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
SMILES
RTECS WS4900000
ChemSpider 16425
Приводятся данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иначе.

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 изменения тембра голосовых связок (эффект пониженной тональности голоса)[значимость факта?], противоположно гелию[4];
  • для улучшения звукоизоляции в стеклопакетах;
  • в полупроводниковой промышленности для плазмохимического травления кремния.

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]. Электрическая прочность при атмосферном давлении и зазоре 1 см составляет Е=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[6].

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.[7] Также элегаз используется как среда дугогашения в высоковольтных выключателях[8].

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 373 дня]

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: [9]

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.)
  • Если вдохнуть в себя гексафторид серы, то голос станет низким (действие, противоположное действию гелия).

Примечания[править | править вики-текст]

Литература[править | править вики-текст]

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

См. также[править | править вики-текст]