SF6ガスまたは六フッ化硫黄ガスの特性

SF6の歴史

SF6または硫化六フッ化物ガスは、硫黄と6つのフッ素原子によって構成されています。このガスは1900年、パリのファカルテ・デ・ファルマシーデの研究室で初めて発見されました。1937年、ゼネラル・エレクトリック社が初めてSF6ガスを絶縁材料として使用できることに気づきました。第二次世界大戦後、つまり20世紀の中頃には、電気システムでの硫化六フッ化物ガスの絶縁材料としての使用が急速に増加しました。アライド・ケミカル・コーポレーションとペンソルトが、1948年にこのガスを商業的に生産し始めた最初のアメリカ企業でした。1960年代には、高電圧スイッチギアでの硫化六フッ化物ガスの使用が一般的になりました。需要が増えるにつれて、多くのメーカーがヨーロッパとアメリカで大量にSF6ガスを生産し始めました。当初、SF6ガスは電気システムの絶縁目的のみに使用されていましたが、すぐにこのガスが非常に優れた消弧特性を持つことがわかりました。そのため、このガスは回路遮断器の消弧媒体としても使用されるようになりました。世界初のSF6ガス絶縁変電所は1966年にパリに設立されました。硫化六フッ化物中圧回路遮断器は1971年から市場に投入されました。

SF6ガスの製造

SF6ガスは、フッ素（電解により得られる）と硫黄の反応によって商業的に製造されます。
このガスの製造過程では、SF4、SF2、S2F2、S2F10などの副生成物も少量生成されます。これらの副生成物だけでなく、空気、水分、CO2などの不純物も製造中にガスに含まれています。これらの副生成物と不純物は、異なる段階で濾過され、純粋で精製された最終製品を得ることができます。

SF6ガスの化学的性質

SF6ガスの化学的性質を調べるためには、まずSF6分子の構造を紹介します。このガス分子では、1つの硫黄原子が6つのフッ素原子に囲まれています。

硫黄の原子番号は16です。硫黄原子の電子配置は2, 8, 6、すなわち1S2 2S2 2P6 3S2 3P4です。フッ素原子の原子番号は9です。フッ素の電子配置は1S2 2S2 2P5です。SF6分子内の各硫黄原子は、6つのフッ素原子と共有結合を作ります。このようにして、硫黄原子は外殻に6つの共有結合、すなわち6組の電子を持ち、各フッ素原子は最外殻に8つの電子を持ちます。

注: ここで観察すると、硫化六フッ化物では硫黄原子の外部殻に8つの電子ではなく12つの電子があります。つまり、ここでは硫黄は一般のオクタル則（安定した原子には最外殻に8つの電子が必要であるという規則）に従っていません。これは例外的な場合ではありません。第3周期以下の一部の元素は、最外殻に8つ以上の電子を持つ化合物を形成することができます。このガスの分子構造は以下の通りです。
このように、SF6は安定した構造条件を完全に満たしています。硫化六フッ化物分子の効果的な半径は2.385 Aです。この電子配置と構造により、SF6は非常に安定しています。このガスは500℃まで分子構造の分解なしに安定することができます。非常に非可燃性です。H2OとClはこのガスと反応しません。また、酸とも反応しません。

SF6ガスは最も重いガスの一つです。20℃で1気圧下での密度は約6.139 kg/m3であり、同じ条件下の空気よりも約5倍重いです。このガスの分子量は146.06です。硫化六フッ化物の温度による圧力の変化は線形であり、-25から+50