1.空气的定义
在起风的时候，我们可以看到树枝的摇曳或者头发的飘动，其实这就是空气的流动。空气是存在于我们周围的物质，看不到，摸不着，但它确实真实的存在。
空气就是构成地球周围大气圈的气体。它无色无味，主要成分是氮气和氧气，还有极少量的稀有气体、水蒸气、二氧化碳和尘埃等。
把气体在零摄氏度和一个标准大气压（1.013×105帕）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，其密度约为1.29克/升，体积约为22.4升/摩尔。
摩尔是表示物质的量的化学计量单位。微观化学上，把含有6.02×1023个微粒的集体作为一个单位，称为1摩尔，它是表示（符号是n）1摩尔物质中含有6.02×1023分子或原子，简称为摩，单位符号是mol。
常温下的空气是无色无味的气体，液态空气则是一种易流动的浅黄色液体。一般当空气被液化时，二氧化碳已经清除掉。
空气作为混合气体，在定压下冷凝时温度会连续降低，如在标准大气压下，空气在-186℃左右开始冷凝，温度降低到约-194℃时全部转变为饱和液体。
2.空气的成分
拉瓦锡研究空气成分的实验，证明了空气是混合物，它是由多种气体组成。
地球的正常空气成分按体积分数计算是：氮约占78%，氧约占21%，氩约占0.94%，二氧化碳约占0.03%，还有微量的惰性气体，如氦、氖、氪、氙等。
空气的主要成分是氮气和氧气，是长期以来自然界里各种变化所造成的。
在绿色植物出现以前，原始大气是以一氧化碳、二氧化碳、甲烷和氨为主的。绿色植物出现以后，在光合作用中放出的游离态的单质氧，促使原始大气里的一氧化碳氧化成为二氧化碳，甲烷氧化成为水蒸气和二氧化碳，氨氧化成为水蒸气和氮气。
此后，由于植物的光合作用持续地进行，空气里的二氧化碳在植物发生光合作用的过程中被吸收，转化成有机物形成固态，使空气里的氧气越来越多，终于形成了以氮气和氧气为主的现在空气的构成。
空气的恒定成分是氮气、氧气以及稀有气体，这些成分之所以几乎不变，主要是自然界各种变化相互持续补偿的结果。
总的来说，空气的成分一般是比较固定的，它适合各种生物的生存和发展。
3.氧气
氧气，在通常条件下是一种无色无味的气体，其化学式是O2.
氧气在标准状况下的密度约为1.43克/升，略大于空气。它的熔点约为-218℃，沸点约-183℃，在-182.96℃时液化成淡蓝色液体，在-218.4℃时凝固成雪状淡蓝色固体。
除惰性气体外，大多数元素在含氧的气氛中加热时，可生成氧化物，有许多元素（具有可变化合价的元素：碳、氟、磷等）可形成一种以上的氧化物。
氧气不易溶于水，标准情况下，1升水中可以溶解约30毫升的氧气。
氧气是水中生命体的基础。氧在地壳中的含量占第一位，干燥空气中含有约21%体积的氧，氧在水中的质量分数是89%。
氧气除了氧16外，还有氧17和氧18同位素。
世界上最早发现氧气的，是我国唐朝的炼丹家马和。马和认真地观察各种可燃物，如木炭、硫磺等在空气中燃烧的情况后，提出结论：空气成分复杂，主要由阳气（氮气）和阴气（氧气）组成。其中阳气比阴气多得多，阴气可以与可燃物化合把它从空气中除去，而阳气仍可安然无恙地留在空气中。
1774年，英国化学家普利斯特里和他的同伴，用一个大凸透镜将太阳光聚焦后，加热氧化汞，制得纯氧。并且发现它能助燃和帮助呼吸，称之为“脱燃素空气”。
1773年，瑞典的舍勒分解硝酸盐和利用浓硫酸与二氧化锰作用也制得氧，比普利斯特里还要早一年。然而，他的论文《关于空气与火的化学论文》直到1777年才发表，但他们二人确属各自独立制得氧。
1774年，普利斯特里访问法国，把制氧方法告诉了拉瓦锡。拉瓦锡于1775年重复这个实验，把空气中能够帮助呼吸和助燃的气体称为oxygene，这个字来源于希腊文oxygenēs，含义是“酸的形成者”。
