Un gas inerte es un gas que no experimenta fácilmente reacciones químicas con otras sustancias químicas y, por lo tanto, no forma fácilmente compuestos químicos . Aunque los gases inertes tienen una variedad de aplicaciones, generalmente se utilizan para evitar que las reacciones químicas no deseadas con el oxígeno ( oxidación ) y la humedad ( hidrólisis ) en el aire degraden una muestra. En general, todos los gases nobles excepto oganesón ( helio , neón , argón , criptón , xenón y radón ), nitrógeno y dióxido de carbono se consideran gases inertes. El término gas inerte depende del contexto porque varios de los gases nobles, incluidos el nitrógeno y el dióxido de carbono, pueden reaccionar en ciertas condiciones. [1] [2]
El gas argón purificado es el gas inerte más comúnmente utilizado debido a su alta abundancia natural (78,3 % N 2 , 1 % Ar en el aire) [3] y su bajo costo relativo.
A diferencia de los gases nobles , un gas inerte no es necesariamente elemental y suele ser un gas compuesto . Al igual que los gases nobles, la tendencia a la no reactividad se debe a que la valencia , la capa electrónica más externa , está completa en todos los gases inertes. [4] Esta es una tendencia, no una regla, ya que todos los gases nobles y otros gases "inertes" pueden reaccionar para formar compuestos en determinadas condiciones.
Los gases inertes se obtienen por destilación fraccionada del aire , con excepción del helio , que se separa de algunas fuentes de gas natural ricas en este elemento, [5] mediante destilación criogénica o separación por membranas. [6] Para aplicaciones especializadas, el gas inerte purificado se debe producir mediante generadores especializados in situ. Suelen utilizarse en buques cisterna para productos químicos y transportadores de productos (buques más pequeños). También hay generadores especializados de sobremesa disponibles para laboratorios.
Debido a las propiedades no reactivas de los gases inertes, a menudo son útiles para evitar que se produzcan reacciones químicas indeseables. Los alimentos se envasan en un gas inerte para eliminar el oxígeno gaseoso. Esto evita que las bacterias crezcan. [7] También previene la oxidación química por el oxígeno en el aire normal. Un ejemplo es la rancidificación (causada por la oxidación) de los aceites comestibles. En el envasado de alimentos, los gases inertes se utilizan como conservantes pasivos, en contraste con los conservantes activos como el benzoato de sodio (un antimicrobiano ) o el BHT (un antioxidante ).
Los documentos históricos también pueden almacenarse bajo gas inerte para evitar su degradación. Por ejemplo, los documentos originales de la Constitución de los Estados Unidos se almacenan bajo argón humidificado. Antes se utilizaba helio, pero era menos adecuado porque se difunde fuera de la caja más rápidamente que el argón. [8]
Los gases inertes se utilizan a menudo en la industria química. En una planta de fabricación de productos químicos, las reacciones se pueden llevar a cabo bajo gas inerte para minimizar los riesgos de incendio o reacciones no deseadas. En dichas plantas y en las refinerías de petróleo, las líneas de transferencia y los recipientes se pueden purgar con gas inerte como medida de prevención de incendios y explosiones. En la escala de laboratorio, los químicos realizan experimentos con compuestos sensibles al aire utilizando técnicas sin aire desarrolladas para manipularlos bajo gas inerte. El helio, el neón, el argón, el criptón, el xenón y el radón son gases inertes.
El gas inerte se produce a bordo de los buques petroleros (de más de 8.000 toneladas a partir del 1 de enero de 2016) quemando queroseno en un generador de gas inerte dedicado . El sistema de gas inerte se utiliza para evitar que la atmósfera de los tanques de carga o de los búnkeres entre en el rango explosivo. [9] Los gases inertes mantienen el contenido de oxígeno de la atmósfera del tanque por debajo del 5% (en los buques petroleros de crudo, menos para los buques petroleros de productos y los buques tanque de gas), lo que hace que cualquier mezcla de aire/gas de hidrocarburos en el tanque sea demasiado rica (una relación combustible/oxígeno demasiado alta) para encenderse. Los gases inertes son más importantes durante la descarga y durante el viaje en lastre cuando es probable que haya más vapor de hidrocarburos en la atmósfera del tanque. El gas inerte también se puede utilizar para purgar el tanque de la atmósfera volátil en preparación para la liberación de gas (reemplazando la atmósfera con aire respirable) o viceversa.
