گاز SF6 یا گاز سولفور هێکسافلۆراید خواص
تاریخچه SF6
SF6 یا سولفور هگزافلوراید مولکولهای گازی که از یک اتم سولفور و شش اتم فلور تشکیل شدهاند. این گاز برای اولین بار در سال ۱۹۰۰ در آزمایشگاههای Faculte de Pharmacie de، در پاریس شناسایی شد. در سال ۱۹۳۷، شرکت General Electrical Company به این نتیجه رسید که گاز SF6 میتواند به عنوان ماده عایقی گازی استفاده شود. پس از جنگ جهانی دوم، یعنی در اواسط قرن بیستم، محبوبیت استفاده از گاز سولفور هگزافلوراید 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 هگزافلوراید 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 عایقبندی در سیستمهای الکتریکی استفاده میشد. اما به زودی متوجه شدند که این گاز خاصیت لرزهگیری بسیار قوی دارد. بنابراین، این گاز نیز شروع به استفاده به عنوان ماده لرزهگیری در سوئیچگیرها کرد. اولین زیرمجموعه عایقبندی گازی SF6 جهان در سال ۱۹۶۶ در پاریس تأسیس شد. سوئیچگیرهای ولتاژ متوسط سولفور هگزافلوراید از سال ۱۹۷۱ به بازار عرضه شدند.
تولید گاز SF6
گاز SF6 به طور تجاری با 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 کمی تولید میشوند. نه تنها این محصولات جانبی، آلودگیهایی مانند هوا، رطوبت و CO2 نیز در گاز وجود دارند. تمام این محصولات جانبی و آلودگیها در مراحل مختلف تصفیه فیلتر میشوند تا محصول نهایی خالص و پالایش 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 است یعنی ۱S2 ۲S2 ۲P6 ۳S2 ۳P4. اتم فلور عدد اتمی ۹ دارد. ترتیب الکترونی فلور ۱S2 ۲S2 ۲P5 است. 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 پوسته خارجی خود دارد و هر اتم فلور ۸ الکترون در پوسته خارجی خود دارد.
NB: – در اینجا میتوان مشاهده کرد که در سولفور هگزافلوراید، پوسته خارجی اتم سولفور ۱۲ الکترون دارد به جای ۸ الکترون. این بدان معناست که در اینجا سولفور قاعده اکتال عمومی ساختار اتمی را که میگوید یک اتم پایدار نیاز به ۸ الکترون در پوسته خارجی خود دارد را رعایت نمیکند. این یک مورد استثنایی نیست. برخی از عناصر در دوره سوم و پایینتر میتوانند ترکیباتی را تشکیل دهند که بیش از ۸ الکترون در پوسته خارجی خود دارند. ساختار مولکولی این گاز به شرح زیر است،
به این ترتیب، SF6 شرایط ساختاری پایدار را به طور کامل برآورده میکند. شعاع مؤثر یک مولکول سولفور هگزافلوراید ۲.۳۸۵ A است. این ترتیب الکترونی و ساختار این 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 با این گاز واکنش نمیدهند. این گاز همچنین با اسید واکنش نمیدهد.
گاز SF6 یکی از سنگینترین گازها است. چگالی این گاز در ۲۰oC در فشار یک جو، 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 هگزافلوراید خطی است و در محدوده دمای خدماتی، یعنی از -۲۵ تا +۵۰oC کم است. گرمای ویژه حجمی این گاز نیز بالا است. این حدود ۳.۷ برابر بیشتر از هوا است و به همین دلیل این گاز همچنین 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 سوئیچگیر مناسب است. زیرا در طی تجزیه مولکولهای سولفور هگزافلوراید در اطراف قوس الکتریکی، این مولکولها مقدار زیادی از گرما را جذب میکنند. این گرما سپس زمانی که مولکولها در حاشیه قوس مجدداً تشکیل میشوند 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 سوئیچگیر 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. قوت دی الکتریک گاز SF6 حدود ۲.۵ برابر بیشتر از هوا است.
