Gaz obojętny - Inert gas

Gaz obojętny jest gazem, który nie ulega reakcji chemicznej na podstawie zbioru danych warunkach. Te gazy szlachetne często nie reaguje z wieloma substancjami historycznie dalej gazów obojętnych. Gazy obojętne są zwykle używane w celu uniknięcia niepożądanych reakcji chemicznych degradujących próbkę. Te niepożądane reakcje chemiczne to często reakcje utleniania i hydrolizy z tlenem i wilgocią w powietrzu . Termin gaz obojętny jest zależny od kontekstu, ponieważ kilka gazów szlachetnych może reagować w określonych warunkach.

Oczyszczony argon i azot są najczęściej używane jako gazy obojętne ze względu na ich dużą naturalną zawartość (78,3% N 2 , 1% Ar w powietrzu) ​​i niski koszt względny.

W przeciwieństwie do gazów szlachetnych , gaz obojętny niekoniecznie jest pierwiastkowy i często jest gazem złożonym . Podobnie jak w przypadku gazów szlachetnych, tendencja do braku reaktywności jest spowodowana wartościowością, najbardziej zewnętrzną powłoką elektronową , która jest kompletna we wszystkich gazach obojętnych. Jest to tendencja, a nie reguła, ponieważ gazy szlachetne i inne gazy „obojętne” mogą reagować, tworząc związki.

Do grupy 18 pierwiastków należą hel, neon, argon, krypton, ksenon i radon. Nazywane są gazami szlachetnymi lub gazami obojętnymi. Ogólna konfiguracja powłoki walencyjnej to ns 2 np 6 . Wszystkie te pierwiastki występują w atmosferze w stanie wolnym. Są gazami bezbarwnymi, bez smaku i zapachu. Wykazują niską temperaturę topnienia i wrzenia. Mają wysoką dodatnią entalpię wzmocnienia elektronów i wysoką entalpię jonizacji.

Produkcja

Gazy obojętne uzyskuje się drogą destylacji frakcyjnej powietrza , z wyjątkiem helu, który jest oddzielany od kilku źródeł gazu ziemnego bogatych w ten pierwiastek, poprzez destylację kriogeniczną lub separację membranową. W przypadku zastosowań specjalistycznych oczyszczony gaz obojętny powinien być wytwarzany przez wyspecjalizowane generatory na miejscu. Są często używane przez chemikaliowce i przewoźników produktów (mniejsze statki). Dla laboratoriów dostępne są również wyspecjalizowane generatory stacjonarne.

Aplikacje

Ze względu na niereaktywne właściwości gazów obojętnych są one często przydatne do zapobiegania niepożądanym reakcjom chemicznym . Żywność jest pakowana w gaz obojętny, aby usunąć gazowy tlen. Zapobiega to rozwojowi bakterii. Zapobiega również utlenianiu chemicznemu przez tlen w normalnym powietrzu. Przykładem jest jełczenie (spowodowane utlenianiem) olejów jadalnych. W opakowaniach do żywności gazy obojętne są używane jako pasywny środek konserwujący, w przeciwieństwie do aktywnych konserwantów, takich jak benzoesan sodu (środek przeciwdrobnoustrojowy ) lub BHT ( przeciwutleniacz ).

Dokumenty historyczne można również przechowywać w atmosferze gazu obojętnego, aby uniknąć degradacji. Na przykład oryginalne dokumenty Konstytucji Stanów Zjednoczonych są przechowywane pod nawilżanym argonem. Wcześniej stosowano hel, ale był on mniej odpowiedni, ponieważ dyfundował z obudowy szybciej niż argon.

Gazy obojętne są często używane w przemyśle chemicznym. W chemicznym zakładzie produkcyjnym reakcje mogą być prowadzone w gazie obojętnym, aby zminimalizować zagrożenie pożarowe lub niepożądane reakcje. W takich zakładach i rafineriach linie przesyłowe i zbiorniki mogą być przedmuchiwane gazem obojętnym w celu zapobiegania pożarom i wybuchom. W skali laboratoryjnej chemicy przeprowadzają eksperymenty na związkach wrażliwych na powietrze przy użyciu technik bezpowietrznych opracowanych do obsługi ich w atmosferze gazu obojętnego. Hel, neon, argon, krypton, ksenon i radon to gazy obojętne.

Systemy gazu obojętnego na statkach

Gaz obojętny jest produkowany na statkach do przewozu ropy naftowej (powyżej 8 000 ton) (od 1 stycznia 2016 r.) przy użyciu systemu spalinowego lub poprzez spalanie nafty w dedykowanym generatorze gazu obojętnego . System gazu obojętnego służy do zapobiegania przedostawaniu się atmosfery w zbiornikach ładunkowych lub bunkrach do obszaru wybuchowego. Gazy obojętne utrzymują zawartość tlenu w atmosferze zbiornika poniżej 5% (na surowcach, mniej w przypadku produktów i gazowców), co powoduje, że jakakolwiek mieszanina powietrza/węglowodorów w zbiorniku jest zbyt bogata (zbyt wysoki stosunek paliwa do tlenu) do zapalać. Gazy obojętne są najważniejsze podczas rozładowywania i podczas podróży balastowej, kiedy w atmosferze zbiornika może znajdować się więcej oparów węglowodorów . Gaz obojętny może być również użyty do oczyszczenia zbiornika z atmosfery lotnej w ramach przygotowań do uwolnienia gazu - zastąpienie atmosfery powietrzem do oddychania - lub odwrotnie.

