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Air

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Pour les articles homonymes, voirAir (homonymie).

Air
Image illustrative de l’article Air
L'atmosphère de la Terre, qui est composée d'air.
Identification
No CAS132259-10-0
Code ATCV03AN05
Propriétés chimiques
Masse molaire28,965 g/mol[a],[1]
Propriétés physiques
T° fusion−216,2 °C (1 atm)[2]
T° ébullition−194,3 °C (1 atm,874,0 kg/m3)[2]
Solubilité0,0292 vol/vol (eau,0 °C)[2]
Masse volumique1,2 kg/m3 (21,1 °C,1 atm)[2]

équation[3] :ρ=2.8963/0.26733(1+(1−T/132.45)0.27341){\displaystyle \rho =2.8963/0.26733^{(1+(1-T/132.45)^{0.27341})}}
Masse volumique du liquide en kmol·m-3 et température en kelvins, de 59,15 à 132,45 K.
Valeurs calculées :

T (K) T (°C) ρ (kmol·m-3) ρ (g·cm-3)
59,15−21433,2790,96346
64,04−209,1132,588690,94348
66,48−206,6732,235530,93325
68,92−204,2331,876730,92286
71,37−201,7831,511910,9123
73,81−199,3431,14070,90155
76,25−196,930,762650,89061
78,7−194,4530,377270,87945
81,14−192,0129,984020,86807
83,58−189,5729,582270,85644
86,03−187,1229,171340,84454
88,47−184,6828,750430,83235
90,91−182,2428,318620,81985
93,36−179,7927,874850,807
95,8−177,3527,417890,79378
T (K) T (°C) ρ (kmol·m-3) ρ (g·cm-3)
98,24−174,9126,946290,78012
100,69−172,4626,45830,76599
103,13−170,0225,951840,75133
105,57−167,5825,424320,73606
108,02−165,1324,872560,72009
110,46−162,6924,292480,70329
112,9−160,2523,678760,68552
115,35−157,823,024250,66657
117,79−155,3622,318960,64616
120,23−152,9221,54820,62384
122,68−150,4720,688890,59896
125,12−148,0319,700920,57036
127,56−145,5918,502740,53567
130,01−143,1416,869720,4884
132,45−140,710,8340,31366

Graphique P=f(T)

Pression de vapeur saturante

équation[3] :Pvs=exp(21.662+−692.39T+(−0.39208)×ln(T)+(4.7574E−3)×T1){\displaystyle P_{vs}=exp(21.662+{\frac {-692.39}{T}}+(-0.39208)\times ln(T)+(4.7574E-3)\times T^{1})}
Pression en pascals et température en kelvins, de 59,15 à 132,45 K.
Valeurs calculées :

T (K) T (°C) P (Pa)
59,15−2145 642,1
64,04−209,1113 676,16
66,48−206,6720 287,07
68,92−204,2329 273,08
71,37−201,7841 205,23
73,81−199,3456 721,39
76,25−196,976 522,59
78,7−194,45101 368,15
81,14−192,01132 069,94
83,58−189,57169 486,04
86,03−187,12214 514,02
88,47−184,68268 084,01
90,91−182,24331 151,84
93,36−179,79404 692,36
95,8−177,35489 693
T (K) T (°C) P (Pa)
98,24−174,91587 147,76
100,69−172,46698 051,67
103,13−170,02823 395,76
105,57−167,58964 162,48
108,02−165,131 121 321,73
110,46−162,691 295 827,41
112,9−160,251 488 614,46
115,35−157,81 700 596,36
117,79−155,361 932 663,17
120,23−152,922 185 679,89
122,68−150,472 460 485,32
125,12−148,032 757 891,17
127,56−145,593 078 681,54
130,01−143,143 423 612,7
132,45−140,73 793 400
P=f(T)
Point critique−140,6 °C,3 771 kPa,351 kg/m3[2]
Conductivité thermique0,023 4 W m−1 K−1
Thermochimie
Cp

