非活性气体

中文维基百科【维基百科中文版网站】
跳到导航 跳到搜索

惰性气体(inert gas)也称为非活性气体无活性气体不反应气体,是在一定条件下不会发生化学反应气体

元素周期表上的18族元素一般条件和许多物质不会有化学反应[1],以往惰性气体就是指这些元素。而“惰性气体”一词也要视其情境而定,因为上述的“惰性气体”在特定情形下也会反应,也有些惰性气体不属于稀有气体,例如氮气。惰性气体也可能是化合物

纯化的氮气及氩气常作为惰性气体使用,因为在自然界的丰度高(大气中氮气占78%,氩气占1%),而且成本低廉。

在一些情形下(例如焊接)中会用惰性气体作为保护用气体,以避免不希望出现的反应(例如接触空气氧气产生的氧化,或是接触水汽的水解)。

制备[编辑]

惰性气体可以用空气分馏英语air separation的方式制备。若针对特殊的应用,可以用现场的产生器制备,此作法常用在海上的化学品运输船或是石化产品运输船。实验室也会有台式的惰性气体产生器。

应用[编辑]

惰性气体具有不容易发生化学反应的特点,因此可以用来避免一些不希望发生的反应。例如食物可以用惰性气体充填以隔绝氧气,避免细菌生长[2],也可以避免因为接触空气中的氧气而造成的氧化(例如食用油接触氧气后的酸败)。在食品工业中,充填惰性气体是属于被动防腐的作法,和苯甲酸钠抗微生物剂英语Antimicrobial)或是BHT抗氧化剂)主动防腐的作法不同。

一些历史文件也会放置在惰性气体中,避免文件的降解。例如美国宪法的正文是存放在有调节湿度的氩气中。以往会使用氦气,不过因为氦气扩散出来的速率比氩气要快很多,因此不再使用[3]

惰性气体也使用在化学工业中。在化工厂内,有些反应会在惰性气体下进行,可能是反应本身需要在无氧的条件下进行,也可能为了减少失火的可能,或避免产生不想要的生成物。在这类的化工厂或炼油厂中,输送管路或是容器会用充填惰性气体来驱气英语Purging (gas),避免形成容易爆炸的气体。若是实验室内,化学家在进行一些空气敏感物质的实验时,会使用空气隔绝技术,也就是在惰性气体环境下进行相关实验或反应。

船上的惰性气体系统[编辑]

2016年1月1日起,8000吨以上的油轮需要有惰性气体系统,可以利用烟气系统(flue gas system),或是在惰性气体产生器英语Inert gas generator中燃烧煤油,以其废气供作惰性气体。惰性气体系统的目的是避免储油槽或是管道内的气体发生气体燃烧的危险[4]。惰性气体系统会让油槽内的氧气浓度在5%以下(油轮的规格,若是石化制品船或是石化气体船需要更低),因此其中碳氢化合物和氧气的混合气体会因为碳氢化合物相对氧气的浓度过高而无法燃烧。在卸放及装运石化制品时,最容易产生碳氢化合物的气体,因此惰性气体系统格外重要。惰性气体也用来排除储气槽中的挥发性气体。

烟气系统会利用锅炉的废气作为其气体来源,因此需调节锅炉中的燃料/氧气比,让废气有理想的惰性气体性质。若空气太多,废气中的氧气会超过5%,若燃料太多,废气中会有过量的易燃碳氢化合物气体。之后烟气会透过洗涤塔洗涤并且冷却。会有许多的设备来避免压力过大,并将碳氢化合物过多或是气体过多的气体送回锅炉。

石化制品船或是石化气体船的惰性气体,其氧气浓度要在1%以下,因此不能利用烟气系统提供惰性气体,需要惰性气体产生器英语Inert gas generator。惰性气体产生器包括燃烧室、利用风扇的洗涤单元,以及冷却单元来冷却惰性气体。系统中也有干燥单元,以干燥惰性气体。石化气体船的的货舱没有被惰化,不过其周围的空间都被惰化,因此可以让货舱维持小体积,方便货舱冷却,而其周围充满惰性气体,提供防爆保护。

焊接[编辑]

钨极气体保护电弧焊(GTAW)中会使用惰性气体保护鵭电极不受到氧化,也保护(因电弧)熔融的液体金属不会和空气中的气体反应,使凝固的熔池产生孔隙。在焊接非铁金属的熔化极气体保护电弧焊(GMAW)时也会使用惰性气体[5]。有些气体不太会视为惰性气体,但因为和惰性气体一样不太会参与反应,在一些情形用来代替惰性气体使用。若可以找到便宜又常用的伪惰性气体,在应用上相当的方便。例如有时会用二氧化碳加入GMAW使用的惰性气体中,因为二氧化碳不会和熔池中熔融的液体金属,但是会和电弧反应。若GMAW的惰性气体加入的二氧化碳越多,焊接的穿透力越强。二氧化碳的量和GMAW中使用的移行(transfer)方式有关。例如在喷弧移行中最常使用的惰性气体是90%的氩以及10%的二氧化碳(依气体供应商而有许多不同的名称)。

潜水[编辑]

潜水时没有代谢活性的惰性气体也是呼吸用气体的一部分,其用途是稀释呼吸用气体。惰性气体也会和潜水人员造成影响,不过大部分是物理性的效果,例如减压症中因为惰性气体气泡造成的组织损伤。呼吸用气体中最常见的惰性气体是氦气。

相关条目[编辑]

参考资料[编辑]

  1. ^ (英文)国际纯粹与应用化学联合会."inert gas".《化学术语总目录》在线版.
  2. ^ Maier, Clive & Teresa Calafut. Polypropylene: The Definitive User's Guide and Databook. Norwich, New York: Plastics Design Library, 1998. 105.
  3. ^ Charters of Freedom Re-encasement Project. National Archives. [2012-02-11]. 
  4. ^ International Maritime Organization. Tanker Familiarization London: Ashford Overload Services, 2000. 185.
  5. ^ Davis, J.R., ed. Corrosion: Understanding the Basics. Materials Park, Ohio: ASM International, 2000. 188.