1. 空气及其组成气体的性质

空气是一种多组分混合气体，主要包含氧、氮、氩、二氧化碳，以及微量的稀有气体（氖、氦、氪、氙）、甲烷和其他碳氢化合物、氢、臭氧等。此外，空气中还含有少量不定的水蒸气和灰尘。

在地球表面，干燥空气的组成如表7-2所示。若不考虑水蒸气、二氧化碳和各种碳氢化合物，地面至100km高空的空气平均组成保持恒定值。在25km高空，臭氧含量有所增加。更高的高空，空气的组成随高度变化，且明显地与每天的时间及太阳活动有关。

常温下，空气是无色无味的气体，液态空气则是一种易流动的浅黄色液体。一般当空气被液化时，二氧化碳已经清除掉，因此液态空气的组成是20.95%氧、78.12%氮和0.93%氩，其他组分含量甚微，可以忽略不计。

空气作为混合气体，在定压下冷凝时温度连续降低。如在标准大气压（101.3KPa）下，空气于81.7K（露点）开始冷凝，温度降低到78.9K（泡点）时全部转变为饱和液体。这是由于高沸点组分（氧、氩）开始冷凝较多，而低沸点组分（氮）到过程终了才较多地冷凝。

2. 氮和氧

氮是一种无色无味的气体，比空气稍轻，难溶于水。因氮的化学性质不活泼，在通常情况下很难与其他元素直接化合，故可用作保护气体；但在高温下，氮能够同氢、氧及某些金属发生化学反应。氮无毒，又不能磁化，其沸点比空气低，因此液氮是低温研究中最常用的安全冷却剂，但需当心窒息。液氮也用于氢、氦液化装置中，作为预冷。液氮应小心储存，避免与碳氢化合物长时间接触，以防止碳氢化合物过量溶于其中而引起爆炸。

液氮的蒸发温度为77.36K。在标准大气压下，液氮冷却到63.2K时转变成无色透明的结晶体。液氮的沸点和凝固点之间的温差不到15K，因而在用真空泵减压时容易使其固化。因固态氮的密度比液氮大，所以沉降在底部。在大约35.6K时，固态氮产生同素异形转变，并伴随比热容的增大。转化热约为8.2KJ/kg。

氧是一种无色无味的气体，标准状态下的密度是1.430Kg/m3，比空气略重。氧较难溶解于水。氧的化学性质非常活泼，它能与很多物质（单质和化合物）发生化学反应，同时放出热量；反应剧烈时还会燃烧发光。

在标准大气压下，氧在90.188K时变为易于流动的淡蓝色液体；在54.4K时凝固成淡蓝色的固体结晶。液氧和固态氧的淡蓝色是含有少量的氧聚合物O4而引起的。

尽管氧的沸点比氮几乎高13K，但它的凝固点却比氮低约9K。固态氧的密度大，因此在液氧中下沉。在43.80K和23.89K时，固态氧发生同素异形转变，并伴随有转化热。在40.80K时转化热超过熔化热，约为23.2KJ/Kg；在23.89K时转化热只有2.93KJ/Kg。

氧与其他大多数气体的显著不同在于具有强的顺磁性，且某些气态的氧化合物（如一氧化氮）也有顺磁性。氧的这一特性已被利用来制作氧磁性分析仪，根据磁化率的变化可以测出抗磁性气体混合物中所含微量氧的浓度。

由于氧的化学活性很强，是一种强氧化剂，所以氧与碳氢化合物混合是很危险的，液氧中存在碳氢化合物晶体已不止一次引起过严重的爆炸事故。因此，液氧必须严格避免与各种油脂、润滑油、炭、木材、沥青、纺织物品接触。

3. 氩、氖、氪和氙

空气中含有氩、氖、氦、氪、氙等稀有气体。氩是一种无色无味的气体；不燃烧，也不助燃；化学性质很稳定，一般状态下不生成化合物，没有毒性。

空气的物理性质

1. 温度

温度是描述空气冷热程度的物理量，主要有三种标定方法：摄氏温标、华氏温标和绝对温标（又称热力学温标或开氏温标）。

2. 压力

空气的压力就是当地的大气压，用符号p表示。常用单位有国际单位帕（Pa）；工程单位kPa；液柱高单位毫米汞柱高和毫米水柱高。

3. 湿度

空气湿度是指空气中含水蒸气量的多少，有以下几种表示方法：

（1）绝对湿度。即每立方米空气中含有水蒸气的质量，用符号γZ表示，单位为kg/m3。如果在某一温度下，空气中水蒸气的含量达到了最大值，此时的绝对湿度称为饱和空气的绝对湿度，用γB表示。

（2）相对湿度。为了能准确说明空气中的干湿程度，在空调中采用了相对湿度这个参数，它是空气的绝对湿度γZ与同温度下饱和空气的绝对湿度γB的比值，用符号φ表示。

4. 比焓

空气的焓值是指空气中含有的总热量，通常以干空气的单位质量为基准，称作比焓，工程上简称焓。因此，空气的比焓是指1kg干空气的焓和与它相对应的水蒸气的焓的总和，用符号h表示，单位是kJ/kg。

5. 密度和比容

空气的密度是指每立方米空气中干空气的质量与水蒸气的质量之和，用ρ表示，单位为kg/m3。空气的比容是指单位质量的空气所占有的容积，用符号ν表示，单位为m3/kg。因此，空气的密度与比容互为倒数关系。