Kén(VI)-fluorid

Kén-fluorid (VI).
Tábornok
Szisztematikus név	Kén-fluorid (VI).
Hagyományos nevek	kén-hexafluorid, kén-hexafluorid, SF6 gáz
Chem. képlet	SF6_ _
Patkány. képlet	SF6_ _
Fizikai tulajdonságok
Állapot	gáz
Moláris tömeg	146,06 g/ mol
Sűrűség	Gáz: 6,164 g/l Folyadék: 1,33 g/cm³
Ionizációs energia	19,3 ± 0,1 eV [1]
Termikus tulajdonságok
Hőfok
•  olvadás	-50,8 °C
• szublimáció	−83±1℉ [1]
•  forralás	szublimáció -63,9 °C-on
Mol. hőkapacitás	97,15 J/(mol K)
Hővezető	0,012058 W/(m K)
Entalpia
•  oktatás	−1219 kJ/mol
Gőznyomás	21,5 ± 0,1 atm [1]
Szerkezet
Koordinációs geometria	oktaéderes
Kristályos szerkezet	ortorombikus
Dipólmomentum	0  D
Osztályozás
Reg. CAS szám	2551-62-4
PubChem	17358
Reg. EINECS szám	219-854-2
MOSOLYOK	FS(F)(F)(F)(F)F
InChI	InChI=1S/F6S/c1-7(2,3,4,5)6SFZCNBIFKDRMGX-UHFFFAOYSA-N
RTECS	WS4900000
CHEBI	30496
ENSZ szám	1080
ChemSpider	16425
Biztonság
Toxicitás	alacsony mérgező vagy nem mérgező
GHS piktogramok
NFPA 704	0 egy 0
Az adatok standard körülményeken (25 °C, 100 kPa) alapulnak, hacsak nincs másképp jelezve.
Médiafájlok a Wikimedia Commons oldalon

A kén-hexafluorid (más néven kén -hexafluorid vagy kén-hexafluorid , SF 6 ) szervetlen anyag, standard körülmények között nehéz gáz ( 5-ször nehezebb a levegőnél ). A vegyületet először Henri Moissan szerezte meg és írta le 1900-ban, miközben a fluor kémiáján dolgozott .

Módszerek lekérése

A kén-hexafluoridot egyszerű anyagokból lehet előállítani:

A kén-hexafluorid komplex kén-fluoridok bomlása során is képződik:

Fizikai és kémiai tulajdonságok

Szinte színtelen gáz, szagtalan és íztelen.

Magas áttörési feszültséggel rendelkezik ( 89 kV / cm  - körülbelül 3-szor magasabb, mint a normál nyomású levegőé) .

A gáz atmoszférikus nyomáson történő lehűtése –63,8 °C-on színtelen szilárd anyaggá kondenzálódik. A szilárd kén-hexafluorid nyomás alatt -50,8 °C -on megolvasztható . Hárompontos paraméterek : t \u003d -50,8 ° C , P = 2,3 atm [2] .

Szilárd fázisban T = 94,30 K hőmérsékleten - endoterm átalakulás [2] .

Rosszul oldódik vízben ( 1 térfogat SF 6 200 térfogat vízben ), etanolban és dietil-éterben [3] , nitro -metánban jól oldódik .

Az SF6 gáz sűrűsége 20 °C hőmérsékleten és 753,5 Hgmm nyomáson. Művészet. 6,093 kg/m³ [2] .

A szilárd kén-hexafluorid sűrűsége -195 °C-on 2,683 g/cm 3 , -50 °C -on 2,51 g/cm 3 [2] .

Relatív permittivitás - 1,0021. Az SF6 molekula szabadságfokainak száma összesen 21, ebből három szabadságfok transzlációs mozgásban, három forgó mozgásban van, a többi pedig vibrációs mozgásban van. A molekula átmérője 5,33 Å .

A folyékony kén-hexafluorid felületi feszültsége 11,63 mN/m (−50 °C), 8,02 mN/m (−20 °C) [2] .

A gáznemű SF6 gáz viszkozitása valamivel kisebb, mint a levegő viszkozitása: 15,37 µPa s (+22,5 °C), 18,71 µPa s (+100 °C) [2] .

Hővezetési együttható , W / (m K): 1,32 (l., +20 °C), 1,36 (l., +30 °C), 1,43 (l., +50 °C) [ 2] , 0,0138 (g ., +27,5 °C, 1 atm.) [4] .

A molekula 21,95 tömeg% ként és 78,05 tömeg% fluort tartalmaz .

