空気はいつも私たちの身の回りにありますが、目には見えません。意識しないとその存在を忘れてしまいます。しかし私たちは空気がないと生きていけません。まさに空気のような存在。
空気とはなんでしょうか？
空気とはなにでできているのか？
どんな性質をもっているのか？
そんな疑問についてこの記事ではわかりやく解説していきたいと思います。
そもそも空気とは
空気とは地球を取り囲む大気の地表に近いところにある気体を指して呼ぶことばです。私たち生物は呼吸の際、空気を吸って吐いています。もし空気がなければ窒息して死んでしまいます。
また、風は空気が移動する現象です。そのほか空気はいろいろな気象現象にも深くかかわっています。
意外かもしれませんが空気にも重さがあり、地表付近の空気には上空の空気の重さがずっしりとかかった状態になっています。これがボールの飛び方など様々なものの動きに影響を与えています。
このように、空気は目に見えず普段はまったく意識しませんが、私たちの生活、自然現象に大きくかかわっています。
空気はいろいろな気体がまざったもの
空気がなにからできているのか見ていきましょう。
空気はいろいろな気体がまざってできています。
また、それとは別に水が気体となった水蒸気も含まれています。
水蒸気が含まれる割合は、場所、季節、時間によって変動が大きく、空気全体の1%弱～4%程度となっています。
上のように空気から水蒸気をのぞいたものを乾燥空気といいます。
この乾燥空気に含まれる気体の内訳は地表から80kmくらい上空まではほとんど変わりません。
大部分が窒素（ちっそ）、次に多いのが酸素です。そして二酸化炭素も含まれています。これら3つの気体の名前は聞いたことがある人も多いのではないでしょうか。
詳しい内訳は以下の通りです。
窒素（ちっそ）が78%、酸素21%、その他1%となっています。
その他1%の中には二酸化炭素、アルゴンなどが含まれています。
それぞれの気体について、少しずつ見てみましょう。
窒素（ちっそ）
1つ目は窒素（ちっそ）。空気のなかで一番大きい割合の気体です。約78%を占めています。
窒素は私たちの体を作る材料にもなる物質です。地球上の生き物にとってなくてはならない存在です。
しかし、窒素は非常に安定した気体です。そのため私たち人間を含めほとんど生き物は、空気中の窒素を直接体に取り込むことはできません。吸った窒素はそのまま吐き出しています。
酸素
2つ目は酸素です。空気のなかで2番目に大きい割合を占めています。約21%を占めています。
酸素は私たちの呼吸になくてはならない存在です。私たち生物は酸素を吸って体内に吸収し、エネルギーを得ています。そして体内でできた不要な二酸化炭素を吐いています。また新鮮な空気に含まれる酸素を取り込みます。
以外に思うかもしれませんが、植物も動物と同じように呼吸をしています。植物も呼吸により酸素を吸って二酸化炭素を吐いているのです。
ちなみにダイビングなどで使うボンベには酸素100%ではなく「空気」が入っています。あれを酸素ボンベと呼ぶ人もいますがそれは間違いです。酸素ボンベと呼ぶものは別であり、医療用などで使用されています。
アルゴン
3つ目はアルゴンです。
空気中に含まれる割合は約0.93%で3番目に多い気体ですが、聞きなれない方も多いかもしれません。アルゴンは窒素よりさらに安定していて、他の物質と反応しにくい気体です。その性質を利用して、いろいろな産業で利用されています。
二酸化炭素
４つ目は二酸化炭素です。含まれる割合は約0.04%です。
植物が光合成をするときは、二酸化炭素を吸って酸素を出しています。
実はこの二酸化炭素が水にとけたものが炭酸水とよばれるもので、グラスに注いだときに出てくるシュワシュワした泡は二酸化炭素なのです。
また、近頃は空気中の二酸化炭素が増えることによる地球温暖化も問題視されています。
0.04％ときいて意外に少ないと思われる方も多いかもしれません。しかし、割合が少ないからこそ、少し増えただけでも大きく割合に変動をもたらすことになるのです。
空気のどんな性質をもっている？
空気の重さ
普段私たちのまわりを囲んでいる空気の重さを意識することはないでしょう。
しかし空気にも重さがあるのです。
空気の重さは1リットルあたりおよそ1.2gあります。
大したことないと思うでしょうか？それとも意外と重いと感じるでしょうか？
1ｍ3ではおよそ1.2kgになります。こうなると意外と重いと感じる人が多いのじゃないでしょうか？
※1ｍ3は1m×1ｍ×1mの立方体の体積
上空にいけばいくほど空気は薄くそして軽くなるので、同じ1m3でも1.2kgのままにはなりません。地球の大気は地面から100km上空になるとほとんどなくなりますが、ここまでの空気を足すと相当な重さになります。
そしてこの空気の重さが地表にいる私たちにのしかかっていることになります。
地表でかかる空気の重さは、なんと1m2あたり約10,000kg（10トン）もの大きさになります。
1cm2あたりでは約1kgです。1cm2というとだいたい指先の広さくらいです。普段まったく意識しませんが、指先だけで1kgの重さがかかるような力が、地面や私たちのからだ全体にかかっているのです。
この力が気圧と呼ばれる、空気による圧力です。
空気は温めると膨らみ、冷やすと縮む
つぎに空気と温度の関係を見てみましょう。
空気は温めると膨らみ、冷やすと縮む性質をもっています。そして温められ膨らんだ空気は軽くなり、冷やされ縮んだ空気は重たくなります。どういうことか絵を見てみましょう。
元の空気の中にある黒い点は空気の分子です。
※空気はいろいろな気体が混じっているので、実際にはいろいろな気体の分子が混ざっているがシンプルにするため省略しています。
冷やされた空気は縮みますが、空気の分子の数が減るわけでありません。空気の分子がぎゅっと集まったようになっています。そして温められた空気は膨らみますが、同じように分子の数は減りません。分子がまばらになっています。
このとき、冷めたい空気と温かい空気を同じ体積分取り出して、重さを比べてみます。すると冷たい空気にはたくさん分子が含まれていて、温かい空気には分子があまり含まれていません。
そのため、冷たい空気の方が重く、温かい空気の方が軽くなるのです。
温度により空気に重さの違いが生まれるため、冷たい空気は下の方に行き、温かい空気は上の方に行くという現象が起こります。
まとめ
空気についてここまで見てきた内容をまとめます。
・空気とは地球を取り囲む大気の地表に近いところにある気体を指して呼ぶことばです。
つまり今私たちの周りにある気体のことですね。
・空気には水蒸気とさまざまな気体がまざってできている。
大部分は窒素と酸素で、窒素約78%、酸素約21%。二酸化炭素は約0.04%です。
・空気には重さがあります。1リットルで約1.2g。1m3で約1.2kgです。
・地表付近でかかる空気の重さは、1cm2で約1kg。1m2で約10トンです。
・空気は冷やされると縮み重くなります。また、温められると膨らみ軽くなります。
以上です。空気への理解が深まったでしょうか。
参考になればうれしいです。
最後までお読みいただきありがとうございました。
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