第七章：生物與空氣——您的溫習筆記！
各位同學大家好！你們有沒有想過我們吸入的空氣呢？空氣好像是空的，但其實裡面充滿了許多奇妙的東西，維持著我們和所有生物的生命。在這份筆記裡面，我們會一起來擔任空氣偵探！我們會探索空氣裡面有什麼，植物和動物怎樣奇妙地運用空氣，以及為何保持空氣清新如此重要。我們一起來開始吧！
7.1 空氣裡面有什麼？
空氣不是單一的東西；它是多種氣體的混合物。想像它就好像一個巨型、隱形的披薩，有不同的配料。有些配料佔了很大塊，有些就只是些小小的裝飾！
空氣的主要成分
我們周圍的空氣主要由以下物質組成：
• 氮氣 (N₂)： 這是披薩裡面最大塊的「配料」，佔了空氣大約 78%。大部分生物都無法直接從空氣中利用氮氣，但它仍然非常重要。
• 氧氣 (O₂)： 這是第二大塊的「配料」，大約佔 21%。這種氣體是我們維持生命必須呼吸的！它對我們從食物中獲取能量至關重要。
• 其他氣體（約佔 1%）： 包括貴氣體（主要是氬氣，約佔 0.9%）、微量但極為重要的二氧化碳 (CO₂)（約佔 0.03% – 0.04%），以及不同含量的水蒸氣。
認識各種氣體：特性與測試
如果我們看不到這些氣體，怎會知道它們存在呢？科學家有一些巧妙的方法來測試它們！
氧氣 (O₂)
• 特性： 幫助燃燒。沒有了氧氣，火是點不著的。
• 測試： 使用帶餘燼的木條。
1. 點燃一條木條，然後輕輕吹熄它，讓它仍有紅光。
2. 將帶餘燼的木條放入裝有該氣體的容器中。
3. 如果有氧氣存在，木條會重新點燃！
• 現實例子： 用於呼吸作用、醫院的氧氣瓶以及焊接。
二氧化碳 (CO₂)
• 特性： 不會幫助燃燒；能令石灰水變混濁。
• 石灰水測試： 將氣體通入清澈無色的石灰水（氫氧化鈣溶液）中。如果存在二氧化碳，石灰水會變乳白色（混濁）。
• 碳酸氫鹽指示劑測試： 另一種用來檢測二氧化碳濃度的液體指示劑：
- 紅色： 空氣中正常的二氧化碳濃度。
- 黃色： 高二氧化碳濃度（例如來自呼吸作用）。
- 紫色： 低二氧化碳濃度（例如在光合作用中被耗盡）。
• 現實例子： 植物用它來製造食物，它讓汽水有氣泡，而且會用在滅火筒中。
水蒸氣
• 測試： 使用乾燥氯化鈷(II)試紙進行測試。
- 在水分或濕氣存在下，會由藍色變成粉紅色。
氮氣 (N₂)
• 特性： 非常不活潑的氣體。它不會幫助燃燒，也不會令石灰水變混濁。
• 現實例子： 用於食物包裝（例如洋芋片包裝袋）以防止食物氧化和變質。
快速回顧：氣體測試小提示！
氧氣 (O₂)： 帶餘燼的木條重新點燃。
二氧化碳 (CO₂)： 石灰水變乳白色/混濁；碳酸氫鹽指示劑變黃色。
水蒸氣： 乾燥氯化鈷(II)試紙由藍色變成粉紅色。
重點總結
空氣是一種混合氣體，主要是氮氣和氧氣。我們可以利用特定的測試來辨認氣體，例如用帶餘燼的木條測試氧氣、用石灰水／碳酸氫鹽指示劑測試二氧化碳，以及用氯化鈷(II)試紙測試水份。
7.2 奇妙的食物工廠：光合作用
植物會透過一種叫做光合作用的過程來製造自己的食物。
光合作用的「食譜」
• 原料： 二氧化碳（來自空氣）+ 水（來自土壤）。
• 條件／能量： 由葉綠體中的綠色色素葉綠素所吸收的光能。
• 產物： 葡萄糖（供作食物的糖分）+ 氧氣（釋放到空氣中）。
文字方程式：
二氧化碳 + 水 ---(在陽光和葉綠素的情況下)---> 葡萄糖 + 氧氣
在光合作用過程中，光能會轉化為儲存在葡萄糖中或以澱粉質形式儲存的化學能。
重點總結
光合作用利用二氧化碳、水和光能來產生葡萄糖和氧氣。
7.3 獲取能量：呼吸作用
所有活細胞都需要能量，而能量是透過呼吸作用釋放出來的。呼吸作用能夠釋放食物（葡萄糖）中儲存的能量。
呼吸作用的方程式
葡萄糖 + 氧氣 ---> 二氧化碳 + 水 + 能量
