우리가 생존하는 데 꼭 필요한 공기
이 공기의 성분을 보면 질소가 78% 산소가 21% 정도로 구성되어 있다.
공기중에 왜 산소가 21% 정도이고 질소가 78% 정도
일까? 산소가 더 많으면 어떨까? 아니면 왜 다른 성분은 적은 것일까?
만약 공기중에 수소가 더 많다면 지구는 불덩이가
되었을 것이고 산소가 더 많았다면 반대로 식물이나 다른 것이 오래 살지 못했을 것이다. 왜 그럴까?
공기중에 다행히 질소가 많이 있다. 질소는 음식물이나 어떤 물질이 쉽게 부패 하는것을 막아 주는 역할을 한다. 즉 어떤 물질을 어느 정도 신선도를 유지할수 있게 하는것이다.
만약 산소가 더 많고 질소가 적다면 부러진 나뭇가지나 상처난 풀이나 잎들이 쉽게 썩어 버렸을 것이다. 이런 작용을 막아 주는 역할을 하는것이 질소다.
우리가 먹는 과자봉지속에도 질소를 주입하기도 한다.
부패하는것을 막아 주기 때문이다. 이 지구의 공기는 이런 묘한 비율로 만들어져 있어 생물이 살아갈수 있는것이다.
공기중에 질소가 없었다면 생물 그 자체가 존재 하지 못했을 것이다. 작은 상처에도 부패가 되어 버렸을 테니 말이다.
그러면 인간은 존재 하지 못했다. 번식자체를 할수 없었기 때문이다. 이런 공기의 성분을 보니 이 지구의 신비가 새삼 더 느껴지게 한다.
공기의 성분비율
1. 질소 : 78.084%
2. 산소 : 20.946%
3. 아르곤 : 0.934%
4. 네온 : 0.0018%
5. 헬륨 : 0.000524%
6. 메탄 : 0.0002%
7. 크립톤 : 0.000114%
8. 수소 : 0.00005%
9. 산화질소 : 0.00005%
10. 크세논 : 0.0000087%
● 산소가 모자랄 경우
대부분의 지구상의 생명체는 산소를 유기물 분해에 사용해서 에너지를 만들기 때문에 부족하거나 없다면 죽게 된다. 게다가 생명을 유지할 수 있는 시간도 매우 짧다.[7] 인간의 경우도 식량 없이 1달 이상, 물이 없어도 3일 가량은 생존이 가능하지만, 산소가 없으면 불과 몇 분 이내로 시체가 된다.
기본적으로 고도가 높아질수록 공기의 양은 적어지기에, 높은 곳에서는 평소와는 다른 호흡법으로 보다 많은 산소를 섭취하고 많은 물을 마셔야 하며, 너무 과도한 움직임은 사람을 산소부족에 빠트릴 수 있으므로 주의해야 한다. 고산 지대에 살고 있는 사람들은 이런 산소 부족 현상을 해결하기 위해 평지에 사는 사람들보다 더 많은 적혈구를 가지도록(혹은 더 많은 산소를 흡입할 수 있도록) 최적화되었다.
● 산소가 과잉할 경우
하지만 산소가 너무 많아도 문제가 심각해진다. 공기 중 산소의 압력과 농도가 너무 높아지면 산소가 혈장에 직접 녹아들어가게 되고, 세포가 혈장에 녹은 산소를 쓰면 적혈구의 헤모글로빈은 계속 산소 포화상태를 유지하기 때문에 생명활동의 부산물인 이산화탄소를 달고 빠져나갈 수가 없어, 체내에 축적된 이산화탄소가 혈장에 녹아 탄산화하면서 혈액을 급격히 산성으로 만들며 각 장기에 악영향을 끼치는데, 이를 산소 중독이라한다.
게다가 산소는 연소(불태워버린다)와 깊은 관계가 있다. 당장 연소란 것은 산소와 그 물질의 구성분자가 화학반응을 일으킨다는 것이다.
예를 들어 메탄을 연소시킬경우
CH4 + 2O2 -> CO2 + 2H2O
따라서 공기 중 산소 비중이 높아질수록 무언가가 산화될 확률도 높아지게 된다. 단순한 말이지만 실로 무서운 의미를 담고 있는데, 산소가 충분하면 산화할 수 있는 모든 물질이 폭발적인 연소가 가능하다는 이야기다. 한마디로 말해 산소가 과잉하면 여러분이 생각할 수 있는 모든 물건에 간단한 전기 스파크나 가열만 주어지더라도 불바다가 된다는 이야기. 심지어 철 같이 평소에는 산화하더라도 녹 스는 데서 그치는 물건도 불탄다. 당장 강철파이프 내부에 용접봉을 채워넣고 산소를 불어넣기 시작한 다음 불을 붙이면 횃불이 된다.[10] 산소가 생명을 유지하는 데 꼭 필요한 물질이라는 것은 1기압의 대기중에 0.2기압만큼 섞여 있는 그 산소가 그렇다는 것이지, 순수한 산소는 독극물로 분류된다.
아폴로 계획의 아폴로 1호에서 사상자가 발생한 이유도 바로 순산소 때문에 전기가 통하는 전선 피복이 약간 벗겨진 사소한 문제가 바로 대화재로 연결되었기 때문이다. 다만 용광로 같은 극단적인 상황에서는 순산소 환경으로도 모자라 아예 액체 산소를 들이붓는다니...
하지만, 모든 물질은 연소범위가 정해져있기 때문에 오히려 과잉산소공급이 소화효과가 될 수 있다. 대체적으로 5~80퍼 정도의 산소농도의 연소범위가 위험한 물질들(아세틸렌, 수소가스 등)로 분류하기에 산소농도 100퍼는 오히려 연소가 일어날 가능성이 없다.
단, 플루오린과 만나면 산소가 오히려 산화된다.