazu znajdującego się w cylindrze. Ciśnienie atmosferyczne na jego miejsce zasysa wodę. Składnikiem powietrza, który podtrzymuje palenie, jest tlen. Gaz ten zajmuje ok. 21% objętościowych powietrza.

RoRh4kxeNHXi01
RSxrhvEDvuk4k1
RYOfRT5JdnoA51
RzUqMNUCLaLK61
04_Sladniki
Polecenie 2

Określ położenie azotu i tlenu w układzie okresowym, a następnie odczytaj z niego najważniejsze informacje na temat tych pierwiastków.

Ciekawostka

W roku 1883 Zygmunt WróblewskiKarolem Olszewskim rozpoczęli prace nad skropleniem składników powietrza. Najpierw udało im się uzyskać skroplony tlen (w postaci cieczy), następnie – azot i tlenek węgla(IV). Informację o tym podali podczas posiedzenia Akademii Umiejętności w Krakowie 4 kwietnia 1883 r. oraz podczas posiedzenia Francuskiej Akademii Nauk w dniach 9 i 16 kwietnia tego samego roku. Tablica upamiętniająca ich dokonanie znajduje się na gmachu Collegium Kołłątaja przy ul. św. Anny (na Starym Mieście) w Krakowie.

Karol Olszewski pozostawił w spadku wiele przyrządów i aparatury o znaczeniu historycznym, które zapoczątkowały powstanie działającego do dzisiaj Muzeum Uniwersytetu Jagiellońskiego z siedzibą w Collegium Maius.

R1aDc01BJPlH71
Ulica św. Anny w Krakowie. Gmach Collegium Kołłątaja. Tablica pamiątkowa
Ciekawostka

Nazwisko Antoine'a Lavoisiera (czyt. antłana lawłaziera) zostało uwiecznione na wieży Eiffla pod pierwszym balkonem od strony północno‑zachodniej. Znalazło się ono wśród siedemdziesięciu dwóch nazwisk naukowców, inżynierów i przemysłowców. Pomysłodawcą listy był Gustaw Eiffel. Wszyscy wymienieni tam to Francuzi z urodzenia lub pochodzenia; z wyjątkiem pracujących we Francji: Włocha Josepha Lagrange'a (czyt. dżozefa lagrandża) i Szwajcara Jacques,a Sturma (czyt. żaka szturma). Na liście nie ma nazwiska żadnej kobiety.

R1L88bvqBcjrn1
Wieża Eiffla; zbliżenie – napis pod pierwszym balkonem od strony północno-zachodniej
iGBX2vvCuS_d5e465

3. Właściwości i zastosowanie powietrza

Powietrze to mieszanina jednorodna gazów. Bezbarwna, bezwonna, bez smaku, słabo rozpuszczalna w wodzie. Skroplone powietrze przyjmuje barwę bladoniebieską, a jego gęstość jest mniejsza od gęstości wody.

Gęstość powietrza zależy od ciśnienia, temperatury oraz składu. Pod ciśnieniem atmosferycznym, na poziomie morza, w temperaturze 0°C gęstość powietrza wynosi 1,3 kg/mIndeks górny 3.

Powietrze jest niezbędne do życia człowieka i innych organizmów na Ziemi. W przemyśle wykorzystuje się je w procesach spalania oraz jako surowiec do otrzymywania tlenu, azotu, argonu i gazów szlachetnych.

Badanie właściwości powietrza
Doświadczenie 3
Problem badawczy

Jaki kształt przyjmuje powietrze i czy można je sprężać?

Hipoteza

Wybierz jedną z przedstawionych hipotez, a następnie zweryfikuj ją.

Powietrze przyjmuje kształt naczynia, w którym się znajduje.
Powietrza nie można sprężać.

Co będzie potrzebne
  • szklanka,

  • balon,

  • pompka,

  • skrawki papieru,

  • strzykawka.

Instrukcja

I.

  1. Na dno szklanki włóż pusty balon i rozpocznij pompowanie go powietrzem.

  2. Obserwuj zachodzące zmiany.

II.

  1. Nadmuchaj balon powietrzem.

  2. Na stole umieść skrawki papieru.

  3. Wypuść na nie powietrze z balonika.

  4. Obserwuj zachodzące zmiany.

III.

