Eigenschaften von SF6-Gas oder Schwefelhexafluorid-Gas

Geschichte von SF6

SF6 oder Schwefelhexafluorid-Gasmoleküle bestehen aus einem Schwefel- und sechs Fluoratomen. Dieses Gas wurde erstmals im Jahr 1900 in den Labors der Faculte de Pharmacie de in Paris entdeckt. Im Jahr 1937 erkannte die General Electric Company, dass SF6-Gas als gasförmiges Isoliermaterial verwendet werden könnte. Nach dem Zweiten Weltkrieg, also Mitte des 20.ten Jahrhunderts, stieg die Beliebtheit von Schwefelhexafluoridgas als Isoliermaterial in elektrischen Systemen sehr schnell an. Allied Chemical Corporation und Pennsalt waren die ersten amerikanischen Unternehmen, die dieses Gas ab 1948 kommerziell herstellten. In den 1960er Jahren wurde die Verwendung von Schwefelhexafluoridgas in Hochspannungsschaltanlagen populär. Da die Nachfrage nach diesem Gas zunahm, begannen viele Hersteller in Europa und Amerika, SF6-Gas großflächig zu produzieren. Anfangs wurde SF6-Gas nur für isolierende Zwecke in elektrischen Systemen verwendet. Bald wurde jedoch erkannt, dass dieses Gas hervorragende Bogenlösch-Eigenschaften hat. Daher begann man, dieses Gas auch als Bogenlöschmedium in Schaltgeräten zu verwenden. Die weltweit erste SF6-Gas-isolierte Umspannstation wurde 1966 in Paris errichtet. Mittelspannungsschaltgeräte mit Schwefelhexafluorid wurden ab 1971 auf den Markt gebracht.

Herstellung von SF6-Gas

SF6-Gas wird kommerziell durch die Reaktion von Fluor (durch Elektrolyse gewonnen) mit Schwefel hergestellt.
Während des Produktionsprozesses dieses Gases werden Nebenprodukte wie SF4, SF2, S2F2, S2F10 in kleinen Mengen produziert. Neben diesen Nebenprodukten sind auch Verunreinigungen wie Luft, Feuchtigkeit und CO2 während der Produktion im Gas vorhanden. Alle diese Nebenprodukte und Verunreinigungen werden in verschiedenen Reinigungsschritten gefiltert, um das reine und verfeinerte Endprodukt zu erhalten.

Chemische Eigenschaften von SF6-Gas

Um die chemischen Eigenschaften von SF6-Gas zu untersuchen, stellen wir zunächst die Struktur des SF6-Moleküls vor. In diesem Gas-Molekül ist ein Schwefelatom von sechs Fluoratomen umgeben.

Der Schwefel hat die Ordnungszahl 16. Die Elektronenkonfiguration des Schwefelatoms ist 2, 8, 6, d.h. 1S2 2S2 2P6 3S2 3P4. Das Fluoratom hat die Ordnungszahl 9. Die Elektronenkonfiguration des Fluors ist 1S2 2S2 2P5. Jedes Schwefelatom im SF6-Molekül bildet eine kovalente Bindung mit 6 Fluoratomen. Auf diese Weise erhält das Schwefelatom insgesamt 6 kovalente Bindungen, d.h. 6 Elektronenpaare in seiner äußeren Hülle, und jedes Fluoratom erhält 8 Elektronen in seiner äußersten Hülle.

NB: – Hier können wir beobachten, dass in Schwefelhexafluorid die äußere Hülle des Schwefelatoms 12 Elektronen statt 8 Elektronen hat. Das bedeutet, dass hier Schwefel nicht der allgemeinen Oktettregel der Atomstruktur folgt, die besagt, dass ein stabiles Atom 8 Elektronen in seiner äußersten Hülle benötigt. Dies ist kein Ausnahmefall. Einige Elemente in der 3. Periode und darunter können Verbindungen bilden, die mehr als 8 Elektronen in ihrer äußersten Hülle haben. Die molekulare Struktur dieses Gases ist unten dargestellt,
Auf diese Weise erfüllt SF6 vollständig eine stabile Strukturbedingung. Der effektive Radius eines Schwefelhexafluorid-Moleküls beträgt 2,385 Å. Diese Elektronenkonfiguration und Struktur des Gases machen SF6 extrem stabil. Das Gas kann ohne Zersetzungen in seiner Molekularstruktur bis zu 500°C stabil bleiben. Es ist hochgradig unentflammbar. H2O und Cl können nicht mit diesem Gas reagieren. Es reagiert auch nicht mit Säuren.

Das SF6-Gas ist eines der schwersten Gase. Die Dichte dieses Gases bei 20°C und einem atmosphärischen Druck beträgt etwa 6,139 kg/m3, was etwa 5 Mal höher als Luft unter denselben Bedingungen ist. Das Molekulargewicht dieses Gases beträgt 146,06. Die Änderung des Drucks mit der Temperatur ist linear für Schwefelhexafluorid und relativ gering innerhalb des Einsatztemperaturbereichs, d.h. von -25 bis +50