Svojstva SF6 gasa ili šestofluorid-sulfur gasa
Istorija SF6
SF6 ili šestofluorid sumpora čine molekule koje su kombinovane od jednog atoma sumpora i šest atoma fluorina. Ovaj gas je prvi put otkriven 1900. godine u laboratorijama Faculte de Pharmacie de, u Parizu. 1937. godine, General Electrical Company je prvi put shvatila da se SF6 gas može koristiti kao gasežni izolacioni materijal. Nakon Drugog svetskog rata, tj. u sredini 20. veka, popularnost korišćenja šestofluorida sumpora kao izolacionog materijala u električnim sistemima brzo je porasla. Allied Chemical Corporation i Pennsalt bile su prve američke industrije koje su počele komercijalno proizvoditi ovaj gas 1948. godine. Tijekom 1960-ih, korišćenje gasa šestofluorida sumpora u visokonaponskom prekidačkom opremu postalo je popularno. Kako je potražnja za ovim gasom porasla, mnogi proizvođači u Evropi i Americi počeli su masovno proizvoditi SF6 gas tada. Na početku, SF6 gas se koristio samo za izolacijske svrhe u električnim sistemima. Međutim, uskoro se shvatilo da ovaj gas ima izuzetne osobine za ugasi vanje luka. Stoga, ovaj gas počeo je da se koristi u prekidačima kao sredstvo za ugasi vanje luka. Prva na svetu podstanica izolovana SF6 gasom osnovana je u Parizu 1966. godine. Srednjeg naponski prekidači sa šestofluoridom sumpora stavljeni su na tržište 1971. godine.
Proizvodnja SF6 gaza
SF6 gas se komercijalno proizvodi reakcijom flura (dobijenog elektrolizom) sa sumporom.
Tijekom procesa proizvodnje ovog gaza, ostvaruju se i drugi sporedni proizvodi poput SF4, SF2, S2F2, S2F10 u malim procentima. Ne samo ti sporedni proizvodi, već i nečistoće poput zraka, vlage i CO2 prisutni su u gasu tijekom proizvodnje. Svi ovi sporedni proizvodi i nečistoće filtrirani su na različitim fazama čišćenja kako bi se dobio čist i ispravljen finalni proizvod.
Hemijska svojstva SF6 gaza
Da bismo istražili hemijska svojstva SF6 gaza, prvo ćemo predstaviti strukturu SF6 molekula. U ovoj molekuli, jedan atom sumpora je okružen šest atomskih fluora.
Sumpor ima atomske broj 16. Elektronska konfiguracija atoma sumpora je 2, 8, 6, tj. 1S2 2S2 2P6 3S2 3P4. Atom fluorina ima atomske broj 9. Elektronska konfiguracija fluorina je 1S2 2S2 2P5. Svaki atom sumpora u molekuli SF6 stvara kovalentnu vezu sa 6 atomskih fluora. Na taj način, atom sumpora dobija ukupno 6 kovalentnih veza, tj. 6 parova elektrona na svojoj spoljnoj ljusci, a svaki atom fluorina dobija 8 elektrona u svojoj najspoljnije ljusci.
NB: – Ovdje možemo primijetiti da, u šestofluoridu sumpora, spoljna ljuska atoma sumpora ima 12 elektrona umjesto 8 elektrona. To znači da ovde sumpor ne prati opću oktalnu pravilu atomske strukture koja navodi da stabilan atom treba imati 8 elektrona u svojoj najspoljnije ljusci. Ovo nije izuzetak. Neki elementi u 3. periodu i niže mogu formirati spojeve koji prelaze 8 elektrona u svojoj najspoljnije ljusci. Molekularna struktura ovog gaza prikazana je ispod,
Na taj način, SF6 u potpunosti zadovoljava stabilnu strukturnu stanju. Efektivni polumjer molekule šestofluorida sumpora je 2.385 A. Ova elektronska konfiguracija i struktura ovog gaza čine SF6 izuzetno stabilnim. Gas može biti stabilan bez bilo kakve dekompozicije u svojoj molekularnoj strukturi do 500°C. Izuzetno je nerazorno. H2O i Cl ne mogu reagirati s ovim gasom. Takođe ne reagira ni sa kiselinama.
SF6 gas je jedan od najtežih gasova. Gustina ovog gaza na 20°C pod jednom atmosferskom pritiskom iznosi oko 6.139 kg/m3, što je oko 5 puta više od zraka pod istim uvjetima. Molekularna masa ovog gaza je 146.06. Varijacija pritiska s temperaturom je linearna za šestofluorid sumpora i vrlo mala unutar radne temperature, tj. od – 25 do + 50°C. Volumenska specifična toplota ovog gaza također je visoka. Ona je oko 3.7 puta veća nego kod zraka, i zato ovaj gas također ima izuzetan hladilni efekat u električnoj opremi. Toplotna provodljivost ovog gaza nije vrlo visoka, čak ni manja od zraka. Ipak, vrlo je prikladna za hladilni efekat u prekidaču. To je zato što, tokom disocijacije molekula šestofluorida sumpora oko električnog luka, ove molekule apsorbiraju veliku količinu toplote. Ta toplota se zatim oslobađa kada se molekule reformiraju na periferiji luka. Taj proces pomaže u brzom prenosu toplote iz vrućeg regiona u hladan region. Zbog toga, ovaj gas ima izuzetan hladilni efekat na visokoj temperaturi, iako toplotna provodljivost SF6 nije vrlo visoka.
Električna svojstva SF6 Gasa
SF6 gas je vrlo elektronegativan. Zbog visoke elektronegativnosti, apsorbira slobodne elektrone koji nastaju zbog lukovanja između kontakata prekidača. Kombinacija slobodnih elektrona s molekulama proizvodi teške i velike jone, koji imaju vrlo nisku mobilnost. Zbog apsorpcije slobodnih elektrona i niske mobilnosti jonova, SF6 ima izuzetna dielektrična svojstva. Dielektrična snaga SF6 gaza je oko 2.5 puta veća nego kod zraka.
