Введение
Газ, который не вступает в химические реакции при заданных условиях. Инертный газ – это газ, который не склонен вступать в химические реакции с другими веществами и, следовательно, не образует химических соединений. Благородные газы часто не реагируют со многими веществами и исторически назывались инертными газами. Инертные газы обычно используются для предотвращения нежелательных химических реакций, приводящих к порче образца. Эти нежелательные реакции часто являются реакциями окисления и гидролиза с кислородом и влагой, содержащимися в воздухе. Термин "инертный газ" зависит от контекста, поскольку некоторые благородные газы могут быть приведены к реакциям при определенных условиях. Очищенный аргон является наиболее часто используемым инертным газом благодаря его высокой природной распространенности (78,3% N2, 1% Ar в воздухе) и относительно низкой стоимости. В отличие от благородных газов, инертный газ не обязательно является простым веществом и часто представляет собой сложное соединение. Как и в случае благородных газов, нереактивность обусловлена завершенностью валентной оболочки – внешнего электронного слоя – у всех инертных газов. Это скорее тенденция, чем строгое правило, поскольку все благородные газы и другие "инертные" газы могут вступать в реакции с образованием соединений при определенных условиях.
An inert gas is a gas that does not readily undergo chemical reactions with other chemical substances and therefore does not readily form chemical compounds. The noble gases often do not react with many substances and were historically referred to as the inert gases. Inert gases are used generally to avoid unwanted chemical reactions degrading a sample. These undesirable chemical reactions are often oxidation and hydrolysis reactions with the oxygen and moisture in air. The term inert gas is context dependent because several of the noble gases can be made to react under certain conditions. Purified argon gas is the most commonly used inert gas due to its high natural abundance (78.3% N2, 1% Ar in air ) and low relative cost. Unlike noble gases, an inert gas is not necessarily elemental and is often a compound gas. Like the noble gases, the tendency for non reactivity is due to the valence, the outermost electron shell, being complete in all the inert gases. This is a tendency, not a rule, as all noble gases and other "inert" gases can react to form compounds under some conditions.
Необходимость и необходимость
Инертные газы получают путем фракционной перегонки воздуха, за исключением гелия, который выделяют из отдельных источников природного газа, богатых этим элементом, с помощью криогенной дистилляции или мембранного разделения. Для специализированных применений очищенный инертный газ производится специализированными генераторами непосредственно на месте. Они часто используются на химических танкерах и судах для перевозки продукции (небольших судах). Для лабораторий также доступны компактные специализированные генераторы.
Применение на инертных газах
Из-за нереакционной способности инертных газов они часто используются для предотвращения нежелательных химических реакций. Пищу упаковывают в инертный газ для удаления кислорода. Это предотвращает рост бактерий, а также химическое окисление кислородом, содержащимся в обычном воздухе. Примером может служить прогоркание (вызванное окислением) растительных масел. В пищевой упаковке инертные газы используются как пассивные консерванты, в отличие от активных консервантов, таких как бензоат натрия (антимикробное средство) или BHT (антиоксидант). Исторические документы также могут храниться в атмосфере инертного газа для предотвращения их разрушения. Например, оригиналы Конституции США хранятся в увлажненной среде аргона. Ранее использовался гелий, но он оказался менее подходящим, поскольку быстрее диффундирует через оболочку, чем аргон. Инертные газы широко применяются в химической промышленности. На химических производствах реакции проводят в инертной атмосфере для минимизации риска пожара или нежелательных реакций. На таких предприятиях и на нефтеперерабатывающих заводах трубопроводы и резервуары продуваются инертным газом в качестве меры противопожарной и взрывозащиты. В лабораторных условиях химики проводят эксперименты с соединениями, чувствительными к воздуху, используя специальные методы работы с ними в инертной атмосфере. Гелий, неон, аргон, криптон, ксенон и радон относятся к инертным газам.
