Инертный газ — это газ , который с трудом вступает в химические реакции с другими химическими веществами и, следовательно, с трудом образует химические соединения. Инертные газы часто не вступают в реакцию со многими веществами [1] и исторически назывались инертными газами. Инертные газы обычно используются во избежание нежелательных химических реакций, разрушающих образец. Эти нежелательные химические реакции часто представляют собой реакции окисления и гидролиза с участием кислорода и влаги воздуха . Термин «инертный газ» зависит от контекста, поскольку некоторые из благородных газов могут вступать в реакцию при определенных условиях.
Очищенный газ аргон является наиболее часто используемым инертным газом из-за его высокого содержания в природе (78,3% N 2 , 1% Ar в воздухе) и низкой относительной стоимости.
В отличие от благородных газов , инертный газ не обязательно является элементарным и часто представляет собой сложный газ. Как и в случае с благородными газами, тенденция к инертности обусловлена тем, что валентность , внешняя электронная оболочка , является полной во всех инертных газах. [2] Это тенденция, а не правило, поскольку все благородные газы и другие «инертные» газы при некоторых условиях могут реагировать с образованием соединений.
Инертные газы получают фракционной перегонкой воздуха , за исключением гелия , который выделяют из немногих источников природного газа , богатых этим элементом, [3] посредством криогенной перегонки или мембранного разделения. [4] Для специализированных применений очищенный инертный газ должен производиться на месте с помощью специализированных генераторов. Они часто используются танкерами-химовозами и перевозчиками продуктов (небольшими судами). Для лабораторий также доступны настольные специализированные генераторы.
Из-за нереакционноспособных свойств инертных газов их часто используют для предотвращения нежелательных химических реакций . Продукты питания упаковываются в инертный газ для удаления газообразного кислорода. Это предотвращает рост бактерий. [5] Он также предотвращает химическое окисление кислородом в обычном воздухе. Примером является прогоркание (вызванное окислением) пищевых масел. В упаковке пищевых продуктов инертные газы используются в качестве пассивного консерванта, в отличие от активных консервантов, таких как бензоат натрия ( противомикробное средство ) или BHT ( антиоксидант ).
Исторические документы также можно хранить в среде инертного газа во избежание разложения. Например, оригиналы документов Конституции США хранятся во влажном аргоне. Раньше использовался гелий, но он оказался менее подходящим, поскольку он быстрее диффундирует из корпуса, чем аргон. [6]
Инертные газы часто используются в химической промышленности. На химическом заводе реакции можно проводить в среде инертного газа, чтобы свести к минимуму опасность возгорания или нежелательных реакций. На таких заводах и нефтеперерабатывающих заводах в качестве меры предотвращения пожара и взрыва можно продувать перекачивающие линии и резервуары инертным газом. В лабораторных условиях химики проводят эксперименты с чувствительными к воздуху соединениями , используя безвоздушные методы , разработанные для работы с ними в среде инертного газа. Гелий, неон, аргон, криптон, ксенон и радон являются инертными газами.
Инертный газ производится на борту нефтяных судов (с 1 января 2016 года водоизмещением более 8000 тонн) путем сжигания керосина в специальном генераторе инертного газа . Система инертного газа используется для предотвращения попадания атмосферы в грузовых танках или бункерах во взрывоопасную зону. [7] Инертные газы удерживают содержание кислорода в атмосфере танка ниже 5% (на нефтевозах, меньше на танкерах-продуктовозах и газовозах), что делает любую смесь воздуха и углеводородного газа в танке слишком обогащенной (слишком высокое соотношение топлива к кислороду). соотношение) для воспламенения. Инертные газы наиболее важны во время выгрузки и во время балластного рейса, когда в атмосфере танка может присутствовать больше паров углеводородов . Инертный газ также можно использовать для очистки резервуара от летучей атмосферы при подготовке к освобождению газа - замене атмосферы пригодным для дыхания воздухом - или наоборот.
Система дымовых газов использует выхлопы котла в качестве источника, поэтому важно правильно регулировать соотношение топливо/воздух в горелках котла, чтобы обеспечить производство высококачественных инертных газов. Слишком много воздуха приведет к тому, что содержание кислорода превысит 5%, а слишком много мазута приведет к переносу опасного углеводородного газа. Дымовой газ очищается и охлаждается в скрубберной башне. Различные предохранительные устройства предотвращают возникновение избыточного давления, возврат углеводородного газа в машинное отделение или подачу ИГ со слишком высоким содержанием кислорода.
Танкеры-газовозы и перевозчики продуктов не могут полагаться на системы дымовых газов (поскольку им требуется IG с содержанием O 2 1% или менее) и поэтому вместо этого используют генераторы инертного газа. Генератор инертного газа состоит из камеры сгорания и скруббера с вентиляторами, а также холодильной установки, охлаждающей газ. Осушитель, включенный последовательно с системой, удаляет влагу из газа перед его подачей на палубу. Грузовые цистерны на газовозах не инертны, а все пространство вокруг них.
Инертный газ производится на борту коммерческих и военных самолетов для пассивации топливных баков. В жаркие дни пары топлива в топливных баках могут образовать легковоспламеняющуюся или взрывоопасную смесь, окисление которой может привести к катастрофическим последствиям. Традиционно для производства инертного газа используются модули разделения воздуха (ASM). ASM содержат мембраны с избирательной проницаемостью. В них подается сжатый воздух, отбираемый из компрессорной ступени газотурбинного двигателя. Давление приводит к отделению кислорода от воздуха из-за повышенной проницаемости кислорода через ASM по сравнению с азотом. Для пассивации топливного бака нет необходимости удалять весь кислород, а достаточно, чтобы оставаться ниже предела воспламеняемости обедненной смеси и предела взрываемости бедной смеси. Концентрация кислорода от 10% до 12% является обычным явлением во время полета.
При газовой вольфрамовой дуговой сварке (GTAW) для защиты вольфрама от загрязнения используются инертные газы. Он также защищает жидкий металл (создаваемый дугой) от химически активных газов в воздухе, которые могут вызвать пористость в затвердевшей сварочной ванне. Инертные газы также используются при газовой дуговой сварке (GMAW) для сварки цветных металлов. [8] Некоторые газы, которые обычно не считаются инертными, но которые ведут себя как инертные газы во всех обстоятельствах, которые могут возникнуть при определенном использовании, часто могут использоваться в качестве заменителя инертного газа. Это полезно, когда можно найти подходящий псевдоинертный газ, который является недорогим и распространенным. Например, диоксид углерода иногда используется в газовых смесях для GMAW, поскольку он не вступает в реакцию с сварочной ванной, создаваемой дуговой сваркой. Но он реагирует на дугу. Чем больше углекислого газа будет добавлено в инертный газ, например аргон, тем выше будет проникновение. Количество углекислого газа часто определяется тем, какой тип передачи вы будете использовать в GMAW. Наиболее распространенным является перенос дуги распылением, а наиболее часто используемая газовая смесь для переноса дуги распыления представляет собой 90% аргона и 10% углекислого газа.
При подводном плавании в состав дыхательной смеси входит инертный газ, который не является метаболически активным и служит для разбавления газовой смеси. Инертный газ может оказывать воздействие на дайвера, но считается, что это в основном физические воздействия, такие как повреждение тканей, вызванное пузырьками при декомпрессионной болезни . Наиболее распространенным инертным газом, используемым в качестве дыхательного газа для коммерческого дайвинга, является гелий .