Propriedades do Gás SF6 ou Gás Hexafluoreto de Enxofre
História do SF6
SF6 ou gás hexafluoreto de enxofre são moléculas compostas por um átomo de enxofre e seis átomos de flúor. Este gás foi descoberto pela primeira vez no ano de 1900 nos laboratórios da Faculte de Pharmacie de, em Paris. No ano de 1937, a General Electrical Company percebeu pela primeira vez que o gás SF6 poderia ser usado como material isolante gasoso. Após a Segunda Guerra Mundial, ou seja, no meio do século 2º, a popularidade do uso do gás hexafluoreto de enxofre como material isolante em sistemas elétricos estava aumentando muito rapidamente. A Allied Chemical Corporation e a Pennsalt foram as primeiras indústrias americanas a começar a produzir este gás comercialmente em 1948. Durante os anos 1960, o uso do gás hexafluoreto de enxofre em equipamentos de comutação de alta tensão tornou-se popular. Com o aumento da demanda por este gás, muitos fabricantes na Europa e na América começaram a produzir o gás SF6 em larga escala, naquela época. Inicialmente, o gás SF6 era usado apenas para fins de isolamento no sistema elétrico. Mas logo se percebeu que este gás tem uma propriedade extraordinária de extinção de arco. Portanto, este gás também começou a ser usado em disjuntores como meio de extinção de arco. A primeira subestação isolada a gás SF6 do mundo foi estabelecida em Paris no ano de 1966. Disjuntores de média tensão com gás hexafluoreto de enxofre foram lançados no mercado a partir de 1971.
Fabricação do Gás SF6
O gás SF6 é produzido comercialmente pela reação de flúor (obtido por eletrólise) com enxofre.
Durante o processo de produção deste gás, outros subprodutos como SF4, SF2, S2F2, S2F10 também são produzidos em pequenas porcentagens. Não só esses subprodutos, mas impurezas como ar, umidade e CO2 também estão presentes no gás durante a produção. Todos esses subprodutos e impurezas são filtrados em diferentes estágios de purificação para obter o produto final puro e refinado.
Propriedades Químicas do Gás SF6
Para examinar as propriedades químicas do gás SF6, introduzimos primeiro a estrutura da molécula de SF6. Nesta molécula de gás, um átomo de enxofre é cercado por seis átomos de flúor.
O enxofre tem número atômico 16. A configuração eletrônica do átomo de enxofre é 2, 8, 6, ou seja, 1S2 2S2 2P6 3S2 3P4. O átomo de flúor tem número atômico 9. A configuração eletrônica do flúor é 1S2 2S2 2P5. Cada átomo de enxofre na molécula de SF6 cria um vínculo covalente com 6 átomos de flúor. Dessa forma, o átomo de enxofre obtém um total de 6 vínculos covalentes, ou seja, 6 pares de elétrons em sua camada externa, e cada átomo de flúor obtém 8 elétrons em sua camada mais externa.
NB: – Aqui podemos observar que, no hexafluoreto de enxofre, a camada externa do átomo de enxofre tem 12 elétrons em vez de 8. Isso significa que aqui o enxofre não obedece à regra geral octal da estrutura atômica, que afirma que um átomo estável requer 8 elétrons em sua camada mais externa. Este não é um caso excepcional. Alguns elementos no 3º período e abaixo podem formar compostos que excedem 8 elétrons em sua camada mais externa. A estrutura molecular deste gás é mostrada abaixo,
Dessa forma, o SF6 satisfaz completamente uma condição estrutural estável. O raio efetivo de uma molécula de hexafluoreto de enxofre é 2,385 Å. Essa configuração eletrônica e estrutura deste gás tornam o SF6 extremamente estável. O gás pode permanecer estável sem qualquer decomposição em sua estrutura molecular até 500ºC. É altamente ininflamável. H2O e Cl não reagem com este gás. Também não reage com ácidos.
O gás SF6 é um dos gases mais pesados. A densidade deste gás a 20ºC e pressão atmosférica, é de cerca de 6,139 kg/m3, o que é cerca de 5 vezes maior que o ar nas mesmas condições. O peso molecular deste gás é 146,06. A variação da pressão com a temperatura é linear para o hexafluoreto de enxofre e é pequena dentro da faixa de temperatura de serviço, ou seja, de -25 a +50ºC. O calor específico volumétrico deste gás também é alto. É cerca de 3,7 vezes maior que o do ar, e é por isso que este gás também tem um efeito de resfriamento tremendo em equipamentos elétricos. A condutividade térmica deste gás não é muito alta, sendo até menor que a do ar. Ainda assim, é bastante adequada para o efeito de resfriamento em disjuntores. Isso ocorre porque, durante a dissociação das moléculas de hexafluoreto de enxofre ao redor do arco elétrico, essas moléculas absorvem uma grande quantidade de calor. Esse calor é então liberado quando as moléculas se reformam na periferia do arco. Este processo ajuda a transferir o calor de uma região quente para uma região fria muito rapidamente. Por isso, este gás tem um excelente efeito de resfriamento em temperaturas elevadas, embora a condutividade térmica do SF6 não seja muito alta.
Propriedades Elétricas do Gás SF6
O gás SF6 é altamente eletronegativo. Devido à alta eletronegatividade, ele absorve elétrons livres que são produzidos devido ao arco entre os contatos do disjuntor. A combinação de elétrons livres com as moléculas produz íons pesados e grandes, que têm mobilidade muito baixa. Devido à absorção de elétrons livres e à baixa mobilidade de íons, o SF6 tem propriedade dielétrica excelente. A resistência dielétrica do gás SF6 é cerca de 2,5 vezes maior que a do ar.
