Ar atmosférico é um fluido constituído por vários gases que formam uma
capa ao redor da Terra. Até uma altitude de aproximadamente cem
quilômetros sua composição é constante, devido a fenômenos de
turbulência e convecção que dão origem a correntes de ar. Esses
fenômenos se devem a diferenças de temperatura entre as diversas camadas
atmosféricas; o ar quente, menos denso, tende a subir, enquanto o ar
frio ocupa as camadas inferiores. Em altitudes superiores a cem
quilômetros, verifica-se a presença maior de gases mais leves, como o
hélio e o hidrogênio, já que possuem tendência a escapar do campo
gravitacional terrestre.
Por ser o ar imprescindível a processos biológicos básicos como a respiração e a combustão, os filósofos da antiga Grécia elaboraram diversas teorias que o situavam como essência da matéria, tanto a inanimada quanto a animada.
Composição do ar
O gás encontrado em maior proporção no ar atmosférico é o nitrogênio molecular, que constitui cerca de 78% de seu volume total, na proporção aproximada de uma molécula de oxigênio para cada quatro de nitrogênio. Em quantidades inferiores são encontrados argônio, neônio, hélio, dióxido de carbono, metano, criptônio, hidrogênio, xenônio, ozônio, óxidos nitrosos e dióxido de enxofre. Além desses gases, podem estar presentes impurezas em suspensão, tais como vapor d'água e partículas de poeira ou microrganismos. A percentagem de vapor d'água varia de 0 a 7%, e constitui um fator fundamental para a meteorologia, já que é a fonte de qualquer tipo de precipitação (chuva, neve etc.) e desempenha papel determinante na absorção de radiações infravermelhas, nocivas para os seres vivos. Alguns gases encontrados em quantidades residuais são igualmente necessários para os seres vivos, como é o caso do ozônio e do dióxido de carbono. O ozônio atua na ionosfera como filtro das radiações ultravioleta de comprimentos de onda inferiores a 300 micrômetros (1 micrômetro = 10-6 metros), letais para a vida. O dióxido de carbono, por sua vez, é utilizado pelas plantas na fotossíntese, processo que converte esse composto e a água em matéria orgânica, em presença da luz solar. O fenômeno constitui o primeiro passo da cadeia alimentar dos seres vivos.O ar e os ciclos de nitrogênio, oxigênio e dióxido de carbono. A constância da composição do ar não significa ausência de processos de produção e eliminação de alguns dos diferentes gases que o constituem, mas sim que existe um equilíbrio estável, mantido por meio de ciclos, fundamentalmente biológicos. Neles são utilizadas e liberadas quantidades equivalentes de alguns dos componentes do ar. O nitrogênio atmosférico é usado pelas bactérias nitrificantes, localizadas nas raízes de certas leguminosas, e convertido em compostos orgânicos nitrogenados, que, por sua vez, são transformados em nitritos e nitratos, dos quais o nitrogênio é novamente liberado para a atmosfera pela ação de microrganismos. Outro possível mecanismo de formação de nitratos a partir do nitrogênio atmosférico é aquele desencadeado pelas descargas elétricas produzidas durante as tempestades.
Os ciclos de oxigênio e de dióxido de carbono estão estreitamente vinculados. O oxigênio liberado durante a fotossíntese é consumido nos processos de respiração, fermentação e combustão. Já esses três processos liberam dióxido de carbono, utilizado pelas plantas durante a fotossíntese.
Evolução do conhecimento do ar
O início do estudo do ar remonta à Grécia clássica. No século VI a.C., Anaxímenes de Mileto classificou-o como um dos fundamentos da matéria inerte e dos seres vivos. No século XVIII, o alquimista Jan Baptista van Helmont estudou o dióxido de carbono, o metano e o hidrogênio, descobrindo que parte do ar é consumido durante o processo de combustão. Na segunda metade do mesmo século, Robert Boyle demonstrou que esse gás também era consumido durante os processos de respiração e calcinação dos metais.
Na mesma época, Evangelista Torricelli descobriu a existência da pressão atmosférica e Georg Stahl propôs a teoria do flogístico, que na época obteve grande aceitação. Segundo ele, o flogístico seria uma substância fundamental, contida na matéria, a qual era liberada para o ar atmosférico durante os processos de respiração, combustão e oxidação. Essa interpretação foi recusada por Antoine Lavoisier, que, ao propor a teoria da combustão, baseada na descoberta do oxigênio por Joseph Priestley, estabeleceu o fundamento da química moderna.
No final do século XIX, foram descobertos o argônio, o criptônio, o xenônio, o neônio e o hélio, denominados gases nobres devido a sua baixíssima reatividade. Com isso foi possível completar-se o estudo da composição do ar.
Utilização do ar
O ar é empregado industrialmente como matéria-prima para a obtenção em grande escala de alguns de seus componentes. O nitrogênio assim obtido é, por sua vez, utilizado na fabricação de amoníacos e fertilizantes nitrogenados. O oxigênio é largamente empregado na indústria siderúrgica para serem alcançadas temperaturas mais elevadas, mediante o enriquecimento do ar.
A separação dos diversos componentes do ar de aplicação industrial se dá através de etapas de liquefação e destilação. Na primeira dessas etapas, resfria-se o ar por compressão seguida de rápida expansão, e o líquido assim obtido é destilado, com conseqüente separação de seus componentes.
Ar comprimido
Obtém-se ar comprimido quando se submete o ar a pressões superiores à atmosférica. Sua principal utilidade é como fonte de energia na alimentação de sinos de mergulhador e outros trabalhos submarinos, e em sistemas de freios, pintura a pistola e outras aplicações.
Nos trabalhos de escavação no fundo do mar para a construção de fundações de pontes, utiliza-se a chamada câmara de ar comprimido, uma armação em chapas de aço, de grandes dimensões, em forma de caixa sem fundo. Abastecida de ar sob pressão, essa câmara se comunica com o exterior através de três tubos: um deles destina-se ao acesso dos trabalhadores; outro à retirada do material proveniente da escavação; e o terceiro à entrada do concreto.
O sistema de freios pneumáticos para comboios ferroviários, desenvolvido e aperfeiçoado por George Westinghouse, em 1869, compreende, em cada vagão, a tubulação geral vinda da locomotiva, o depósito de ar comprimido (a 7,7kg/cm2), ligado ao cilindro do freio e a outro cilindro com válvula tríplice, cada cilindro com um pistão: o funcionamento dos freios depende da posição desses pistões. Para soltar o freio, o maquinista fecha o comando e a pressão obriga o ar a penetrar no cilindro através da válvula tríplice, levando o respectivo pistão a retroceder; assim fica aberto o tubo de escapamento, permitindo que o ar comprimido saia do cilindro do freio, cujo pistão se afasta, deixando a roda livre. Com o trem em movimento, o ar do compressor enche o depósito do cilindro da válvula tríplice. Para frear, será necessário dar saída ao ar comprimido no cano: aliviada a pressão, o ar empurra o pistão do cilindro que se desloca e obriga a sapata do freio a exercer pressão contra a roda.