équation[3] :CP=(−214460)+(9185.1)×T+(−106.12)×T2+(0.41616)×T3{\displaystyle C_{P}=(-214460)+(9185.1)\times T+(-106.12)\times T^{2}+(0.41616)\times T^{3}}
Capacité thermique du liquide en J·kmol-1·K-1 et température en kelvins, de 75 à 115 K.
Valeurs calculées :

T
(K)		T
(°C)		Cp
(Jkmol×K){\displaystyle ({\tfrac {J}{kmol\times K}})}		Cp
(Jkg×K){\displaystyle ({\tfrac {J}{kg\times K}})}
75−198,1553 0701 833
77−196,1553 5981 851
79−194,1554 0511 867
80−193,1554 2541 874
81−192,1554 4441 881
83−190,1554 7971 893
84−189,1554 9651 899
85−188,1555 1311 904
87−186,1555 4641 916
88−185,1555 6371 922
89−184,1555 8171 928
91−182,1556 2101 942
92−181,1556 4281 949
93−180,1556 6641 957
95−178,1557 1971 976
T
(K)		T
(°C)		Cp
(Jkmol×K){\displaystyle ({\tfrac {J}{kmol\times K}})}		Cp
(Jkg×K){\displaystyle ({\tfrac {J}{kg\times K}})}
96−177,1557 4991 986
97−176,1557 8301 997
99−174,1558 5822 024
100−173,1559 0102 038
101−172,1559 4752 054
103−170,1560 5272 091
104−169,1561 1202 111
105−168,1561 7602 133
107−166,1563 1922 183
108−165,1563 9892 210
109−164,1564 8432 240
111−162,1566 7352 305
112−161,1567 7772 341
113−160,1568 8862 379
115−158,1571 3202 463

P=f(T)

Propriétés optiques
Indice de réfractionn63320{\displaystyle n_{633}^{20}} 1,000 268 25 (100 kPa, air sec avec 450 ppm de CO2)[4]
Unités duSI etCNTP, sauf indication contraire.
modifier 

L'air est un mélange degaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est normalement incolore, invisible et inodore.

Composition

Article connexe :Atmosphère terrestre#Composition chimique détaillée.

L'air sec au voisinage du sol est un mélange gazeux homogène. Il est approximativement composé en fraction molaire ou en volume de :

Il contient aussi destraces dedihydrogène : 0,000072 % (0,72 ppmv) et d'ozone, ainsi qu'une présence infime deradon[b]. Il peut aussi contenir dudioxyde de soufre, desoxydes d'azote, de fines substances en suspension sous forme d'aérosol, des poussières et des micro-organismes.

La plupart du temps, l'air de l'environnement terrestre est humide car il contient de lavapeur d'eau. Au voisinage du sol, la quantité de vapeur d'eau est très variable. Elle dépend des conditions climatiques, et en particulier de la température. Lapression partielle de vapeur d'eau dans l'air est limitée par sapression de vapeur saturante qui varie fortement avec la température :

Température de l'air−10 °C0 °C10 °C20 °C30 °C40 °C
% devapeur d'eau

pour une pression d'air de1 013 hPa

0 à 0,20 à 0,60 à 1,20 à 2,40 à 4,20 à 7,6

Le pourcentage devapeur d'eau présent dans l'air est mesuré par le taux d'hygrométrie, élément important pour les prévisions météorologiques. Il existe plusieurs grandeurs pour décrire l'hygrométrie : l'humidité absolue, qui correspond à la masse de vapeur d'eau par volume d'air, et l'humidité relative, qui correspond au pourcentage de la pression partielle de vapeur d'eau par rapport à lapression de vapeur saturante.

Le taux dedioxyde de carbone varie avec le temps. D'une part, il subit une variation annuelle d'environ 6,5 ppmv (partieparmillion envolume) d'amplitude. D'autre part, le taux moyen annuel augmente de 1,2 à 1,4 ppmv par an. De l'ordre de 384 ppmv (0,0384 %) à mi-2008, il était de 278 ppmv avant larévolution industrielle, de 315 ppmv en 1958, de 330 ppmv en 1974 et de 353 ppmv en 1990. Cegaz à effet de serre joue un rôle important dans leréchauffement climatique de la planète.

