Mikä on SF6-kaasu?

Mikä on SF6-kaasu?

SF6-kaasun määritelmä

SF6-kaasulla tarkoitetaan yhdistettä, joka koostuu yhdestä rikki-atomista ja kuudesta fluori-atomista. Se tunnetaan vakaudellisesta luonteestaan ja käytöstään sähköjärjestelmissä.

Valmistusprosessi

SF6-kaasua valmistetaan kaupallisesti reagoimalla fluori (saatu elektrolyysilla) rikin kanssa.

Tämän kaasun tuotantoprosessissa syntyy myös pieniä määriä muita työjäämienä, kuten SF4, SF2, S2F2, S2F10. Lisäksi tuotannossa on läsnä impureetit, kuten ilma, kosteus ja CO2. Kaikki nämä työjäämät ja impureetit suodatetaan eri puhtausvaiheissa, jotta saadaan puhdas ja tarkennettu lopputuote.

Kemialliset ominaisuudet

Ymmärtääksemme SF6-kaasun kemialliset ominaisuudet, tarkastelemme ensin sen molekyylirakennetta. SF6-molekyylissä yksi rikki-atomi ympäröidään kuudella fluori-atomilla.

Rikin atomiluku on 16. Rikin elektronikonfiguraatio on 2, 8, 6 eli 1S2 2S2 2P6 3S2 3P4. Fluorin atomiluku on 9. Fluorin elektronikonfiguraatio on 1S2 2S2 2P5. Jokainen rikki-atomi SF6-molekyylissä muodostaa kovalenttisen sidoksen kuuden fluorin atomin kanssa. Näin rikki-atomi saa kokonaisuudessaan 6 kovalenttista sidosta, eli 6 elektroniparia ulkoisella kuorellaan, ja jokainen fluorin-atomi saa 8 elektronia ulkoisimmalla kuorellaan.

HUOM: – Tässä voimme havaita, että rikkihesiafluoridaatin ulkoisella kuorella on 12 elektronia eikä 8 elektronia. Tämä tarkoittaa, että rikki ei noudata yleistä oktaalipäättelyä atomirakenteessa, jonka mukaan vakaa atomi tarvitsee 8 elektronia ulkoisimmalla kuorellaan. Tämä ei ole poikkeustapaus. Joillakin 3. asteen ja sen alapuolisen elementtien voi muodostaa yhdisteitä, joissa on yli 8 elektronia ulkoisimmalla kuorellaan. Tämän kaasun molekyylirakenne on nähtävissä alla,

Näin ollen SF6 täyttää täysin vakaiden rakenteiden ehdot. Rikkihesiafluoridaatin tehokas säde on 2,385 A. Tämä elektronikonfiguraatio ja kaasun rakenne tekevät SF6:n erittäin vakaaksi. Kaasu voi pysyä vakaana ilman mitään hajoamista molekyylirakenteessaan jopa 500°C asti. Se on hyvin palamaton. H2O ja Cl eivät pysty reagoimaan tällä kaasulla. Se ei myöskään reagoi happeen kanssa.

SF6-kaasu on yksi painavimmista kaasuista, sillä tiheydellään 6,139 kg/m³ 20°C:ssa ja yhdellä atmosfeerisella paineella, noin viisi kertaa tiheämpi kuin ilma. Sen molekyylimassa on 146,06. Paine-lämpötilavaihtelu on lineaarinen -25 +50°C:n palveluvälillä. SF6:lla on korkea tilavuuden suhteellinen lämpökapasiteetti, noin 3,7 kertaa suurempi kuin ilmassa, mikä antaa sille erinomaiset jähdytysominaisuudet sähkölaitteissa. Huolimatta siitä, että sen lämpöjohtavuus on alhainen, SF6 on tehokasta suljetussa virtasilmukassa, koska kaasu absorboi ja vapauttaa lämpöä molekuloiden hajoamisen ja uudelleenmuodostumisen ympärillä sähkövirran silmukassa, siirtäen lämpöä nopeasti kuumilta alueilta viileille alueille.

SF6-kaasu on erittäin elektronegatiivinen. Korkean elektronegatiivisuuden vuoksi se absorboi vapaita elekronit, jotka syntyvät virtasilmukan välillä suljetun virtasilmukan yhteyksissä. Vapaan elektronin yhdistyminen molekyyleihin tuottaa raskaita ja suuria ionit, joilla on hyvin alhainen liikkuvuus. Vapaiden elektronien absorboinnin ja ionien alhaisen liikkuvuuden vuoksi SF6:lla on erittäin hyvät dielektriset ominaisuudet. SF6-kaasun dielektrinen vahvuus on noin 2,5 kertaa suurempi kuin ilmaa.

Rikkihesiafluoridaatin ominaisuudet