Propiedades del gas SF6 o gas hexafluoruro de azufre
Historia del SF6
SF6 o hexafluoruro de azufre son moléculas compuestas por un átomo de azufre y seis átomos de flúor. Este gas fue descubierto por primera vez en el año 1900 en los laboratorios de la Faculte de Pharmacie de, en París. En 1937, la Compañía General Eléctrica se dio cuenta por primera vez de que el gas SF6 podía utilizarse como material aislante gaseoso. Después de la Segunda Guerra Mundial, es decir, a mediados del siglo 20, la popularidad de usar hexafluoruro de azufre como material aislante en sistemas eléctricos estaba aumentando muy rápidamente. Allied Chemical Corporation y Pennsalt fueron las primeras industrias estadounidenses que comenzaron a producir este gas comercialmente en 1948. Durante 1960, el uso de gas hexafluoruro de azufre en interruptores de alta tensión se volvió popular. A medida que aumentaba la demanda de este gas, muchos fabricantes en Europa y América comenzaron a producir SF6 a gran escala en ese momento. Al principio, el gas SF6 solo se usaba para fines de aislamiento en el sistema eléctrico. Pero pronto se descubrió que este gas tiene una propiedad tremenda de extinción de arco. Por lo tanto, este gas también comenzó a usarse en interruptores de circuito como medio de extinción de arco. La primera subestación aislada con gas SF6 del mundo se estableció en París en 1966. Los interruptores de circuito de media tensión con hexafluoruro de azufre se lanzaron al mercado a partir de 1971.
Fabricación del gas SF6
El gas SF6 se fabrica comercialmente por reacción de flúor (obtenido por electrólisis) con azufre.
Durante el proceso de producción de este gas, se producen otros subproductos como SF4, SF2, S2F2, S2F10 en pequeñas proporciones. No solo estos subproductos, sino también impurezas como aire, humedad y CO2 están presentes en el gas durante la producción. Todos estos subproductos e impurezas se filtran en diferentes etapas de purificación para obtener el producto final puro y refinado.
Propiedades químicas del gas SF6
Para examinar las propiedades químicas del gas SF6, primero introducimos la estructura de la molécula de SF6. En esta molécula de gas, un átomo de azufre está rodeado por seis átomos de flúor.
El azufre tiene número atómico 16. La configuración electrónica del átomo de azufre es 2, 8, 6, es decir, 1S2 2S2 2P6 3S2 3P4. El átomo de flúor tiene número atómico 9. La configuración electrónica del flúor es 1S2 2S2 2P5. Cada átomo de azufre en la molécula de SF6 crea un enlace covalente con 6 átomos de flúor. De esta manera, el átomo de azufre obtiene un total de 6 enlaces covalentes, es decir, 6 pares de electrones en su capa externa, y cada átomo de flúor obtiene 8 electrones en su capa más externa.
NB: – Aquí podemos observar que, en el hexafluoruro de azufre, la capa externa del átomo de azufre tiene 12 electrones en lugar de 8. Esto significa que aquí el azufre no cumple la regla octal general de la estructura atómica, que establece que un átomo estable requiere 8 electrones en su capa más externa. Este no es un caso excepcional. Algunos elementos del tercer período y posteriores pueden formar compuestos que superan los 8 electrones en su capa más externa. La estructura molecular de este gas se muestra a continuación,
De esta manera, el SF6 satisface completamente una condición estructural estable. El radio efectivo de una molécula de hexafluoruro de azufre es 2,385 Å. Esta configuración electrónica y estructura del gas hacen que el SF6 sea extremadamente estable. El gas puede mantenerse estable sin ninguna descomposición en su estructura molecular hasta 500°C. Es altamente no inflamable. H2O y Cl no reaccionan con este gas. Tampoco reacciona con ácidos.
El gas SF6 es uno de los gases más pesados. La densidad de este gas a 20°C a una presión atmosférica, es de aproximadamente 6,139 kg/m3, lo que es aproximadamente 5 veces mayor que el aire en las mismas condiciones. El peso molecular de este gas es 146,06. La variación de la presión con la temperatura es lineal para el hexafluoruro de azufre y es pequeña dentro de la temperatura de servicio, es decir, desde -25 hasta +50°C. El calor específico volumétrico de este gas también es alto. Es alrededor de 3,7 veces más que el del aire, y por eso este gas también tiene un efecto de enfriamiento tremendo en equipos eléctricos. La conductividad térmica de este gas no es muy alta, incluso es menor que la del aire. Sin embargo, es bastante adecuada para el efecto de enfriamiento en interruptores de circuito. Esto se debe a que, durante la disociación de las moléculas de hexafluoruro de azufre alrededor del arco eléctrico, estas moléculas absorben una gran cantidad de calor. Este calor luego se libera cuando las moléculas se reforman en el perímetro del arco. Este proceso ayuda a transferir el calor de una región caliente a una fría muy rápidamente. Por eso, este gas tiene un excelente efecto de enfriamiento a altas temperaturas, aunque la conductividad térmica del SF6 no es muy alta.
Propiedades eléctricas del gas SF6
El gas SF6 es altamente electronegativo. Debido a su alta electronegatividad, absorbe electrones libres que se producen debido al arco entre los contactos del interruptor de circuito. La combinación de electrones libres con las moléculas produce iones pesados y grandes, que tienen una movilidad muy baja. Debido a la absorción de electrones libres y la baja movilidad de los iones, el SF6 tiene una propiedad dieléctrica excelente. La resistencia dieléctrica del gas SF6 es aproximadamente 2,5 veces mayor que la del aire.
