Propietats del gas SF6 o gas hexafluorurat de sòdic
Història del SF6
SF6 o sulfur hexafluoride són molècules de gas formades per un àtom de sulfur i sis àtoms de fluor. Aquest gas es va descobrir l'any 1900 en els laboratoris de la Faculte de Pharmacie de, a París. El 1937, la General Electrical Company va ser la primera en adonar-se que el gas SF6 podria utilitzar-se com a material aïllant gaseós. Després de la Segona Guerra Mundial, és a dir, al mig del segle XX, la popularitat d'utilitzar el gas sulfur hexafluoride com a material aïllant en sistemes elèctrics augmentava molt ràpidament. La Allied Chemical Corporation i Pennsalt van ser les primeres indústries americanes que van començar a produir aquest gas comercialment el 1948. Durant 1960, l'ús del gas sulfur hexafluoride en commutadors de tensió alta es va popularitzar. Com la demanda d'aquest gas augmentava, molts fabricants d'Europa i Amèrica van començar a produir gas SF6 a gran escala en aquell temps. Al principi, el gas SF6 només es va utilitzar per a propòsits aïllants en el sistema elèctric. Però aviat es va adonar que aquest gas tenia una propietat tremenda per apagar arcs. Per tant, aquest gas també es va començar a utilitzar en interruptors de circuit com a mitjà per apagar arcs. La primera subestació aïllada amb gas SF6 del món es va establir a París l'any 1966. Es van lliurar al mercat els interruptors de circuit de tensió mitjana amb gas sulfur hexafluoride a partir del 1971.
Fabricació del gas SF6
El gas SF6 es fabriquen comercialment per reacció entre flúor (obtingut per electròlisi) i sulfur.
Durant el procés de producció d'aquest gas, també es produeixen altres subproductes com SF4, SF2, S2F2, S2F10 en petites quantitats. No només aquests subproductes, sino també impuretes com l'aire, l'humitat i el CO2 estan presents en el gas durant la producció. Tots aquests subproductes i impuretes es filtreten en diferents etapes de purificació per obtenir el producte final net i refinat.
Propietats químiques del gas SF6
Per examinar les propietats químiques del gas SF6, introduïm primer la estructura de la molècula de SF6. En aquesta molècula de gas, un àtom de sulfur està envoltat per sis àtoms de fluor.
El sulfur té un número atòmic de 16. La configuració electrònica de l'àtom de sulfur és 2, 8, 6, és a dir, 1S2 2S2 2P6 3S2 3P4. L'àtom de fluor té un número atòmic de 9. La configuració electrònica del fluor és 1S2 2S2 2P5. Cada àtom de sulfur en la molècula de SF6 crea un enllaç covalent amb 6 àtoms de fluor. D'aquesta manera, l'àtom de sulfur obté un total de 6 enllaços covalents, és a dir, 6 parells d'electrons a la seva capa externa, i cada àtom de fluor obté 8 electrons a la seva capa més externa.
NB: – Aquí podem observar que, en el sulfur hexafluoride, la capa externa de l'àtom de sulfur té 12 electrons en lloc de 8 electrons. Això significa que aquí el sulfur no segueix la regla octal general de l'estructura atòmica, que estableix que un àtom estable necessita 8 electrons a la seva capa més externa. Aquest no és un cas excepcional. Algunes substàncies en el període 3 i inferiors poden formar compostos que superen els 8 electrons a la seva capa més externa. La estructura molecular d'aquest gas es mostra a continuació,
D'aquesta manera, el SF6 compleix completament una condició estructural estable. El radi efectiu d'una molècula de sulfur hexafluoride és de 2,385 Å. Aquesta configuració electrònica i estructura del gas fan que el SF6 sigui extremadament estable. El gas pot mantenir-se estable sense cap descomposició en la seva estructura molecular fins a 500oC. És altament no inflamable. H2O i Cl no poden reaccionar amb aquest gas. Tampoc no reacciona amb acides.
El gas SF6 és un dels gases més pesants. La densitat d'aquest gas a 20oC a una pressió atmosfèrica, és d'uns 6,139 kg/m3, que és aproximadament 5 vegades més alta que l'aire en les mateixes condicions. El pes molecular d'aquest gas és de 146,06. La variació de la pressió amb la temperatura és lineal per al sulfur hexafluoride i és petita dins de la temperatura de servei, és a dir, de -25 a +50oC. La calor específica volumètrica d'aquest gas també és elevada. És al voltant de 3,7 vegades més alta que l'aire, i per això aquest gas també té un efecte de refrigeració tremendo en l'equipament elèctric. La conductivitat tèrmica d'aquest gas no és molt alta, és encara més baixa que l'aire. Tot i això, és força adequada per a l'efecte de refrigeració en els interruptors de circuit. És perquè, durant la dissociació de les molècules de sulfur hexafluoride al voltant de l'arc elèctric, aquestes molècules absorbeixen una gran quantitat de calor. Aquesta calor es libera quan les molècules es reformen a la perifèria de l'arc. Aquest procés ajuda a transferir la calor d'una regió calenta a una regió freda molt ràpidament. Per això, aquest gas té un excel·lent efecte de refrigeració a temperatures altes, tot i que la conductivitat tèrmica de SF6 no és molt alta.
Propietats elèctriques del gas SF6
El gas SF6 és altament electro-negatiu. Gràcies a la seva alta electro-negativitat, absorbeix els electrons lliures que es produeixen degut a l'arc entre els contactes de l'interruptor de circuit. La combinació d'electrons lliures amb les molècules produeix ions greus i grans, que tenen una mobilitat molt baixa. Degut a l'absorció d'electrons lliures i la baixa mobilitat dels ions, SF6 té una propietat dielèctrica excel·lent. La resistència dielèctrica del gas SF6 és aproximadament 2,5 vegades més alta que la de l'aire.