Leméthane est un autre gaz à effet de serre majeur dont le taux augmente avec le temps : 800 mm3/m3 (0,8 ppmv) à l'époque préindustrielle, 1 585 mm3/m3 en 1985, 1 663 mm3/m3 en 1992 et 1 676 mm3/m3 en 1996.

Jusqu'à environ 80 km d'altitude, la composition de l'air sec est très homogène, la seule variation importante de la composition de l'air étant celle de la teneur en vapeur d'eau.

Représentation moléculaire de la composition de l'air sec.

Tableaux

Composition de l'air « sec »[10]
ppmv :partie par million en volume

ppmm : partie par million en masse

GazVolume
Diazote (N2)780 840 ppmv (78,084 %)
Dioxygène (O2)209 460 ppmv (20,946 %)
Argon (Ar)9 340 ppmv (0,9340 %)
Dioxyde de carbone (CO2)417 ppmv (0,0417 %)[5], soit 633 ppmm

(en juillet 2022)

Néon (Ne)18,18 ppmv
Hélium (He)5,24 ppmv
Méthane (CH4)1,745 ppmv
Krypton (Kr)1,14 ppmv
Dihydrogène (H2)0,55 ppmv
À rajouter à l'air sec :
Vapeur d'eau (H2O)de <1 % à ~5 %

(très variable)

Composants mineurs de l'air
GazVolume
Monoxyde d'azote (NO)0,5 ppmv
Protoxyde d'azote (N2O)0,3 ppmv
Xénon (Xe)0,09 ppmv
Ozone (O3)≤ 0,07 ppmv
Dioxyde d'azote (NO2)0,02 ppmv
Iode (I2)0,01 ppmv
Monoxyde de carbone (CO)0,2 ppmv
Ammoniac (NH3)traces

Les proportions massiques peuvent être évaluées en multipliant les proportions volumiques par le rapport de lamasse molaire du gaz considéré divisé par la masse molaire de l'air soit 28,976 g mol−1, par exemple dans le cas du CO2. Ce rapport n'est pas négligeable puisqu'il vaut44/28,976 = 1,5185 d'où la teneur massique en CO2 dans l'air égale à417×1,5185 = 633 ppmm.

Masse volumique

Article détaillé :Masse volumique de l'air.

L'air étant un gaz compressible, samasse volumique (enkg/m3) est fonction de la pression, de la température et du taux d'humidité.

Pour de l'air sec sous pression atmosphérique normale (1 013,25 hPa) :

On prend généralement1,293 kg/m3 à0 °C et1,204 kg/m3 à20 °C.

Ceci est généralisé (formule des gaz parfaits) en :ρ=1,293kg/m3⋅273,15KT⋅P101325Pa{\displaystyle \rho =1,293\;\mathrm {kg/m^{3}} \cdot {\frac {273,15\;\mathrm {K} }{T}}\cdot {\frac {P}{101\;325\;{\text{Pa}}}}} (avecT enkelvins etP enpascals selon les conventions SI). Pour une températureθ en degrés Celsius, la températureT en kelvins est obtenue en ajoutant 273,15 àθ :T(K) =θ(°C) + 273,15.

Potentiel de réchauffement global

Le potentiel de réchauffement global (PRG, enanglais :GWP : Global Warming Potential) ou équivalent CO2 permet de mesurer la « nocivité » de chaquegaz à effet de serre.

