공기의 조성: 지구 대기 속 기체의 비율(%)

차트가 보여 주는 것

질소(N₂)는 건조 공기의 78.084%, 산소(O₂)는 20.946%를 차지하여 둘을 합치면 약 99%입니다. 아르곤(Ar)이 0.934%로 나머지 거의 전부입니다. 이산화 탄소는 약 0.042%, 즉 420 ppm(parts per million)이고 네온, 헬륨, 메테인, 크립톤, 수소는 미량만 있습니다.

백분율 읽는 법

값은 부피 백분율입니다. 기체의 부피 백분율은 몰 백분율과 같습니다. 같은 온도와 압력에서 같은 부피의 기체에는 같은 수의 분자가 들어 있기 때문입니다. 이 수치는 건조 공기 기준이며, 실제 공기에는 거의 0%에서 약 4%까지의 수증기도 들어 있어 다른 백분율을 조금 낮춥니다.

조성이 중요한 이유

산소는 호흡과 연소를 돕고 질소는 이를 희석합니다. 순수한 산소에서는 불이 훨씬 격렬하게 탑니다. 아르곤은 반응성이 없어 용접할 때 금속을 보호합니다. 암석 속 칼륨-40이 서서히 아르곤-40으로 붕괴하기 때문에 아르곤이 흔합니다.

이산화 탄소와 메테인은 작은 비율에 불과하지만 열을 가두는 온실 기체이며, 이산화 탄소는 주로 화석 연료를 태우는 탓에 매년 약 2~3 ppm씩 늘고 있습니다. 산업에서는 공기를 액체가 될 때까지 냉각한 뒤 증류하여 질소, 산소, 아르곤을 분리합니다.

풀이 예시

돌턴의 법칙에 따르면 각 기체는 자기 비율만큼 전체 압력에 기여합니다. 해수면 압력 101.325 kPa에서 산소의 분압은 0.20946 × 101.325 kPa = 21.22 kPa입니다. 마찬가지로 건조 공기 10.0 L에는 질소 약 7.81 L, 산소 2.09 L, 아르곤 0.0934 L가 들어 있습니다.