空气（airs）是地球大气层中的混合气体，属于混合物，透明且无色无味，主要由氮气、氧气、稀有气体（氦、氖、氩、氪、氙、氡）、二氧化碳以及其他物质（如水蒸气、杂质等）组合而成。其中氮气的体积分数约为78%，氧气的体积分数约为21%，稀有气体（氦、氖、氩、氪、氙、氡）的体积分数约为0.934%，二氧化碳的体积分数约为0.04%，其他物质（如水蒸气、杂质等）的体积分数约为0.02%。空气的组成比例随高度、气压而有微小改变。

空气的研究历史可以追溯到远古时代，但真正的科学探索始于17世纪中叶以后。以下是空气研究历史的主要里程碑：

在远古时代，人们对空气的认识非常简单，曾认为空气是单一的物质。

17世纪中叶以前，人们对空气的认识一直是模糊的，没有明确的科学认知。1669年，梅猷根据蜡烛燃烧的实验，得出空气的组成是复杂的结论，这是早期对空气成分复杂性的认识。1700年左右，德国斯塔耳提出了“燃素学说”，但这种学说并不能正确解释自然界中的许多现象，存在严重矛盾。

18世纪，法国科学家拉瓦锡（Lavoisier，1743～1794）用定量试验的方法测定了空气成分。他把少量汞放在密闭容器中加热12天，发现部分汞变成红色粉末HgO，同时，空气体积减少了1/5左右。通过对剩余气体的研究，他发现这部分气体不能供给呼吸，也不助燃，他误认为这全部是氮气。

拉瓦锡又把加热生成的红色粉末收集起来，放在另一个较小的容器中再加热，得到汞和氧气，且氧气体积恰好等于密闭容器中减少的空气体积。他把得到的氧气导入前一个容器，所得气体和空气性质完全相同。通过实验，拉瓦锡得出了空气由氧气和氮气组成，氧气占其中的1/5。

19世纪前，人们认为空气中仅有氮气（N2）与氧气（O2）。直到1892年，英国物理学家雷利发现从空气中分离氧气后得到“氮气”的密度（1.2572g/L）与分解含氮物质所得的氮气密度（1.2505g/L）之间总是存在着微小的差异。雷利没有放过这一个微小的差异，他后来与英国化学家拉姆塞（William Ramsay 1852一1916）合作，终于发现空气中还存在着一种化学性质不活泼的惰性气体——氩气（Ar）。在接下来的几年中，拉姆塞等人又陆续发现了氦气（He）、氖气（Ne）、氙气（Xe）、氪气（Kr）、氡气（Rn）这六种稀有气体。

现代研究：随着科学技术的发展，人们对空气成分的认识越来越深入。现代科学已经能够精确地测定空气中各种成分的含量和比例，并研究它们对环境和人类健康的影响。

空气成分的研究不仅限于其组成，还包括其在大气循环、气候变化等方面的作用。同时，人们还利用空气中的各种成分进行工业生产、医疗保健等活动。

总的来说，空气中各组成成分的体积含量比例为：

氮气：78.09%

氧气：20.95%

稀有气体：0.932%

二氧化碳：0.034%

水蒸汽和杂质：0.02%

空气是由多种气体和少量杂质组成的混合物。它的恒定组成部分为氧气、氮气、稀有气体。实验证明，空气中恒定组成部分的含量百分比，在海拔100 km以内几乎不变。以体积含量计，氧约占20.95%，氮约占78.09%，稀有气体约占0.934%。

可变组成部分为二氧化碳和水蒸气，它们在空气中的含量随地理位置和温度不同在很小限度的范围内会微有变动。

至于空气中的不定组成部分，则随不同地区变化而有不同，例如，靠近冶金工厂的地方会含有二氧化硫，靠近氯碱工厂的地方会含有氯等等。此外空气中还有微量的氢气、臭氧、氧化二氮、甲烷以及或多或少的尘埃。

