SF6 gaas või südiammutfluoriidi gaasi omadused
Süsinikkuhexafluori ajalugu
SF6 või süsinikkuhexafluori gaasi molekulid koosnevad ühest süsinikust ja kuuest fluoriatoomist. See gaas avastati esmakordselt aastal 1900 Pariisis Faculte de Pharmacie de laborites. Aastal 1937 tundsid General Electrical Company välja, et SF6 gaasi saab kasutada gaseena isolerivana materjalina. Teise maailmasõja järel, st keskel 20nd sajandil, sai süsinikkuhexafluori gaasi kasutamine elektrisüsteemides isolerivana materjalina väga populaarne. Allied Chemical Corporation ja Pennsalt olid esimesed Ameerika tööstused, kes alustasid selle gaasi komertsaalset tootmist aastal 1948. Aastal 1960 sai süsinikkuhexafluori gaasi kasutamine kõrgepingelises lülitses populaarseks. Kuna nõudlus sellele gaasile kasvas, hakkasid paljud Euroopa ja Ameerika tootjad suuremahuliselt SF6 gaasi tootma. Alguses kasutati SF6 gaasi ainult elektrisüsteemide isolatsiooniks. Kuid peagi avastati, et see gaas omab suurepäraseid kaare söötmise omadusi. Seetõttu hakkas seda gaasi kasutama ka puhversiltides kaare söötmise vahendina. Maailma esimene SF6 gaasiga isoleeritud substaatsioon asutati Pariisis aastal 1966. Süsinikkuhexafluori keskpingelised puhversildid tuli turule aastal 1971.
Süsinikkuhexafluori tootmine
Süsinikkuhexafluori toodetakse kaubanduslikult reaktsiooniga fluori (elektroliise teel saadud) ja süsiniku vahel.
Sel tootmisprotsessi käigus tekivad ka muud tooted nagu SF4, SF2, S2F2, S2F10 väikestes protsendides. Samuti sisaldab gaas tootmise käigus õhk, niiskus ja CO2. Kõik need tooted ja segased filtreeritakse erinevates puhtusprotsessi etappides, et saada puht ja täpsustatud lõppprodukt.
Süsinikkuhexafluori keemilised omadused
Süsinikkuhexafluori keemiliste omaduste uurimiseks tutvustame esmalt SF6 molekuli struktuuri. Selles gaasi molekulis on üks süsiniku atoom ümber ringlevate kuue fluoriatoomiga.
Süsiniku atoomiarv on 16. Süsiniku atoomi elektronkonfiguratsioon on 2, 8, 6 ehk 1S2 2S2 2P6 3S2 3P4. Fluoriatoomi atoomiarv on 9. Fluori elektronkonfiguratsioon on 1S2 2S2 2P5. Igal süsiniku atoomil SF6 molekulis on koovalentne side kuue fluoriatoomiga. Sellisel moel saab süsiniku atoom kokku 6 koovalentset sidet, st 6 elektronipaarit oma välisseinale, ja igal fluoriatoomil on 8 elektroni oma välismost valguseseinale.
NB: – Siin näeme, et süsinikkuhexafluori süsiniku atoomi välisseinadel on 12 elektroni, mitte 8 elektroni. See tähendab, et siin süsinik ei järgi üldist oktaalreegli, mis ütleb, et stabiilne aatom vajab 8 elektroni oma välismost seinale. See pole erandlik juhtum. Mõned elemendid kolmandas perioodis ja allpool saavad moodustada seoseid, mis ületavad 8 elektroni oma välismost seinale. Selle gaasi molekulstruktuur on näidatud allpool,
Nii täidab SF6 täielikult stabiilse struktuuri tingimusi. Süsinikkuhexafluori molekuli efektiivne raadius on 2.385 A. See elektronkonfiguratsioon ja struktuur muudavad SF6 äärmiselt stabiilseks. Gaas jääb stabiilseks ilma molekulstruktuuri lahutamiseta kuni 500oC-ni. See on väga mittepalavik. H2O ja Cl ei reageeri sellega. See ei reageeri ka hapnikuga.
SF6 on üks raskeimate gaase. Selle tihedus 20oC ja ühe atmosfäärilise pingerežiimi korral on umbes 6.139 kg/m3, mis on umbes 5 korda suurem kui õhu sama tingimustes. Selle gaasi molekulmass on 146.06. Temperatuuri muutusega kaasneda lineaarne pingerežiimi muutus süsinikkuhexafluori puhul, mida on vähe teenindamisperioodi temperatuuridel, st -25 kuni +50oC. Selle gaasi ruumiline spetsiifiline soojuskogum on ka kõrge. See on umbes 3.7 korda suurem kui õhu, mistõttu see gaas omab suurepäraseid jahutuse omadusi elektriseadmetes. Selle gaasi soojusjuhtivus ei ole väga kõrge, see on isegi madalam kui õhu. Siiski on see piisavalt sobiv puhversilte jahutamiseks. See on sellepärast, et süsinikkuhexafluori molekulide lahutumisel elektrikaare ümber, need molekulid absorbeerivad suure hulga soojust. See soojus väljastatakse, kui molekulid reformeeruvad kaare ümberringl. See protsess aitab soojust kiiresti edastada külmast regioonist soojasse. Seetõttu on see gaas suurepärane jahutusväline kõrgete temperatuuride korral, vaatamata sellele, et SF6 soojusjuhtivus ei ole väga kõrge.
Süsinikkuhexafluori elektrilised omadused
SF6 gaas on väga elektroneega. Kõrge elektroneega tõttu see absorbeerib vabad elektronid, mis tekivad elektrikaare vahel puhversilte kontaktide vahel. Vabad elektronide kombinatsioon molekulidega toob kaasa raske ja suure ionite tekkimise, mille liikumisvõime on väga madal. Vabad elektronide absorbeerimise ja ionite madala liikumisvõime tõttu SF6 omab suurepäraseid dielektrilisi omadusi. SF6 gaasi dielektriline tugevus on umbes 2.5 korda suurem kui õhu.
