Фторид серы(VI)

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Фторид серы(VI)
Sulfur-hexafluoride-2D-dimensions.png
Фторид серы(VI)
Общие
Традиционные названия Гексафторид серы, шестифтористая сера, элегаз
Хим. формула SF6
Физические свойства
Состояние газ
Молярная масса 146,06 г/моль
Плотность Газ: 6,164 г/л
Жидкость: 1,33 г/см³
Термические свойства
Т. плав. −50,8 °C
Т. кип. сублимация
при −63,9 °C
Теплопроводность 97,15 Вт/(м·K)
Энтальпия образования −1219 кДж/моль
Структура
Координационная геометрия октаэдрическая
Кристаллическая структура орторомбическая
Дипольный момент Д
Классификация
Рег. номер CAS 2551-62-4
PubChem 17358
Рег. номер EINECS 219-854-2
SMILES
RTECS WS4900000
ChemSpider 16425
Приводятся данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иного.

Гексафторид серы (также элегаз или шестифтористая сера, SF6) — неорганическое вещество, при нормальных условиях тяжёлый газ, в 5 раз тяжелее воздуха. Соединение было впервые получено и описано в 1900 году Анри Муассаном в ходе работ по изучению химии фтора.

Методы получения[править | править вики-текст]

Возможно получать гексафторид серы из простых веществ:

\mathsf{S + 3F_2 \rightarrow SF_6}

Также гексафторид серы образуется при разложении сложных фторидов серы:

\mathsf{S_2F_{10} \rightarrow SF_6 + SF_4}

Физико-химические свойства[править | править вики-текст]

Практически бесцветный газ, обладающий высоким пробивным напряжением (89 кВ/см). Электрическая прочность элегаза зависит от давления, она в 2—4 раза выше, чем у воздуха. В нем содержится 21,95 % серы и 78,05 % фтора. При нормальном давлении элегаз может находиться в любом из трёх агрегатных состояний при температуре до минус 50,8 °С.

Плохо растворим в воде (1 объём SF6 в 200 объёмах воды), этиловом спирте и диэтиловом эфире[1], хорошо растворим в нитрометане.

Плотность элегаза при T=273 K и давлении р=0,1 МПа составляет 6,56 кг/м³. Относительная диэлектрическая проницаемость — 1,0021. Полное число степеней свободы молекулы элегаза равно 21, из них три степени свободы — в поступательном движении, три — во вращательном, а остальные — в колебательном. Диаметр молекулы равен 5,33 Å.

Термодинамические величины[править | править вики-текст]

Свойство Значение при н. у. (газ)
Энтальпия образования −1219 кДж/моль
Энтропия образования 291,6 Дж/(моль·К)
Теплопроводность 97,15 Дж/(моль·К)
Критическая температура 318,7 К
Критическое давление 3,71 МПа

Химические свойства[править | править вики-текст]

Гексафторид серы — достаточно инертное соединение, не реагирует с водой, вероятно из-за кинетических факторов, так как свободная энергия Гиббса реакции существенно отрицательна. Не реагирует также с растворами HCl и NaOH[2], однако при действии восстановителей могут протекать некоторые реакции.

Взаимодействие с металлическим натрием проходит только при нагревании, однако уже при 64 °C взаимодействует с раствором натрия в аммиаке.

\mathsf{SF_6 + 8Na \rightarrow Na_2S + 6NaF}

С водородом и кислородом гексафторид не реагирует. Однако, при сильном нагревании (до 400 °C) SF6 взаимодействует с сероводородом, а при 30 °C — с иодоводородом:

\mathsf{2SF_6 + 6H_2S \rightarrow S_8 + 12HF}
\mathsf{SF_6 + 8HI \rightarrow 6HF + H_2S + 4I_2}

При повышенном давлении и температуре около 500 °C SF6 окисляет PF3 до PF5:

\mathsf{SF_6 + PF_3 \rightarrow PF_5 + SF_4}

Применение[править | править вики-текст]

  • как изолятор и теплоноситель в высоковольтной электротехнике;
  • как технологическая среда в электронной и металлургической промышленности;
  • в системах газового пожаротушения в качестве пожаротушащего вещества;
  • как хладагент благодаря высокой теплоёмкости, низкой теплопроводности и низкой вязкости[3];
  • для улучшения звукоизоляции в стеклопакетах;
  • в полупроводниковой промышленности для плазмохимического травления кремния.

При вдыхании наблюдается эффект пониженной тональности голоса, противоположный действию гелия[4].

Применение в электротехнике[править | править вики-текст]

Название «элегаз» шестифтористая сера получила от сокращения «электрический газ». Уникальные свойства элегаза были открыты в СССР, его применение также началось в Советском Союзе. В 30-х годах известный учёный Б. М. Гохберг в ЛФТИ исследовал электрические свойства ряда газов и обратил внимание на некоторые свойства шестифтористой серы SF6 (элегаза)[5]. Потребность в элегазе появилась в стране в начале 1990-х годов и была связана с необходимостью замены пожароопасного трансформаторного масла на современное, более безопасное заполнение негорючим элегазом. Его промышленное производство было освоено в 1998 году на Кирово-Чепецком химическом комбинате[6].