光合作用與呼吸作用的比較
• 生物： 光合作用只在綠色植物和藻類中進行；呼吸作用在所有生物中進行。
• 時間： 光合作用只在有光時進行；呼吸作用則無時無刻（日間和夜晚）都在進行。
• 能量： 光合作用儲存能量；呼吸作用釋放能量。
重點總結
呼吸作用持續在所有活細胞中進行，利用氧氣從葡萄糖中釋放能量，並產生二氧化碳和水。
7.4 大呼吸：呼吸運動與氣體交換
呼吸運動是將空氣移入和移出肺部的物理過程，而氣體交換則是氣體在肺部或身體組織中的交換過程。
呼吸運動的機制
• 吸氣（吸入氣體）：
- 肋間肌收縮，帶動肋骨架向上及向外移。
- 膈肌（橫膈膜）收縮並向下扁平化。
- 胸腔體積增加，內部氣壓下降至低於大氣壓，空氣湧入肺部。
• 呼氣（呼出氣體）：
- 肋間肌放鬆，導致肋骨架向下及向內移。
- 膈肌（橫膈膜）放鬆並向上彎曲成圓頂狀。
- 胸腔體積減少，內部氣壓上升，空氣被推出肺部。
空氣的路徑與氣囊中的氣體交換
吸入空氣的路徑：鼻腔／口 -> 氣管 -> 支氣管 -> 小支氣管 -> 氣囊（肺泡）
在氣囊（肺泡）中，氧氣擴散進入周圍的微血管，而二氧化碳則從血液擴散到氣囊中以準備呼出。
吸入的空氣 vs 呼出的空氣
• 吸入的空氣： 較多氧氣（約 21%）、較少二氧化碳（約 0.04%）、較低水蒸氣含量。
• 呼出的空氣： 較少氧氣（約 16%）、較多二氧化碳（約 4%）、飽和水蒸氣，而且更溫暖。
吸煙的危險
煙草煙霧含有有害化學物質，例如焦油（會引致肺癌並堵塞氣囊）、尼古丁（會令人上癮並增加心跳率／血壓），以及一氧化碳（會降低血液的攜氧能力）。吸煙會導致呼吸道疾病和心臟病。
重點總結
呼吸運動涉及肋骨架和膈肌的運動，從而改變肺部的體積和壓力。在氣囊中，氧氣進入血液，而二氧化碳離開血液。
7.5 維持氣體平衡
光合作用和呼吸作用形成一個自然循環，維持大氣中氧氣和二氧化碳的平衡。
• 光合作用移除 \(CO_2\) 並產生 \(O_2\)。
• 呼吸作用消耗 \(O_2\) 並產生 \(CO_2\)。
人類活動的影響與溫室效應
過度燃燒化石燃料和大規模砍伐森林增加了大氣中的 \(CO_2\)。由於 \(CO_2\) 是一種溫室氣體，高濃度的 \(CO_2\) 會困住更多熱力，加劇溫室效應，從而導致全球暖化和氣候變化。
重點總結
人類活動透過釋放過量的二氧化碳，破壞了氣體的自然平衡，促成全球暖化。
7.6 空氣品質與我們的健康
空氣污染將有害物質帶入大氣中，威脅人類健康和環境。
主要空氣污染物
• 一氧化碳 (CO)： 來自化石燃料的不完全燃燒；會降低血液的攜氧能力，並引起頭暈或死亡。
• 二氧化硫 (SO₂) 和 氮氧化物 (NOₓ)： 由發電廠和汽車燃燒化石燃料產生；會刺激呼吸系統並形成酸雨。
• 懸浮粒子 (\(PM_{10}\) 和 \(PM_{2.5}\))： 來自車輛廢氣和建築工程的微細粒子；能深入肺部，加劇哮喘和支氣管炎。
空氣質素健康指數 (AQHI)
空氣質素健康指數 (AQHI) 向公眾通報與空氣污染相關的健康風險：
• 報告級別由 1 至 10 及 10+ 級。
• 分為 5 個健康風險級別：低、中、高、甚高和嚴重。
• 提供健康忠告（例如當風險處於高水平時，建議兒童、長者以及患有心臟病或呼吸系統疾病的人士減少戶外體力消耗）。
重點總結
主要空氣污染物如一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物和懸浮粒子會構成嚴重的健康風險。空氣質素健康指數 (AQHI) 有助我們監測空氣污染水平並採取預防措施。
恭喜你們成功讀完這份筆記！你們學到了許多關於我們身邊無形但又非常重要的空氣知識。請繼續保持好奇心！