第七章：生物与空气——您的温习笔记！
同学们大家好！你们有没有想过我们吸入的空气呢？空气好像是空的，但其实里面充满了许多奇妙的东西，维持着我们和所有生物的生命。在这份笔记里面，我们会一起来担任空气侦探！我们会探索空气里面有什么，植物和动物怎样奇妙地运用空气，以及为何保持空气清新如此重要。我们一起来开始吧！
7.1 空气里面有什么？
空气不是单一的东西；它是多种气体的混合物。想象它就好像一个巨型、隐形的披萨，有不同的配料。有些配料占了很大块，有些就只是些小小的装饰！
空气的主要成分
我们周围的空气主要由以下物质组成：
• 氮气 (N₂)： 这是披萨里面最大块的“配料”，占了空气大约 78%。大部分生物都无法直接从空气中利用氮气，但它仍然非常重要。
• 氧气 (O₂)： 这是第二大块的“配料”，大约占 21%。这种气体是我们维持生命必须呼吸的！它对我们从食物中获取能量至关重要。
• 其他气体（约占 1%）： 包括稀有气体（主要是氩气，约占 0.9%）、微量但极为重要的二氧化碳 (CO₂)（约占 0.03% – 0.04%），以及不同含量的水蒸气。
认识各种气体：特性与测试
如果我们看不到这些气体，怎会知道它们存在呢？科学家有一些巧妙的方法来测试它们！
氧气 (O₂)
• 特性： 帮助燃烧。没有了氧气，火是点不着的。
• 测试： 使用带余烬的木条。
1. 点燃一条木条，然后轻轻吹熄它，让它仍有红光。
2. 将带余烬的木条放入装有该气体的容器中。
3. 如果有氧气存在，木条会重新点燃！
• 现实例子： 用于呼吸作用、医院的氧气瓶以及焊接。
二氧化碳 (CO₂)
• 特性： 不会帮助燃烧；能令石灰水变浑浊。
• 石灰水测试： 将气体通入清澈无色的石灰水（氢氧化钙溶液）中。如果存在二氧化碳，石灰水会变乳白色（浑浊）。
• 碳酸氢盐指示剂测试： 另一种用来检测二氧化碳浓度的液体指示剂：
- 红色： 空气中正常的二氧化碳浓度。
- 黄色： 高二氧化碳浓度（例如来自呼吸作用）。
- 紫色： 低二氧化碳浓度（例如在光合作用中被耗尽）。
• 现实例子： 植物用它来制造食物，它让汽水有气泡，而且会用在灭火器中。
水蒸气
• 测试： 使用干燥氯化钴(II)试纸进行测试。
- 在水分或湿气存在下，会由蓝色变成粉红色。
氮气 (N₂)
• 特性： 非常不活泼的气体。它不会帮助燃烧，也不会令石灰水变浑浊。
• 现实例子： 用于食物包装（例如薯片包装袋）以防止食物氧化和变质。
快速回顾：气体测试小提示！
氧气 (O₂)： 带余烬的木条重新点燃。
二氧化碳 (CO₂)： 石灰水变乳白色/浑浊；碳酸氢盐指示剂变黄色。
水蒸气： 干燥氯化钴(II)试纸由蓝色变成粉红色。
重点总结
空气是一种混合气体，主要是氮气和氧气。我们可以利用特定的测试来辨认气体，例如用带余烬的木条测试氧气、用石灰水／碳酸氢盐指示剂测试二氧化碳，以及用氯化钴(II)试纸测试水分。
7.2 奇妙的食物工厂：光合作用
植物会透过一种叫做光合作用的过程来制造自己的食物。
光合作用的“食谱”
• 原料： 二氧化碳（来自空气）+ 水（来自土壤）。
• 条件／能量： 由叶绿体中的绿色色素叶绿素所吸收的光能。
• 产物： 葡萄糖（供作食物的糖分）+ 氧气（释放到空气中）。
文字方程式：
二氧化碳 + 水 ---(在阳光和叶绿素的情况下)---> 葡萄糖 + 氧气
在光合作用过程中，光能会转化为储存在葡萄糖中或以淀粉形式储存的化学能。
重点总结
光合作用利用二氧化碳、水和光能来产生葡萄糖和氧气。
7.3 获取能量：呼吸作用
所有活细胞都需要能量，而能量是透过呼吸作用释放出来的。呼吸作用能够释放食物（葡萄糖）中储存的能量。
呼吸作用的方程式
葡萄糖 + 氧气 ---> 二氧化碳 + 水 + 能量
