ВОЗДУХ, естественная смесь газов, гл. обр. азота и кислорода, составляющая земную атмосферу. Под действием В. и воды совершаются важнейшие геол. процессы на поверхности Земли, формируется погода и климат. В. является источником кислорода, необходимого для нормального существования подавляющего числа живых организмов (см. Дыхание, Аэробы). Сжиганием топлива на В. человечество издавна получает необходимое для жизни и производств, деятельности тепло. В.- один из важнейших источников хим. сырья.

Сухой В. состоит из след, газов (% по объёму): азота N₂ 78,09; кислорода О₂ 20,95; аргона Аг 0,93; углекислого газа СО₂ 0,03. В. содержит очень небольшие количества остальных инертных газов, а также водорода Н₂, озона Оз, окислов азота, окиси углерода СО, аммиака NH₃, метана СН₄, сернистого газа SO₂ и др. Учитывая мол. массу каждого компонента и его долю в составе В., можно рассчитать ср. мол. массу В., равную 28,966 (приблизительно 29). Содержание в В. азота, кислорода и инертных газов практически постоянно, причём постоянная концентрация О₂ (и отчасти N₂) поддерживается растительным миром Земли. Содержание в В. углекислого газа, окислов азота, сернистых соединений существенно колеблется (в частности, возрастает вблизи больших городов и пром. предприятий). Содержание воды в В. непостоянно и может составлять от 0,00002 до 3% по объёму. В В. всегда находится большое число мелких твёрдых частичек - пылинок (от неск. млн. в 1 м³ чистого комнатного В. до 100-300 млн. в 1 м³ В. больших городов). Такие частички зачастую служат центрами конденсации атмосферной влаги и являются причиной образования туманов. В. проникает в почву, составляя от 10 до 23-28% её объёма. Почвенный В., благодаря биол. процессам в почве, существенно отличается от обычного по составу; он содержит (по объёму): 78-80% О₂, 0,1-20,0% N₂ и 0,1 - 15,0% СО₂.

Историческая справка. Учёные древности считали В. одним из элементов, из к-рых состоит всё существующее. Анаксимен из Милета (6 в. до н. э.) наз. В. "первоматерией", а Эмпедокл (5 в. до н. э.) и Аристотель (4 в. до н.э.) - одним из четырёх элементов - стихий (наряду с огнём, водой и землёй), в к-рых заключены все присущие материи свойства. Представление о В. как о самостоят, индивидуальном веществе господствовало в науке до кон. 18 в. В 1775-77 франц. химик А. Лавуазье показал, что в состав В. входят открытые незадолго до того хим. элементы азот и кислород. В 1894 англ, учёные Дж. Рэлей и У. Рамзай обнаружили в В. ещё один элемент - аргон, затем в В. были открыты и др. инертные газы.

Большую роль в истории науки сыграло изучение физ. свойств В. Итал. учёный Г. Галилей (1632) нашёл, что В. в 400 раз легче воды. Итал. учёные В. Вивиани и Э. Торричелли (1643) открыли существование атм. давления и изобрели для его измерения барометр. Франц. учёный Б. Паскаль обнаружил уменьшение атм. давления с высотой. Изучая соотношение между давлением и объёмом В., Р. Бойль и Р. Тоунлей (1662) в Англии и Э. Мариотт (1676) во Франции открыли закон, назв. их именами, в дальнейшем, с развитием науки были установлены и др. газовые законы. Долгое время В. и его гл. компоненты не удавалось превратить в жидкость, и потому их считали "постоянными" газами. Неудача попыток сжижения В. была объяснена лишь после того, как Д. И. Менделеев (1860) установил понятие критич. темп-ры и давления. В 1877, используя охлаждение В. до темп-ры ниже критической (ок. -140°С) под высоким давлением, Л. П. Кальете (Париж) и Р. Пикте (Женева) удалось превратить В. в жидкость. В 1895 нем. инженер К. Линде сконструировал и построил первую пром. установку для сжижения В.

