2. Под мольной долей понимается отношение числа молей конкретного компонента в рассматриваемом образце воздуха к суммарному числу молей всех компонентов в данном образце.

Несмотря на потерю части газов атмосферы в космическое пространство, общая ее масса остается неизменной, так как приблизительно 1 млн. т газов в год выделяется из недр Земли в результате дегазации мантии. И в общем усредненном виде механическая смесь газов атмосферы представлена в среднем азотом – 78 % от ее объема; кислородом – 21%;. Гелием, аргоном, криптоном и вышеуказанными другими компонентами – 1% и менее.

Средняя молекулярная масса такого воздуха составляет 28,96 а.е.м и остается почти без изменения вплоть до высоты 90 км. На больших высотах молекулярная масса резко уменьшается и на высотах от 500 км и выше гелий становится важнейшим компонентом атмосферы, хотя его содержание в ней на уровне моря чрезвычайно мало. Главнейшими компонентами воздуха (на 99 % от всего состава) являются двухатомные газы (кислород О₂ и азот N₂).

Кислород – самый необходимый атмосферный элемент для функционирования биосферы. Если в атмосфере его может быть до 23 % по массе, то в воде – около 89%, а в организме человека – почти 65%. Суммарно во всех геосферах: атмосфере, гидросфере и в доступной части литосферы на долю кислорода приходится 50% общей массы воздуха. Но в свободном состоянии кислород сосредоточен в атмосфере, где его количество оценивается в 1,5 ч 10¹⁵ г. В природе постоянно протекают процессы потребления и выделения кислорода. Потребление кислорода происходит при дыхании человека и животных, при различных окислительных процессах, таких, как горение. Коррозия металлов, тление органических остатков. В результате этого кислород переходит из свободного состояния в связанное. Однако его количество остается практически неизменным главным образом за счет жизнедеятельности растений. Считается, что в восстановлении кислорода главную роль играют фитопланктон океанов и наземные растения. Выравниванию содержания кислорода в приземном слое атмосферы способствует диффузия.

Кислород существует в атмосфере в виде аллотропных модификаций – О₂ и О₃ (озон). Во всех состояниях (газообразном, жидком и твердом) О2 парамагнитен и имеет высокую энергию диссоциации – 496 кДж/моль. В газообразном состоянии О₂ бесцветный, в жидком и твердом имеет светло-голубую окраску. Химически очень активен, образует соединения со всеми элементами, кроме гелия и неона.

Озон О₃ – газ, образующийся из О₂ в спокойном электрическом разряде в концентрации до 10%, диамагнитен, имеет темно-голубой (синий) цвет. . Озон О₃ - это трехатомный кислород. Он образуется в слоях от 15 до 70 км и поглощает ультрафиолетовую солнечную радиацию с длинами волн от 0,15 до 0,29 мкм. Следы О₃ появляются под действием ультрафиолетового (УФ) излучения из О₂ в верхних слоях атмосферы. Максимальная концентрация О3 в верхних слоях атмосферы на высотах 25 – 45 км формирует ставший известным озоновый экран (слойВ чистой атмосфере у земной поверхности озон содержится в ничтожных количествах. С высотой содержание его возрастает, причем не только в процентном отношении, но и по абсолютным значениям. Максимальное содержание озона в полярных областях наблюдается на высотах 15-20 км, в умеренных широтах - 20-25 км и в тропических и субтропических широтах - на высотах 25-30 км; выше содержание озона убывает и на высоте 70 км сходит на нет.

Другой, весьма важный и постоянный компонент воздуха – азот, Масса которого составляет 75,5 % (4 х 10¹⁵ г). Он входит в состав белков и азотистых соединений, которые являются основой всего живого на нашей планете.

Азот N₂ – бесцветный, химически неактивный газ. Энергия диссоциации N₂ = 2N почти в 2 раза больше, чем у О₂ и составляет 944,7 кДж/моль. Высокая прочность связи N = N обуславливает его низкую реакционную способность. Однако, несмотря на это, азот образует множество различных соединений, в том числе и с кислородом. Так, N2O – оксид диазота относительно инертен, но при нагревании разлагается на N₂ и О₂. Монооксид азота – NO мгновенно реагирует с озоном по реакции:

2NO + O₃ = 2NO₂

Молекула NO – парамагнитна. Электрон п-орбитали легко отщепляется с образованием нитрозоний-катиона NO⁺, связь в котором упрочняется. Диоксид азота NO₂ очень токсичен, при взаимодействии с водой образует сильную азотную кислоту

2NO₂ + H₂O = HNO₃ + HNO₂

В естественных условиях образование рассмотренных нами оксидов азота происходит при грозовых разрядах и в результате деятельности азотфиксирующих и разлагающих белок бактерий.

Применение азотных удобрений (нитратов, аммиака) приводит к увеличению в атмосфере количества оксидов азота бактериального происхождения. Доля природных процессов в образовании оксидов азота оценивается в 50 %.

Большое влияние на состав атмосферы, особенно в верхних слоях (выше иропосферы), оказывают космические и солнечное излучение и испускаемые частицы высоких энергий.

Оксиды серы SO₂, выбрасываемые в атмосферу вместе с выхлопными газами работающих двигателей внутреннего сгорания, химическими, металлургическими и другими предприятиями. Соединяются с атмосферной влагой и образуют кислотные дожди, губительно влияющие на живые организмы.

Оксиды азота NO² и фреоновые соединения попадают в атмосферу на большую высоту в результате вертикального перемещения воздуха и разрушают озоновый слой, который является защитным экраном живых организмов от ультрафиолетовых лучей. Систематическое сжигание огромного количества минерального топлива повысило содержание углекислого газа СО2 в атмосфере промышленных центров и городов до 0,034 %. Дальнейшее увеличение количества углекислого газа в атмосфере, по мнению ученых, приведет к усилении. Парникового эффекта и повышению температуры воздуха в масштабе всей планеты.

В настоящее время особенно опасно загрязнение атмосферы в районах крупных городов и промышленных центров. Здесь иногда формируется смог – устойчивые воздушные массы о опасной для здоровья и жизни людей концентрацией ядовитых газов, пыли и аэрозольных частиц. Во всем цивилизованном мире, особенно в развитых странах, проводится строгий контроль состояния природной окружающей среды. С целью улучшения охраны атмосферного воздуха стараются использовать новейшие достижения науки и техники, совершенствуются технологические процессы и внедряется безотходная технология на предприятиях, устанавливаются фильтры с целью сокращения выбросов вредных веществ в окружающую среду и очистки отходящих газов от примесей, в том числе пыли и сажи. Но все же вредные выбросы в атмосферу очень велики, особенно выбросы в атмосферу природного газа и попутных нефтяных газов при добыче полезных ископаемых, автомобильного транспорта в результате сгорания автомобильного топлива, вредные выбросы металлургических, химических и других предприятий, тепловых электростанций, заводов по производству цемента и извести и т.д.