Svojstva SF6 plina ili šestofluorid ugljični plin
Povijest SF6
SF6 ili šestični fluorid živca sastoji se od jednog atoma živca i šest atoma fluorida. Ovaj plin je prvi put sintetiziran 1900. godine u laboratoriju Faculte de Pharmacie de, u Parizu. Godine 1937., General Electrical Company je prvi put shvatila da se SF6 plin može koristiti kao gasežni izolacijski materijal. Nakon Drugog svjetskog rata, to jest sredinom 20.. stoljeća, popularnost korištenja šestičnog fluorida živca kao izolacijskog materijala u električnim sustavima brzo je porasla. Allied Chemical Corporation i Pennsalt bile su prve američke industrije koje su počele komercijalno proizvoditi ovaj plin 1948. godine. Tijekom 1960-ih, korištenje plina šestičnog fluorida živca u aparaturi za visok napon postalo je popularno. Kako je potražnja za ovim plinom porasla, mnogi proizvođači u Europi i Americi počeli su masovno proizvoditi SF6 plin tijekom tog vremena. Na početku, SF6 plin se koristio samo za izolacijske svrhe u električnim sustavima. Ali ubrzo se shvatilo da ovaj plin ima izvanredna svojstva za gasenje luka. Stoga, ovaj plin počeo je koristiti i kao medij za gasenje luka u prekidnicama. Prva na svijetu podstanica izolirana SF6 plinom osnovana je u Parizu 1966. godine. Srednjepresni prekidnici sa šestičnim fluoridom živca počeli su prodavati na tržištu 1971. godine.
Proizvodnja SF6 plina
SF6 plin komercijalno se proizvodi reakcijom fluorida (dobiven elektrolizom) s živcem.
Tijekom procesa proizvodnje ovog plina, nastaju i drugi sporedni produkti poput SF4, SF2, S2F2, S2F10 u malim udjelima. Ne samo ti sporedni produkti, već i nečistoće poput zraka, vlage i CO2 prisutne su u plinu tijekom proizvodnje. Svi ti sporedni produkti i nečistoće filtriraju se na različitim etapama čišćenja kako bi se dobio čisti i rafinirani konačni proizvod.
Kemijska svojstva SF6 plina
Da bismo ispitali kemijska svojstva SF6 plina, najprije ćemo predstaviti strukturu SF6 molekule. U ovoj plinskoj molekuli, jedan atom živca okružen je šest atomskih fluorida.
Živac ima atomski broj 16. Elektronska konfiguracija atoma živca je 2, 8, 6, odnosno 1S2 2S2 2P6 3S2 3P4. Atom fluorida ima atomski broj 9. Elektronska konfiguracija fluorida je 1S2 2S2 2P5. Svaki atom živca u SF6 molekuli stvara kovalentnu vezu s 6 atomskih fluorida. Na taj način, atom živca dobiva ukupno 6 kovalentnih veza, odnosno 6 para elektrona na svojoj vanjskoj ljusci, a svaki atom fluorida dobiva 8 elektrona u svojoj najvanjskoj ljusci.
NB: – Možemo primijetiti da u šestičnom fluoridu živca vanjska ljuska atoma živca ima 12 elektrona umjesto 8 elektrona. To znači da atom živca ne poduzima opću oktalnu pravilu atoma koji kaže da stabilan atom treba imati 8 elektrona u svojoj najvanjskoj ljusci. Ovo nije iznimka. Neki elementi u trećem periodu i niže mogu formirati spojeve koji prelaze 8 elektrona u svojoj najvanjskoj ljusci. Molekularna struktura ovog plina prikazana je u nastavku,
Na taj način, SF6 puno zadovoljava uvjeti stabilne strukture. Efektivni polumjer molekule šestičnog fluorida živca je 2.385 A. Ova elektronska konfiguracija i struktura ovog plina čini SF6 izuzetno stabilnim. Plin može ostati stabilan bez dekompozicije u svojoj molekularnoj strukturi do 500°C. Izuzetno je nerazljiv. H2O i Cl ne mogu reagirati s ovim plinom. Također ne reagira s kiselinama.
SF6 plin je jedan od najtežih plinova. Gustomerna ovog plina na 20°C pri jednom atmosferskom tlaku iznosi oko 6.139 kg/m3, što je otprilike 5 puta više od zraka u istim uvjetima. Molekularna masa ovog plina iznosi 146.06. Varijacija tlaka s temperaturom linearna je za šestični fluorid živca i mala je unutar radne temperature, od -25 do +50°C. Volumetrijska specifična toplina ovog plina također je visoka. Ona je otprilike 3.7 puta veća od topline zraka, te zbog toga ovaj plin ima izvanredan hlađeći učinak u električnom opremi. Toplotna provodljivost ovog plina nije vrlo visoka, čak ni manja od zraka. Ipak, ona je dovoljno dobra za hlađenje u prekidnicama. To je zato što, tokom disocijacije molekula šestičnog fluorida živca oko električnog luka, te molekule apsorbiraju veliku količinu topline. Ta toplina zatim se oslobađa kada se molekule reformiraju na periferiji luka. Taj proces pomaže u brzom prenosu topline iz tople regije u hladnu regiju. Zbog toga, ovaj plin ima izvanredan hlađeći učinak na visokoj temperaturi, iako toplotna provodljivost SF6 nije vrlo visoka.
Električna svojstva SF6 plina
SF6 plin je vrlo elektronegativan. Zbog visoke elektronegativnosti, apsorbira slobodne elektrone koje nastaju zbog lukova između kontakata prekidnika. Kombinacija slobodnih elektrona s molekulama stvara teške i velike jone, koji imaju vrlo nisku mobilnost. Zbog apsorbiranja slobodnih elektrona i niske mobilnosti jonova, SF6 ima izvanredna dielektrična svojstva. Dielektrična snaga SF6 plina je otprilike 2.5 puta veća od zraka.
