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{{Chemref|time=2009-09-09T10:05:28+00:00}}
{{NoteTA|G1=Chemistry}} 
'''空气'''是指[[大气层]]中由不同[[气体]]和各类[[悬浊液|飘浮]]在其中的固体与液体颗粒（大气颗粒与气溶胶）所组成的气态[[混合物]]。[[地球大气层]]的空气主要由78.08%的[[氮气]]、20.95%[[氧气]]、0.96%的[[氬氣]]、0.035%的二氧化碳和0.005%的氦氣、水蒸氣 及其它氣體所组成，其成分并不是固定的，随着[[高度]]、[[气压]]、[[温度]]的改变和[[对流]]情况不同，局部空气的组成比例也会改变。空气在大气层（特别是[[对流层]]）中的[[气流|流动]]形成了[[风]]和[[上升气流|曳流]]、[[气旋]]、[[龙卷]]等[[自然现象]]，而空气中飘浮的颗粒则形成了[[云]]、[[雾]]、[[霾]]和[[沙尘暴]]等短期[[天气]]情况。空气在[[海洋]]和[[陆地]]之间跨区域流动所承载的[[湿度]]和[[热能]]传导也是[[水循环]]和[[气候变率与变化]]的关键一环。

在自然状态下空气是无色无味的，以至于长期以来人们一直认为空气是一种单一的[[物质]]，直到后来[[法国]]科学家[[拉瓦锡]]（1743~1794）通过实验首先得出了空气是由[[氧]]气和[[氮]]气组成的结论。[[19世纪]]末，[[科学家]]们又通过大量的[[实验]]发现，空气裡还有[[氦]]、[[氩]]、[[氙]]、[[氖]]等[[稀有气体]]。

[[地球]]上的空气有着较为[[行星适居性|适居]]的温度和[[大气化学|化学成分]]，是[[生物]]得以在此[[生命起源|起源]]和[[演化]]的基础之一，其中各种[[温室气体]]造成的[[温室效应|蓄热平衡]]使得地球整体的[[气候]]条件远比其它[[行星]]稳定。地球大气中[[单质]][[氧]]（氧气）的含量远高于其它星球，这对于所有[[好氧生物]]（特别是[[细胞]]结构和功能都高度复杂化的[[真核生物]]）来说是必需，尤其是[[多细胞]]的[[动物]]完全依赖[[有氧呼吸]]提供[[动物运动|运动]]和[[代谢]]所需的[[生物能量学|生物能]]，此外氧气自然产生的[[同素异构体]]——[[臭氧]]还可以形成能[[屏蔽]]对[[遗传物质]]有害的[[紫外线]][[电离辐射]]的[[臭氧层]]。[[植物]]和[[色素体|质体]][[藻类]]等[[自养生物]]也需要氧气完成自身代谢，但反过来也利用空气中的[[二氧化碳]]进行[[光合作用]]来补充[[氧循环]]，而空气中的[[二氧化碳]]是近乎所有植物唯一的[[碳]]元素来源，[[固碳]]驱动的[[初级生产]]也是[[生态系统]][[食物网]]主要的[[生物质]]和[[能量]]来源。此外，空气中相对[[活性度|惰性]]的氮气还可以被[[微生物]]和[[闪电]][[电离]]转换为[[铵]]和[[硝酸盐]]等可被生物利用的[[氮化合物]]，而这种[[固氮作用]]是[[生物圈]]进行[[蛋白质]][[蛋白质生物合成|生产]]的基础，其中[[酶]]对[[生化反应]]的[[催化]]更是驱动演化加速的一个重要因素。

