Aria

Simbolo alchemico utilizzato per indicare l'aria.

L'aria è la miscela di aeriformi (gas e vapori) costituente l'atmosfera terrestre.

In un contesto non scientifico, l'aria è uno dei quattro elementi "classici" (aria, acqua, terra, fuoco).

Etimologia

Il termine "aria" deriva dal latino aer e dal greco ἀήρ, probabilmente correlato da una radice awer-. La parola è associata nelle varie lingue indoeuropee al vento, la luce e il cielo.

Composizione dell'aria

L'aria secca al suolo è composta all'incirca per il 78% V/V di azoto, per il 21% V/V di ossigeno, per lo 0,9% V/V di argon e per lo 0,04% V/V di anidride carbonica, più altri componenti in quantità minori.

L'aria cosiddetta aria umida può contenere fino a un 7% di vapore acqueo; tale percentuale dipende dal tasso di umidità relativa dell'aria e dalla temperatura ed è limitata dalla pressione di vapore saturo dell'acqua. La massima percentuale contenibile dipende dalla temperatura, varia da valori prossimi allo 0% (per una temperatura pari a -40 °C), a circa 0,5% (a 0 °C), fino al 5-7% (intorno ai 40 °C).

Il tasso di diossido di carbonio (anidride carbonica) risulta molto variabile negli ultimi tempi. In particolare le attività umane (industria, inquinamento, combustione, deforestazione, ecc.) hanno prodotto nell'ultimo secolo un grosso incremento di questa percentuale, passata da circa 280 ppm nel 1900 a 315 ppm nel 1970 e a 350 ppm (0,035%) negli ultimi anni. La concentrazione di tale componente sembra essere (insieme a quella del metano ed altri gas) uno dei responsabili principali dell'effetto serra.

Infine, mentre la pressione dell'aria cambia fortemente con l'altitudine (si riduce a 1/2 a circa 5.500 m, a 1/10 a 16.000 m e a 1/100 a 32.000 m), la composizione percentuale dei principali costituenti (azoto, ossigeno e gas rari) non subisce variazioni fino a 80-100 km. Questo perché esistono turbolenze su larga scala che ne provocano un continuo rimescolamento. Al di sopra di tale quota la radiazione solare provoca una dissociazione dei gas, che passano dallo stato molecolare a quello atomico, e varie reazioni chimiche fanno variare considerevolmente la sua composizione.

Composizione dell'atmosfera terrestre

Composizione dell'aria secca
Nome	Formula	Proporzione o frazione molare	% (m/m)
Azoto	N2	78,08 %	75,37 %
Ossigeno	O2	20,95 %	23,1 %
Argon	Ar	0,934 %	1,41 %
Diossido di carbonio	CO2	394 ppm (gennaio 2013)
Neon	Ne	18,18 ppm
Elio	He	5,24 ppm
Monossido di azoto	NO	5 ppm
Kripton	Kr	1,14 ppm
Metano	CH4	1 / 2 ppm
Idrogeno	H2	0,5 ppm
Ossido di diazoto	N2O	0,5 ppm
Xeno	Xe	0,087 ppm
Diossido di azoto	NO2	0,02 ppm
Ozono	O3	da 0 a 0,01 ppm
Radon	Rn	6,0×10-14 ppm

Indice di rifrazione dell'aria

L'espressione per l'indice di rifrazione dell'aria alle condizioni standard è:

$n_s = 1 + 643{,}28\cdot 10^{-7} + \frac{294981\cdot 10^{-7}}{(146 - \sigma^2)} + \frac{2554\cdot 10^{-7}}{(41 - \sigma^2)}$

dove sigma è il reciproco della lunghezza d'onda in nanometri, ed è valida per aria secca con 0.03% di anidride carbonica ad una pressione di 101325 Pa e temperatura di 15 °C.

Esistono delle formule di correzione per ottenere l'indice di rifrazione a diverse temperature o pressioni.

Caratteristiche e proprietà fisiche dell'aria

• Rapporto tra i calori specifici c_p/c_v = 1,4
• Calore specifico a pressione costante c_p= 1005 J / (kg × K)
• Costante specifica dell'aria secca $R* = 287{,}05 \frac{\mbox{J}}{\mbox{kg} \, \mbox{K}}$
• Massa molare media = ${N_2\;78% + O_2\;21% + Ar\;1% + X\;1%} = 21,84 + 6,72 + 0,40 + 0,50 = 29,46\ g/mol$
• Temperatura critica = -140,6 °C
• Pressione critica = 3769,290 kPa

Proprietà fisiche dell'aria in funzione della temperatura

Temperatura (°C)	Densità $\rho$ (kg/m³)	Viscosità dinamica $\mu$ (Pa·s)	Viscosità cinematica $\nu=\frac{\mu}{\rho}$ (m2/s)
0	1,293	1,71×10−5	1,32×10−5
10	1,247	1,76×10−5	1,41×10−5
15	1,225	1,78×10−5	1,45×10−5
20	1,205	1,81×10−5	1,50×10−5
30	1,165	1,86×10−5	1,60×10−5
40	1,127	1,90×10−5	1,69×10−5
60	1,060	2,00×10−5	1,88×10−5
80	1,000	2,09×10−5	2,09×10−5
100	0,946	2,18×10−5	2,30×10−5

Frazionamento dell'aria

Per approfondire, vedi Frazionamento dell'aria.

Voci correlate

• Gas
• Fluido
• Aeriforme
• Aerodinamica
• Pressione atmosferica
• Temperatura dell'aria
• Atmosfera Standard Internazionale ICAO
• Aria compressa

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