SF6-gass eller svovelhexafluoridgass egenskaper
Historien om SF6
SF6 eller svovelheksafluorid gasmolekyler består av ett svovelatom og seks fluoratomer. Denne gassen ble først oppdaget i året 1900 i laboratoriene ved Faculte de Pharmacie de, i Paris. I 1937 innså General Electrical Company at SF6-gassen kunne brukes som gassformet isoleringsmateriale. Etter andre verdenskrig, altså midt på 20te århundre, økte populariteten av å bruke svovelheksafluoridgass som isoleringsmateriale i elektriske systemer veldig raskt. Allied Chemical Corporation og Pennsalt var de første amerikanske industriene som begynte å produsere denne gassen kommersielt i 1948. I 1960 ble det populært å bruke svovelheksafluoridgass i høyspenningskontaktbrytere. Da efterspørselen etter denne gassen økte, begynte mange produsenter i Europa og Amerika å produsere SF6-gassen i stor skala på den tiden. I begynnelsen ble SF6-gassen kun brukt til isolering i elektriske systemer. Men snart ble det innsett at denne gassen har en fantastisk egenskap for å kvelde bue. Derfor begynte denne gassen også å bli brukt i kontaktbrytere som bukveldende medium. Verdens første SF6-gassisolerte understation ble etablert i Paris i 1966. Svovelheksafluoridmediumspenningskontaktbrytere ble lansert på markedet fra 1971.
Produksjon av SF6-gass
SF6-gass produseres kommersielt ved reaksjon mellom fluor (fått ved elektrolyse) og svovel.
Under produksjonsprosessen av denne gassen, produseres også biprodukter som SF4, SF2, S2F2, S2F10 i små prosenter. Ikke bare disse biproduktene, men også urenheter som luft, fuktighet og CO2 er til stede i gassen under produksjonen. Alle disse biproduktene og urenheter filtreres i forskjellige purifiseringsfasers for å få ren og forfinet sluttprodukt.
Kjemiske egenskaper til SF6-gass
For å undersøke kjemiske egenskaper til SF6-gass, introduserer vi først strukturen til SF6-molekylet. I dette gassmolekylet er ett svovelatom omsurrert av seks fluoratomer.
Svovel har atomnummer 16. Elektronkonfigurasjonen til svovelatomet er 2, 8, 6, dvs. 1S2 2S2 2P6 3S2 3P4. Fluoratomet har atomnummer 9. Elektronkonfigurasjonen til fluor er 1S2 2S2 2P5. Hvert svovelatom i SF6-molekylet danner en kovalent binding med 6 fluoratomer. På denne måten får svovelatomet totalt 6 kovalente binder, dvs. 6 par elektroner i sin ytre skall, og hvert fluoratom får 8 elektroner i sitt ytterste skall.
NB: – Her kan vi observere at, i svovelheksafluorid har det ytre skallet av svovelatomet 12 elektroner istedenfor 8 elektroner. Det betyr at her overholder ikke svovel den generelle oktale regelen for atomstruktur som sier at et stabilt atom trenger 8 elektroner i sitt ytterste skall. Dette er ikke et unikt tilfelle. Noen elementer i perioden 3 og nedover kan danne forbindelser som overstiger 8 elektroner i sitt ytterste skall. Molekylstrukturen til denne gassen er vist nedenfor,
På denne måten tilfredsstiller SF6 fullt ut et stabil strukturelt tilstand. Effektiv radius av et svovelheksafluoridmolekyl er 2,385 Å. Denne elektronkonfigurasjonen og strukturen til denne gassen gjør SF6 ekstremt stabil. Gassen kan være stabil uten noen dekomposisjon i dens molekylstruktur opp til 500°C. Den er høy grad av ubrennbart. H2O og Cl kan ikke reagere med denne gassen. Den reagerer heller ikke med syrer.
SF6-gassen er en av de tyngste gassene. Tettheten til denne gassen ved 20°C ved et atmosfæres trykk, er omtrent 6,139 kg/m3 som er omtrent 5 ganger høyere enn luft under samme forhold. Molekylærvikten til denne gassen er 146,06. Variasjonen i trykk med temperatur er lineær for svovelheksafluorid og den er liten innenfor servicetemperaturen, dvs. fra -25 til +50°C. Volumets spesifikke varmekapasitet til denne gassen er også høy. Den er rundt 3,7 ganger høyere enn luft, og derfor har denne gassen også en fantastisk kjølingseffekt i elektrisk utstyr. Termisk ledningsevne til denne gassen er ikke veldig høy, den er enda lavere enn luft. Likevel er den veldig passende for kjølingseffekt i kontaktbrytere. Det er fordi, under dissovasjon av svovelheksafluoridmolekyler rundt elektrisk bue, absorberer disse molekylene en stor mengde varme. Denne varmen frigjøres så når molekylene reformerer seg i periferien av bue. Dette hjelper med å overføre varme fra et varmt område til et kaldt område veldig raskt. Derfor har denne gassen en fremragende kjølingseffekt ved høy temperatur, selv om termisk ledningsevne til SF6 ikke er veldig høy.
Elektriske egenskaper til SF6 Gass
SF6-gassen er høygradig elektronegativ. Pga høy elektronegativitet absorberer den frie elektroner som produseres på grunn av arcing mellom kontakter i kontaktbrytere. Kombinasjonen av frie elektroner med molekyler produserer tunge og store ioner, som har veldig lav mobilitet. På grunn av absorpsjonen av frie elektroner og lav mobilitet av ioner har SF6 veldig gode dielektriske egenskaper. Dielektrisk styrke til SF6-gassen er omtrent 2,5 ganger høyere enn luft.
