Inertný plyn

Inertný plyn je plyn, ktorý za daných podmienok nepodlieha chemickým reakciám. Vzácne plyny bežne nereagujú s ostatnými látkami a historicky sa označovali práve ako inertné plyny. Inertné plyny sa používajú na ochranu vzoriek a látok pred nechcenými chemickými reakciami. Medzi tieto reakcie patrí hlavne oxidácia a hydrolýza s kyslíkom a vlhkosťou prítomnými vo vzduchu. Názov inertný plyn je závislý na kontexte, pretože niektoré vzácne plyny môžu podstupovať chemické reakcie za špeciálnych podmienok.

Čistý plynný argón a dusík sú najčastejšie používané inertné plyny kvôli ich dobrej dostupnosti (78,3% N₂, 1% Ar vo vzduchu) a relatívne nízkej cene.

Na rozdiel od vzácnych plynov nemusia byť inertné plyny prvkami a často sa jedná o zlúčeniny. Podobne ako u vzácnych plynov je ich nereaktivita spôsobená ich valenčnou vrstvou, teda vonkajšou elektrónovou vrstvou, ktorá je úplne zaplnené u všetkých inertných plynov. Nie je to však pravidlo, pretože mnohé inertné plyny môžu výnimočne reagovať a tvoriť zlúčeniny.

Prvky 18. skupiny sú hélium, neón, argón, kryptón, xenón, radón a oganesón. Nazývajú sa vzácne plyny alebo i inertné plyny. Všeobecná konfigurácia ich valenčnej vrstvy je ns² np⁶. Všetky tieto prvky (okrem oganesónu) sa nachádzajú vo voľnom stave v atmosfére. Sú to bezfarebné plyny bez chutí a zápachu. Majú nízke body topenia i varu a vysokú ionizačnú entalpiu.

Výroba

Inertné plyny sa získavajú frakčnou destiláciou vzduchu, s výnimkou hélia, ktoré sa separuje z niekoľkých zdrojov zemného plynu bohatých na tento prvok pomocou destilácie alebo membránovej separácie. Pre špecializované aplikácie by sa mali purifikované inertné plyny tvoriť priamo na mieste špecializovanými generátormi. Často ich využívajú tankery na dopravu chemikálii alebo menšie dopravné lode. Existujú i špeciálne generátory dostupné pre laboratória.

Použitie

Kvôli ich nereaktivite sa inertné plyny bežne používajú na ochranu pred nechcenými chemickými reakciami. Jedlo sa balí do atmosféry inertných plynov, aby sa odstránil kyslík. Tým sa zabraňuje rastu baktérií. Takisto je tak možné predísť chemickej oxidácii kyslíkom vo vzduchu. Príkladom je oxidácia a tvrdnutie jedlých olejov. Pri balení jedla pôsobia inertné plyny ako pasívny konzervačný prostriedok oproti aktívnym konzervačným prostriedkom, ako je napríklad benzoát sodný (ktorý má antimikrobiálne účinky) alebo BHT (antioxidant).

Historické dokumenty je takisto možné uchovávať v inertnej atmosfére, aby sa predišlo ich rozkladu. Pôvodné dokumenty ústavy USA sú uskladnené pod zvlhčeným argónom. Kedysi sa používalo hélium, ale nebolo tak vhodné, pretože v porovnaní s argónom ľahšie difunduje.

Inertné plyny sa bežne využívajú v chemickom priemysle. V továrňach môžu byť niektoré reakcie vykonávané v inertnej atmosfére, aby sa minimalizovali nechcené reakcie alebo riziko vzniku požiaru. V týchto továrňach alebo v ropných rafinériách sú niektoré prenosové systémy plnené inertnými plynmi, aby sa predišlo vzniku požiaru či výbuchu. Niektoré chemické reakcie zlúčenín citlivých na vzduchu sa takisto vykonávajú v ochrannej atmosfére s inertnými plynmi.

Systémy inertných plynov na lodiach

Inertné plyny sa tvoria na lodiach prevážajúcich ropu niekoľkými spôsobmi. Pomocou týchto inertných systémov sa predchádza výbuchom prepravných nádrží. Inertné plyny udržiavajú hladinu kyslíka pod 5 % (alebo menej pre tankery s plynmi), takže všetky zmesi plynov vzduch/uhľovodík v nádržiach majú príliš málo kyslíku na zapálenie. Inertné plyny sú najdôležitejšie počas vypúšťania plynov a preprave lode bez nákladu, kedy je väčšia šanca, že v nádržiach je prítomná para uhľovodíkov, ktorá by sa mohla vznietiť. Inertné plyny sa dajú použiť i na prípravu nádob na uvoľnenie plynov (náhradu špeciálnej atmosféry za dýchateľný vzduch) alebo naopak.

Systémy inertných plynov v lietadlách

Inertné plyny sa tvoria na palube komerčných i vojenských lietadiel na povrchovú úpravu palivových nádrží. Počas teplejších dní môžu tvoriť výpary paliva v palivových nádržiach horľavé alebo výbušné zmesi, ktoré by pri oxidácii mohli mať katastrofálne následky. Inertné plyny sa bežne tvoria pomocou selektívne permeabilných membrán. Zo stlačeného vzduchu tak separujú kyslík. Na povrchovú úpravu palivových nádrží nie je nutné odstrániť všetok kyslík, ale znížiť jeho koncentráciu dostatočne na to, aby zmes nebola horľavá a výbušná.

Zváranie

Inertné plyny sa používajú pri oblúkovom zváraní wolfrámovou elektródou v ochrannom plyne (GTAW), aby sa predišlo kontaminácii wolfrámu. Takisto chránia tekuté kovy (ktoré vznikajú elektrickými oblúkmi) pred reaktívnymi plynmi, ktoré môžu spôsobovať porozitu materiálu. Inertné plyny sa používajú aj pri oblúkovom zváraní taviacou sa elektródou v ochrannom plyne (GMAW) pri zváraní neželezitých kovov. Niektoré plyny, ktoré sa bežne nepokladajú za inertné, je možné použiť ako náhradu, ak sa chovajú inertne pri všetkých podmienkach daného procesu. To je vhodné ak je možné nájsť vhodný pseudo-inertný plyn, ktorý je bežný a lacný. Niekedy sa v zmesiach plynov pre GMAW používa napríklad oxid uhličitý, pretože nie je reaktívny s kovom roztaveným pri oblúkovom zváraní. Reaguje však s oblúkom. Čím viac oxidu uhličitého je v inertnom plyne (napr. argóne), tým je vyššia penetrácia. Množstvo oxidu uhličitého sa určuje podľa druhu prenosu používaného pri GMAW. Pomer môže byť napríklad 90 % argón a 10 % oxid uhličitý.

Potápanie

Pri potápaní sa používajú inertné plyny v zmesi na dýchanie, pretože nie sú metabolicky aktívne a ich úlohou je zriediť zmes plynov. Inertné plyny môžu mať iné následky na potápačov, ale predpokladajú sa hlavne fyzické účinky, napríklad poškodenie tkaniva bublinkami. Najbežnejšie používané plyny pri komerčnom potápaní sú dusík a hélium.

Zdroj

Chemický portál

Tento článok je čiastočný alebo úplný preklad článku Inert gas na anglickej Wikipédii.