Инертный газ - Inert gas

Инертный газ представляет собой газ , который не претерпевает химические реакции в соответствии с набором заданных условий. Эти благородные газы часто не реагируют со многими веществами и исторически называют инертных газов. Инертные газы обычно используются, чтобы избежать нежелательных химических реакций, разрушающих образец. Эти нежелательные химические реакции часто представляют собой реакции окисления и гидролиза с кислородом и влагой в воздухе . Термин « инертный газ» зависит от контекста, поскольку некоторые благородные газы могут вступать в реакцию при определенных условиях.

Очищенные газы аргон и азот чаще всего используются в качестве инертных газов из-за их высокого естественного содержания (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 является составным газом. Как и в случае с благородными газами, тенденция к нереактивности обусловлена ​​валентностью, внешней электронной оболочкой , полной во всех инертных газах. Это тенденция, а не правило, поскольку благородные газы и другие «инертные» газы могут реагировать с образованием соединений.

В группу 18 элементов входят гелий, неон, аргон, криптон, ксенон и радон. Их называют благородными газами или инертными газами. Общая конфигурация валентной оболочки ns 2 np 6 . Все эти элементы находятся в свободном состоянии в атмосфере. Это бесцветные газы без вкуса и запаха. Они обладают низкими температурами плавления и кипения. У них высокая положительная энтальпия усиления электронов и высокая энтальпия ионизации.

Производство

Инертные газы получают путем фракционной перегонки воздуха , за исключением гелия, который отделяется от нескольких источников природного газа, богатых этим элементом, посредством криогенной перегонки или мембранного разделения. Для специализированных применений очищенный инертный газ должен производиться на месте с помощью специализированных генераторов. Их часто используют танкеры-химовозы и танкеры-продуктовозы (суда меньшего размера). Настольные специализированные генераторы также доступны для лабораторий.

Приложения

Из-за нереактивных свойств инертных газов они часто используются для предотвращения нежелательных химических реакций . Пища упаковывается в инертный газ для удаления газообразного кислорода. Это предотвращает рост бактерий. Он также предотвращает химическое окисление кислородом в нормальном воздухе. Примером может служить прогоркание (вызванное окислением) пищевых масел. В пищевой упаковке инертные газы используются в качестве пассивного консерванта, в отличие от активных консервантов, таких как бензоат натрия ( противомикробный ) или BHT ( антиоксидант ).

Исторические документы также можно хранить в атмосфере инертного газа, чтобы избежать разрушения. Например, исходные документы Конституции США хранятся в атмосфере увлажненного аргона. Раньше использовался гелий, но он был менее подходящим, потому что он выходит из корпуса быстрее, чем аргон.

Инертные газы часто используются в химической промышленности. На химическом заводе реакции могут проводиться в среде инертного газа, чтобы минимизировать опасность возгорания или нежелательных реакций. На таких заводах и нефтеперерабатывающих заводах передаточные линии и резервуары можно продувать инертным газом в качестве меры предотвращения пожара и взрыва. В лабораторных условиях химики проводят эксперименты с чувствительными к воздуху соединениями, используя безвоздушные методы, разработанные для работы с ними в атмосфере инертного газа. Гелий, неон, аргон, криптон, ксенон и радон - инертные газы.

Системы инертного газа на судах

Инертный газ производится на борту танкеров для перевозки сырой нефти (более 8000 тонн) (с 1 января 2016 г.) либо с использованием системы дымовых газов, либо путем сжигания керосина в специальном генераторе инертного газа . Система инертного газа используется для предотвращения попадания атмосферы в грузовые танки или бункеры во взрывоопасную зону. Инертные газы поддерживают содержание кислорода в атмосфере резервуара ниже 5% (на нефтеналивных судах, меньше для танкеров-продуктовозов и танкеров-газовозов), что делает любую смесь воздуха / углеводородного газа в резервуаре слишком богатой (слишком высокое отношение топлива к кислороду) для зажигать. 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 дегазации - замене атмосферы пригодным для дыхания воздухом - или наоборот.

