Složení vzduchu

Atmosférický vzduch je fascinující směsí plynů, které jsou základem života na Zemi. Přestože je složení vzduchu na povrchu relativně stabilní, ve vyšších vrstvách atmosféry začínají dominovat lehčí plyny. Vzduch není pouze směsí rozmanitých plynů, ale obsahuje také kapalné a pevné složky. Z chemického hlediska je vzduch dynamická směs, kde převažují dusík, kyslík, argon a oxid uhličitý.

Složení vzduchu:

Plyny	Objemový podíl (%)	Hmotnostní podíl (%)
Dusík	78,3	75,47
Kyslík	20,99	23,2
Oxid uhličitý	0,03	0,046
Vodík	0,01	0,001
Argon	0,933	1,286
Helium	0,0005	0,0007
Neon	0,0018	0,0012
Krypton	0,0001	0,0003
Xenon	0,00001	0,00004

V rámci geochemie je životní prostor Země definován jako celek, který zahrnuje atmosféru, hydrosféru a svrchní část zemské kůry. V tomto systému probíhá uzavřený cyklus prvků, které tvoří atmosféru. Dusík je jedním z hojně rozšířených prvků, tvoří asi 78,1 % objemu atmosféry. Menší množství dusíku se nachází také ve vyvěrajících pramenech a v plynových výskytů v horninách.

Kyslík je základním prvkem naší biosféry a v zemské kůře tvoří odhadem 49,5 % hmotnosti. Více než 90 % objemu zkamenělých hornin zaujímá kyslík. Nicméně, protože se kyslík vyskytuje pouze v zemské kůře, jeho podíl na celkové hmotnosti Země klesá na 29 %. Atmosféra obsahuje průměrně 1 x 10^15 metrických tun kyslíku, což odpovídá hmotnostnímu podílu 23,1 %.

Oxid uhličitý je součástí atmosféry s hmotností přibližně 23 x 10^12 tun. Z oceánů do atmosféry ročně uniká přibližně 10 x 10^11 tun oxidu uhličitého a stejné množství se vrací zpět do vody. Fotosyntéza zelených rostlin každoročně odebírá z atmosféry 6 x 10^10 tun CO2, ale téměř stejné množství je uvolňováno dýcháním lidí, zvířat, mikroorganismů a rozkladem. Od 19. století se zvyšuje koncentrace CO2 v atmosféře, což je způsobeno zejména rostoucí spotřebou fosilních paliv a odlesňováním. Při očekávaném ročním nárůstu populace o 2 % a růstu spotřeby o 1 % za rok můžeme očekávat zdvojnásobení koncentrace CO2 v atmosféře v příštích 50 letech.

Vodík představuje odhadem 0,88 % hmotnosti zemské kůry, vody a atmosféry. Zemi obklopuje ve výškách 2000 – 20000 km řídká vrstva vodíku. Slunce na druhé straně obsahuje asi 84 % hmotnosti vodíku, který je zdrojem solární energie.

Argon je nejběžnějším vzácným plynem v atmosféře, s průměrným objemovým podílem 0,93 %, a denně ho člověk vdechne a vydechne zhruba 20 litrů. I pramenitá voda obsahuje rozpuštěný argon, zejména pokud pramen vytéká z větších hloubek, jako je tomu u gejzírů.

Helium se nejčastěji vyskytuje v přírodních plynech s koncentracemi až 7,5 % objemu. Jeho podíl v zemské kůře včetně oceánů a atmosféry se odhaduje na 4,2 x 10^-7 %, což je méně než zlato, stříbro nebo platina.

Neon, přestože je řazen mezi vzácné prvky s odhadovaným podílem pouhých 5 x 10^-7 %, nabývá ve vesmíru na významu, kde se řadí na třetí místo v hojnosti hned po vodíku a heliu. Naopak, krypton představuje v atmosféře Země pouze 0,000108 % jejího složení. Jeho obsah v zemské kůře, včetně atmosféry a hydrosféry, je odhadován na pouhých 1,9 x 10^-8 %, což jej řadí mezi nejvzácnější prvky.

Xenon, i když je ještě vzácnější s odhadovaným podílem 2,4 x 10^-9 % v zemské kůře a obsahem ve vzduchu pouhých 0,0000086 %, neboli 86 dílů na miliardu (ppb), představuje extrémní raritu mezi prvky.

Atmosféra Země je složitá směs, kde se kromě vzácných plynů jako argon, neon, helium, krypton a xenon vyskytují i hlavní složky jako dusík, kyslík, oxid uhličitý a vodík. Tato směs plynů tvoří vzduch v nižších vrstvách atmosféry, který je pro nás neustále přítomný a ovlivňuje každý okamžik našeho života od narození po smrt. Je důležité si uvědomit, jak vzácné prvky přispívají k naší atmosféře a jak jsou některé z nich, přestože v minimálních množstvích, klíčové pro různé technologické aplikace, včetně osvětlovacích technologií a výzkumu vysokých atmosférických vrstev.

Zejména neon, často využívaný v reklamních neonech díky své schopnosti emitovat jasné barvy při elektrickém výboji, a xenon, používaný v silných světlometech a v oblasti anestezie, jsou příklady, jak i tyto vzácné prvky hrají významnou roli v našich životech. Tato fascinující spojení mezi základními a vzácnými prvky v naší atmosféře a jejich aplikacemi v průmyslu a vědě připomínají, jak je naše porozumění chemickému složení Země důležité pro technologický pokrok a ochranu našeho prostředí. Vzduch, který nás obklopuje, je tedy nejen základem života, ale i oknem do světa vědy a technologie.

Tabulka charakteristických hodnot různých plynů

Plyn	Molární hmotnost M [kg/kmol]	Hustota ρ [kg/m³]	Specifický objem v [m³/kg]	Měrná plynová konstanta R [kJ/kg·K]	Poissonova konstanta κ
Vzduch	28,96	1,293	1,0	0,773	29,27
Dusík	28,02	1,25	0,967	0,8	30,26
Kyslík	32,00	1,429	1,105	0,7	26,57
Oxid uhličitý	44,01	1,977	1,529	0,506	19,25
Vodík	2,02	0,090	0,527	11,127	420,58
Argon	39,94	1,784	1,378	0,561	21,23
Helium	4,00	0,179	0,138	5,602	211,81
Neon	20,18	0,9	0,696	1,111	41,99
Krypton	83,8	3,74	2,9	0,344	10,09
Xenon	131,3	5,9	4,56	0,169	6,42

Kvalita vzduchu má zásadní význam nejen pro živé organismy, ale i pro průmysl. Čistota vnějšího vzduchu přímo ovlivňuje kvalitu stlačeného vzduchu, který se vyrábí, a také čistotu vzduchu v čistých prostorách (Cleanrooms). Kontaminace vzduchu, jako jsou prachové částice, chemické výpary nebo biologické znečištění, může mít negativní dopad na zdraví a pohodu lidí, zvířat i rostlin, a zároveň může komplikovat průmyslové procesy, které jsou závislé na vysoké úrovni čistoty, jako je výroba v oblasti mikroelektroniky, farmacie, biotechnologií a jiných specializovaných odvětvích. Čisté místnosti, které vyžadují striktní kontrolu znečištění, jsou zvláště citlivé na kvalitu přiváděného vzduchu, protože jakékoli nedostatky ve filtraci nebo úpravě vzduchu mohou vést k významným ztrátám, poškození produktů nebo dokonce k selhání celého výrobního procesu.