Физические свойства. Давление В. при 0°С на ур. м. 101325 н/м² (1,01325 б, 1 am, 760 мм рт. ст.); в этих условиях масса 1 л В. равна 1,2928 г. Для большинства практич. целей В. можно рассматривать как идеальный газ; в частности, парциальное давление каждого газа, входящего в состав В., не зависит от присутствия др. компонентов В. (см. Дальтона законы). Критич. темп-pa -140,7°С, критич. давление 3,7 Мн/м² (37,2 am). Перечисленные ниже свойства В. даны при давлении 101325 н/л² или 1,01325 б (т. н. нормальное давление). Удельная теплоёмкость при постоянном давлении С_р 10,045*10³ джКкг-К), т. е. 0,24 кал/(г-°С) в интервале О-100°С, а при постоянном объёме С_v8,3710*10³ дж/(кг*К), т. е. 0,2002 кал/(г*°С) в интервале 0-1500°С. Коэфф. теплопроводности 0,024276 вт/(м*К), то есть 0,000058 кал/(см*сек*°С) при 0°С и 0,030136 вт/(м*К), т. е. 0,000072 кал/ (см*сек*°С) при температуре 100°С; коэфф. теплового расширения 0,003670 (О-100°С). Вязкость 0,000171 (0°С) и 0,000181 (20°С) мн*сек/м² (спз). Степень сжимаемости z = pV/p₀V₀ 1,00060 (0°С), 1,09218 (25°С), 1,18376 (50°С); показатель преломления 1,00029; диэлектрич. проницаемость 1,000059 (0°С). Растворимость в воде (в см³на 1 л воды) 29,18 (0°С) и 18,68 (20°С). Поскольку растворимость кислорода в воде несколько выше, чем азота, соотношение этих газов при растворении в воде изменяется и составляет соответственно 35% и 65% . Скорость звука в В. при 0°С ок. 330 м/сек.

Жидкий В.- голубоватая жидкость с плотностью 0,96 г/см³ (при-192°С и нормальном давлении). Свободно испаряющийся при нормальном давлении жидкий В. имеет темп-ру ок. -190°С. Состав его непостоянен, т. к. азот (и аргон) улетучивается быстрее кислорода. Фракционное испарение жидкого В. используют для получения чистого азота и кислорода, аргона и др. инертных газов. Жидкий В. хранят и транспортируют в дьюара сосудах или в резервуарах спец. конструкции - танках. Сжатый В. хранят в стальных баллонах при 15 Мн/м² (150 am); окраска баллонов чёрная с белой надписью "Воздух сжатый". В.Л.Василевский.

Физиолого-гигиенич. значение В. Колебания содержания азота и кислорода в атм. В. незначительны и не оказывают существ, влияния на организм человека. Для нормальной жизнедеятельности человека важен процентный состав В., в частности парциальное давление кислорода. Парциальное давление кислорода В. над ур. м. составляет 21331,5 н/м²(160 мм рт. ст.), при уменьшении его до 18665,1 н/м²(140 мм рт. ст.) появляются первые признаки кислородной недостаточности, к-рые легко компенсируются у здоровых людей учащением и углублением дыхания, ускорением кроветока, увеличением количества эритроцитов и т. д. При уменьшении парциального давления до 14665,4 н/м² (НО мм рт. ст.) компенсация становится недостаточной и появляются признаки гипоксии, а уменьшение его до 6666,1- 7999,3 н/м² (50-60 мм рт. ст.) опасно для жизни. Повышение парциального давления кислорода вплоть до дыхания чистым кислородом (парциальное давление 101325 кн/м²-760 мм рт. ст.) переносится здоровыми людьми без отрицательных последствий. При обычном парциальном давлении азот инертен. Увеличение его парциального давления до 0,8-1,2 Мн/м² (8-12 am) приводит к проявлению наркотич. действия. Значит, увеличение процентного содержания азота в В. (до 93% и более) вследствие уменьшения парциального давления кислорода может привести к аноксемии и даже смерти. Содержание углекислого газа-физиологич. возбудителя дыхат. центра в атм. В., составляет обычно 0,03- 0,04% по объёму. Нек-рое повышение его концентрации в В. пром. центров несущественно для организма. При высоких концентрациях углекислого газа и снижении парциального давления кислорода может наступить асфиксия. При содержании в В. 14-15% СО₂ может наступить смерть от паралича дыхат. центра. Увеличение концентрации СО₂ в В. помещений происходит в основном за счёт дыхания и жизнедеятельности людей (взрослый человек в покое при 18- 20°С выделяет ок. 20 л СО₂ в час). Поэтому содержание в В. углекислого газа, с одной стороны, и органич. соединений, микроорганизмов, пыли и т. п., с другой, увеличиваются одновременно; концентрация СО₂ в В. помещений является сан. показателем чистоты В. Содержание СО₂ в В. жилых помещений не должно превышать 0,1%. Находящиеся в незначит. количестве в атм. В. инертные газы - аргон, гелий, неон, криптон, ксенон при нормальном давлении индифферентны для организма. Обнаруживаемые в атм. В. в ничтожных концентрациях радиоактивные газы радон и его изотопы - актинон и торон, имеющие малый период полураспада, не оказывают неблагоприятного воздействия на человека.

