L'air est un mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est normalement incolore, invisible et inodore.

Composition de l'air

L'air sec au voisinage du sol est un mélange gazeux homogène. Il est approximativement composé en fraction molaire ou en volume de :

78,08 % de diazote ;

20,95 % de dioxygène ;

moins de 1 % d'autres gaz dont : les gaz rares principalement de l'argon 0,93 %, mais aussi du néon 0,0018 % (18 ppmv), du krypton 0,00012 % (1,1 ppmv), du xénon 0,00009 % (0,9 ppmv) ; le dioxyde de carbone 0,0400 % (400 ppmv) ; le méthane 0,000172 % (1,72 ppmv).

les gaz rares principalement de l'argon 0,93 %, mais aussi du néon 0,0018 % (18 ppmv), du krypton 0,00012 % (1,1 ppmv), du xénon 0,00009 % (0,9 ppmv) ;

le dioxyde de carbone 0,0400 % (400 ppmv) ;

le méthane 0,000172 % (1,72 ppmv).

Il contient aussi des traces de dihydrogène 0,000072 % (0,72 ppmv), mais aussi d'ozone, ainsi qu'une présence infime de radon. Il peut aussi contenir du dioxyde de soufre, des oxydes d'azote, de fines substances en suspension sous forme d'aérosol, des poussières et des micro-organismes.

La plupart du temps, l'air de l'environnement terrestre est humide car il contient de la vapeur d'eau. Au voisinage du sol, la quantité de vapeur d'eau est très variable. Elle dépend des conditions climatiques, et en particulier de la température. La pression partielle de vapeur d'eau dans l'air est limitée par sa pression de vapeur saturante qui varie fortement avec la température :

Le pourcentage de vapeur d'eau présent dans l'air est mesuré par le taux d'hygrométrie, élément important pour les prévisions météorologiques. On parle alors d'humidité absolue, mesurée aussi en unité de masse par volume. L'humidité relative est le pourcentage de la pression partielle de vapeur d'eau par rapport à la pression de vapeur saturante.

Le taux de dioxyde de carbone varie avec le temps. D'une part, il subit une variation annuelle d'environ 6,5 ppmv (partie par million en volume) d'amplitude. D'autre part, le taux moyen annuel augmente de 1,2 à 1,4 ppmv par an. De l'ordre de 384 ppmv (0,0384 %) à mi-2008, il était de 278 ppmv avant la révolution industrielle, de 315 ppmv en 1958, de 330 ppmv en 1974 et de 353 ppmv en 1990. On pense que ce gaz à effet de serre joue un rôle important dans le réchauffement climatique de la planète.

Le méthane est un autre gaz à effet de serre majeur dont le taux augmente avec le temps : 800 mm/m (0,8 ppmv) à l'époque préindustrielle, 1 585 mm/m en 1985, 1 663 mm/m en 1992 et 1 676 mm/m en 1996.

Jusqu'à environ 80 km d'altitude, la composition de l'air est assez homogène, la seule variation remarquable est celle du taux de la vapeur d'eau lié à la température.

Composition de l'air sec Nom Formule Proportion Diazote N2 78,08 %mol Dioxygène O2 20,95 %mol Argon Ar 0,934 %mol Dioxyde de carbone CO2 0,04 %mol (400 ppmv) Néon Ne 18,18 ppmv Hélium He 5,24 ppmv Monoxyde d'azote NO 5 ppmv Krypton Kr 1,14 ppmv Méthane CH4 1,7 ppmv Dihydrogène H2 0,5 ppmv Protoxyde d'azote N2O 0,5 ppmv Xénon Xe 0,087 ppmv Dioxyde d'azote NO2 0,02 ppmv Ozone O3 0–0,01 ppmv Radon Rn 6,0×10 ppmv

Les proportions massiques peuvent être évaluées approximativement en multipliant les proportions volumiques par le rapport de la masse molaire du gaz considéré divisé par la masse molaire de l'air soit 28,976 g⋅mol, par exemple dans le cas du CO₂. Ce rapport n'est pas négligeable puisqu'il vaut 44/28,976 = 1,52 d'où la teneur massique en CO₂ dans l'air égale à 382×1,52 = 580 ppmm.

Masse volumique

L'air étant un gaz compressible, sa masse volumique (en kg/m) est fonction de la pression, de la température et du taux d'humidité.

Pour de l'air sec sous pression atmosphérique normale (1013,25 hPa) :

On prend généralement 1,293 kg/m à 0 °C et 1,204 kg/m à 20 °C.

Ceci est généralisé (formule des gaz parfaits) en : (avec T en kelvins et P en pascals selon les conventions SI). Pour une température θ en degrés Celsius, la température T en kelvin est obtenue en ajoutant 273,15 à θ : T(K) = θ(°C) + 273,15.

Potentiel de réchauffement global

Le potentiel de réchauffement global (PRG, GWP Global Warming Potential en anglais) ou équivalent CO2 permet de mesurer la « nocivité » de chaque gaz à effet de serre.

Le tableau suivant donne la valeur du PRG pour les principaux gaz à effet de serre présents dans l'air :

PRG 1 (référence) 8 23 310 de 1300 à 1400 de 6200 à 7100 6500 22800 gaz dioxyde de carbone vapeur d'eau méthane protoxyde d'azote (N2O) chlorodifluorométhane (HCFC) dichlorodifluorométhane (CFC) tétrafluorure de carbone (CF4) hexafluorure de soufre (SF6).

L'indice de réfraction de l'air

L'expression pour l'indice de réfraction d'air « aux conditions standard » est :

où est la longueur d'onde exprimée en nanomètres (nm), là où est la réciproque de la longueur d'onde en micromètres.