下面对空气的部分组成成分（氮气、氧气、稀有气体、二氧化碳、水蒸气、杂质）作简要介绍。

体积分数：约占空气总体积的78%。

性质：氮气是一种无色无味的气体，化学性质相对稳定，不易与其他物质发生反应。氮气是地球大气中最丰富的气体成分。

体积分数：约占空气总体积的21%。

性质：氧气是一种无色无味的气体，具有助燃性和氧化性。氧气是生物体进行呼吸作用所必需的气体，对维持生命活动至关重要。

体积分数：约占空气总体积的0.934%（也有资料显示为0.939%或0.94%，具体数值可能因测量方法或精度不同而略有差异）。

种类：主要包括氦（He）、氖（Ne）、氩（Ar）、氪（Kr）、氙（Xe）、氡（Rn）等。这些气体在空气中的含量较少，但具有独特的物理和化学性质。

体积分数：约占空气总体积的0.04%（也有资料显示为0.031%或0.03%，具体数值可能因测量时间、地点和条件不同而有所变化）。

性质：二氧化碳是一种无色无味的气体，是生物体呼吸作用和燃烧等过程的产物之一。同时，二氧化碳也是重要的温室气体之一，对地球气候有重要影响。

水蒸气是空气中的重要组成部分之一，其含量随地理位置、季节和天气条件的变化而变化。水蒸气对空气湿度、降水等气象现象有重要影响。

空气中还含有少量的尘埃、花粉、细菌等杂质和微粒。这些杂质对空气质量、气候和生物健康等方面都有影响。

一般说来，空气的成分是比较固定的。这对于人类和其它动植物的生存是非常重要的。但随着现代化工业的发展，排放到空气中的有害气体和烟尘，改变了空气的成分，造成了对空气的污染。

被污染的空气不仅对人类健康构成严重威胁，长期暴露于此类环境中可引发呼吸系统疾病、心血管疾病等多种健康问题；同时，它也抑制了农作物的正常生长，降低了农作物产量与质量，对农业生产造成不利影响。此外，空气污染还加剧了对自然资源的侵蚀，加速了建筑物等基础设施的老化与损坏，给社会经济发展带来了沉重负担。

从污染源的角度来看，排放到空气中的有害物质，大致可分为粉尘和气体两大类。从世界范围看，排放到空气中的气体污染物较多的是二氧化硫、一氧化碳、二氧化氮等。这些气体主要来自矿物燃料（煤和石油）的燃烧和工厂的废气的无序排放。因此，加强工业排放管理，推广清洁能源使用，成为减轻空气污染、保护生态环境的重要途径。

空气在常温常压下呈气态，无色无味，透明且具有一定的流动性。液态空气则是一种易流动的浅蓝色液体。一般当空气被液化时二氧化碳已经清除掉，因而液态空气的组成是20.95%氧，78.12%氮和0.93%氩，其它组分含量甚微，可以略而不计。

在0℃及一个标准大气压下（1.013×105 Pa）空气密度为1.29 kg/m3 。把气体在0℃和一个标准大气压下的状态称为标准状态，空气在标准状态下可视为理想气体，其摩尔体积为22.4 L/ mol。

干燥空气的摩尔质量为28.9634g/mol。

空气的比热容表示单位质量的空气在温度升高或降低1开尔文时所需吸收或放出的热量。空气的比热容随温度和压力的变化而变化，对于理想气体而言，其等压比热容在常温常压下约为1.005kJ/(kg·K)= 0.279 kWh/(Tonne K)（等压过程），其等容比热容在常温常压下约为0.718 kJ/(kg·K) = 0.199 kWh/(Tonne K)（等容过程）。

不含水蒸气的空气被称为干空气。干空气的气体常数为2.8704×106，平均分子量=28.966，定压比热=7R/2=0.240 cal·g-1·K-1，干空气定容比热=5R/2=0.171 cal·g-1·K-1。

空气的比热容与温度有关，温度为250 K时,空气的定压比热容cp=1.003 kJ/(kg·K)，300 K时，空气的定压比热容cp=1.005 kJ/(kg·K)。

空气的热导率较低，这意味着热量在空气中的传导速度相对较慢。这一性质使得空气在隔热和保温方面具有一定的应用价值。

空气具有流动性，能够随着风力和气压的变化而流动。这种流动性使得空气成为传递热量、水分和污染物的重要媒介。

空气在受到外力作用时可以被压缩。其可压缩程度用弹性模量E来度量，即压强变化量与单位质量空气体积的相对变化量之比。空气的压缩性对湍流扩散过程影响较大，在空气动力学和工程学中有重要应用。

在标准状态下，空气中的声速约为331.5米/秒。声速的大小与空气的温度、压力和密度等因素有关。随着温度和压力的变化，声速也会发生相应的变化。

空气的折射率是指光在空气中的传播速度与在真空中的传播速度之比。在标准状态下空气对可见光的折射率约为1.00029。空气的折射率随温度、压力、空气成分的变化而变化，但变化幅度较小。这一性质在光学和气象学中有重要应用。