Le tableau suivant donne la valeur du PRG pour les principaux gaz à effet de serre présents dans l'air :

PRG1 (référence)8[réf. souhaitée]23310de 1 300 à 1 400de 6 200 à 7 1006 50022 800
Gazdioxyde de carbonevapeur d'eauméthaneprotoxyde d'azote (N2O)chlorodifluorométhane (HCFC)dichlorodifluorométhane (CFC)tétrafluorure de carbone (CF4)hexafluorure de soufre (SF6)

Indice de réfraction

L'expression pour l'indice de réfraction de l'air « aux conditions standard » est[11] :ns=1+6,4328×10−5+2,94981×10−2146−σ2+2,554×10−441−σ2{\displaystyle n_{s}=1+6,4328\times 10^{-5}+{\frac {2,94981\times 10^{-2}}{146-\sigma ^{2}}}+{\frac {2,554\times 10^{-4}}{41-\sigma ^{2}}}}

avecσ=1000λ{\displaystyle \sigma ={\frac {1\;000}{\lambda }}} oùλ{\displaystyle \lambda } est lalongueur d'onde exprimée en nanomètres (nm), là oùσ{\displaystyle \sigma } est la réciproque de la longueur d'onde en micromètres.

C'est pour l'air sec avec 0,03 % dedioxyde de carbone, à une pression de101 325 Pa (760 millimètres de mercure) et une température de288,15 kelvins (15 °C).

On peut obtenirn pour une température ou pression différente, en utilisant l'une des deux expressions suivantes :

n=1+(ns−1)×(pps)×(TsT){\displaystyle n=1+(n_{\text{s}}-1)\times \left({\frac {p}{p_{\text{s}}}}\right)\times \left({\frac {T_{\text{s}}}{T}}\right)}

avec :

ou :

n=1+(ns−1)×p×(1+p×β(T))×(1+Ts×α)ps×(1+ps×β15)×(1+T×α){\displaystyle n=1+{\frac {(n_{\text{s}}-1)\times p\times (1+p\times \beta _{(T)})\times (1+T_{s}\times \alpha )}{p_{s}\times (1+p_{s}\times \beta _{15})\times (1+T\times \alpha )}}}

avec :

Propriétés thermophysiques

D'après les tables publiées par Frank M. White,Heat and Mass transfer, Addison-Wesley, 1988.

avec :

Air à pression atmosphérique[12]
TρμνCpλaPr
Kkg m−3kg m−1 s−1m2 s−1J kg−1 K−1W m−1 K−1m2 s−1-
2501,4131,60 × 10−50,949 × 10−51 0050,02231,32 × 10−50,722
3001,1771,85 × 10−51,57 × 10−51 0060,02622,22 × 10−50,708
3500,9982,08 × 10−52,08 × 10−51 0090,03002,98 × 10−50,697
4000,8832,29 × 10−52,59 × 10−51 0140,03373,76 × 10−50,689
4500,7832,48 × 10−52,89 × 10−51 0210,03714,22 × 10−50,683
5000,7052,67 × 10−53,69 × 10−51 0300,04045,57 × 10−50,680
5500,6422,85 × 10−54,43 × 10−51 0390,04366,53 × 10−50,680
6000,5883,02 × 10−55,13 × 10−51 0550,04667,51 × 10−50,680
6500,5433,18 × 10−55,85 × 10−51 0630,04958,58 × 10−50,682
7000,5033,33 × 10−56,63 × 10−51 0750,05239,67 × 10−50,684
7500,4713,48 × 10−57,39 × 10−51 0860,055110,8 × 10−50,686
8000,4413,63 × 10−58,23 × 10−51 0980,057812,0 × 10−50,689
8500,4153,77 × 10−59,07 × 10−51 1100,060313,1 × 10−50,692
9000,3923,90 × 10−59,93 × 10−51 1210,062814,3 × 10−50,696
9500,3724,02 × 10−510,8 × 10−51 1320,065315,5 × 10−50,699
1 0000,3524,15 × 10−511,8 × 10−51 1420,067516,8 × 10−50,702
1 1000,3204,40 × 10−513,7 × 10−51 1610,072319,5 × 10−50,706
1 2000,2954,63 × 10−515,7 × 10−51 1790,076322,0 × 10−50,714
1 3000,2714,85 × 10−517,9 × 10−51 1970,080324,8 × 10−50,722