==成分==
{| border="2" cellspacing="0" align="right" width="400px" cellpadding="4" rules="all" style="border-collapse:collapse; empty-cells:show; margin: 1em 0em 1em 1em; border: solid 1px #aaaaaa;"
|+空气的成分
|- bgcolor="#BBBBFF" align="center"
! [[气体]]          
| 化学式 || 体积比 || 质量比
|- {{highlight2}} align="center"
| colspan="4" | 干燥空气在[[海平面]]的主要成分
|-
| [[氮]]      || {{化學式|N|2}}    ||align="right"| 78.084 %  ||align="right"| 75.518 %
|-
| [[氧]]      || {{化學式|O|2}}    ||align="right"| 20.942 %  ||align="right"| 23.135 %
|-
| [[氩]]      || {{化學式|氩}}     ||align="right"| 0.934 %   ||align="right"| 1.288 %
|- {{highlight2}} align="center"
| colspan="4" |  痕量气体
|-
| [[二氧化碳]] || {{化學式|C|O|2}} ||align="right"| 0.040 %    ||align="right"| 0.058 %
|-
| [[氖]]       || {{化學式|氖}}    ||align="right"| 18.180 [[百萬分率|ppm]] ||align="right"| 12.67 ppm
|-
| [[氦]]       || {{化學式|氦}}    ||align="right"| 5.240 ppm ||align="right"| 0.72 ppm
|-
| [[甲烷]]     || {{化學式|C|H|4}} ||align="right"| 1.760 ppm ||align="right"|  0.97 ppm
|-
| [[氪]]       || {{化學式|氪}}    ||align="right"| 1.140 ppm ||align="right"|  3.30 ppm
|-
| [[氢]]       || {{化學式|H|2}}   ||align="right"| 约500 [[十亿分率|ppb]] ||align="right"|  36 ppb
|-
| [[一氧化二氮]]||{{化學式|N|2|O}} ||align="right"| 317 ppb ||align="right"|  480 ppb
|-
| [[一氧化碳]] || {{化學式|C|O}}   ||align="right"| 50-200 ppb ||align="right"|  50-200 ppb
|-
| [[氙]]       || {{化學式|氙}}    ||align="right"| 87 ppb||align="right"|  400 ppb
|-
| [[二氯二氟甲烷]]<br />（CFC-12）|| CCl<sub>2</sub>F<sub>2</sub> ||align="right"| 535 [[万亿分率|ppt]]|| align="right"|  2200 ppt
|-
| [[一氟三氯甲烷]]<br />（CFC-11）|| CCl<sub>3</sub>F ||align="right"| 226 ppt||align="right"|  1100 ppt
|-
| [[一氯二氟甲烷]]<br />（HCFC-22）|| CHClF<sub>2</sub> ||align="right"| 160 ppt||align="right"|  480 ppt
|-
| [[四氯化碳]] || CCl<sub>4</sub> ||align="right"| 96 ppt||align="right"|  510 ppt
|-
| [[三氟三氯乙烷]]<br />（CFC-113）|| C<sub>2</sub>Cl<sub>3</sub>F<sub>3</sub> ||align="right"| 80 ppt||align="right"|  520 ppt
|-
| [[1,1,1-三氯乙烷]] || CH<sub>3</sub>-CCl<sub>3</sub> ||align="right"| 25 ppt||align="right"|  115 ppt
|-
| [[二氯一氟乙烷]]<br />（HCFC-141b）|| CCl<sub>2</sub>F-CH<sub>3</sub> ||align="right"| 17 ppt ||align="right"|  70 ppt
|-
| [[二氟一氯乙烷]]<br />（HCFC-142b）|| CClF<sub>2</sub>-CH<sub>3</sub> ||align="right"| 14 ppt ||align="right"|  50 ppt
|-
| [[六氟化硫]] || SF<sub>6</sub> ||align="right"| 5 ppt ||align="right"|  25 ppt
|-
| [[溴氯二氟甲烷]] || CBrClF<sub>2</sub> ||align="right"| 4 ppt ||align="right"|  25 ppt
|-
| [[三氟溴甲烷]] || CBrF<sub>3</sub> ||align="right"| 2.5 ppt ||align="right"|  13 ppt
|- {{highlight2}} align="center"
| colspan="2" | 总质量（干燥） ||  || 5.135 · 10<sup>15</sup> [[吨|t]]
|- {{highlight2}} align="center"
| colspan="2" | 总质量（潮湿） ||  || 5.148 · 10<sup>15</sup> t
|}
右表中列出空气在[[海平面]]上的成分。一般人们通过[[蒸馏]]液化的空气的方法来分离空气的成分。

===氮氣===
[[氮]]在空气中以[[双原子分子]]的[[单质]]——[[氮气]]的形态存在，因其[[三键|三对]][[共价键]]的[[分子结构]]十分牢固，是一种较为[[活性|惰性]]的[[非活性气体]]，但不屬於严格意义上的[[惰性氣體]]。氮气通常不与其它物质发生[[化学反应]]，只有通过[[固氮]]变成[[氮化合物]]才能进入[[氮循环]]被生物所利用。生物的[[氨基酸]]和[[蛋白质生物合成|蛋白质合成]]需要氮。通过[[反硝化作用]]，氮会变回氮气释放回到空气中。

在[[化学工业]]中人们可以使用[[哈柏法]]将空气中的氮与[[氢气]]化合成[[氨气]]，随后合成[[硝酸铵]]加工为[[化肥]]用来为[[农作物]]提供[[养分]]。固氮与[[反硝化作用]]基本上互相抵消，对空气中的氮的浓度没有影响。在深潜的过程中（潜水深度大于60米）压缩空气瓶中的氮會被[[氦]]代替，否则的话血液中溶解的氮会导致[[氮麻醉]]。