  1. Odciągnij tłoczek strzykawki.

  2. Zatkaj otwór strzykawki palcem i naciskaj na tłok.

  3. Odciągnij tłok do góry.

  4. Obserwuj zachodzące zmiany.

    R31U30pFayN8g1

Podsumowanie

I.
Powietrze w baloniku wypełniło całe wnętrze naczynia. Powietrze i inne gazy przyjmują kształt naczynia, w którym się znajdują.
II.
Powietrze w balonie jest ściśnięte, czyli sprężone. Po wypuszczeniu powietrza z balonu rozpręża się i unosi ze sobą skrawki papieru.
III.
Powietrze jest ściśliwe – łatwo można zmniejszyć jego objętość. Można je też rozprężyć, czyli zwiększyć jego objętość.

Badanie przewodnictwa elektrycznego powietrza
Doświadczenie 4
Problem badawczy

Czy powietrze przewodzi prąd elektryczny?

Hipoteza

Wybierz jedną z przedstawionych hipotez, a następnie zweryfikuj ją.

Powietrze przewodzi prąd elektryczny.
Powietrze nie przewodzi prądu elektrycznego.

Co będzie potrzebne
  • bateria,

  • żarówka,

  • przewody elektryczne.

Instrukcja
  1. Końce zestawu z baterią i żarówką pozostaw niezłączone.

  2. Obserwuj, co się dzieje z żarówką.

    RRI16qS8grIZT1

Podsumowanie

Żarówka się nie świeci, czyli w obwodzie elektrycznym nie płynie prąd.
Powietrze nie przewodzi prądu elektrycznego.

Wybrane właściwości powietrza i jego składników

Powietrze / składnik powietrza

Barwa

Gęstość
[kg/m³]

Temperatura topnienia
[°C]

Temperatura wrzenia
[°C]

powietrze

bezbarwne

1,30

-213

-190

azot

bezbarwny

1,25

-210

-196

tlen

bezbarwny

1,43

-219

-183

argon

bezbarwny

1,78

-189

-186

Ciekawostka

Kichając, wydychamy powietrze ze średnią prędkością 150 km/h. Wynik zapisany w Księdze rekordów Guinnessa to aż 500 km/h.
Podczas pojedynczego kichnięcia wydychamy ok. 40 000 kropli, które przemieszczają się nawet na odległość trzech metrów. Dlatego pamiętaj o zakrywaniu ust podczas kichania.

RD1Qj0vnGlbgQ1
Kichanie
iGBX2vvCuS_d5e665

Podsumowanie

  • Powietrze jest jednorodną mieszaniną bezbarwnych i bezwonnych gazów.

  • Głównymi składnikami powietrza są: azot (78%), tlen (21%), argon i inne gazy szlachetne (0,94%), tlenek węgla(IV) oraz woda w postaci pary.

  • Powietrze skroplili po raz pierwszy polscy chemicy: Karol Olszewski i Zygmunt Wróblewski.

Praca domowa
Polecenie 3.1

Przedstaw w postaci wykresów – kołowego i słupkowego – skład procentowy powietrza.

Polecenie 3.2

Oblicz temperaturę powietrza panującą u podnóża góry na wysokości 600 m n.p.m., jeśli na jej wierzchołku, na wysokości 2600 m n.p.m., temperatura powietrza wynosi 10°C. Przyjmij, że spadek temperatury powietrza przy obniżaniu wysokości wynosi 0,6°C na każde 100 m różnicy wysokości.

Dowiedz się więcej

1* iGBX2vvCuS_d648t350
2* iGBX2vvCuS_d648t373

iGBX2vvCuS_d5e844

Słowniczek

powietrze
powietrze

jednorodna mieszanina różnych substancji, głównie gazów, bez barwy, smaku i zapachu, stanowiąca atmosferę ziemską

iGBX2vvCuS_d5e886

Zadania

Ćwiczenie 1
R1F4HQKvW37Gc1
zadanie interaktywne
Ćwiczenie 2
R1c4icF7TDUqp1
zadanie interaktywne
Ćwiczenie 3
R5qGsk7QE45UA1
zadanie interaktywne
Ćwiczenie 4
R11gJCOaJpn1G1
zadanie interaktywne
Ćwiczenie 5
REq1B31r5eeZA1
zadanie interaktywne