光合作用与呼吸作用的比较
• 生物： 光合作用只在绿色植物和藻类中进行；呼吸作用在所有生物中进行。
• 时间： 光合作用只在有光时进行；呼吸作用则无时无刻（白天和夜晚）都在进行。
• 能量： 光合作用储存能量；呼吸作用释放能量。
重点总结
呼吸作用持续在所有活细胞中进行，利用氧气从葡萄糖中释放能量，并产生二氧化碳和水。
7.4 大呼吸：呼吸运动与气体交换
呼吸运动是将空气移入和移出肺部的物理过程，而气体交换则是气体在肺部或身体组织中的交换过程。
呼吸运动的机制
• 吸气（吸入气体）：
- 肋间肌收缩，带动肋骨架向上及向外移。
- 膈肌（横膈膜）收缩并向下扁平化。
- 胸腔体积增加，内部气压下降至低于大气压，空气涌入肺部。
• 呼气（呼出气体）：
- 肋间肌放松，导致肋骨架向下及向内移。
- 膈肌（横膈膜）放松并向上弯曲成圆顶状。
- 胸腔体积减少，内部气压上升，空气被推出肺部。
空气的路径与气囊中的气体交换
吸入空气的路径：鼻腔／口 -> 气管 -> 支气管 -> 小支气管 -> 气囊（肺泡）
在气囊（肺泡）中，氧气扩散进入周围的毛细血管，而二氧化碳则从血液扩散到气囊中以准备呼出。
吸入的空气 vs 呼出的空气
• 吸入的空气： 较多氧气（约 21%）、较少二氧化碳（约 0.04%）、较低水蒸气含量。
• 呼出的空气： 较少氧气（约 16%）、较多二氧化碳（约 4%）、饱和水蒸气，而且更温暖。
吸烟的危险
烟草烟雾含有有害化学物质，例如焦油（会引致肺癌并堵塞气囊）、尼古丁（会令人上瘾并增加心率／血压），以及一氧化碳（会降低血液的携氧能力）。吸烟会导致呼吸道疾病和心脏病。
重点总结
呼吸运动涉及肋骨架和膈肌的运动，从而改变肺部的体积和压力。在气囊中，氧气进入血液，而二氧化碳离开血液。
7.5 维持气体平衡
光合作用和呼吸作用形成一个自然循环，维持大气中氧气和二氧化碳的平衡。
• 光合作用移除 \(CO_2\) 并产生 \(O_2\)。
• 呼吸作用消耗 \(O_2\) 并产生 \(CO_2\)。
人类活动的影响与温室效应
过度燃烧化石燃料和大规模砍伐森林增加了大气中的 \(CO_2\)。由于 \(CO_2\) 是一种温室气体，高浓度的 \(CO_2\) 会困住更多热量，加剧温室效应，从而导致全球变暖和气候变化。
重点总结
人类活动透过释放过量的二氧化碳，破坏了气体的自然平衡，促成全球变暖。
7.6 空气质量与我们的健康
空气污染将有害物质带入大气中，威胁人类健康和环境。
主要空气污染物
• 一氧化碳 (CO)： 来自化石燃料的不完全燃烧；会降低血液的携氧能力，并引起头晕或死亡。
• 二氧化硫 (SO₂) 和 氮氧化物 (NOₓ)： 由发电厂和汽车燃烧化石燃料产生；会刺激呼吸系统并形成酸雨。
• 悬浮颗粒物 (\(PM_{10}\) 和 \(PM_{2.5}\))： 来自车辆尾气和建筑工程的微细颗粒；能深入肺部，加剧哮喘和支气管炎。
空气质量健康指数 (AQHI)
空气质量健康指数 (AQHI) 向公众通报与空气污染相关的健康风险：
• 报告级别由 1 至 10 及 10+ 级。
• 分为 5 个健康风险级别：低、中、高、甚高和严重。
• 提供健康忠告（例如当风险处于高水平时，建议儿童、长者以及患有心脏病或呼吸系统疾病的人士减少户外体力消耗）。
重点总结
主要空气污染物如一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物和悬浮颗粒物会构成严重的健康风险。空气质量健康指数 (AQHI) 有助我们监测空气污染水平并采取预防措施。
恭喜你们成功读完这份笔记！你们学到了许多关于我们身边无形但又非常重要的空气知识。请继续保持好奇心！