因此，后世把这三位学者都确认为氧气的发现者。
自从氧气被人类真正认识以后，它就广泛地应用在诸多领域中。氧气可以支持燃烧，是良好的助燃剂，但本身不能燃烧，另外，氧气可以供动植物呼吸。
在炼钢过程中，吹高纯度氧气。氧便和碳及磷、硫、硅等起氧化反应，从而降低了钢的含碳量，并有利于清除磷、硫、硅等杂质，从而得到较纯净的钢铁。
在生产合成氨时，氧气主要用于原料气的氧化。例如，重油的高温裂化以及煤粉的气化等，这些都用来强化工艺过程，提高化肥产量。
液氧是现代火箭最好的助燃剂，在超音速飞机中需要液氧作氧化剂。可燃物质浸渍液氧后，具有强烈的爆炸性，可制作液氧炸药。在纯氧中燃烧的燃料，不但可以充分燃烧，而且形成高价氧化物，减少产物的污染。
氧气还可以供给病人呼吸，在一些缺氧环境中也具有极大的用处。例如潜水作业、登山运动、高空飞行、宇宙航行、医疗抢救等。
但是，人如果呼吸纯氧会引起中毒，严重的还可能危及生命。此外，过量吸氧还会促进生命衰老。因为氧气能促进人体新陈代谢的循环，从而使人体更多的细胞的生长周期缩短，人体衰老加快。
氧气的制造，工业上常利用压缩液态空气制氧，利用各气体溶沸点不同，从而制得氧气，实验室常加热高锰酸钾（KMnO4）或分解双氧水（H2O2）制氧。
4.二氧化碳
二氧化碳化学式为CO2，碳氧化物之一，属于一种无机物，常温下是一种无色无味气体。
二氧化碳密度约为1.98克/升，大于空气的密度，熔点约为-57℃（5270帕），沸点约-78℃（升华），临界温度在31℃左右（每种物质都有一个特定的温度，在这个温度以上，无论怎样增大压强，气态物质不会液化，这个温度就是临界温度）。
二氧化碳能溶于水。20℃时，每100体积水可溶88体积二氧化碳，一部分二氧化碳跟水反应生成碳酸。碳酸是种极不稳定的二元酸，易分解为二氧化碳和水。
二氧化碳的化学性质稳定，没有可燃性，一般不支持燃烧。常温下密度比空气略大，受热膨胀后则会聚集在上方。但活泼金属可在二氧化碳中燃烧，如点燃的镁条可在二氧化碳中燃烧，生成氧化镁和碳。
二氧化碳无毒，但空气中二氧化碳含量过高时，也会使人因缺氧而发生窒息，而且会产生“温室效应”，致使全球变暖，从而使气候分布发生迁移并造成冰川溶化，对人类形成危害。绿色植物能将二氧化碳和水在光合作用下合成有机物（葡萄糖等）。
在自然界中二氧化碳为大气组成的一部分，约占大气总体积的0.03%，人呼出的气体中二氧化碳约占4%。二氧化碳也包含在某些天然气或油田伴生气中以及碳酸盐形成的矿石中。
实验室中，人们常用盐酸跟大理石反应制取二氧化碳。工业上，则用煅烧石灰石或从酿酒的发酵气（利用微生物的无氧呼吸）中来获得二氧化碳。二氧化碳是酸性氧化物，酸性氧化物是指和碱反应生成盐和水的非金属氧化物或是某些酸的酸酐。二氧化碳可跟碱或碱性氧化物反应生成碳酸盐，跟氨水反应生成碳酸氢铵。
二氧化碳与水反应所生成的酸性物质碳酸，能使紫色石蕊变红。加热变红的紫色石蕊后又能变回紫色。具体反映如下：
H2O+CO2=H2CO3
H2CO3=H2O+CO2↑
二氧化碳能使澄清的石灰水变浑浊，生成碳酸钙沉淀，可以用此来判断集气瓶内气体是否有二氧化碳。具体反应如下：
Ca（OH）2+CO2=CaCO3↓+H2O
二氧化碳的用途很广泛。
二氧化碳在焊接领域应用广泛。如二氧化碳气体保护焊，是目前生产中应用最多的方法。
二氧化碳由于不支持燃烧，并且比空气密度大，因此常用来做灭火器，例如干粉灭火器、泡沫灭火器等。
固态二氧化碳俗称干冰，升华时可吸收大量热，因而用作制冷剂，如人工降雨，也常在舞美中用于制造烟雾。
二氧化碳可用于制造碳酸氢铵、小苏打、纯碱、尿素、铅白颜料、饮料以及铸钢件的淬火。
二氧化碳是绿色植物光合作用不可缺少的原料，温室中常用二氧化碳作肥料。