غاز خامل
الغاز الخامل هو غاز لا يخضع بسهولة لتفاعلات كيميائية مع مواد كيميائية أخرى وبالتالي لا يشكل مركبات كيميائية بسهولة . على الرغم من أن الغازات الخاملة لها مجموعة متنوعة من التطبيقات، إلا أنها تُستخدم عمومًا لمنع التفاعلات الكيميائية غير المرغوب فيها مع الأكسجين ( الأكسدة) والرطوبة (التحلل المائي) في الهواء من تدهور العينة. بشكل عام، تعتبر جميع الغازات النبيلة باستثناء الأوجانيسون (الهيليوم والنيون والأرجون والكريبتون والزينون والرادون ) والنيتروجين وثاني أكسيد الكربون غازات خاملة . يعتمد مصطلح الغاز الخامل على السياق لأن العديد من الغازات النبيلة، بما في ذلك النيتروجين وثاني أكسيد الكربون، يمكن جعلها تتفاعل في ظل ظروف معينة. [ 1] [ 2 ]
يعد غاز الأرجون المنقى أكثر الغازات الخاملة استخدامًا نظرًا لوفرة طبيعية عالية (78.3٪ N 2 ، 1٪ Ar في الهواء) [3] والتكلفة النسبية المنخفضة.
على عكس الغازات النبيلة ، فإن الغاز الخامل ليس بالضرورة عنصريًا وغالبًا ما يكون غازًا مركبًا . مثل الغازات النبيلة، فإن الميل إلى عدم التفاعل يرجع إلى أن التكافؤ ، وهو الغلاف الإلكتروني الخارجي ، مكتمل في جميع الغازات الخاملة. [4] هذا ميل وليس قاعدة، حيث يمكن لجميع الغازات النبيلة والغازات "الخاملة" الأخرى أن تتفاعل لتكوين مركبات في ظل بعض الظروف.
الحاجة والضرورة
يتم الحصول على الغازات الخاملة عن طريق التقطير الكسري للهواء ، باستثناء الهيليوم الذي يتم فصله من عدد قليل من مصادر الغاز الطبيعي الغنية بهذا العنصر، [5] من خلال التقطير بالتبريد العميق أو الفصل الغشائي. [6] بالنسبة للتطبيقات المتخصصة، يجب إنتاج الغاز الخامل المنقى بواسطة مولدات متخصصة في الموقع. غالبًا ما تستخدمها ناقلات المواد الكيميائية وناقلات المنتجات (الأوعية الأصغر). تتوفر أيضًا مولدات متخصصة على سطح المكتب للمختبرات.
تطبيقات الغاز الخامل
بسبب الخصائص غير التفاعلية للغازات الخاملة، فهي غالبًا ما تكون مفيدة لمنع حدوث تفاعلات كيميائية غير مرغوب فيها. يتم تعبئة الطعام في غاز خامل لإزالة غاز الأكسجين. هذا يمنع البكتيريا من النمو. [7] كما أنه يمنع الأكسدة الكيميائية بواسطة الأكسجين في الهواء الطبيعي. ومن الأمثلة على ذلك الزنخ (الناجم عن الأكسدة) للزيوت الصالحة للأكل. في تغليف المواد الغذائية، تُستخدم الغازات الخاملة كمواد حافظة سلبية، على عكس المواد الحافظة النشطة مثل بنزوات الصوديوم ( مضاد للميكروبات ) أو BHT ( مضاد للأكسدة ).
يمكن أيضًا تخزين الوثائق التاريخية تحت غاز خامل لتجنب التدهور. على سبيل المثال، يتم تخزين الوثائق الأصلية لدستور الولايات المتحدة تحت غاز الأرجون المرطب. تم استخدام الهيليوم سابقًا، لكنه كان أقل ملاءمة لأنه ينتشر خارج العلبة بشكل أسرع من الأرجون. [8]
تُستخدم الغازات الخاملة غالبًا في الصناعة الكيميائية. ففي مصنع تصنيع المواد الكيميائية، يمكن إجراء التفاعلات تحت تأثير الغاز الخامل لتقليل مخاطر الحرائق أو التفاعلات غير المرغوب فيها. وفي مثل هذه المصانع وفي مصافي النفط، يمكن تطهير خطوط وأوعية النقل بالغاز الخامل كإجراء للوقاية من الحرائق والانفجارات. وعلى نطاق المختبر، يجري الكيميائيون تجارب على المركبات الحساسة للهواء باستخدام تقنيات خالية من الهواء تم تطويرها للتعامل معها تحت تأثير الغاز الخامل. والهيليوم والنيون والأرجون والكريبتون والزينون والرادون هي غازات خاملة.