Системы инертного газа на судах
Инертный газ производится на борту нефтяных танкеров (более 8000 тонн с 1 января 2016 года) путем сжигания керосина в специальном генераторе инертного газа. Система инертного газа используется для предотвращения попадания атмосферы в грузовых танках или бункерах в пределы взрывоопасной концентрации. Инертные газы поддерживают содержание кислорода в атмосфере танка ниже 5% (на танкерах для сырой нефти – меньше, для танкеров нефтепродуктов и газовозов). Это делает любую смесь воздуха и углеводородного газа в танке слишком богатой (с избыточным соотношением топлива к кислороду) для воспламенения. Инертные газы особенно важны во время разгрузки и во время рейса на балласте, когда в атмосфере танка может присутствовать больше паров углеводородов. Инертный газ также может использоваться для продувки танка от взрывоопасной атмосферы в целях подготовки к газоочистке – замене атмосферы воздухом, пригодным для дыхания, или наоборот. Система улавливания дымовых газов использует выхлопные газы котла в качестве источника, поэтому важно правильно регулировать соотношение топлива и воздуха в котловых горелках для обеспечения производства высококачественного инертного газа. Избыток воздуха приведет к превышению содержания кислорода 5%, а избыток мазута – к попаданию опасных углеводородных газов. Дымовые газы очищаются и охлаждаются в скрубберной колонне. Различные предохранительные устройства предотвращают повышение давления, возврат углеводородных газов в машинное отделение или подачу IG с чрезмерно высоким содержанием кислорода. Газовозы и танкеры нефтепродуктов не могут полагаться на системы улавливания дымовых газов (поскольку им требуется IG с содержанием O2 1% или менее) и поэтому используют генераторы инертного газа. Генератор инертного газа состоит из камеры сгорания и скрубберного блока, снабженных вентиляторами и холодильной установкой для охлаждения газа. Осушитель, установленный последовательно в системе, удаляет влагу из газа перед подачей его на палубу. Грузовые танки на газовозах не инертятся, но инертной является вся окружающая их зона.
Системы инертного газа на воздушных судах
Инертный газ производится на борту коммерческих и военных самолетов для пассивации топливных баков. В жаркую погоду топливные пары в топливных баках могут образовывать горючую или взрывоопасную смесь, которая при окислении может привести к катастрофическим последствиям. Традиционно для генерации инертного газа используются модули разделения воздуха (ASM). ASM содержат селективно проницаемые мембраны и питаются сжатым воздухом, отбираемым от ступени компрессора газотурбинного двигателя. Давление обеспечивает разделение кислорода от воздуха благодаря более высокой проницаемости кислорода по сравнению с азотом через мембраны ASM. Для пассивации топливного бака не требуется удалять весь кислород, достаточно снизить его концентрацию ниже нижнего предела воспламеняемости и нижнего предела взрываемости. В течение полета обычно поддерживается концентрация кислорода в диапазоне от 10% до 12%.
Сварка
При газоволоконной дуговой сварке (GTAW) инертные газы используются для защиты вольфрамового электрода от загрязнения. Они также защищают расплавленный металл (образующийся под действием дуги) от реактивных газов в воздухе, которые могут вызывать пористость в затвердевшей сварочной ванне. Инертные газы также применяются при газовой дуговой сварке в защитной среде (GMAW) для сварки цветных металлов. Некоторые газы, обычно не считающиеся инертными, но проявляющие свойства инертных газов во всех условиях, вероятных при определенных видах применения, часто могут использоваться в качестве замены инертному газу. Это выгодно, когда можно найти подходящий псевдоинертный газ, который является недорогим и широко доступным. Например, углекислый газ иногда добавляют в газовые смеси для GMAW, поскольку он не взаимодействует со сварочной ванной, создаваемой дуговой сваркой. Однако он реагирует с дугой. Увеличение содержания углекислого газа в инертном газе, таком как аргон, повышает глубину провара. Соотношение углекислого газа часто определяется типом режима переноса металла, используемого в GMAW. Наиболее распространенным является режим переноса в виде распыления, для которого наиболее часто используется газовая смесь, состоящая из 90% аргона и 10% углекислого газа.
Дайвинг
При подводном плавании инертный газ — это компонент дыхательной смеси, который не участвует в метаболических процессах и служит для разбавления газовой смеси. Инертный газ может оказывать влияние на водолаза, но считается, что это в основном физические эффекты, такие как повреждение тканей, вызванное пузырьками при декомпрессионной болезни. Наиболее часто используемым инертным газом в дыхательных смесях для коммерческих погружений является гелий.