La relation entre la température et la conductivité thermique de l'air, valable pour une température comprise entre100 K et1 600 K est la suivante[12] :

λ=1,5207×10−11 T3−4,857×10−8 T2+1,0184×10−4 T−3,9333×10−4{\displaystyle \lambda =1{,}5207\times 10^{-11}\ T^{3}-4{,}857\times 10^{-8}\ T^{2}+1{,}0184\times 10^{-4}\ T-3{,}9333\times 10^{-4}}

où :

La relation entre la viscosité dynamique de l'air et la température est :

μ=8,8848×10−15 T3−3,2398×10−11 T2+6,2657×10−8 T+2,3543×10−6{\displaystyle \mu =8{,}8848\times 10^{-15}\ T^{3}-3{,}2398\times 10^{-11}\ T^{2}+6{,}2657\times 10^{-8}\ T+2{,}3543\times 10^{-6}}

où :

La relation entre la viscosité cinématique de l'air et la température est :

ν=−1,363528×10−14 T3+1,00881778×10−10 T2+3,452139×10−8 T−3,400747×10−6{\displaystyle \nu =-1{,}363528\times 10^{-14}\ T^{3}+1{,}00881778\times 10^{-10}\ T^{2}+3{,}452139\times 10^{-8}\ T-3{,}400747\times 10^{-6}}

où :

D'après les informations duWPI[13], la relation entrechaleur spécifique de l'air et la température est la suivante :

Cp=1,9327×10−10 T4−7,9999×10−7 T3+1,1407×10−3 T2−4,4890×10−1 T+1,0575×103{\displaystyle C_{p}=1{,}9327\times 10^{-10}\ T^{4}-7{,}9999\times 10^{-7}\ T^{3}+1{,}1407\times 10^{-3}\ T^{2}-4{,}4890\times 10^{-1}\ T+1{,}0575\times 10^{3}}

où :

Pression

Du fait de la diminution de lapression de l'air avec l'altitude, il est nécessaire de pressuriser les cabines desavions et autresaéronefs. En pratique, la pression imposée dans les cabines est supérieure à la pression extérieure, bien que moindre que la pression au niveau du sol.

De l'air comprimé est également utilisé dans laplongée sous-marine.

Liquéfaction

Article détaillé :Air liquide (chimie).

L'air est formé de différents gaz qui, si on les refroidit suffisamment, finissent par passer à l'étatliquide, puis à l'état solide. Par exemple, l'oxygène devient solide à la température de−218 °C, l'azote se liquéfie à−196 °C. À la température de−270 °C (environ3 K), tous les gaz sauf l'hélium sont alors solides et on obtient de « l'air congelé ».

L'air n'a pu être liquéfié avant que ne soient connues les pressions et températures critiques qui marquent les limites théoriques au-delà desquelles un composé ne peut exister qu'à l'état gazeux. L'air étant un mélange, ces valeurs n'ont pas de sens strict, mais, en fait, à une température supérieure à−140 °C, l'air n'est plus liquéfiable.

Température d'ébullition des composants de l'air
NomFormuleTempérature
DiazoteN2−195,79 °C,azote liquide
DioxygèneO2−183 °C,oxygène liquide
ArgonAr−185,85 °C
Dioxyde de carboneCO2−56,6 °C sous5,12 atm
NéonNe−246,053 °C
HéliumHe−268,93 °C,hélium liquide
Monoxyde d'azoteNO−151,8 °C
KryptonKr−154,34 °C
MéthaneCH4−161,52 °C
DihydrogèneH2−252,76 °C,hydrogène liquide
Protoxyde d'azoteN2O−88,5 °C
XénonXe−108,09 °C
Dioxyde d'azoteNO2+21,2 °C
OzoneO3−111,9 °C
RadonRn−61,7 °C

Les premières gouttes d'air liquide ont été obtenues presque simultanément parLouis Paul Cailletet etRaoul-Pierre Pictet en1877, par détente brutale entre 300 et 1 atmosphère.