=== 氧氣 ===
{{main|氧气地质历史}}
{{also|大氧化事件|新元古代氧化事件|志留纪—泥盆纪陆地革命}}
[[氧]]是[[地球地壳]]中[[地球的地壳元素丰度列表|最为丰富的元素]]，但因为其[[活性]]很高所以绝大部分[[氧原子]]都存于各种[[氧化物]]之中，而不是以[[单质]]（[[氧气]]）状态存在。地球在[[元古宙]]之前的[[古大气层]]并没有任何[[游离态]]的氧气，但随着[[蓝绿菌]][[光合作用]]的不断[[固碳]]产氧最终耗尽了[[地球表面|地表]]所有的[[还原剂]]物质，地球大气从原始的[[还原]]性大气永久性的变为[[氧化]]性大气，再经过[[新元古代]]和[[古生代]]期间各类[[真核]][[自养生物]]的繁盛，氧气浓度逐步提升最终成为空气中仅次于氮气的主要成分。氧气现今是自然界最主要的[[氧化剂]]物质，几乎所有[[燃烧]]、[[降解]]和[[生物]][[呼吸]]都需要氧的介入。在整个地球历史中通过光合作用所产生的氧的总量约是今天空气中氧的总量的20倍。

地球空气的富氧状态也使得氧气的[[同素异构体]]——[[臭氧]]得以在大气层中长期存在，最终在元古宙末期在[[平流层]]下层形成了可以吸收[[紫外线]][[电离辐射]]的[[臭氧层]]，为日后[[陆地]]和[[浅海]][[生物圈]]的繁衍提供了保障条件，同时还防止了[[地表水]]因被[[光解]]成[[氢气]]后逃逸到[[外太空]]而导致永久性失[[水]]的风险。

=== 氩氣 ===
[[氩]]是一种[[稀有气体|惰性气体]]。它基本上不参加化学反应。因此在焊接时氩用来当作保护气。此外由于它相对于空气而言导热性比较差，因此它也被用来作为氣密窗玻璃之间的隔热气体。

===随时间的变化===
空气成分的浓度是[[亚稳态|亚稳定]]的。在一个人活着的时间里它的变化非常小，但是它并不是[[物理常数|自然常数]]。在地球历史上[[地球大气层|大气层]]不断发生变化，其组成成分曾经几度巨大地变化。现在大气层的组成是约3.5亿年前形成的。

目前空气成分变化最大的是[[工业化]]开始后二氧化碳的成分增加了约40%。有人认为人为的[[温室效应]]导致了[[全球变暖]]。

由于痕量气体的总量非常小，因此它们的变化幅度可以非常大，人的生产和其它自然现象（比如火山活动）就可以在短期导致其浓度的波动。

===随空间的变化===
[[File:Atmosphäre Temperatur 600km.png|thumb|250px|不同高度空气的温度和摩尔质量]]
以上给出的数值基本上到100千米高度不变。但是由于不同高度[[大气化学]]的反应各不相同，因此在不同高度上尤其是衡量气体的浓度可以有很大的差别。在100千米以上重的气体的浓度下降。因此在高空氢和氦的浓度比在地面高得多，不过那里的空气密度也要低得多。

===低浓度物质===
除以上列出的主要成分外空气里还包含少量[[甲烷]]、[[二氧化硫]]（7千米以上骤减）、[[一氧化碳]]和[[臭氧]]。

其它痕量气体包括：
*[[氟仿]]
*[[过氧乙酰硝酸酯]]
*[[二氧化氯]]
*[[氮氧化物]]
*[[二氧化硫]]
*[[氡]]
*[[汞]]

====[[二氧化碳]]====
{{main|二氧化碳}}
[[二氧化碳]]最重要的生理作用在于为光合作用提供碳，因此空气中二氧化碳的含量对植物的生长影响很大。由于植物光合作用随光的存在而开始或者停止，因此地面附近的二氧化碳的浓度周日起伏。在植被丰富的地方地面附近的二氧化碳的浓度在白天最低，夜间最高。此外除热带外地面附近的二氧化碳的浓度还随季节起伏。在北半球三月至四月其浓度最高，十月或十一月最低。人的活动也会影响地面附近的二氧化碳的浓度。比如冬季随着取暖的开始二氧化碳的浓度提高。

