空気には何が含まれる？その成分や割合を周期表マニアの科学館職員がわかりやすく解説！

ライター／たかはし　ふみか

高校は化学部、大学は工学部化学系、元素周期表マニアのリケジョ。大学受験の勉強では記述対策のため、よく化学用語辞典や学習参考書を読んでいた。赤ちゃんから中学生、高校生、保護者と子供から大人にまで喜んでほしいと化学実験ショーの研究に明け暮れている。

空気ってなんだ？何が含まれる？

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皆さんの周りにある空気。空気を知らない人はいないでしょう。ではその定義を気にしたことはありますか？

空気をコトバンクで調べると、次のようにか書かれています、

地球を包む大気の下層部分を構成している無色透明な気体をいう。大気は地上約1000キロメートルまで存在するといわれ、その最下部の対流圏（地上から約10～17キロメートル）、その上の成層圏（地上約48キロメートルまで）までは、いわゆる空気とよんで、地上から高くなるにつれて密度は減少していくが、その組成は変わらない。

空気は歴史的に生成されたもので、空気がなければ、地表は太陽の激しい光、熱、宇宙線、宇宙塵(じん)などに直接さらされることになり、また炭酸同化も呼吸も窒素固定も行われず、生物は存在することもできない。さらに空中を音が伝わらず、物が燃えることもなく、大気圧や風や雨も存在しない。

空気という物質はありません。空気は混合気体で、つまりいろいろな物質が混ざったもので主成分は窒素です。そして空気のほとんどは窒素と酸素になります。

乾燥空気の組成はこちらです。

空気の体積割合

窒素　78.084

酸素　20.9476

アルゴン　0.93

二酸化炭素　0.0314

その他　ネオン、ヘリウム、クリプトン、キセノン、水素、メタン

単体、化合物、混合物の定義はこちらで。

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気体についてはこちらの記事もどうぞ。

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空気を構成する気体

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空気を構成する物質を紹介します。

空気の主成分窒素

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空気の8割は窒素N₂です。常温では気体の窒素ですが-196℃まで冷やすと液体となります。これが実験の冷却剤やショーの演出として使われる液体窒素です。

分子式　N₂

分子量　28.01

沸点　-195.79

液体窒素は急激にものを凍らせることができ、例えば果物も一瞬で凍らせてしまいます。ただし、体にかかると凍傷などになる可能性があり大変危険です。また液体窒素は気体になると一気に体積が大きくなり、狭い空間でこぼすと一気に蒸発して充満してしまい窒息する恐れがあります。そのため、液体窒素を使う研究者や学生の間では液体窒素を運ぶときは同じエレベーターに乗らないのが常識です。また容器中に密閉すると液体から気体に戻った時に破裂してしまうことも。

窒素はその名の通り窒息してしまう気体です。そのため有毒空気、駄目な空気と呼ばれていたこともあります。日本の窒素という名前は、ドイツ語の窒素が窒息させる物質という意味でStickstoffと名付けられたのを訳したものです。取り扱い注意な窒素ですが、アミノ酸などとして生物の体に欠かせない元素でもあります。

生命に欠かせない酸素

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酸素は常温常圧で無色無臭の気体です。宇宙で水素（H）、ヘリウム(He)に続く3番目に多い酸素、地殻中では最も多い元素になります。これは地殻を構成しているのが石英（SiO₂）ためです。ちないに地殻に存在する元素は多い方から順に酸素（O）、ケイ素（Si）、アルミニウム（Al）、鉄（Fe）の順となっているので覚えておきましょう。

酸素は医療現場では安定した呼吸を促すために、工業や実験では酸化剤や燃焼剤として使われています。またスキューバダイビングをしたことのある人は酸素ボンベを実際にしょったことがあるかもしれませんね。