En1894, le physicien néerlandaisHeike Kamerlingh Onnes mit au point la première installation d’air liquide. Pendant les quarante années qui suivirent, des chercheurs en France, Grande-Bretagne,Allemagne et Russie apportèrent de nombreuses améliorations au procédé.

SirJames Dewar liquéfia d’abord l’hydrogène, en1898, etHeike Kamerlingh Onnes l’hélium, le gaz le plus difficile à liquéfier, en1908.

Indépendamment deCarl von Linde,Georges Claude mit au point dès1902 unprocédé industriel de liquéfaction de l’air.

Symbolique

  • Dans un domaine non scientifique, l'air est l'un desquatre éléments (avec lefeu, l'eau et laterre) que l'on considérait autrefois (et que l'on considère encore dans certaines cultures) comme les substances sur lesquelles serait basée toute la vie. Il est le symbole de l'Esprit.
  • L'air est également souvent associé à différents autres concepts tels que la famille des épées dans les jeux detarot.

Économie et société

L'air est unbien commun, même s'il peut être vendu sous la forme d'air comprimé par exemple[14].

Notes et références

Notes

  1. ↑Il s'agit ici de la masse molaire de l'air sec.
  2. ↑L'air fortement asséché contient en pratique encore des traces de vapeur d'eau.

Références

  1. ↑« Air », surolivier.fournet.free.fr(consulté le).
  2. ↑abcd ete(en) Compressed Gas Association,Handbook of Compressed Gases, Springer,,4e éd., 702 p.(ISBN 0-412-78230-8,lire en ligne),p. 234.
  3. ↑ab etc(en) Robert H.Perry et Donald W.Green,Perry's Chemical Engineers' Handbook, États-Unis, McGraw-Hill,,7e éd., 2400 p.(ISBN 0-07-049841-5),p. 2-50.
  4. ↑(en) Philip E. Ciddor, « Refractive index of air: new equations for the visible and near infrared »,Applied Optics,vol. 35,no 9,‎,p. 1566-1573(DOI 10.1364/AO.35.001566).
  5. ↑a etb(en)Recent Global CO2, surnoaa.gov (consulté le 20 juillet 2022).
  6. ↑(en)The keeling curve, surkeelingcurve.ucsd.edu (consulté le 23 avril 2015).
  7. ↑Concentration de CO2 dans l'atmosphère terrestre.
  8. ↑Concentration du CO2 mesurée à Mauna Loa (Hawaï), NOAA.
  9. ↑Concentration du méthane mesurée à Mauna Loa (Hawaï), NOAA.
  10. ↑Dioxyde de carbone :(en)NASA - Earth Fact Sheet, janvier 2007.
    Méthane :IPCC TAR ; table 6.1, 1998.
    (en)IPCC Third Assessment ReportClimate Change 2001, GRID-Arendal, 2003.
    Le total de la NASA a été de 17 ppmv sur 100 %, et le CO2 a augmenté ici de 15 ppmv.
    Pour normaliser, N2 devrait être réduit de 25     ppmv et O2 de 7 ppmv.
  11. ↑« Indice de réfraction de l'air », surolivier.fournet.free.fr(consulté le).
  12. ↑a etb« http://chemicalprofessionals.today.com/2009/01/08/thermal-conductivity-of-air-vs-temperature-correlation/ »(Archive.org •Wikiwix •Archive.is •Google •Que faire ?), surChemical Professionals.
  13. ↑« Specific Heat of Air vs. Temperature » (graphique), surusers.wpi.edu.
  14. ↑MarieCornu, FabienneOrsi, JudithRochfeld, YannickBosc, BenjaminCoriat et SéverineDusollier,Dictionnaire des biens communs, Paris, PUF,coll. « Quadrige »,, 2e édition mise à jour éd.(ISBN 978-2-13-081768-0)

Voir aussi

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