В атмосфере земли кислорода по массе содержится не меньше чем азота да или нет

Думаете, кислорода в воздухе больше, чем азота? Спойлер: нет! Узнайте, какой газ на самом деле правит нашей атмосферой и почему мы дышим именно так.

Вопрос о том, является ли масса кислорода в земной атмосфере не меньше массы азота, часто встречается в школьных тестах и в интернете. На первый взгляд кажется, что кислород «важнее», но реальное соотношение зависит от того, измеряем мы объёмные или массовые доли газов.


Основные компоненты атмосферы

Атмосфера Земли представляет собой смесь газов, в которой доминируют два элемента – азот и кислород. По объёму (мольному соотношению) их содержание практически постоянно до высот ~80 км.

  • Азот (N₂) – около 78,09 % по объёму.
  • Кислород (O₂) – около 20,95 % по объёму.
  • Аргон (Ar) – ~0,93 %.
  • Углекислый газ (CO₂) – ~0,039 %.
  • Прочие газы (неон, гелий, метан, водяной пар и др.) – ≈1,03 %.

Эти цифры подтверждаются данными Википедии и многочисленными учебными материалами.

Как переводятся объёмные доли в массовые?

Для перехода от объёмных (мольных) долей к массовым необходимо учитывать молекулярные массы газов:

Газ Молекулярная масса, г/моль
Азот (N₂) 28,02
Кислород (O₂) 32,00
Аргон (Ar) 39,95
Углекислый газ (CO₂) 44,01

Массовая доля определяется формулой:

w_i = (x_i·M_i) / Σ(x_j·M_j)

где x_i – объёмная (мольная) доля, M_i – молекулярная масса.

Расчёт массовых долей азота и кислорода

Подставим типичные значения:

  1. Для азота: x_N2 = 0,7809, M_N2 = 28,02 → x_N2·M_N2 ≈ 21,88.
  2. Для кислорода: x_O2 = 0,2095, M_O2 = 32,00 → x_O2·M_O2 ≈ 6,70.
  3. Сумма всех компонентов (приблизительно) ≈ 29,0 (доминируют N₂, O₂, Ar, CO₂).

Отсюда получаем массовые доли:

  • Азот – ≈ 75,5 % по массе.
  • Кислород – ≈ 23,1 % по массе.

Эти цифры совпадают с данными из Яндекс.Вопросов и публикаций «Атмосфера Земли медленно теряет кислород» (Habr, 2016).

Почему масса азота превышает массу кислорода?

  • Хотя молекулярная масса кислорода (32 г/моль) больше, чем у азота (28 г/моль), объёмная доля кислорода почти в четыре раза меньше.
  • Умножая объёмную долю на молекулярную массу, получаем вклад в общую массу. Для азота вклад почти в три раза больше, чем у кислорода.
  • С учётом небольших примесей (аргон, CO₂) общая масса азота всё равно остаётся доминирующей.

Вариации в разных слоях атмосферы

Состав по объёму остаётся почти постоянным в тропосфере (0–12 км) и стратосфере (12–50 км). На больших высотах (верхняя стратосфера, мезосфера, термосфера) влияние ультрафиолетового распада и гравитационного разделения приводит к изменению относительных концентраций, однако в глобальном масштабе (по всей массе атмосферы) они не меняют основной вывод:

  • В среднем по всей атмосфере масса азота ≈ 3,2·10¹⁸ кг, а масса кислорода ≈ 1,0·10¹⁸ кг.
  • Эти величины получены из расчётов, использующих среднюю массу атмосферы ≈ 5,15·10¹⁸ кг.

Часто задаваемые вопросы

«Кислород по массе не меньше азота» – правда?

Нет. По массе в атмосфере азот составляет около 75 %, а кислород – около 23 %. Поэтому утверждение, что кислорода по массе не меньше азота, неверно.

А может ли в каком‑то конкретном месте кислорода быть больше?

Внутри отдельных экосистем (например, в густом лесу) локальная концентрация кислорода в воздухе может слегка повышаться за счёт фотосинтеза, но даже в таких условиях массовая доля в глобальном масштабе остаётся ниже, чем у азота.

Как изменятся эти цифры в будущем?

Изменения связаны с ростом содержания CO₂, изменением парниковых газов и антропогенными процессами. Однако пока что доля азота и кислорода меняется лишь в пределах <0,1 % и не меняет фундаментального вывода.

Подведём основные выводы:

  1. По объёму (мольному составу) атмосферы: азот – 78 %, кислород – 21 %;
  2. По массе: азот – ≈ 75 %, кислород – ≈ 23 %.
  3. Следовательно, масса кислорода в атмосфере меньше, чем масса азота.
  4. Утверждение «в атмосфере Земли кислорода по массе содержится не меньше чем азота» неверно.

Эти данные являются стабильными и подтверждаются многими научными источниками, включая международные справочники по атмосферным наукам и учебные материалы по химии.


Дата последней проверки: . Информация собрана из открытых источников (Википедия, Яндекс.Вопросы, Habr, учебные пособия).