System spalinowy wykorzystuje jako źródło spaliny z kotła, dlatego ważne jest, aby stosunek paliwo/powietrze w palnikach kotła był odpowiednio regulowany, aby zapewnić wytwarzanie wysokiej jakości gazów obojętnych. Zbyt dużo powietrza spowoduje zawartość tlenu przekraczającą 5%, a zbyt duża ilość oleju opałowego spowoduje przenoszenie niebezpiecznego gazu węglowodorowego. Gaz spalinowy jest oczyszczany i chłodzony przez wieżę płuczkową . Różne urządzenia zabezpieczające zapobiegają nadciśnieniu, powrotowi gazu węglowodorowego do maszynowni lub dostawie IG o zbyt wysokiej zawartości tlenu.

Gazowce i przewoźnicy produktów nie mogą polegać na systemach gazów spalinowych (ponieważ wymagają IG z zawartością O 2 1% lub mniej), dlatego zamiast tego stosują generatory gazu obojętnego. Generator gazu obojętnego składa się z komory spalania i skrubera zasilanego przez wentylatory oraz agregatu chłodniczego, który chłodzi gaz. Suszarka połączona szeregowo z systemem usuwa wilgoć z gazu przed dostarczeniem go na pokład. Zbiorniki ładunkowe na gazowcach nie są obojętne, ale cała przestrzeń wokół nich jest. Taki układ umożliwia chłodzenie zbiorników przy użyciu niewielkiego przechyłu ładunku, podczas gdy statek jest pod balastem, przy jednoczesnym zachowaniu ochrony przeciwwybuchowej zapewnianej przez gaz obojętny.

Systemy gazu obojętnego w samolotach

Gaz obojętny jest produkowany na pokładach samolotów komercyjnych i wojskowych w celu pasywacji zbiorników paliwa. W upalne dni opary paliwa w zbiornikach paliwa mogą w przeciwnym razie tworzyć palną lub wybuchową mieszaninę, która w przypadku utlenienia może mieć katastrofalne skutki. Konwencjonalnie do generowania gazu obojętnego używano modułów rozdzielania powietrza (ASM). ASM zawierają membrany selektywnie przepuszczalne. Zasilane są sprężonym powietrzem, które napędza oddzielanie tlenu od powietrza. W przypadku pasywacji zbiornika paliwa nie jest konieczne usuwanie całego tlenu, ale raczej na tyle, aby pozostać poniżej granicy palności ubogiej i granicy wybuchowości ubogiej.

Spawalniczy

W spawaniu łukowym z wolframem gazowym (GTAW) gazy obojętne są używane do ochrony wolframu przed zanieczyszczeniem. Chroni również płynny metal (wytworzony z łuku) przed reaktywnymi gazami w powietrzu, które mogą powodować porowatość zakrzepłego jeziorka spawalniczego. Gazy obojętne są również wykorzystywane w spawaniu łukowym w osłonie gazów (GMAW) do spawania metali nieżelaznych. Niektóre gazy, które zwykle nie są uważane za obojętne, ale które zachowują się jak gazy obojętne we wszystkich okolicznościach, jakie mogą wystąpić w niektórych zastosowaniach, mogą często być stosowane jako substytut gazu obojętnego. Jest to przydatne, gdy można znaleźć odpowiedni gaz pseudoobojętny, który jest niedrogi i powszechny. Na przykład dwutlenek węgla jest czasami stosowany w mieszaninach gazów do spawania metodą GMAW, ponieważ nie reaguje z jeziorkiem spawalniczym utworzonym podczas spawania łukowego. Ale reaguje na łuk. Im więcej dwutlenku węgla doda się do gazu obojętnego, takiego jak argon, zwiększy penetrację. Ilość dwutlenku węgla często zależy od rodzaju transferu, którego będziesz używać w GMAW. Najpopularniejszym jest transfer łuku natryskowego, a najczęściej stosowaną mieszaniną gazów do transferu łuku natryskowego jest 90% argonu i 10% dwutlenku węgla. (Wymienione tyle różnych nazw w zależności od dostawcy gazu).

Nurkowanie

W nurkowaniu podwodnym gaz obojętny jest składnikiem mieszaniny oddechowej, który nie jest aktywny metabolicznie i służy do jej rozcieńczania. Gaz obojętny może mieć wpływ na nurka, ale uważa się, że są to głównie efekty fizyczne, takie jak uszkodzenie tkanki spowodowane przez pęcherzyki w chorobie dekompresyjnej . Najpowszechniejszymi gazami obojętnymi używanymi do oddychania w nurkowaniu komercyjnym są azot i hel .

Zobacz też

  • Gaz oddechowy  – Gaz używany do oddychania człowieka
  • Gaz przemysłowy  – Materiały gazowe produkowane do użytku w przemyśle
  • System inertyzacji samolotów
  • Kocowanie zbiornika
  • Płukanie (gaz) , procedura zapobiegania pożarom i wybuchom w celu uniknięcia tworzenia atmosfery zapalnej, realizowana przez przepłukanie zamkniętego systemu gazem obojętnym
  • Inertyzacja (gaz) , procedura zapobiegania pożarom i wybuchom w celu zapewnienia bezpieczeństwa atmosfery zapalnej, realizowana przez wstrzyknięcie gazu obojętnego

Bibliografia