Un gas inerte es un gas que no sufre reacciones químicas fácilmente con otras sustancias químicas y, por lo tanto, no forma compuestos químicos fácilmente. Los gases nobles a menudo no reaccionan con muchas sustancias [1] y históricamente se les llamaba gases inertes. Los gases inertes se utilizan generalmente para evitar reacciones químicas no deseadas que degraden una muestra. Estas reacciones químicas indeseables son a menudo reacciones de oxidación e hidrólisis con el oxígeno y la humedad del aire . El término gas inerte depende del contexto porque varios de los gases nobles pueden hacerse reaccionar bajo ciertas condiciones.
El gas argón purificado es el gas inerte más utilizado debido a su gran abundancia natural (78,3 % N 2 , 1 % Ar en el aire) y su bajo coste 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. [2] Esta es una tendencia, no una regla, ya que todos los gases nobles y otros gases "inertes" pueden reaccionar para formar compuestos bajo algunas condiciones.
Los gases inertes se obtienen por destilación fraccionada del aire , a excepción del helio que se separa de algunas fuentes de gas natural ricas en este elemento, [3] mediante destilación criogénica o separación por membranas. [4] Para aplicaciones especializadas, el gas inerte purificado se producirá mediante generadores especializados in situ. A menudo los utilizan los quimiqueros y los transportadores de productos (embarcaciones más pequeñas). También se encuentran disponibles generadores especializados de mesa para laboratorios.
Debido a las propiedades no reactivas de los gases inertes, suelen ser útiles para evitar que se produzcan reacciones químicas indeseables. Los alimentos se envasan en un gas inerte para eliminar el oxígeno. Esto evita que crezcan bacterias. [5] También previene la oxidación química por el oxígeno en el aire normal. Un ejemplo es la rancidificación (causada por oxidación) de los aceites comestibles. En los envases de alimentos, los gases inertes se utilizan como conservantes pasivos, a diferencia de 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. Anteriormente se utilizaba helio, pero era menos adecuado porque se difunde fuera de la carcasa más rápidamente que el argón. [6]
En la industria química se utilizan frecuentemente gases inertes. En una planta de fabricación de productos químicos, las reacciones se pueden realizar bajo gas inerte para minimizar los riesgos de incendio o reacciones no deseadas. En este tipo de plantas y refinerías de petróleo, las líneas de transferencia y los recipientes pueden purgarse con gas inerte como medida de prevención de incendios y explosiones. A 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 buques petroleros (más de 8.000 toneladas desde el 1 de enero de 2016) quemando queroseno en un generador de gas inerte exclusivo . El sistema de gas inerte se utiliza para evitar que la atmósfera de los tanques de carga o búnkeres entre en el rango de explosión. [7] Los gases inertes mantienen el contenido de oxígeno de la atmósfera del tanque por debajo del 5% (en los buques de transporte de crudo, menos para los buques de transporte de productos y de gas), haciendo así que cualquier mezcla de aire/gas de hidrocarburos en el tanque sea demasiado rica (un combustible demasiado alto respecto al oxígeno). relación) 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. También se puede utilizar gas inerte 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. Demasiado aire daría como resultado un contenido de oxígeno superior al 5%, y demasiado fueloil daría como resultado el arrastre de gas hidrocarburo peligroso. Los gases de combustión se limpian y enfrían mediante la torre depuradora . Diversos dispositivos de seguridad impiden la sobrepresión, el retorno de gas hidrocarburo a la sala de máquinas o un suministro de IG con un contenido de oxígeno demasiado elevado.
Los camiones cisterna de gas y los transportadores de productos no pueden depender de sistemas de gases de combustión (porque requieren IG con un contenido de O 2 del 1% o menos) y, por lo tanto, utilizan generadores de gas inerte. El generador de gas inerte consta de una cámara de combustión y una unidad de lavado alimentadas 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 plataforma. Los tanques de carga de los gaseros no están inertizados, pero sí todo el espacio que los rodea.
El gas inerte se produce a bordo de aviones comerciales y militares para pasivar los tanques de combustible. En los 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. Convencionalmente, se han utilizado módulos de separación de aire (ASM) para generar gas inerte. Los ASM contienen membranas selectivamente permeables. Se alimentan de aire comprimido que se extrae de una etapa de compresor 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 pobre de inflamabilidad y del límite pobre de explosión. Una concentración de oxígeno del 10% al 12% es común 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 protege 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 metálico con gas (GMAW) para soldar metales no ferrosos . [8] Algunos gases que normalmente no se consideran inertes pero que se comportan como gases inertes en todas las circunstancias que probablemente se encuentren en algún uso a menudo pueden usarse como sustitutos 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 usa en mezclas de gases para GMAW porque no reacciona con el 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 utilizará en GMAW. El más común es la transferencia por arco por aspersión, y la mezcla de gases más comúnmente utilizada para la transferencia por arco por aspersión es 90% de argón y 10% de 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 son principalmente efectos físicos, como daño tisular causado por burbujas en la enfermedad de descompresión . El gas inerte más común utilizado en el gas respirable para el buceo comercial es el helio .