C'est pour l'air sec avec 0,03 % de dioxyde de carbone, à une pression de 101 325 Pa (760 millimètres de mercure) et d'une température de 288,15 kelvin (15 °C).

Pour modifier l'indice « n_s » pour une température différente ou pression, en utilisant l'une ou l'autre des expressions suivantes :

avec :

T, température en kelvins

p, pression en pascals

Ts, 288,15 K

ps, 101 325 Pa

ns, indice de réfraction d'air donné ci-dessus

ou :

avec :

T, température en degrés Celsius

Ts, 15 °C

p, pression en mm du mercure

ps, 760 mm

, 0,00366

, (1,049 - 0,015*T)*1.e-6

, 8,13e-7

ns, indice de réfraction d'air donné ci-dessus

Propriétés thermophysiques

D'après les tables publiées par Frank M. White, "Heat and Mass transfer", Addison-Wesley, 1988.

avec :

T, température en kelvins;

ρ, masse volumique;

μ, viscosité dynamique;

ν, viscosité cinématique;

Cp, chaleur massique à pression constante;

λ, conductivité thermique;

a, diffusivité thermique;

Pr, nombre de Prandtl.

Source : informations du site Chemical Professionals.

La relation entre la température et la conductivité thermique de l'air, valable pour une température comprise entre 100 et 1 600 K est la suivante  :

Où

: Température en kelvins

: Conductivité thermique en

La relation entre la viscosité dynamique de l'air et la température est :

Où

: Température en kelvins

: viscosité dynamique en

La relation entre la viscosité cinématique de l'air et la température est :

Où

: Température en kelvins

: viscosité cinématique en

D'après les informations de WPI , la relation entre chaleur spécifique de l'air et la température est la suivante :

Où :

: Température en kelvins

: Chaleur spécifique en J⋅kg⋅K

Pression

Du fait de la diminution de la pression de l'air avec l'altitude, il est nécessaire de pressuriser les cabines des avions et autres aéronefs. En pratique, la pression imposée dans les cabines est supérieure à la pression extérieure, bien que moindre que la pression au niveau du sol.

De l'air comprimé est également utilisé dans la plongée sous-marine.

Liquéfaction de l'air

L'air est formé de différents gaz et ceux-ci, si l'on les refroidit suffisamment, finissent par passer à l'état liquide, puis à l'état solide. Par exemple, l'oxygène devient solide à la température de −218 °C, l'azote se liquéfie à −195 °C. À la température de −270 °C (environ 3 kelvins), tous les gaz sauf l'hélium sont alors solides et on obtient de « l'air congelé »… L'air n'a pu être liquéfié avant que ne soient connues les pressions et températures critiques qui marquent les limites théoriques au-delà desquelles un composé ne peut exister qu'à l'état gazeux. L'air étant un mélange, ces valeurs n'ont pas de sens strict, mais, en fait, à une température supérieure à −140 °C, l'air n'est plus liquéfiable.

Les premières gouttes d'air liquide ont été obtenues presque simultanément par Louis Paul Cailletet et Raoul Pierre Pictet en 1877, par détente brutale entre 300 et 1 atmosphère.

En 1894, le physicien néerlandais Heike Kamerlingh Onnes mit au point la première installation d’air liquide. Pendant les quarante années qui suivirent, des chercheurs en France, Grande-Bretagne, Allemagne et Russie apportèrent de nombreuses améliorations au procédé. Sir James Dewar, liquéfia d’abord l’hydrogène, en 1898, et Kamerlingh Onnes l’hélium, le gaz le plus difficile à liquéfier, en 1908. Indépendamment de Carl von Linde, Georges Claude met au point dès 1902 un procédé industriel de liquéfaction de l’air.

Symbolique

Dans un domaine non scientifique, l'air est l'un des quatre éléments (avec le feu, l'eau et la terre) que l'on considérait autrefois (et que l'on considère encore dans certaines cultures) comme les substances sur lesquelles serait basée toute la vie. Il est le symbole de l'Esprit.

L'air est également souvent associé à différents autres concepts tels que la famille des épées dans les jeux de tarot.

空气是指地球大气层中的气体混合。它主要由78%的氮气、21%氧气、还有1%的稀有气体和杂质组成的混合物。空气的成分不是固定的，随着高度的改变、气压的改变，空气的组成比例也会改变。但是长期以来人们一直认为空气是一种单一的物质，直到后来法国科学家拉瓦锡通过实验首先得出了空气是由氧气和氮气组成的结论。19世纪末，科学家们又通过大量的实验发现，空气里还有氦、氩、氙等稀有气体。

在自然状态下空气是无味无臭的。

空气中的氧气对于所有需氧生物来说是必须的。所有动物需要呼吸氧气。此外植物利用空气中的二氧化碳进行光合作用，二氧化碳是近乎所有植物的唯一的碳的来源。

成分

氟仿

过氧乙酰硝酸酯

二氧化氯

氮氧化物

二氧化硫

氡

汞

物理特性

= 1.005 kJ/(kg K) = 0.279 kWh/(Tonne K)（等压过程）

= 0.718 kJ/(kg K) = 0.199 kWh/(Tonne K)（等容过程）

空气污染和保护

空气污染是对空气的环境污染，它是通过烟、灰尘、雾、蒸气、气溶胶和有味物质对自然的空气成分造成的变化。 部分微小颗粒，统称为PM10、PM2.5等。 在过去数年中在发达国家的空气污染情况有所好转，同时对温室气体的释放在这些国家里依然不断上升。在第三世界和工业化国家（如**）中空气污染依然是一个非常严重的问题。

文化意义

古希腊哲学中的四元素说将空气列为世界万物的基本组成部分之一。与空气相应的正多面体是正八面体。