SF6ガスとは何か

SF6ガスとは何ですか？

SF6ガスの定義

SF6ガスは、1つの硫黄原子と6つのフッ素原子からなる化合物で、その安定性と電気システムでの使用で知られています。

製造プロセス

SF6ガスは、電解によって得られるフッ素と硫黄との反応により商業的に製造されます。

このガスを製造する過程では、SF4、SF2、S2F2、S2F10などの副生成物が少量生成されます。これらの副生成物だけでなく、空気、湿気、CO2などの不純物もガス中に存在します。これらの副生成物と不純物は、精製工程の各段階でフィルターされ、純粋で精製された最終製品を得ます。

化学的特性

SF6ガスの化学的特性を理解するには、まずその分子構造を見ることから始めます。SF6分子では、1つの硫黄原子が6つのフッ素原子に囲まれています。

硫黄の原子番号は16です。硫黄原子の電子配置は2, 8, 6、つまり1S2 2S2 2P6 3S2 3P4です。フッ素原子の原子番号は9です。フッ素の電子配置は1S2 2S2 2P5です。SF6分子内の各硫黄原子は6つのフッ素原子と共有結合を作ります。このようにして、硫黄原子は外殻に6つの共有結合、つまり6対の電子を持ち、各フッ素原子は最外殻に8つの電子を持つことになります。

注：ここでは、六フッ化硫黄の硫黄原子の外部殻には8つの電子ではなく12の電子があることが観察できます。これは、原子構造の一般的な八隅体則（最外殻に8つの電子が必要）に従っていないことを意味します。これは例外的な場合ではありません。第3周期以下のいくつかの元素は、最外殻に8つ以上の電子を持つ化合物を形成することができます。このガスの分子構造は以下の通りです。

このようにして、SF6は安定した構造条件を完全に満たしています。六フッ化硫黄分子の有効半径は2.385 Aです。この電子配置と構造により、SF6は非常に安定しています。このガスは500℃まで分子構造が分解せずに安定します。また、非常に非可燃性であり、H2OやClとも反応しません。酸とも反応しません。

SF6ガスは、20°Cと1気圧下で密度が6.139 kg/m³の最も重いガスの一つで、空気の約5倍の密度があります。その分子量は146.06です。-25〜+50°Cの使用範囲内での圧力-温度の変動は線形です。SF6は、体積比熱が空気の約3.7倍であり、電気機器での冷却性能に優れています。熱伝導率が低いにもかかわらず、SF6は電弧周辺での分子の分解と再形成により熱を吸収し放出し、熱を急速に熱い部分から冷たい部分へ移動させるため、遮断器での冷却に効果的です。

SF6ガスは非常に電子親和力が高いです。高電子親和力により、遮断器の接点間のアークによって生じる自由電子を吸収します。自由電子と分子の結合により、動きにくい大きなイオンが生成されます。自由電子の吸収とイオンの低移動性により、SF6は非常に優れた絶縁性を持っています。SF6ガスの絶縁強度は空気の約2.5倍です。

六フッ化硫黄ガスの特性一覧