В атм. В. обычно обнаруживаются различные микроорганизмы (бактерии, грибки и др.). Однако патогенные микроорганизмы встречаются в В. крайне редко, в связи с чем передача инфекц. заболеваний через атм. В. может происходить в исключительных случаях, напр, при применении бактериологического оружия, в закрытых помещениях при наличии больных, выделяющих в В. патогенные микроорганизмы вместе с мельчайшими капельками слюны при кашле, чихании, разговоре. В зависимости от устойчивости микроорганизмов они могут передаваться через В. как воздушно-капельным, так и воздушно-пылевым путём (наиболее устойчивые, напр., возбудители туберкулёза, дифтерии).

Для жизнедеятельности человека большое значение имеют темп-pa, влажность, движение В. Для обычно одетого человека, выполняющего лёгкую работу, оптимальная темп-pa В. 18-20°С. Чем тяжелее работа, тем ниже должна быть темп-pa В. Благодаря совершенным механизмам терморегуляции человек легко переносит изменения темп-ры и может приспособиться к различным климатич. условиям. Оптимальная для человека относит, влажность В. 40-60%. Сухой В. при всех условиях переносится хорошо. Повышенная влажность В. действует неблагоприятно; при высокой темп-ре она способствует перегреванию, а при низкой темп-ре переохлаждению организма. Движение В. вызывает увеличение теплоотдачи организма. Поэтому при высокой темп-ре (до 37°С) ветер способствует предохранению человека от перегревания, а при низкой - переохлаждению организма. Особенно неблагоприятна для человека комбинация ветра с низкой темп-рой и высокой влажностью. Известное значение придаётся ионизации В. Лёгкие ионы с отрицат. зарядом оказывают положит, воздействие на организм. Для ионизации В. предложен ряд приборов. Г. И. Сидоренко.

Загрязнение В. Рост масштабов хоз. деятельности увеличивает загрязнение В. Развитие пром-сти, энергетики, транспорта приводит к повышению содержания в В. углекислого газа (на 0,2% от имеющегося в В. количества ежегодно) и ряда др. вредных газов. Металлургич. и хим. предприятия и ТЭЦ загрязняют В. сернистым газом, окислами азота, сероводородом, галогенами и их соединениями. Др. серьёзным источником загрязнения В. служит автотранспорт. По нек-рым подсчётам, 1 тыс. автомобилей в день выбрасывает с выхлопными газами в В. 3,2 m окиси углерода, от 200 до 400 кг др. продуктов неполного сгорания топлива, 50- 150 кг соединений азота. Очень велико загрязнение В. твёрдыми частицами. В Питсбурге (США) на 1 кв. миле (259 га) ежегодно осаждается 610 т пыли. Пром. предприятия, ТЭЦ, автотранспорт, лесные пожары, пыльные бури, возникающие в результате эрозии почв при неправильном землепользовании, повышают концентрацию твёрдых частиц (пыли и дыма) в В. настолько, что это существенно (на 20-40% ) понижает солнечную радиацию, дошедшую до поверхности земли в районе больших городов. О масштабах таких процессов можно судить хотя бы по тому, что пыльные бури 1930-34 в США унесли до 25 см почвенного слоя и перенесли около 200 млн. то пыли на расстояния до 1000 км.

Загрязнение В. приводит к ухудшению условий жизни человека, животных и растений. Вредное действие на живые организмы при этом вызывается не только первичными компонентами пром. выбросов, но и образующимися из них новыми токсич. веществами, т. н. фотооксидантами. Загрязнение В. иногда может достигать таких масштабов, что приводит к увеличению заболеваемости и смертности населения. Особую опасность представляют радиоактивные загрязнения В.; вследствие постоянных движений возд. масс они носят глобальный характер. Некоторые загрязнения В. вызывают проф. заболевания. Влияние загрязнений В. на условия жизни весьма велико. В СССР приняты законы об охране природы, предусматривающие необходимость сан. контроля за состоянием В. и ответственность руководителей пром. предприятий за тщательную очистку и обезвреживание пром. газов до их выброса в атмосферу. В качестве обязат. мероприятий при планировке и застройке городов и посёлков и размещении пром. объектов предусматривается создание санитарно-защитных зон (разрывов), вынос вредных в сан. отношении пром. предприятий за пределы жилых районов и т. д. 