أنظمة الغاز الخامل على السفن
يتم إنتاج الغاز الخامل على متن ناقلات النفط الخام (فوق 8000 طن من 1 يناير 2016) عن طريق حرق الكيروسين في مولد غاز خامل مخصص . يستخدم نظام الغاز الخامل لمنع الغلاف الجوي في خزانات البضائع أو المخابئ من الدخول في النطاق المتفجر. [9] تحافظ الغازات الخاملة على محتوى الأكسجين في الغلاف الجوي للخزان أقل من 5٪ (على ناقلات النفط الخام، وأقل بالنسبة لناقلات المنتجات وناقلات الغاز)، مما يجعل أي خليط من الهواء / غاز الهيدروكربون في الخزان غنيًا جدًا (نسبة وقود إلى أكسجين عالية جدًا) للاشتعال. الغازات الخاملة هي الأكثر أهمية أثناء التفريغ وأثناء رحلة الصابورة عندما من المحتمل وجود المزيد من بخار الهيدروكربون في الغلاف الجوي للخزان. يمكن أيضًا استخدام الغاز الخامل لتطهير الخزان من الغلاف الجوي المتطاير استعدادًا لتحرير الغاز - استبدال الغلاف الجوي بهواء قابل للتنفس - أو العكس.
يستخدم نظام غازات الاحتراق عادم الغلاية كمصدر له، لذا من المهم تنظيم نسبة الوقود/الهواء في مشاعل الغلاية بشكل صحيح لضمان إنتاج غازات خاملة عالية الجودة. سيؤدي وجود الكثير من الهواء إلى تجاوز محتوى الأكسجين 5%، وسيؤدي وجود الكثير من زيت الوقود إلى نقل غاز الهيدروكربون الخطير. يتم تنظيف غازات الاحتراق وتبريدها بواسطة برج الغسيل . تمنع أجهزة الأمان المختلفة الضغط الزائد أو عودة غاز الهيدروكربون إلى غرفة المحرك أو وجود إمداد من الغاز الخامل بمحتوى أكسجين مرتفع للغاية.
لا يمكن لناقلات الغاز وناقلات المنتجات الاعتماد على أنظمة غازات الاحتراق (لأنها تتطلب غاز الإيثيلين الذي يحتوي على نسبة O2 بنسبة 1% أو أقل) وبالتالي تستخدم مولدات الغاز الخامل بدلاً من ذلك. يتكون مولد الغاز الخامل من غرفة احتراق ووحدة غسيل يتم تزويدها بالمراوح ووحدة تبريد تعمل على تبريد الغاز. يعمل مجفف متصل على التوالي مع النظام على إزالة الرطوبة من الغاز قبل توصيله إلى السطح. لا يتم تعقيم خزانات البضائع على ناقلات الغاز، ولكن المساحة بأكملها حولها تعقيم.
أنظمة الغاز الخامل في الطائرات
يتم إنتاج الغاز الخامل على متن الطائرات التجارية والعسكرية من أجل تخميد خزانات الوقود. في الأيام الحارة، قد يشكل بخار الوقود في خزانات الوقود خليطًا قابلًا للاشتعال أو الانفجار والذي إذا تأكسد، يمكن أن يكون له عواقب وخيمة. تقليديًا، تم استخدام وحدات فصل الهواء (ASMs) لتوليد الغاز الخامل. تحتوي وحدات فصل الهواء (ASMs) على أغشية نفاذة انتقائيًا. يتم تغذيتها بالهواء المضغوط المستخرج من مرحلة الضاغط لمحرك توربيني غازي. يدفع الضغط فصل الأكسجين عن الهواء بسبب زيادة نفاذية الأكسجين من خلال وحدات فصل الهواء (ASMs) مقارنة بالنيتروجين. لتخميد خزان الوقود، ليس من الضروري إزالة كل الأكسجين، بل ما يكفي للبقاء تحت حد الاشتعال الهزيل وحد الانفجار الهزيل. على النقيض من تركيز الأكسجين بنسبة 21٪ في الهواء، فإن 10٪ إلى 12٪ في الفراغ الكامل لخزان الوقود المخمّد هو أمر شائع على مدار الرحلة.
