Svavel(VI)fluorid

Svavelfluorid (VI).
Allmän
Systematiskt namn	Svavelfluorid (VI).
Traditionella namn	svavelhexafluorid, svavelhexafluorid, SF6-gas
Chem. formel	SF6 _
Råtta. formel	SF6 _
Fysikaliska egenskaper
stat	gas
Molar massa	146,06 g/ mol
Densitet	Gas: 6,164 g/l Vätska: 1,33 g/cm³
Joniseringsenergi	19,3 ± 0,1 eV [1]
Termiska egenskaper
Temperatur
•  smältning	-50,8°C
• sublimering	−83±1℉ [1]
•  kokande	sublimering vid -63,9 °C
Mol. värmekapacitet	97,15 J/(mol K)
Värmeledningsförmåga	0,012058 W/(m K)
Entalpi
•  utbildning	−1219 kJ/mol
Ångtryck	21,5 ± 0,1 atm [1]
Strukturera
Koordinationsgeometri	oktaedrisk
Kristallstruktur	ortorombisk
Dipolmoment	0  D
Klassificering
Reg. CAS-nummer	2551-62-4
PubChem	17358
Reg. EINECS-nummer	219-854-2
LEDER	FS(F)(F)(F)(F)F
InChI	InChI=1S/F6S/cl-7(2,3,4,5)6SFZCNBIFKDRMGX-UHFFFAOYSA-N
RTECS	WS4900000
CHEBI	30496
FN-nummer	1080
ChemSpider	16425
Säkerhet
Giftighet	låg giftig eller icke giftig
GHS-piktogram
NFPA 704	0 ett 0
Data baseras på standardförhållanden (25 °C, 100 kPa) om inget annat anges.
Mediafiler på Wikimedia Commons

Svavelhexafluorid (även svavelhexafluorid eller svavelhexafluorid , SF 6 ) är ett oorganiskt ämne, under standardförhållanden är det en tung gas ( 5 gånger tyngre än luft ). Föreningen erhölls och beskrevs först 1900 av Henri Moissan när han arbetade med fluorets kemi .

Hämta metoder

Det är möjligt att få svavelhexafluorid från enkla ämnen:

Svavelhexafluorid bildas också under nedbrytningen av komplexa svavelfluorider:

Fysikaliska och kemiska egenskaper

Nästan färglös gas, luktfri och smaklös.

Den har en hög genombrottsspänning ( 89 kV / cm  - cirka 3 gånger högre än luft vid normalt tryck).

Kylning av gasen vid atmosfärstryck resulterar i kondensation till en färglös fast substans vid -63,8 °C. Fast svavelhexafluorid kan smältas under tryck vid -50,8 °C . Trippelpunktsparametrar : t \ u003d -50,8 ° C , P \u003d 2,3 atm [2] .

I den fasta fasen vid T = 94,30 K - endoterm transformation [2] .

Låglöslig i vatten ( 1 volym SF 6 i 200 volymer vatten), etanol och dietyleter [3] , fritt löslig i nitrometan .

Densiteten för SF6-gas vid en temperatur på 20 °C och ett tryck på 753,5 mm Hg. Konst. är 6,093 kg/m³ [2] .

Fast svavelhexafluorid har en densitet på 2,683 g/cm 3 vid -195 °C, 2,51 g/cm 3 vid -50 °C [2] .

Relativ permittivitet - 1,0021. Det totala antalet frihetsgrader för SF6-molekylen är 21, varav tre frihetsgrader är i translationsrörelse, tre är i rotationsrörelse och resten är i vibrationsrörelse. Molekyldiametern är 5,33 Å .

Ytspänningen för flytande svavelhexafluorid är 11,63 mN/m (−50 °C), 8,02 mN/m (−20 °C) [2] .

Viskositeten för gasformig SF6-gas är något lägre än luftens viskositet: 15,37 µPa s (+22,5 °C), 18,71 µPa s (+100 °C) [2] .

Värmekonduktivitetskoefficient , W / (m K): 1,32 (l., +20 °C), 1.36 (l., +30 °C), 1.43 (l., +50 °C) [ 2] , 0,0138 (g ., +27,5 °C, 1 atm.) [4] .

Molekylen innehåller 21,95 viktprocent svavel och 78,05 viktprocent fluor .