Анализ В. Предельно допустимые концентрации (обычно в мг на 1 л или на 1 м³ В.) вредных и взрывоопасных веществ в производств, возд. среде регламентируются законодательно. Методы анализа В. зависят от агрегатного состояния определяемого вещества. Напр., пыль и аэрозоли обычно улавливают ватными или бум. фильтрами; иногда для улавливания аэрозолей применяют стеклянные фильтры; туманы и газы поглощают гл. обр. жидкостями. Наиболее распространённые методы определения содержания вредных веществ в В.- фотометрический анализ, нефелометрия и турбидиметрия. Для быстрого определения малых концентраций токсичных и взрывоопасных веществ в В. наиболее часто используют автоматич. газоанализаторы. Особое место в анализе В. занимает определение радиоактивных загрязнений.

В. в технике. Благодаря содержащемуся в В. кислороду, он используется как хим. агент в различных процессах.

Сюда относятся: горение топлива, выплавка металлов из руд (доменный и мартеновский процессы), пром. получение многих хим. соединений (серной и азотной к-т, фталевого ангидрида, окиси этилена, уксусной к-ты, ацетона, фенола и др.); ценность В. как хим. агента существенно повышают, увеличивая содержание в нём кислорода. В. является важнейшим пром. сырьём для получения кислорода, азота, инертных газов. Физ. свойства В. используют в тепло- и звукоизоляционных материалах, в электроизоляц. устройствах; упругие свойства В.- в пневматич. шинах; сжатый В. служит рабочим телом для совершения механич. работы (пневматич. машины, струйные и распылит, аппараты, перфораторы и т. д.).

Искусственный В. (точнее- искусственная атмосфера, смеси газов, пригодные для дыхания) впервые был использован в медицине при заболеваниях, сопровождающихся кислородной недостаточностью (40- 60% кислорода в смеси с обычным В. или 95% кислорода и 5% СО₂). Подобные искусств, газовые смеси применяются в высотной авиации, горно-спасат. деле. Особое значение имеет искусств. В. в водолазном деле. Обычный В. непригоден для работы при давлениях, существенно превышающих нормальное: в этих условиях В. оказывает наркотич. действие, а повышение растворимости азота в крови и тканях тела делает опасным быстрый подъём водолаза на поверхность. Выделение пузырьков азота из крови может вызвать кессонную болезнь и смерть. Поэтому в последние 10-15 лет испытываются для работ на больших глубинах (в условиях высоких давлений) безазотные газовые смеси, содержащие гл. обр. гелий (до 96,4% ) и кислород (4-2% ) под давлением 0,7-2 Мн/м²(7-20 am). Такие смеси устраняют опасность кессонной болезни, однако создают определённый дискомфорт из-за высокой теплопроводности гелия; отмечено также существ, изменение тембра голоса в такой атмосфере. Проблема искусств. В. решается также при создании обитаемых космических кораблей (см. Атмосфера кабины). Сов. космич. корабли "Восток" и "Восход" были оборудованы спец. системой, поддерживающей состав В., близкий к обычному: парциальное давление кислорода 20-40 кн/м², объёмная концентрация СО₂ 0,5-1%. Амер. космич. корабли "Джемини" имели чисто кислородную атмосферу при давлении ок. 0,3 am.

Лит.: X р г и а н А. X., Физика атмосферы, 2 изд., М., 1958; Некрасов Б. В., Основы общей химии, т. 1, М., 1965; Баттан Л. Д ж., Загрязнённое небо, пер. с англ., М., 1967; Арманд Д., Нам и внукам, 2 изд., М., 1966; Соколов В. А, Газы земли, [М., 1966]; Определение вредных веществ в воздухе производственных помещений, 2 изд., М., 1954; Руководство по коммунальной гигиене, т. 1, М., 1961.

В. Л. Василевский.

По материалам БСЭ.