اللحام
في لحام قوس التنغستن بالغاز (GTAW)، تُستخدم الغازات الخاملة لحماية التنغستن من التلوث. كما أنها تحمي المعدن السائل (الناتج عن القوس) من الغازات التفاعلية في الهواء والتي يمكن أن تسبب المسامية في بركة اللحام الصلبة. تُستخدم الغازات الخاملة أيضًا في لحام قوس المعدن بالغاز (GMAW) لحام المعادن غير الحديدية . [10] يمكن استخدام بعض الغازات التي لا تعتبر خاملة عادةً ولكنها تتصرف مثل الغازات الخاملة في جميع الظروف التي من المحتمل مواجهتها في بعض الاستخدامات غالبًا كبديل للغاز الخامل. يكون هذا مفيدًا عندما يمكن العثور على غاز شبه خامل مناسب وهو غير مكلف وشائع. على سبيل المثال، يستخدم ثاني أكسيد الكربون أحيانًا في مخاليط الغاز لـ GMAW لأنه لا يتفاعل مع بركة اللحام التي تم إنشاؤها بواسطة لحام القوس. لكنه يتفاعل مع القوس. كلما زادت كمية ثاني أكسيد الكربون المضافة إلى الغاز الخامل، مثل الأرجون، ستزيد من اختراقك. غالبًا ما يتم تحديد كمية ثاني أكسيد الكربون حسب نوع النقل الذي ستستخدمه في GMAW. والأكثر شيوعًا هو نقل قوس الرش، وأكثر خليط غازي مستخدم في نقل قوس الرش هو 90% أرجون و10% ثاني أكسيد الكربون.
الغوص
في الغوص تحت الماء، يعد الغاز الخامل أحد مكونات خليط التنفس الذي لا يكون نشطًا أيضيًا ويعمل على تخفيف خليط الغاز. قد يكون للغاز الخامل تأثيرات على الغواص، ولكن يُعتقد أن هذه التأثيرات تكون في الغالب جسدية، مثل تلف الأنسجة الناجم عن الفقاعات في مرض تخفيف الضغط . الغاز الخامل الأكثر شيوعًا المستخدم في غاز التنفس للغوص التجاري هو الهيليوم .
انظر أيضا
- غاز التنفس – الغاز المستخدم في التنفس البشري
- الغاز الصناعي – المواد الغازية المنتجة للاستخدام في الصناعة
- نظام التخميد – نظام لمنع احتراق خزان الوقود للطائرات
- تغطية الخزان
- التطهير (الغاز) - إدخال غاز تطهير خامل (أي غير قابل للاشتعال) في نظام مغلق (مثل حاوية أو وعاء عملية) لمنع تكوين جو قابل للاشتعال ، وهو إجراء لمنع الحرائق والانفجارات لتجنب تكوين جو قابل للاشتعال، يتم إنجازه عن طريق شطف نظام مغلق بغاز خامل
- التخميد (الغاز) - إدخال غاز خامل إلى نظام مغلق، وهو إجراء لمنع الحرائق والانفجارات لجعل الجو القابل للاشتعال آمنًا، ويتم ذلك عن طريق حقن غاز خامل
مراجع
- ^ IUPAC ، Compendium of Chemical Terminology ، الطبعة الثانية ("الكتاب الذهبي") (1997). النسخة المصححة على الإنترنت: (2006–) "غاز خامل". doi :10.1351/goldbook.I03027
- ^ "ثاني أكسيد الكربون 101 | netl.doe.gov". netl.doe.gov . تم الاسترجاع في 9 سبتمبر 2024 .
- ^ "Argon - Element information, properties and uses | Periodic Table". www.rsc.org . تم الاسترجاع في 7 أبريل 2024 .
- ^ سينغ، جاسفيندر. قاموس ستيرلينج للفيزياء. نيودلهي، الهند: ستيرلينج، 2007. ص 122.
- ^ "قطر غاز - العمليات". www.qatargas.com . مؤرشف من الأصل في 2020-04-28 . تم الاسترجاع 2018-08-31 .
- ^ "SEPURAN® Noble لاستعادة الهيليوم - SEPURAN® - فصل الغاز بكفاءة". www.sepuran.com . مؤرشف من الأصل في 2020-08-06 . تم الاسترجاع في 2018-08-31 .
- ^ ماير، كلايف وتيريزا كالافوت. البولي بروبلين: دليل المستخدم النهائي وكتاب البيانات. نورويتش، نيويورك: مكتبة تصميم البلاستيك، 1998. 105.
- ^ "مشروع إعادة تغليف مواثيق الحرية". الأرشيف الوطني . تم استرجاعه في 11 فبراير 2012 .
- ^ المنظمة البحرية الدولية. الناقلة نعم التعريف لندن: خدمات التحميل الزائد في أشفورد، 2000. 185.
- ^ Davis, JR, ed. Corrosion: Understanding the Basics. Materials Park, Ohio: ASM International, 2000. 188.
