SF6-gas of zulfhexafluoride gas-eigenschappen
Geschiedenis van SF6
SF6 of zulfurhexafluoride gasmoleculen bestaan uit één zwavelatoom en zes fluoratomen. Dit gas werd voor het eerst in 1900 gerealiseerd in de laboratoria van de Faculte de Pharmacie de, in Parijs. In 1937 realiseerde het General Electrical Company dat SF6 gas gebruikt kon worden als gaseus isolatiemateriaal. Na de Tweede Wereldoorlog, midden 20e eeuw, nam de populariteit van zulfurhexafluoridegas als isolatiemateriaal in elektrische systemen snel toe. Allied Chemical Corporation en Pennsalt waren de eerste Amerikaanse bedrijven die dit gas in 1948 commercieel begonnen te produceren. Tijdens de jaren zestig werd het gebruik van zulfurhexafluoridegas in hoogspanningschakelaars populair. Terwijl de vraag naar dit gas toenam, begonnen veel fabrikanten in Europa en Amerika met de grootschalige productie van SF6 gas. Aanvankelijk werd SF6 gas alleen gebruikt voor isolatie in elektrische systemen. Maar al snel bleek dat dit gas ook uitstekende boogdempende eigenschappen had. Daarom begon men dit gas ook te gebruiken als boogdempend medium in schakelaars. De werelds eerste SF6 gasgeïsoleerde substation werd in 1966 in Parijs opgericht. Middenspanningsonderbrekers met zulfurhexafluoride werden vanaf 1971 op de markt gebracht.
Productie van SF6 Gas
SF6 gas wordt commercieel geproduceerd door de reactie van fluor (verkregen door elektrolyse) met zwavel.
Tijdens het productieproces van dit gas worden andere bijproducten zoals SF4, SF2, S2F2, S2F10 in kleine percentages geproduceerd. Niet alleen deze bijproducten, maar ook onzuiverheden zoals lucht, vocht en CO2 zijn aanwezig in het gas tijdens de productie. Al deze bijproducten en onzuiverheden worden op verschillende stadia van de zuivering gefilterd om het zuivere en verfijnde eindproduct te verkrijgen.
Chemische Eigenschappen van SF6 Gas
Om de chemische eigenschappen van SF6 gas te onderzoeken, introduceren we eerst de structuur van het SF6 molecuul. In dit gasmolecuul wordt één zwavelatoom omringd door zes fluoratomen.
Zwavel heeft atoomnummer 16. De elektronconfiguratie van het zwavelatoom is 2, 8, 6, dus 1S2 2S2 2P6 3S2 3P4. Het fluoratoom heeft atoomnummer 9. De elektronconfiguratie van fluor is 1S2 2S2 2P5. Elk zwavelatoom in het SF6 molecuul vormt een covalente binding met 6 fluoratomen. Op deze manier krijgt het zwavelatoom in totaal 6 covalente bindingen, d.w.z. 6 paren elektronen in zijn buitenste schil, en elk fluoratoom krijgt 8 elektronen in zijn meest buitenste schil.
NB: – Hier kunnen we observeren dat, in zulfurhexafluoride, de buitenste schil van het zwavelatoom 12 elektronen heeft in plaats van 8 elektronen. Dat betekent dat zwavel hier niet voldoet aan de algemene octale regel van de atoomstructuur, die stelt dat een stabiel atoom 8 elektronen nodig heeft in zijn meest buitenste schil. Dit is geen uitzonderlijk geval. Sommige elementen in de 3e periode en daarbeneden kunnen verbindingen vormen die meer dan 8 elektronen hebben in hun meest buitenste schil. De moleculaire structuur van dit gas is hieronder getoond,
Op deze manier voldoet SF6 volledig aan een stabiele structuurconditie. De effectieve straal van een zulfurhexafluoride molecuul is 2,385 Å. Deze elektronische configuratie en structuur van dit gas maken SF6 uitermate stabiel. Het gas kan zonder enige decompositie in zijn moleculaire structuur stabiel blijven tot 500°C. Het is zeer onbrandbaar. H2O en Cl kunnen niet reageren met dit gas. Het reageert ook niet met zuren.
Het SF6 gas is een van de zwaarste gassen. De dichtheid van dit gas bij 20°C bij een atmosferische druk, is ongeveer 6,139 kg/m3, wat ongeveer 5 keer hoger is dan lucht onder dezelfde omstandigheden. Het moleculaire gewicht van dit gas is 146,06. De variatie van de druk met de temperatuur is lineair voor zulfurhexafluoride en is klein binnen het servicetemperatuurbereik, d.w.z. van -25 tot +50°C. De volumetrische specifieke warmte van dit gas is ook hoog. Het is ongeveer 3,7 keer hoger dan die van lucht, en daarom heeft dit gas ook een enorme koelende werking in elektrische apparatuur. De thermische geleidbaarheid van dit gas is niet erg hoog, het is zelfs lager dan lucht. Toch is het zeer geschikt voor de koelende werking in schakelaars. Dit komt doordat, tijdens de dissociatie van zulfurhexafluoride-moleculen rond de elektrische boog, deze moleculen een groot aantal warmte absorberen. Deze warmte wordt vervolgens vrijgegeven wanneer de moleculen zich herstellen aan de rand van de boog. Dit proces helpt om warmte snel van een hete regio naar een koude regio over te brengen. Daarom heeft dit gas een uitstekende koelende werking bij hoge temperaturen, hoewel de thermische geleidbaarheid van SF6 niet erg hoog is.
Elektrische Eigenschappen van SF6 Gas
SF6 gas is zeer elektronegatief. Door de hoge elektronegativiteit absorbeert het vrije elektronen die ontstaan door arcering tussen de contacten van de schakelaar. De combinatie van vrije elektronen met moleculen produceert zware en grote ionen, die een zeer lage mobiliteit hebben. Vanwege de absorptie van vrije elektronen en de lage mobiliteit van ionen heeft SF6 uitstekende diëlektrische eigenschappen. De diëlektrische sterkte van SF6 gas is ongeveer 2,5 keer hoger dan die van lucht.
