گاز SF6 یا گاز سولفور هگزافلوراید خصوصیات
تاریخچه SF6
SF6 یا گاز سولفور هگزافلورید از ترکیب یک اتم سولفور و شش اتم فلوئور تشکیل میشود. 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 ماده عایقی گازی استفاده شود. پس از جنگ جهانی دوم، یعنی در اواسط قرن بیستم، 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 مداربرهای ولتاژ بالا محبوب شد. با افزایش تقاضا برای این گاز، بسیاری از تولیدکنندگان در اروپا و آمریکا شروع به تولید مقیاس بزرگ SF6 کردند. در ابتدا، گاز SF6 فقط برای هدف عایقبندی در سیستمهای الکتریکی استفاده میشد. اما به سرعت مشخص شد که این گاز خاصیت خاموشکننده قوس الکتریکی بسیار قوی دارد. بنابراین، این گاز نیز شروع به استفاده به عنوان مedium خاموشکننده قوس در مداربرها کرد. اولین زیرстанسیون عایقبندی شده با گاز SF6 در سال ۱۹۶۶ در پاریس تأسیس شد. مداربرهای ولتاژ متوسط با گاز 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 طول 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 طول تولید در گاز وجود دارند. تمام این محصولات جانبی و آلایندهها در مراحل مختلف تصفیه فیلتر میشوند تا محصول نهایی خالص و پالایش شده به دست آید.
ویژگیهای شیمیایی گاز SF6
برای بررسی ویژگیهای شیمیایی گاز SF6، ابتدا ساختار مولکول SF6 را معرفی میکنیم. در این مولکول گازی، یک اتم سولفور توسط شش اتم فلوئور احاطه شده است.
سولفور عدد اتمی ۱۶ دارد. ترتیب الکترونی اتم سولفور ۲، ۸، ۶ یعنی ۱S2 ۲S2 ۲P6 ۳S2 ۳P4. اتم فلوئور عدد اتمی ۹ دارد. ترتیب الکترونی فلوئور ۱S2 ۲S2 ۲P5. هر اتم سولفور در مولکول SF6 یک پیوند کووالانسی با ۶ اتم فلوئور ایجاد میکند. به این ترتیب، اتم سولفور ۶ پیوند کووالانسی، یعنی ۶ جفت الکترون در لایه خارجی خود و هر اتم فلوئور ۸ الکترون در لایه خارجی خود میگیرد.
توجه: – در اینجا میتوان مشاهده کرد که در سولفور هگزافلورید لایه خارجی اتم سولفور ۱۲ الکترون دارد به جای ۸ الکترون. این بدان معناست که در اینجا سولفور قاعده اکتت کلی ساختار اتمی که میگوید یک اتم پایدار نیاز به ۸ الکترون در لایه خارجی خود دارد را رعایت نمیکند. این یک مورد استثنایی نیست. برخی عناصر در دوره سوم و پایینتر میتوانند ترکیباتی را تشکیل دهند که در لایه خارجی خود بیش از ۸ الکترون دارند. ساختار مولکولی این گاز در زیر نشان داده شده است،
به این ترتیب، SF6 شرایط ساختاری پایدار را به طور کامل برآورده میکند. شعاع مؤثر یک مولکول سولفور هگزافلورید ۲.۳۸۵ Å است. این ترتیب الکترونی و ساختار این گاز، SF6 را بسیار پایدار میکند. این گاز میتواند بدون هیچ تجزیه در ساختار مولکولی خود تا ۵۰۰°C پایدار باقی بماند. این گاز بسیار غیرقابل اشتعال است. H2O و Cl با این گاز واکنش نمیدهند. این گاز همچنین با اسید واکنش نمیدهد.
گاز SF6 یکی از سنگینترین گازها است. چگالی این گاز در ۲۰°C در فشار یک جو، حدود ۶.۱۳۹ کیلوگرم بر متر مکعب است که حدود ۵ برابر بیشتر از هوا در همان شرایط است. وزن مولکولی این گاز ۱۴۶.۰۶ است. تغییر فشار با دما برای سولفور هگزافلورید خطی است و در دمای خدمت، یعنی از -۲۵ تا +۵۰°C کوچک است. گرمای ویژه حجمی این گاز نیز بالا است. این حدود ۳.۷ برابر بیشتر از هوا است و به همین دلیل این گاز نیز 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 تأثیر خنککننده در مداربر مناسب است. زیرا 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 به سرعت کمک میکند. بنابراین، این گاز تأثیر خنککننده بسیار خوبی در دماهای بالا دارد، هرچند هدایت حرارتی SF6 خیلی بالا نیست.
ویژگیهای الکتریکی گاز SF6
گاز SF6 بسیار الکترونگاتیو است. به دلیل الکترونگاتیوی بالا، الکترونهای آزاد که به دلیل قوس الکتریکی بین تماسهای مداربر تولید میشوند را جذب میکند. ترکیب الکترونهای آزاد با مولکولها یونهای سنگین و بزرگ را تولید میکند که متحرکی بسیار کم دارند. به دلیل جذب الکترونهای آزاد و متحرکی کم یونها، SF6 خاصیت دی الکتریک بسیار عالی دارد. قدرت دی الکتریک گاز SF6 حدود ۲.۵ برابر بیشتر از هوا است.