Система дымовых газов использует выхлопные газы котла в качестве своего источника, поэтому важно, чтобы соотношение топливо / воздух в горелках котла было должным образом отрегулировано, чтобы гарантировать получение инертных газов высокого качества. Слишком много воздуха приведет к содержанию кислорода, превышающему 5%, а слишком много мазута приведет к уносу опасного углеводородного газа. Дымовой газ очищается и охлаждается в башне скруббера . Различные предохранительные устройства предотвращают избыточное давление, возврат углеводородного газа в машинное отделение или подачу IG со слишком высоким содержанием кислорода.

Танкеры-газовозы и танкеры-продуктовозы не могут полагаться на системы дымовых газов (поскольку они требуют IG с содержанием O 2 не более 1%) и поэтому вместо них используют генераторы инертного газа. Генератор инертного газа состоит из камеры сгорания и скруббера, снабженного вентиляторами, и холодильной установки, охлаждающей газ. Осушитель, включенный последовательно с системой, удаляет влагу из газа перед его подачей на палубу. Грузовые цистерны на газовозах не инертированы, но все пространство вокруг них инертировано. Такая компоновка позволяет поддерживать охлаждение танков с помощью небольшой высоты груза, когда судно находится в балласте, сохраняя при этом защиту от взрыва, обеспечиваемую инертным газом.

Системы инертного газа на самолетах

Инертный газ производится на борту коммерческих и военных самолетов для пассивирования топливных баков. В жаркие дни пары топлива в топливных баках могут иначе образовать легковоспламеняющуюся или взрывоопасную смесь, которая в случае окисления может иметь катастрофические последствия. Обычно для выработки инертного газа использовались модули разделения воздуха (ASM). ASM содержат селективно проницаемые мембраны. В них подается сжатый воздух, который обеспечивает отделение кислорода от воздуха. Для пассивации топливного бака нет необходимости удалять весь кислород, а достаточно, чтобы оставаться ниже предела воспламеняемости бедной смеси и предела взрываемости бедной смеси.

Сварка

При газовой дуговой сварке вольфрамом (GTAW) инертные газы используются для защиты вольфрама от загрязнения. Он также защищает жидкий металл (созданный от дуги) от химически активных газов в воздухе, которые могут вызвать пористость в затвердевшей сварочной ванне. Инертные газы также используются при газовой дуговой сварке металла (GMAW) для сварки цветных металлов. Некоторые газы, которые обычно не считаются инертными, но которые ведут себя как инертные газы во всех обстоятельствах, которые могут встретиться при некотором использовании, часто могут использоваться в качестве замены 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, потому что он не реагирует на сварочную ванну, создаваемую дуговой сваркой. Но он реагирует на дугу. Чем больше углекислого газа добавлено к инертному газу, например, аргону, тем выше будет проникновение. Количество углекислого газа часто определяется тем, какой тип переноса вы будете использовать в GMAW. Наиболее распространенным является перенос дуги со струйным переносом, и наиболее часто используемая газовая смесь для переноса дуги с распылением состоит из 90% аргона и 10% диоксида углерода. (В зависимости от поставщика газа перечислены как можно больше разных наименований).

Подводное плавание

При подводном плавании инертный газ - это компонент дыхательной смеси, 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 эффекты, такие как повреждение тканей, вызванное пузырьками при декомпрессионной болезни . Наиболее распространенными инертными газами, используемыми для дыхания при коммерческом дайвинге, являются азот и гелий .

Смотрите также

  • Дыхание газа  - газ , используемый для дыхания человека
  • Промышленный газ  - газообразные материалы, производимые для использования в промышленности.
  • Система инертирования для самолетов
  • Покрытие резервуара
  • Продувка (газ) - процедура предотвращения пожара и взрыва для предотвращения образования воспламеняющейся атмосферы, выполняемая путем промывки замкнутой системы инертным газом.
  • Инертизация (газ) , процедура предотвращения пожара и взрыва для обеспечения безопасности воспламеняющейся атмосферы, выполняемая путем впрыска инертного газа.

использованная литература