空气的电导率极低，阻抗约为377欧姆。几乎可以视为绝缘体。这一性质使得空气在电子设备和电器绝缘中得到广泛应用。

空气本身不具有磁性，不会对磁场产生显著影响。

通常用于表示湿度的高低，以 %RH 为单位。它反映空气接近饱和 状态的能力。湿度越大，表示空气越接近饱和状态。相反湿度越小，空气越干燥。

空气包裹在地球的外面，厚度达到数千千米。这一层空气被称为大气层。大气层分为对流层、平流层（同温层）、中间层、热层（电离层）和散逸层。这些层次在温度、密度、成分、运动状态等方面各有特点。

位置与厚度：对流层是大气的最下层，其厚度因纬度和季节而异。在低纬度地区，对流层厚度平均为17～18公里；中纬度地区平均为10～12公里；高纬度地区则仅8～9公里。夏季对流层厚度通常大于冬季。人类就生活在对流层中。

主要特征：

1、气温随高度增加而降低：平均每上升100米，气温下降约0.65℃。这是因为对流层空气增热主要依靠地面的长波辐射。

2、强烈的对流运动：由于地面受热不均，引起空气垂直对流，这对天气现象的形成有重要影响。

3、天气现象复杂多变：云、雨、雷电等主要天气现象都发生在对流层内。

4、空气质量集中：对流层中集中了大气总质量的75%和几乎全部的水汽质量。

位置与厚度：平流层位于对流层之上，其上界伸展至约50公里（也有资料提到30～55公里）。

主要特征：

1、温度随高度增加而增加：在平流层上部（约30公里以上），由于臭氧层吸收紫外线而升温，形成逆温层。

2、气流以水平运动为主：平流层内大气多作水平运动，对流十分微弱。

3、臭氧层存在：在平流层上部（约15～35公里），存在一层臭氧层，能够吸收太阳紫外线，保护地球生物免受紫外线伤害。

位置与厚度：中间层位于平流层之上，上界约为80～85公里。

主要特征：

1、气温随高度增加而迅速降低：中间层内温度随高度增加而迅速下降，空气更为稀薄。

2、强烈的垂直对流运动：由于温度迅速下降，中间层内存在明显的空气垂直对流运动。

位置与厚度：热层位于中间层之上，上界可延伸至300～500公里。

主要特征：

1、气温随高度增加而增加：热层内大气受太阳紫外线和宇宙射线加热，温度随高度增加而迅速升高。

2、电离现象显著：热层内大气部分电离，形成电离层，对无线电通讯有重要意义。

位置与厚度：散逸层是大气的最外层，没有明显的上界，可延伸至数千公里高空。

主要特征：

1、大气稀薄：散逸层内大气极其稀薄，气体分子和微粒的运动速度极快。

2、逃逸现象：在散逸层内，大气分子和微粒可能逃逸出地球引力场，进入太空。

由于地球有强大的吸引力，使百分之八十的空气集中在离地面平均为十五公里的范围里。这一空气层对人类生活、生产活动影响很大。它不仅支持着地球上的生命活动，还调节着气候、保护着生物免受宇宙射线的伤害，并承载着声音的传播和物质的阻隔等功能。

动植物生存的必要条件：空气是地球上动植物生存不可或缺的条件。动物通过呼吸空气获取氧气，支持其生命活动；植物则通过光合作用吸收空气中的二氧化碳，释放氧气，维持生态平衡。

