Свойства газа SF6 или гексафторида серы
История SF6
SF6 или гексафторид серы состоит из одного атома серы и шести атомов фтора. Этот газ был впервые обнаружен в 1900 году в лабораториях Факультета фармации в Париже. В 1937 году компания General Electric впервые осознала, что газ SF6 может использоваться в качестве газообразного изоляционного материала. После Второй мировой войны, то есть в середине 20го века, популярность использования гексафторида серы в качестве изоляционного материала в электрических системах начала быстро расти. Allied Chemical Corporation и Pennsalt были первыми американскими компаниями, которые начали производить этот газ коммерчески в 1948 году. В 1960-х годах использование гексафторида серы в высоковольтных выключателях стало популярным. По мере роста спроса на этот газ, многие производители в Европе и Америке начали массовое производство газа SF6. Вначале газ SF6 использовался только для изоляции в электрических системах. Однако вскоре было обнаружено, что этот газ обладает отличными свойствами по тушению дуги. Поэтому этот газ также начал использоваться в выключателях как средство для тушения дуги. Первая в мире подстанция с газовой изоляцией SF6 была установлена в Париже в 1966 году. Высоковольтные выключатели с гексафторидом серы были запущены на рынок в 1971 году.
Производство газа SF6
Газ SF6 коммерчески производится путем реакции фтора (полученного электролизом) с серой.
В процессе производства этого газа образуются побочные продукты, такие как SF4, SF2, S2F2, S2F10, но в небольших количествах. Кроме этих побочных продуктов, в газе присутствуют примеси, такие как воздух, влага и CO2. Все эти побочные продукты и примеси фильтруются на различных этапах очистки, чтобы получить чистый и усовершенствованный конечный продукт.
Химические свойства газа SF6
Для изучения химических свойств газа SF6, мы сначала рассмотрим структуру молекулы SF6. В этой молекуле один атом серы окружен шестью атомами фтора.
Сера имеет атомный номер 16. Электронная конфигурация атома серы 2, 8, 6, то есть 1S2 2S2 2P6 3S2 3P4. Атом фтора имеет атомный номер 9. Электронная конфигурация фтора 1S2 2S2 2P5. Каждый атом серы в молекуле SF6 создает ковалентную связь с шестью атомами фтора. Таким образом, атом серы получает всего 6 ковалентных связей, то есть 6 пар электронов на своей внешней оболочке, а каждый атом фтора получает 8 электронов на своей внешней оболочке.
Примечание: Здесь можно заметить, что во внешней оболочке атома серы в гексафториде серы 12 электронов вместо 8. Это означает, что здесь сера не соблюдает общее правило октета, которое гласит, что стабильному атому требуется 8 электронов на его внешней оболочке. Это не исключение. Некоторые элементы третьего периода и ниже могут образовывать соединения, в которых количество электронов на внешней оболочке превышает 8. Молекулярная структура этого газа показана ниже,
Таким образом, SF6 полностью удовлетворяет условиям стабильной структуры. Эффективный радиус молекулы гексафторида серы составляет 2,385 Å. Эта электронная конфигурация и структура газа делают SF6 чрезвычайно стабильным. Газ может оставаться стабильным без какого-либо разложения в своей молекулярной структуре до 500°C. Он высоко негорюч. H2O и Cl не реагируют с этим газом. Он также не реагирует с кислотами.
Газ SF6 является одним из самых тяжелых газов. Плотность этого газа при 20°C при одном атмосферном давлении составляет около 6,139 кг/м3, что примерно в 5 раз больше, чем воздух при тех же условиях. Молекулярная масса этого газа составляет 146,06. Изменение давления с температурой для гексафторида серы линейное, и оно мало в пределах рабочих температур, то есть от -25 до +50°C. Объемная теплоемкость этого газа также высока. Она примерно в 3,7 раза выше, чем у воздуха, и поэтому этот газ также обладает отличным охлаждающим эффектом в электрооборудовании. Теплопроводность этого газа не очень высока, она даже ниже, чем у воздуха. Тем не менее, он вполне подходит для охлаждения в выключателях. Это связано с тем, что при диссоциации молекул гексафторида серы вокруг электрической дуги, эти молекулы поглощают большое количество тепла. Затем это тепло выделяется, когда молекулы восстанавливаются на периферии дуги. Этот процесс помогает быстро передавать тепло из горячего региона в холодный. Вот почему этот газ обладает отличным охлаждающим эффектом при высоких температурах, хотя теплопроводность SF6 не очень высока.
Электрические свойства газа SF6
Газ SF6 обладает высокой электроотрицательностью. Благодаря высокой электроотрицательности, он поглощает свободные электроны, образующиеся при дуговом разряде между контактами выключателя. Соединение свободных электронов с молекулами приводит к образованию тяжелых и больших ионов, которые имеют очень низкую подвижность. Благодаря поглощению свободных электронов и низкой подвижности ионов, SF6 обладает отличными диэлектрическими свойствами. Диэлектрическая прочность газа SF6 примерно в 2,5 раза выше, чем у воздуха.
Перечень свойств гексафторида серы
Плотность при 20°C |
6,14 кг/м³ |
Цвет газа |
бесцветный |
Молекулярная масса |
|