====[[臭氧]]====
{{main|臭氧}}
衡量臭氧浓度的是[[多布森单位]]，而不是其浓度，原因是因为臭氧是一种非常活跃的气体，它能很快形成，很快分解，它的浓度随高度、天气、温度、其它物质的存在和时间变化很大。

====[[一氧化碳]]====
{{main|一氧化碳}}
[[一氧化碳]]是一种无色的易燃[[毒气]]。它由碳的不完全燃烧而产生。在血液中它可以更容易與[[紅血球]]結合，進而阻止氧的运输而令人致死，对进行光合作用的植物它也有危害。未经处理的汽车废气中含约4%的一氧化碳。空气中一氧化碳的主要来源是植物燃烧。

==物理特性==
{| border="2" cellspacing="0" align="right" width="400px" cellpadding="4" rules="all" style="border-collapse:coempty-cells:show; margin: 1em 0em 1em 1em; border: solid 1px #aaaaaa;"
|+ 随温度的变化
|- bgcolor="#BBBBFF"
! [[温度]]<br />[°C]
! [[声速]]<br />[m/s]
! [[空气密度]]<br />[kg·m<sup>-3</sup>]
! [[声阻抗]]<br />[N·s·m<sup>-3</sup>]
|-
| - 10 || 325.4 || 1.341 || 436.5 
|-
| - 5 || 328.5 || 1.316 || 432.4
|-
| 0 || 331.5 || 1.293 || 428.3 
|-
| + 5 || 334.5 || 1.269 || 424.5
|-
| + 10 || 337.5 || 1.247 || 420.7
|-
| + 15 || 340.5 || 1.225 || 417.0
|-
| + 20 || 343.4 || 1.204 || 413.5
|-
| + 25 || 346.3 || 1.184 || 410.0
|-
| + 30 || 349.2 || 1.164 || 406.6
|}

===密度===
在[[标准状况]]下空氣[[密度]]为1.293kg/m<sup>3</sup>。

===压力===
[[气压]]是位于一个地点上方空气受地球引力导致的静态的重力造成的压力。气压除根据测量高度变化外还受温度和空气动力的影响。在海平面一平方米上的空气压力约为10336千克。

===温度===
[[气温]]是指地面附近空气在不受[[太阳辐射]]加热或者地面热源加热的情况下的温度。

不同应用对于气温的定义不一样。在[[气象学]]中气温被定义为地面以上两米高处的温度。

===湿度===
[[湿度]]是空气中的水蒸氣含量，又分為絕對濕度與[[相對濕度]]。

===其它===
在标准状态下空气的[[声速]]为331.5m/s。

干燥空气的摩尔质量为28.
在标准状态下空气对[[可见光]]的[[折射率]]约为1.00029。它随气压、气温和空气成分变化。尤其湿度对於折射率的影响比较大，相应地光速在空气中也随之改变。

比[[热容]]：
*<math>c_p</math> = 1.005 kJ/(kg K) = 0.279 kWh/(Ton K)（[[等压过程]]）
*<math>c_v</math> = 0.718 kJ/(kg K) = 0.199 kWh/(Ton K)（[[等容过程]]）

不含[[水蒸气]]的'''空气'''被称为'''乾空气'''。乾空氣的[[氣體常數]]為2.8704*10**6e

==空气污染和保护==
[[空气污染]]是对空气的[[环境污染]]，它是通过[[烟]]、[[灰尘]]、[[雾]]、[[蒸氣]]、[[气溶胶]]和有味物质对自然的空气成分造成的变化。
空气主要污染物包括[[二氧化硫]]、[[二氧化氮]]以及部分微小顆粒，統稱為[[PM10]]、[[PM2.5]]等。
在过去数年中在发达国家的空气污染情况有所好转，同时对[[温室气体]]的释放在这些国家里依然不断上升。在第三世界和工业化国家中，空气污染依然是一个非常严重的问题。

==文化意义==
[[古希腊]]哲学中的[[古典元素|四元素说]]将空气列为世界万物的基本组成部分之一。与空气相应的[[柏拉圖立體|正多面體]]是[[正八面體]]。

==外部連結==
{{Commons category|Earth's atmosphere}}
*[https://m.chemicalbook.com/ChemicalProductProperty_EN_CB9159242.htm 空氣] {{Wayback|url=https://m.chemicalbook.com/ChemicalProductProperty_EN_CB9159242.htm |date=20210206041601 }} 在ChemicalBook上的條目，CAS註冊號為{{Chembox CASCheck|value=132259-10-0|value_ref={{cascite|correct|CAS}}
|CASNo=132259-10-0
}}

[[Category:气象学]]
[[Category:气体]]
[[Category:混合物]]
[[Category:空气| ]]