呼吸作用：人类和其他动物吸入氧气，呼出二氧化碳，这一过程是维持生命的基本活动。

燃烧支持：空气中的氧气是燃烧的必要条件。无论是日常生活中的燃烧现象，如做饭、取暖，还是工业生产中的燃烧过程，都离不开空气中的氧气。

温度稳定：大气层像一层厚厚的被子盖在地球上，使地球表面的温度保持相对稳定，既不太冷也不太热。大气层能够吸收和再辐射地球表面发射的红外辐射，从而调节地球的温度。

天气现象：风、云、雨、雪等天气现象的形成都离不开大气的作用。大气中的水汽、尘埃等粒子在太阳辐射、地球引力等作用下形成复杂的天气系统。

阻挡射线：大气层能够阻挡来自宇宙空间的各种射线，如紫外线、X射线等，保护地球上的生物免受这些射线的伤害。

陨石与流星熔化：大多数进入大气层的陨石与流星在与大气摩擦的过程中被熔化或烧毁，减少了对地球表面的直接冲击。

压力与浮力：空气具有压力和浮力。压力在人类的生产、生活中起着重要作用，如支持人体内部器官、驱动机械设备等。浮力则使得飞机、小鸟等能够在空中飞翔。

声音传播：声音的传播需要介质，而空气是声音传播的重要介质之一。人类通过空气传播的声音进行交流和沟通。

物质阻隔：空气是宇宙排列物质的空间，宇宙空间里的所有物质都通过空气来阻隔。大气层作为地球与宇宙空间的边界，使地球上的生物能够生活在一个相对独立、稳定的环境中。

空气质量是指空气中污染物的浓度及其对人类健康、生态环境和气候系统产生的综合影响程度。它直接关系到人类的生存环境质量和地球生态系统的健康。

生命支持：空气是地球上所有生物赖以生存的基础，特别是其中的氧气，是维持生命活动不可或缺的要素。绿色植物通过光合作用释放氧气，人类和其他动物则通过呼吸吸入氧气，排出二氧化碳，形成生态循环。

生态平衡：空气质量的好坏直接影响到生态系统的平衡。清洁的空气有助于植物的生长，促进生物多样性，而污染的空气则会破坏这一平衡，导致生物死亡、生态退化。

人类健康：空气中的污染物如颗粒物、有害气体等，会对人体呼吸系统、心血管系统等造成损害，引发各种疾病，甚至危及生命。

如火山爆发、森林火灾等自然现象会释放大量污染物到空气中。

工业排放：工业生产过程中产生的废气，如二氧化硫、氮氧化物、颗粒物等。

交通运输：汽车、飞机等交通工具排放的尾气，主要含有一氧化碳、氮氧化物和颗粒物。

农业活动：农药喷洒、秸秆焚烧等也会释放污染物到空气中。

生活排放：家庭燃煤、取暖、烹饪等活动也会产生一定的空气污染。

空气污染物质可分为粉尘类、金属尘类、湿雾类和有害气体类。其中，二氧化硫和一氧化碳是全球排放量较大、危害较严重的有害气体。

空气质量分级是根据空气中污染物的浓度，将其划分为不同的等级，以便更直观地反映空气质量状况，为公众健康提供指引。我国现行的空气质量分级标准主要基于环境空气质量指数（AQI），将空气质量分为六级，具体如下：

这一分级标准是根据《环境空气质量标准》(GB3095-2012)和相关规定制定的，旨在通过明确的分级体系，让公众能够直观地了解空气质量状况，并采取相应的防护措施。

空气质量监测是通过科学仪器对空气中的各种污染物进行实时或定期的检测和分析，以获取空气质量数据的过程。这些污染物主要包括颗粒物（如PM2.5、PM10）、气态污染物（如二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳、臭氧）等。

监测网络：我国建立了完善的空气质量监测网络，涵盖国家、省、市、县四个层级。这些监测站点通过自动化监测设备，对空气中的污染物进行连续监测，并将监测数据实时传输到监测中心。

监测指标：除了传统的二氧化硫、二氧化氮、可吸入颗粒物（PM10）等指标外，近年来还增加了PM2.5作为重要监测指标。PM2.5因其粒径小，能深入肺部甚至血液，对人体健康危害极大。

监测方法：空气质量监测采用多种技术手段，包括自动监测、手工监测和遥感监测等。自动监测是主要的监测方式，通过安装在监测站点的自动监测设备，对空气中的污染物进行连续、实时的监测。

数据发布：监测中心将收集到的空气质量数据进行处理和分析，形成空气质量报告或空气质量指数（AQI），并通过官方网站、手机APP等渠道向公众发布。这些发布的信息包括空气质量级别、主要污染物浓度、健康指引等，为公众提供科学的健康指引和环保建议。

监测意义：空气质量监测对于环境保护和公众健康具有重要意义。通过监测空气质量，可以及时发现和预警空气污染事件，为政府决策提供科学依据；同时，也可以引导公众关注空气质量状况，提高环保意识，采取积极的防护措施，保护自身健康。

源头控制：减少污染物排放，推广清洁能源，提高工业排放标准，鼓励绿色出行等。

污染治理：加强大气污染治理技术研发和应用，如脱硫脱硝、除尘等技术。

绿化造林：增加绿色植被覆盖，提高空气净化能力。

公众参与：提高公众环保意识，倡导低碳生活，减少个人活动对空气质量的负面影响。