SF6 gáz vagy szulfurhexaszfluorid gáz tulajdonságai
Szén-hexafluorid története
SF6 vagy szén-hexafluorid gázmolekulák egy szén és hat fluor atom kombinációjából állnak. Ez a gáz először 1900-ban jelent meg a Párizsi Faculte de Pharmacie laboratóriumokban. 1937-ben a General Electrical Company felismerte, hogy az SF6 gáz használható gáz alapú izoláló anyagként. A második világháború után, azaz a 20. század közepén, a szén-hexafluorid gáz használata elektrikus rendszerekben gyorsan növekedett. Az Allied Chemical Corporation és a Pennsalt voltak az első amerikai iparágak, amelyek 1948-ban kezdtek ezt a gázt kereskedelmi céllal gyártani. 1960-as években a magas feszültségű kapcsolókban való használata elterjedt. Mivel a gáz iránti igény nőtt, sok gyártó Európában és Amerikában nagy mennyiségben kezdte gyártani az SF6 gázt. Kezdetben csak izoláló célra használták ezt a gázt az elektromos rendszerekben. Hamarosan azonban rájöttek, hogy a gáz rendkívüli ívkioltó tulajdonságokkal bír. Így a gáz használata elterjedt a vezetékivágókban ívkioltó médiumként is. A világ első SF6 gázzal izolált áramátviteli állomása 1966-ban jött létre Párizsban. A szén-hexafluorid középfeszültségű vezetékivágók 1971-ben kerültek piacra.
Szén-hexafluorid gáz gyártása
A szén-hexafluorid gáz kereskedelmi gyártása a fluor (elektrolízissel készített) és a szén reakciója révén történik.
Ezen gáz gyártási folyamatában más melléktermékek, mint például SF4, SF2, S2F2, S2F10 is kisebb mennyiségben jelennek meg. Nem csak ezek a melléktermékek, hanem a levegő, a pára és a CO2 impuritások is a gázban találhatók a gyártás során. Ezek a melléktermékek és impuritások szűrődnek a tökéletesítési folyamat különböző szintjein, hogy a tiszta és finomított végső terméket kapjuk.
Szén-hexafluorid gáz kémiai tulajdonságai
A szén-hexafluorid gáz kémiai tulajdonságainak vizsgálata előtt először bemutatjuk a szén-hexafluorid molekulájának szerkezetét. Ebben a gázmolekulában egy szénatomot hat fluoratom vesz körül.
A szén atomi száma 16. A szénatom elektronkonfigurációja 2, 8, 6, azaz 1S2 2S2 2P6 3S2 3P4. A fluor atomi száma 9. A fluor elektronkonfigurációja 1S2 2S2 2P5. Minden szénatom az SF6 molekulában kovalens kötést hoz létre hat fluoratommal. Így a szénatom összesen 6 kovalens kötést hoz létre, azaz 6 elektronpár jelenik meg a külső rétegén, és minden fluoratom 8 elektron jelenik meg a legkülső rétegén.
NB: – Látható, hogy a szén-hexafluoridben a szénatom külső rétegében 12 elektron van, nem pedig 8. Ez azt jelenti, hogy a szén nem követi az általános oktál-szabályt, amely szerint egy stabil atomnak 8 elektronra van szüksége a legkülső rétegén. Ez nem kivételes eset. Néhány 3. periódusbeli elem és annál alábbiak olyan vegyületeket képesek formálni, amelyekben a legkülső rétegben 8-nél több elektron jelenik meg. A gáz molekuláris szerkezete a következő,
Így a szén-hexafluorid teljesen kielégíti a stabil szerkeleti feltételeket. A szén-hexafluorid molekula hatáskörének hatékonysága 2,385 A. Ez a elektronkonfiguráció és a gáz szerkezete meghatározza, hogy az SF6 rendkívül stabil. A gáz molekuláris szerkezete 500oC-ig stabil marad. Nagyon nem tüzekeltető. H2O és Cl nem reagál ezzel a gázzal. Semmilyen savval sem reagál.
Az SF6 gáz a legnehezebb gázok közé tartozik. A gáz sűrűsége 20oC-on és egy atmoszféri nyomáson körülbelül 6,139 kg/m3, ami körülbelül 5-szer nagyobb, mint a levegő ugyanezeknél a feltételeknél. A gáz molekuláris súlya 146,06. A hőmérséklettel történő nyomás-változás lineáris a szén-hexafluorid esetében, és kis mértékű a -25 és +50oC közötti szolgáltatási hőmérséklet tartományban. A gáz volumen specifikus hőkapacitása is magas, körülbelül 3,7-szer nagyobb, mint a levegő, és ezért a gáz rendkívüli hűtőhatást gyakorol az elektromos berendezéseken. A gáz hővezető képessége nem nagyon magas, még a levegőnél is alacsonyabb. Ennek ellenére alkalmas a hűtőhatásra a vezetékivágókban. Ez azért van, mert a szén-hexafluorid molekulák diszociálása az elektromos ív körül, ezek a molekulák nagy mennyiségű hőt absorbálnak. Ez a hő akkor adódik vissza, amikor a molekulák újrakeverednek az ív perifériáján. Ez a folyamat segít a hő átadását a forró régióból a hidegbe nagyon gyorsan. Ezért a gáz rendkívüli hűtőhatást biztosít a magas hőmérsékleten, bár az SF6 hővezető képessége nem nagyon magas.
Szén-hexafluorid gáz elektromos tulajdonságai
A szén-hexafluorid gáz nagyon elektronegatív. A nagy elektronegativitás miatt, a vezetékivágó kapcsolói közötti ív miatt keletkező szabad elektronokat absorbálja. A szabad elektronok molekulákkal való kombinációja nehéz és nagy ionokat hoz létre, amelyek nagyon alacsony mobilitásúak. A szabad elektronok absorpciója és az ionok alacsony mobilitása miatt a SF6 rendkívüli dielektrikus tulajdonságokkal rendelkezik. A szén-hexafluorid gáz dielektrikus ereje körülbelül 2,5-szer nagyobb, mint a levegő.