Электрическая прочность при атмосферном давлении и зазоре 1 см составляет 89 кВ/см. Характерным является очень большой коэффициент теплового расширения и высокая плотность. Это важно для энергетических установок, в которых проводится охлаждение каких-либо частей устройства, так как при большом коэффициенте теплового расширения легко образуется конвективный поток, уносящий тепло[7].

В центре молекулы элегаза расположен атом серы, а на равном расстоянии от него в вершинах правильного октаэдра располагаются шесть атомов фтора. Это определяет высокую эффективность захвата электронов молекулами, их относительно большую длину свободного пробега и слабую реакционную способность. Поэтому элегаз обладает высокой электрической прочностью.

Элегаз безвреден в смеси с воздухом. Однако вследствие нарушения технологии производства элегаза или его разложения в аппарате под действием электрических разрядов (дугового, коронного, частичных), в элегазе могут возникать чрезвычайно активные в химическом отношении и вредные для человека примеси, а также различные твёрдые соединения, оседающие на стенах конструкции. Интенсивность образования таких примесей зависит от наличия в элегазе примесей кислорода и особенно паров воды.

Некоторое количество элегаза в электротехнической аппаратуре также разлагается в процессе нормальной работы. Например, коммутация тока 31,5 кА в выключателе 110 кВ приводит к разложению 5—7 см³ элегаза на 1 кДж выделяемой в дуге энергии.

Стоимость элегаза довольно высока, однако он нашёл достаточно широкое применение в технике, особенно в высоковольтной электротехнике. Он прежде всего используется как диэлектрик, то есть в качестве основной изоляции для комплектных распределительных устройств, высоковольтных измерительных трансформаторов тока и напряжения и др[8]. Также элегаз используется как среда дугогашения в высоковольтных выключателях[9].

Основные преимущества элегаза перед его основным «конкурентом», трансформаторным маслом, это:

  • взрыво- и пожаробезопасность;
  • снижения массо-габаритных показателей конструкции за счёт уменьшения изоляционных промежутков и улучшенных условий охлаждения токоведущих частей[источник не указан 481 день].

Регламентирующие стандарты[править | править вики-текст]

IEC

  • IEC 60376:2005 — Технические условия на элегаз (SF6) технического сорта для электрического оборудования.
  • IEC 60480:2004 — Руководство по проверке и обработке серы шестифтористой (SF6), взятой из электротехнического оборудования, и технические условия на ее повторное использование.

EN

  • EN 60376:2005 — Технические условия на элегаз (SF6) технического сорта для электрического оборудования.
  • EN 60480:2004 — Руководство по проверке и обработке элегаза (SF6), взятого из электротехнического оборудования, и технические условия на его повторное использование.

Вредное воздействие[править | править вики-текст]

Основной источник: [10]

По степени воздействия на организм человека относится к малоопасным веществам (4-й класс согласно ГОСТ 12.1.007-76).

Имеется возможность отравления продуктами распада элегаза (низшими фторидами), образующимися, например, при работе дугогасительных камер в высоковольтных выключателях.

Потенциал разрушения озонового слоя ODP = 0.

Потенциал глобального потепления GWP = 24 900 (регламентируется Киотским протоколом).

Интересные факты[править | править вики-текст]

  • Если наполнить гексафторидом серы открытый сверху сосуд (так как газ тяжелее воздуха, то он не будет «выливаться» из сосуда), и поместить туда лёгкую лодочку, сделанную, например, из фольги, то лодочка будет держаться на поверхности и не «утонет». Этот опыт был показан в передаче «Разрушители легенд» как фокус с «прозрачной водой» (Выпуск 105. Вирусное видео. 7 сезон.)

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Свойства гексафторида серы на сайте «Химик.ру».
  2. Успехи химии, 1975, Том 44, Номер 2, Страницы 193—213.
  3. Применение шестифтористой серы
  4. Фрагмент передачи «Разрушители мифов»
  5. Гохберг Б. М. Ленинградский физико-технический институт Академии наук СССР (рус.) // Успехи физических наук. — 1940. — В. 1. — Т. XXIV. — С. 11-20. См. стр. 16-17, раздел «Электрическая прочность газов»
  6. Уткин В. В. Завод у двуречья. Кирово-Чепецкий химический комбинат имени Б. П. Константинова: строительство, развитие, люди. — Киров: ОАО «Дом печати — Вятка», 2007. — Т. 4 (1973—1992), часть 1. — С. 66—67. — 144 с. — 1000 экз. — ISBN 978-5-85271-293-6.
  7. Коробейников С.М., д.ф.м.н., профессор. Диэлектрические материалы. 4.1.2. Электроотрицательные газы, применение газообразных диэлектриков. (рус.). Проверено 2 июня 2011. Архивировано из первоисточника 20 февраля 2012.
  8. ЗВА :: Измерительные трансформаторы с газовой изоляцией
  9. Применение SF6 в высоковольтной электронике.
  10. Элегаз. Свойства

Литература[править | править вики-текст]

  • Гохберг Б. М. Элегаз - электрическая газовая изоляция (рус.) // «Электричество». — 1947. — № 3. — С. 15.

См. также[править | править вики-текст]