Termodynamiska storheter

Kemiska egenskaper

Svavelhexafluorid är en ganska inert förening, den minst kemiskt aktiva av alla svavelfluorider, och reagerar inte med vatten, troligen på grund av kinetiska faktorer. Det reagerar inte heller med lösningar av HCl , NaOH och NH 3 , men under inverkan av reduktionsmedel kan vissa reaktioner inträffa. Interagerar inte med halogener , fosfor , arsenik , kol , kisel , bor , koppar och silver vid röd värme. Opåverkad av uppvärmd CuO , PbCrO 4 och smält KOH [2] , men vid temperaturer över +300°C reagerar den med trycksatt vatten. Reaktionen bör utföras vid en temperatur som inte överstiger +370°C:

Interaktion med metalliskt natrium sker endast när det senare värms upp till kokpunkten, men redan vid 64 ° C interagerar det med en lösning av natrium i ammoniak ::

Svavelhexafluorid reagerar med litium för att frigöra en stor mängd värme :

Samtidigt har reaktionsprodukterna - elementärt svavel och litiumfluorid  - en mindre volym än utgångsmaterialen, vilket har funnits i vissa exotiska värmemotorer (se nedan ).

Hexafluorid reagerar inte med väte och syre . Men med stark uppvärmning (upp till 400 ° C), interagerar SF 6 med vätesulfid och vid 30 ° C - med vätejodid :

Vid förhöjt tryck och en temperatur på cirka 500 ° C oxiderar SF 6 PF 3 till PF 5 :

Applikation

• som en isolator och kylvätska i högspänningsteknik;
• som en teknisk miljö inom den elektroniska och metallurgiska industrin;
• i gasbrandsläckningssystem som brandsläckningsmedel ;
• som köldmedium på grund av hög värmekapacitet , låg värmeledningsförmåga och låg viskositet [6] ;
• för att förbättra ljudisoleringen i tvåglasfönster;
• inom halvledarindustrin för plasmakemisk etsning av kisel;
• som oxidationsmedel i vissa exotiska värmemotorer  - till exempel i ångturbininstallationen av den amerikanska små 324 mm Mark 50 anti- ubåtstorpeden , där den används för att oxidera litiummetall .

Tillämpningar inom elektroteknik

Svavelhexafluorid fick sitt namn "SF6" från förkortningen "elektrisk gas". De unika egenskaperna hos SF6 upptäcktes i Sovjetunionen , och dess användning började också i Sovjetunionen. På 30-talet studerade den berömda vetenskapsmannen B. M. Gokhberg vid LFTI de elektriska egenskaperna hos ett antal gaser och uppmärksammade några egenskaper hos svavelhexafluorid SF 6 (SF6) [7] . Behovet av SF6 dök upp i landet i början av 1980-talet och var förknippat med utveckling och utveckling av elektrisk utrustning för överföring av likström av ultrahög spänning. Dess industriella produktion i Ryska federationen bemästrades 1998 vid Kirovo-Chepetsk Chemical Plant [8] .

Den elektriska styrkan vid atmosfärstryck och ett gap på 1 cm är 89 kV/cm. Karakteristiskt är en mycket stor termisk expansionskoefficient och hög densitet. Detta är viktigt för kraftverk där kylning av alla delar av enheten utförs, eftersom med en stor termisk expansionskoefficient lätt bildas ett konvektivt flöde som transporterar bort värme [9] .

En svavelatom är belägen i mitten av SF6-molekylen, och sex fluoratomer är belägna på lika avstånd från den vid hörn av en vanlig oktaeder. Detta bestämmer den höga effektiviteten av elektroninfångning av molekyler, deras relativt långa medelfria bana och deras låga reaktivitet. Därför har SF6 en hög elektrisk hållfasthet.

SF6 är ofarligt när det blandas med luft. Men på grund av en kränkning av tekniken för produktion av SF6-gas eller dess sönderdelning i apparaten under påverkan av elektriska urladdningar ( båge , korona , partiell ), extremt kemiskt aktiva och skadliga föroreningar, såväl som olika fasta föreningar avsatta på strukturens väggar, kan förekomma i SF6-gasen. Intensiteten av bildningen av sådana föroreningar beror på närvaron av syreföroreningar i SF6-gasen, och speciellt vattenånga.

En del SF6-gas i elektrisk utrustning sönderfaller också under normal drift. Till exempel leder omkoppling av en ström på 31,5 kA i en 110 kV- brytare till nedbrytning av 5–7 cm³ SF6 per 1 kJ energi som frigörs i ljusbågen.

Kostnaden för SF6-gas är ganska hög, men den har funnit en ganska bred tillämpning inom teknik, särskilt inom högspänningsteknik. Det används främst som ett dielektrikum , det vill säga som huvudisolering för kompletta ställverk , högspänningsström- och spänningsmätande transformatorer, etc. [10] . Dessutom används SF6 som ett ljusbågssläckningsmedium i högspänningsbrytare [11] .

De främsta fördelarna med SF6 jämfört med dess huvudsakliga "konkurrent", transformatorolja , är:

• explosions- och brandsäkerhet;
• minska vikten och dimensionerna på strukturen på grund av minskningen av isoleringsgap och förbättrade kylförhållanden för strömförande delar .