Termodinamikai mennyiségek

Kémiai tulajdonságok

A kén-hexafluorid meglehetősen inert vegyület, a kén-fluoridok közül a legkevésbé kémiailag aktív, és nem lép reakcióba vízzel, valószínűleg kinetikai tényezők miatt. Nem lép reakcióba HCl , NaOH és NH 3 oldatokkal sem , azonban redukálószerek hatására bizonyos reakciók előfordulhatnak. Vörös hő hatására nem lép kölcsönhatásba halogénekkel , foszforral , arzénnel , szénnel , szilíciummal , bórral , rézzel és ezüsttel . Hevített CuO , PbCrO 4 és olvadt KOH [2] nem befolyásolja , de +300°C feletti hőmérsékleten túlnyomásos vízzel reagál. A reakciót +370 °C-ot meg nem haladó hőmérsékleten kell végrehajtani:

A fémes nátriummal való kölcsönhatás csak akkor megy végbe, ha az utóbbit forráspontig hevítik, de már 64 °C-on kölcsönhatásba lép a nátrium ammóniás oldatával ::

A kén-hexafluorid a lítiummal reagálva nagy mennyiségű hőt bocsát ki :

Ugyanakkor a reakciótermékek - az elemi kén és a lítium-fluorid  - kisebb térfogatúak, mint a kiindulási anyagok, amelyeket néhány egzotikus hőgépben alkalmaztak (lásd alább ).

A hexafluorid nem lép reakcióba hidrogénnel és oxigénnel . Erős melegítéssel (400 ° C-ig) azonban az SF 6 kölcsönhatásba lép a hidrogén-szulfiddal , és 30 ° C-on a hidrogén-jodiddal :

Magasabb nyomáson és körülbelül 500 °C hőmérsékleten az SF 6 oxidálja a PF 3 -ot PF 5 -té :

Alkalmazás

• szigetelőként és hűtőfolyadékként a nagyfeszültségű elektrotechnikában;
• technológiai környezetként az elektronikai és kohászati ​​iparban;
• gázzal oltó rendszerekben tűzoltó szerként;
• hűtőközegként a nagy hőkapacitás , az alacsony hővezetőképesség és az alacsony viszkozitás miatt [6] ;
• a dupla üvegezésű ablakok hangszigetelésének javítása;
• a félvezetőiparban szilícium plazmakémiai maratására;
• oxidálószerként néhány egzotikus hőgépben  - például az amerikai kisméretű, 324 mm-es Mark 50 tengeralattjáró-ellenes torpedó gőzturbinájában , ahol lítium fém oxidálására használják .

Alkalmazások az elektrotechnikában

A kén-hexafluorid "SF6" nevét az "elektromos gáz" rövidítésből kapta. Az SF6 egyedülálló tulajdonságait a Szovjetunióban fedezték fel , és alkalmazása is a Szovjetunióban kezdődött. A 30-as években az LFTI híres tudósa, B. M. Gokhberg számos gáz elektromos tulajdonságait tanulmányozta, és felhívta a figyelmet az SF 6 (SF6) kén-hexafluorid egyes tulajdonságaira [7] . Az SF6 iránti igény az 1980-as évek elején jelent meg az országban, és az ultramagas feszültségű egyenáram átvitelére szolgáló elektromos berendezések fejlesztéséhez és fejlesztéséhez kapcsolódott. Ipari gyártását az Orosz Föderációban 1998-ban sajátították el a Kirovo-Csepetsk Vegyigyárban [8] .

Az elektromos szilárdság atmoszférikus nyomáson és 1 cm-es résnél 89 kV/cm. Jellemző a nagyon nagy hőtágulási együttható és a nagy sűrűség. Ez fontos azoknál az erőműveknél, amelyekben a készülék bármely részének hűtése történik, mivel nagy hőtágulási együttható mellett könnyen kialakul egy konvektív áramlás, amely elvezeti a hőt [9] .

Az SF6 molekula közepén egy kénatom található, és hat fluoratom található tőle egyenlő távolságra egy szabályos oktaéder csúcsaiban. Ez határozza meg a molekulák elektronbefogásának nagy hatékonyságát, viszonylag hosszú átlagos szabad útjukat és alacsony reaktivitásukat. Ezért az SF6 nagy elektromos szilárdsággal rendelkezik.

Az SF6 levegővel keverve ártalmatlan. Azonban az SF6 gáz előállításának technológiájának megsértése vagy a készülékben történő lebomlása miatt elektromos kisülések hatására ( ív , korona , részleges ), rendkívül kémiailag aktív és káros szennyeződések, valamint különféle szilárd vegyületek rakódnak le a szerkezet falai, előfordulhatnak az SF6 gázban. Az ilyen szennyeződések képződésének intenzitása az SF6 gázban lévő oxigénszennyeződések, és különösen a vízgőz jelenlététől függ.

Az elektromos berendezésekben lévő SF6 gáz egy része normál működés közben is lebomlik. Például egy 31,5 kA áram kapcsolása egy 110 kV -os kapcsolóban 5–7 cm³ SF6 bomlásához vezet az ívben felszabaduló 1 kJ energiánként.

Az SF6 gáz ára meglehetősen magas, de a technológiában meglehetősen széles körű alkalmazásra talált, különösen a nagyfeszültségű elektrotechnikában. Elsősorban dielektrikumként , azaz komplett kapcsolóberendezések , nagyfeszültségű áram- és feszültségmérő transzformátorok, stb. fő szigeteléseként használják [10] . Az SF6-ot ívoltó közegként is használják nagyfeszültségű megszakítókban [11] .

Az SF6 fő előnyei fő versenytársával, a transzformátorolajjal szemben a következők:

• robbanás- és tűzbiztonság;
• a szerkezet súlyának és méreteinek csökkentése a szigetelő rések csökkentése és az áramvezető alkatrészek jobb hűtési feltételei miatt .