Фторид серы(VI)
Фторид серы(VI) | |
Sulfur-hexafluoride-3D-vdW.png | |
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 |
Мол. теплоёмк. | 97,15 Дж/(моль·К) |
Теплопроводность | 0,012058 Вт/(м·K) |
Энтальпия образования | −1219 кДж/моль |
Структура | |
Координационная геометрия | октаэдрическая |
Кристаллическая структура | орторомбическая |
Дипольный момент | 0 Д |
Классификация | |
Рег. номер CAS | 2551-62-4 |
SMILES | |
RTECS | WS4900000 |
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.
Содержание
Методы получения
Возможно получать гексафторид серы из простых веществ:
- <math>\mathsf{S + 3F_2 \rightarrow SF_6}</math>
Также гексафторид серы образуется при разложении сложных фторидов серы:
- <math>\mathsf{S_2F_{10} \rightarrow SF_6 + SF_4}</math>
Физико-химические свойства
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 нём 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.[ прояснить]
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
Свойство | Значение при н. у. (газ) |
---|---|
Энтальпия образования | −1219 кДж/моль |
Энтропия образования | 291,6 Дж/(моль·К) |
Теплоёмкость | 97,15 Дж/(моль·К)[2] |
Теплопроводность | 12,058 мВт/(м·К)[2] |
Критическая температура | 318,7 К |
Критическое давление | 3,71 МПа |
Химические свойства
Гексафторид серы — достаточно инертное соединение, не реагирует с водой, вероятно, из-за кинетических факторов. Не реагирует также с растворами HCl и NaOH[3], 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.
- <math>\mathsf{SF_6 + 8Na \rightarrow Na_2S + 6NaF}</math>
С водородом и кислородом гексафторид не реагирует. Однако, при сильном нагревании (до 400 °C) SF6 взаимодействует с сероводородом, а при 30 °C — с иодоводородом:
- <math>\mathsf{2SF_6 + 6H_2S \rightarrow S_8 + 12HF}</math>
- <math>\mathsf{SF_6 + 8HI \rightarrow 6HF + H_2S + 4I_2}</math>
При повышенном давлении и температуре около 500 °C SF6 окисляет PF3 до PF5:
- <math>\mathsf{SF_6 + PF_3 \rightarrow PF_5 + SF_4}</math>
Применение
- 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[4];
- для улучшения звукоизоляции в стеклопакетах;
- в полупроводниковой промышленности для плазмохимического травления кремния.
При вдыхании наблюдается эффект пониженной тональности голоса, противоположный действию гелия[5].
Применение в электротехнике
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)[6]. Потребность в элегазе появилась в стране в начале 1980-х годов и была связана с разработкой и освоением электрооборудования для передач постоянного тока сверхвысокого напряжения. Его промышленное производство в РФ было освоено в 1998 году на Кирово-Чепецком химическом комбинате[7].
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[8].
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[9]. Также элегаз используется как среда дугогашения в высоковольтных выключателях[10].
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 .
Регламентирующие стандарты
- 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 её повторное использование.
- 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
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
- 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»[12].
Примечания
- ↑ [www.xumuk.ru/encyklopedia/2/4038.html Свойства гексафторида серы на сайте «Химик.ру».]
- ↑ 1 2 [encyclopedia.airliquide.com/Encyclopedia.asp?GasID=34 Sulfur hexafluoride]. Air Liquide Gas Encyclopedia. Проверено 22 февраля 2013.
- ↑ [www.uspkhim.ru/php/paper_rus.phtml?journal_id=rc&paper_id=2249&year_id=1975&volume=44&issue_id=2&fpage=193&lpage=213 Успехи химии, 1975, Том 44, Номер 2, Страницы 193—213.]
- ↑ [chemindustry.ru/rus/chemicals/Sulfur_Hexafluoride.php Применение шестифтористой серы]
- ↑ [www.youtube.com/watch?v=52UAEQfMTtU Фрагмент передачи «Разрушители мифов»]
- ↑ Гохберг Б. М. [ufn.ru/ufn40/ufn40_5/Russian/r405b.pdf Ленинградский физико-технический институт Академии наук СССР] (рус.) // Успехи физических наук. — 1940. — Т. XXIV, вып. 1. — С. 11-20. См. стр. 16-17, раздел «Электрическая прочность газов»
- ↑ 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.
- ↑ Коробейников С.М., д.ф.м.н., профессор. [sermir.narod.ru/tryd/Posob/gazy.htm Диэлектрические материалы. 4.1.2. Электроотрицательные газы, применение газообразных диэлектриков.] (рус.). Проверено 2 июня 2011. [www.webcitation.org/65abigumA Архивировано из первоисточника 20 февраля 2012].
- ↑ [zva.uran.biz.ua/ru/articleelegaz/ ЗВА :: Измерительные трансформаторы с газовой изоляцией]
- ↑ [electricalschool.info/main/visokovoltny/359-jelegaz-i-ego-svojjstva.html Применение SF6 в высоковольтной электронике.]
- ↑ [elegas.ru/elegaz_opt.htm Элегаз. Свойства]
- ↑ Выпуск 105. Вирусное видео. 6 сезон
Литература
- Гохберг Б. М. Элегаз - электрическая газовая изоляция (рус.) // «Электричество». — 1947. — № 3. — С. 15.
См. также
- Тетрафторид серы — SF4
- Дитиодекафторид — S2F10