SF6 Gaz veya Sulfür Heksaflyorür Gaz Özellikleri
SF6 Tarihi
SF6 veya sülfür heksaflyor gaz molekülleri, bir sülfür ve altı flyor atomu ile birleştirilmiştir. Bu gaz, 1900 yılında Paris'teki Faculte de Pharmacie de laboratuvarlarında ilk kez fark edildi. 1937 yılında, General Electrical Company, SF6 gazının gaz halindeki yalıtım malzemesi olarak kullanılabilir olduğunu fark etti. İkinci Dünya Savaşı'nın ardından, yani 20. yüzyılın ortalarında, sülfür heksaflyor gazının elektrik sistemlerinde yalıtım malzemesi olarak kullanımı çok hızlı bir şekilde arttı. Allied Chemical Corporation ve Pennsalt, 1948 yılında bu gazı ticari olarak üretmeye başlayan ilk Amerikan şirketleriydi. 1960'lı yıllarda, yüksek gerilim anahtarlama ekipmanlarında sülfür heksaflyor gazının kullanımı popüler hale geldi. Bu gazın talebinin artmasıyla, Avrupa ve Amerika'daki birçok üretici, o dönemde büyük ölçekte SF6 gazı üretmeye başladı. Başlangıçta, SF6 gazı sadece elektrik sistemlerinde yalıtım amacıyla kullanılıyordu. Ancak kısa süre sonra, bu gazın muazzam ark söndürme özelliğine sahip olduğu anlaşıldı. Bu nedenle, bu gaz aynı zamanda devre kesicilerde ark söndürme ortamı olarak da kullanılmaya başlandı. Dünya'nın ilk SF6 gaz ile yalıtılmış alt istasyonu 1966 yılında Paris'te kuruldu. Sülfür heksaflyor orta gerilim devre kesicileri 1971 yılından itibaren piyasaya sürüldü.
SF6 Gazı Üretimi
SF6 gazı, sülfür (elektroliz ile elde edilen fluor ile) reaksiyonu sonucunda ticari olarak üretilir.
Bu gazın üretim süreci sırasında, SF4, SF2, S2F2, S2F10 gibi yan ürünler küçük oranlarda da üretilir. Ayrıca, bu yan ürünlerin yanı sıra, havadan, nemden ve CO2 gibi kirleticiler de üretim sırasında gazda bulunur. Tüm bu yan ürünler ve kirleticiler, saf ve temiz son ürün elde etmek için farklı safhalarda filtrelenir.
SF6 Gazının Kimyasal Özellikleri
SF6 gazının kimyasal özelliklerini incelemek için, önce SF6 molekülünün yapısını tanımlayalım. Bu gaz molekülü, altı flyor atomu tarafından çevrelenmiş bir sülfür atomu içerir.
Sülfürün atom numarası 16'dır. Sülfür atomunun elektron konfigürasyonu 2, 8, 6 yani 1S2 2S2 2P6 3S2 3P4. Flyor atomunun atom numarası 9'dur. Flyorun elektron konfigürasyonu 1S2 2S2 2P5. Her bir sülfür atomu, SF6 molekülünde altı flyor atomu ile kovalent bağ oluşturur. Bu şekilde, sülfür atomu dış kabuğunda toplam 6 kovalent bağ, yani 6 elektron çifti alır ve her bir flyor atomu en dış kabuğunda 8 elektron alır.
Not: – Burada görebileceğimiz gibi, sülfür heksaflyorda sülfür atomunun dış kabuğu 8 yerine 12 elektron içerir. Bu, genel atomik yapı kuralına uymadığı anlamına gelir. Genel atomik yapı kuralına göre, kararlı bir atomun en dış kabuğu 8 elektron içermelidir. Bu özel bir durum değildir. Üçüncü periyod ve aşağıdaki bazı elementler, en dış kabuğunda 8'den fazla elektron içeren bileşikler oluşturabilir. Bu gazın moleküler yapısı aşağıda gösterilmiştir,
Bu şekilde, SF6, kararlı bir yapısal koşulu tam olarak karşılar. Bir sülfür heksaflyor molekülünün etkin yarıçapı 2.385 A'dır. Bu elektronik yapı ve bu gazın yapısı, SF6'yı aşırı derecede kararlı hale getirir. Bu gaz, moleküler yapısında herhangi bir ayrışma olmadan 500oC'ye kadar kararlı olabilir. Çok yüksek miktarda yanıcı değildir. H2O ve Cl, bu gazla reaksiyona giremez. Asitlerle de reaksiyona girmez.
SF6 gazı, en ağır gazlardan biridir. Bu gazın yoğunluğu, 20oC'de ve bir atmosferik basınçta yaklaşık 6.139 kg/m3tür, bu da aynı koşullarda havadan yaklaşık beş kat daha yüksektir. Bu gazın moleküler ağırlığı 146.06'dır. Sıcaklığa göre basıncındaki değişim, -25 ila +50oC hizmet sıcaklığı aralığında sülfür heksaflyor için doğrusaldır ve küçüktür. Bu gazın hacimsel belirli ısı değeri de yüksektir. Bu, havadan yaklaşık 3.7 kat daha yüksektir ve bu nedenle bu gaz, elektrik ekipmanlarında muazzam bir soğutma etkisi sağlar. Bu gazın termal iletkenliği çok yüksek değildir, hatta havadan daha düşüktür. Yine de, devre kesicilerde soğutma etkisi için oldukça uygunudur. Bunun nedeni, elektrik arkı etrafında sülfür heksaflyor moleküllerinin ayrışmasından dolayı, bu moleküller yüksek miktardaki ısıyı emer. Bu ısı, arkın çevresinde moleküller yeniden oluştuğunda serbest bırakılır. Bu süreç, sıcaktan soğuk bölgeye hızla ısı transferini sağlar. Bu nedenle, bu gaz, yüksek sıcaklıklarda mükemmel bir soğutma etkisi gösterir, ancak SF6 termal iletkenliği çok yüksek değildir.
SF6 Gazının Elektriksel Özellikleri
SF6 gazı, yüksek elektro-negatiflidir. Yüksek elektro-negatiflik nedeniyle, devre kesicinin kontaktları arasında oluşan ark sonucu oluşan serbest elektronları emer. Serbest elektronların moleküllerle birleşmesi, düşük hareketlilikteki ağır ve büyük iyonlar oluşturur. Serbest elektronların emilmesi ve iyonların düşük hareketliliği nedeniyle, SF6, aşırı derecede iyi dielektrik özelliği gösterir. SF6 gazının dielektrik gücü, havanınkinden yaklaşık 2.5 kat daha yüksektir.