El sistema de gases de combustión utiliza los gases de escape de la caldera como fuente, por lo que es importante que la relación combustible/aire en los quemadores de la caldera esté regulada adecuadamente para garantizar que se produzcan gases inertes de alta calidad. Un exceso de aire daría como resultado un contenido de oxígeno superior al 5%, y un exceso de fueloil daría como resultado el arrastre de gases de hidrocarburos peligrosos. Los gases de combustión se limpian y enfrían en la torre depuradora . Varios dispositivos de seguridad evitan la sobrepresión, el retorno de gases de hidrocarburos a la sala de máquinas o el suministro de gas inerte con un contenido de oxígeno demasiado alto.
Los buques cisterna y los transportadores de productos no pueden depender de sistemas de gases de combustión (porque requieren gas inerte con un contenido de O2 del 1% o menos) y, por lo tanto, utilizan en su lugar generadores de gas inerte. El generador de gas inerte consta de una cámara de combustión y una unidad depuradora alimentada por ventiladores y una unidad de refrigeración que enfría el gas. Un secador en serie con el sistema elimina la humedad del gas antes de que se suministre a la cubierta. Los tanques de carga de los buques gaseros no están inertizados, pero todo el espacio que los rodea sí lo está.
El gas inerte se produce a bordo de aviones comerciales y militares para pasivar los tanques de combustible. En días calurosos, el vapor de combustible en los tanques de combustible puede formar una mezcla inflamable o explosiva que, si se oxida, podría tener consecuencias catastróficas. Tradicionalmente, se han utilizado módulos de separación de aire (ASM) para generar gas inerte. Los ASM contienen membranas selectivamente permeables. Se alimentan con aire comprimido que se extrae de una etapa de compresión de un motor de turbina de gas. La presión impulsa la separación del oxígeno del aire debido a la mayor permeabilidad del oxígeno a través de los ASM en comparación con el nitrógeno. Para la pasivación del tanque de combustible, no es necesario eliminar todo el oxígeno, sino lo suficiente para permanecer por debajo del límite de inflamabilidad pobre y el límite de explosión pobre. En contraste con la concentración de oxígeno del 21% en el aire, es común que en el espacio vacío de un tanque de combustible pasivado haya entre un 10% y un 12% durante el transcurso de un vuelo.
En la soldadura por arco de tungsteno con gas (GTAW), se utilizan gases inertes para proteger el tungsteno de la contaminación. También protegen el metal fluido (creado a partir del arco) de los gases reactivos en el aire que pueden causar porosidad en el charco de soldadura solidificado. Los gases inertes también se utilizan en la soldadura por arco de metal con gas (GMAW) para soldar metales no ferrosos . [10] Algunos gases que normalmente no se consideran inertes pero que se comportan como gases inertes en todas las circunstancias que es probable que se encuentren en algún uso a menudo se pueden utilizar como sustituto de un gas inerte. Esto es útil cuando se puede encontrar un gas pseudoinerte apropiado que sea económico y común. Por ejemplo, el dióxido de carbono a veces se utiliza en mezclas de gases para GMAW porque no es reactivo al baño de soldadura creado por la soldadura por arco. Pero es reactivo al arco. Cuanto más dióxido de carbono se agregue al gas inerte, como el argón, aumentará su penetración. La cantidad de dióxido de carbono a menudo está determinada por el tipo de transferencia que se utilizará en GMAW. La más común es la transferencia por arco de pulverización, y la mezcla de gases más comúnmente utilizada para la transferencia por arco de pulverización es 90% argón y 10% dióxido de carbono.
En el buceo submarino, un gas inerte es un componente de la mezcla respirable que no es metabólicamente activo y sirve para diluir la mezcla de gases. El gas inerte puede tener efectos en el buceador, pero se cree que estos son principalmente efectos físicos, como el daño tisular causado por las burbujas en la enfermedad de descompresión . El gas inerte más común utilizado en el gas respirable para el buceo comercial es el helio .