SF6 گاز يا سولفور هگزافلوريد خصوصيات
تاریخچه SF6
SF6 یا گاز سولفور هگزافلورید از ترکیب یک اتم سولفور و شش اتم فلور تشکیل شده است. این گاز برای اولین بار در سال ۱۹۰۰ در آزمایشگاههای Faculte de Pharmacie de در پاریس کشف شد. در سال ۱۹۳۷، شرکت General Electrical Company متوجه شد که گاز SF6 میتواند به عنوان مواد عایقی گازی استفاده شود. پس از جنگ جهانی دوم، یعنی در اواسط قرن بیستم، محبوبیت استفاده از گاز سولفور هگزافلورید به عنوان ماده عایقی در سیستمهای الکتریکی بسیار زیاد شد. Allied Chemical Corporation و Pennsalt اولین صنایع آمریکایی بودند که در سال ۱۹۴۸ تولید تجاری این گاز را آغاز کردند. در دهه ۱۹۶۰، استفاده از گاز سولفور هگزافلورید در سوئیچگیرهای ولتاژ بالا محبوب شد. با افزایش تقاضا برای این گاز، بسیاری از تولیدکنندگان در اروپا و آمریکا شروع به تولید گاز SF6 در مقیاس بزرگ کردند. در ابتدا، گاز SF6 فقط برای هدف عایقسازی در سیستمهای الکتریکی استفاده میشد. اما به زودی مشخص شد که این گاز خاصیت نابودکننده قوس بسیار قوی دارد. بنابراین، این گاز نیز شروع به استفاده به عنوان مedium قوس در سوئیچگیرها کرد. اولین زیراستانسیون عایقدار با گاز SF6 در سال ۱۹۶۶ در پاریس ایجاد شد. برشهای مداری با ولتاژ متوسط سولفور هگزافلورید از سال ۱۹۷۱ به بازار عرضه شدند.
تولید گاز SF6
گاز SF6 به طور تجاری از واکنش فلوئور (که از الکترولیز به دست میآید) با سولفور تولید میشود.
در طی فرآیند تولید این گاز، محصولات جانبی دیگری مانند SF4, SF2, S2F2, S2F10 نیز در درصد کم تولید میشوند. نه تنها این محصولات جانبی، آلایندههایی مانند هوا، رطوبت و CO2 نیز در گاز حضور دارند. تمامی این محصولات جانبی و آلایندهها در مراحل مختلف پالایش فیلتر میشوند تا محصول نهایی خالص و تصفیه شده به دست آید.
خواص شیمیایی گاز SF6
برای بررسی خواص شیمیایی گاز SF6، ابتدا ساختار مولکول SF6 را معرفی میکنیم. در این مولکول گازی، یک اتم سولفور توسط شش اتم فلور احاطه شده است.
سولفور عدد اتمی ۱۶ دارد. ترتیب الکترونی اتم سولفور ۲, ۸, ۶ یعنی 1S2 2S2 2P6 3S2 3P4. اتم فلور عدد اتمی ۹ دارد. ترتیب الکترونی فلور 1S2 2S2 2P5. هر اتم سولفور در مولکول SF6 یک پیوند کووالانسی با ۶ اتم فلور ایجاد میکند. به این ترتیب، اتم سولفور ۶ پیوند کووالانسی یعنی ۶ جفت الکترون در لایه خارجی خود و هر اتم فلور ۸ الکترون در لایه خارجی خود دارد.
NB: – در اینجا میتوان مشاهده کرد که در هگزافلورید سولفور لایه خارجی اتم سولفور ۱۲ الکترون دارد به جای ۸ الکترون. این بدان معناست که اتم سولفور قانون اکتت عمومی ساختار اتمی را که میگوید یک اتم پایدار نیازمند ۸ الکترون در لایه خارجی خود است را رعایت نمیکند. این مورد استثنائی نیست. برخی عناصر در دوره سوم و پایینتر میتوانند ترکیباتی را تشکیل دهند که بیش از ۸ الکترون در لایه خارجی خود داشته باشند. ساختار مولکولی این گاز به شرح زیر است،
به این ترتیب، SF6 شرایط پایدار ساختاری را به طور کامل رعایت میکند. شعاع مؤثر یک مولکول سولفور هگزافلورید ۲.۳۸۵ A است. این ترتیب الکترونی و ساختار این گاز گاز SF6 را بسیار پایدار میکند. این گاز میتواند بدون هیچ تجزیه در ساختار مولکولی خود تا ۵۰۰oC پایدار باشد. این گاز بسیار غیرقابل اشتعال است. H2O و Cl نمیتوانند با این گاز واکنش نشان دهند. این گاز همچنین با اسید واکنش نمیدهد.
گاز SF6 یکی از سنگینترین گازها است. چگالی این گاز در ۲۰oC در فشار یک اتمسفر حدود ۶.۱۳۹ kg/m3 است که حدود ۵ برابر بیشتر از هوا در شرایط مشابه است. وزن مولکولی این گاز ۱۴۶.۰۶ است. تغییر فشار با دما برای سولفور هگزافلورید خطی است و در محدوده دمایی خدماتی، یعنی از -۲۵ تا +۵۰oC کم است. ظرفیت گرمایی حجمی این گاز نیز بالا است. این ظرفیت حدود ۳.۷ برابر بیشتر از هوا است و به همین دلیل این گاز تأثیر خنککننده بسیار قوی در تجهیزات الکتریکی دارد. هدایت حرارتی این گاز خیلی بالا نیست حتی کمتر از هوا است. با این حال، این گاز برای خنکسازی در برشهای مداری مناسب است. این به دلیل آن است که، در زمان تجزیه مولکولهای سولفور هگزافلورید در اطراف قوس الکتریکی، این مولکولها مقدار زیادی گرما جذب میکنند. این گرما سپس در زمان بازسازی مولکولها در اطراف قوس آزاد میشود. این فرآیند به انتقال گرما از منطقه گرم به منطقه سرد بسیار سریع کمک میکند. به همین دلیل، این گاز تأثیر خنککننده بسیار خوبی در دمای بالا دارد، اگرچه هدایت حرارتی SF6 خیلی بالا نیست.
خواص الکتریکی گاز SF6
گاز SF6 بسیار الکترونگاتیو است. به دلیل الکترونگاتیویت بالا، این گاز الکترونهای آزاد که به دلیل قوس بین تماسهای برشگیر تولید میشوند را جذب میکند. ترکیب الکترونهای آزاد با مولکولها یونهای سنگین و بزرگی را تولید میکند که متحرکی بسیار کم دارند. به دلیل جذب الکترونهای آزاد و متحرکی کم یونها، SF6 خاصیت عایقی بسیار عالی دارد. قدرت عایقی گاز SF6 حدود ۲.۵ برابر بیشتر از هوا است.
