Fluorid sírový

Fluorid sírový (VI).
Všeobecné
Systematický název	Fluorid sírový (VI).
Tradiční jména	fluorid sírový, fluorid sírový, plyn SF6
Chem. vzorec	SF6 _
Krysa. vzorec	SF6 _
Fyzikální vlastnosti
Stát	plyn
Molární hmotnost	146,06 g/ mol
Hustota	Plyn: 6,164 g/l Kapalina: 1,33 g/cm³
Ionizační energie	19,3 ± 0,1 eV [1]
Tepelné vlastnosti
Teplota
•  tání	-50,8 °C
• sublimace	−83±1℉ [1]
•  vroucí	sublimace při -63,9 °C
Mol. tepelná kapacita	97,15 J/(mol K)
Tepelná vodivost	0,012058 W/(m K)
Entalpie
•  vzdělávání	−1219 kJ/mol
Tlak páry	21,5 ± 0,1 atm [1]
Struktura
Koordinační geometrie	osmistěnný
Krystalická struktura	ortorombický
Dipólový moment	0  D
Klasifikace
Reg. Číslo CAS	2551-62-4
PubChem	17358
Reg. číslo EINECS	219-854-2
ÚSMĚVY	FS(F)(F)(F)(F)F
InChI	InChI=lS/F6S/cl-7(2,3,4,5)6SFZCNBIFKDRMGX-UHFFFAOYSA-N
RTECS	WS4900000
CHEBI	30496
UN číslo	1080
ChemSpider	16425
Bezpečnost
Toxicita	málo toxické nebo netoxické
piktogramy GHS
NFPA 704	0 jeden 0
Údaje jsou založeny na standardních podmínkách (25 °C, 100 kPa), pokud není uvedeno jinak.
Mediální soubory na Wikimedia Commons

Hexafluorid sírový (též fluorid sírový nebo fluorid sírový , SF 6 ) je anorganická látka, za standardních podmínek těžký plyn ( 5x těžší než vzduch ). Tato sloučenina byla poprvé získána a popsána v roce 1900 Henri Moissanem při práci na chemii fluoru .

Získávání metod

Fluorid sírový je možné získat z jednoduchých látek:

Hexafluorid sírový vzniká také při rozkladu komplexních fluoridů sírových:

Fyzikální a chemické vlastnosti

Téměř bezbarvý plyn, bez zápachu a chuti.

Má vysoké průrazné napětí ( 89 kV / cm  - asi 3krát vyšší než u vzduchu za normálního tlaku).

Chlazení plynu při atmosférickém tlaku vede ke kondenzaci na bezbarvou pevnou látku při teplotě -63,8 °C. Pevný fluorid sírový lze tavit pod tlakem při -50,8 °C . Parametry trojitého bodu : t \u003d -50,8 ° C , P \u003d 2,3 atm [2] .

V pevné fázi při T = 94,30 K - endotermická přeměna [2] .

Špatně rozpustný ve vodě ( 1 objem SF 6 na 200 objemů vody), ethanolu a diethyletheru [3] , snadno rozpustný v nitromethanu .

Hustota plynu SF6 při teplotě 20 °C a tlaku 753,5 mm Hg. Umění. je 6,093 kg/m³ [2] .

Pevný fluorid sírový má hustotu 2,683 g/cm 3 při -195 °C, 2,51 g/cm 3 při -50 °C [2] .

Relativní permitivita - 1,0021. Celkový počet stupňů volnosti molekuly SF6 je 21, z toho tři stupně volnosti jsou v translačním pohybu, tři v rotačním pohybu a zbytek ve vibračním pohybu. Molekulární průměr je 5,33 Á .

Povrchové napětí kapalného fluoridu sírového je 11,63 mN/m (−50 °C), 8,02 mN/m (−20 °C) [2] .

Viskozita plynného plynu SF6 je o něco nižší než viskozita vzduchu: 15,37 μPa s (+22,5 °C), 18,71 μPa s (+100 °C) [2] .

Koeficient tepelné vodivosti , 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] .

Molekula obsahuje hmotnostně 21,95 % síry a 78,05 % fluoru .

Termodynamické veličiny

Chemické vlastnosti

Hexafluorid sírový je poměrně inertní sloučenina, nejméně chemicky aktivní ze všech fluoridů sírových a nereaguje s vodou, pravděpodobně kvůli kinetickým faktorům. Rovněž nereaguje s roztoky HCl , NaOH a NH3 , avšak působením redukčních činidel může dojít k některým reakcím. Při červeném žáru nereaguje s halogeny , fosforem , arsenem , uhlíkem , křemíkem , borem , mědí a stříbrem . Není ovlivněn zahřátým CuO , PbCrO 4 a roztaveným KOH [2] , ale při teplotách nad +300°C reaguje s tlakovou vodou. Reakce by měla být prováděna při teplotě nepřesahující +370 °C:

Interakce s kovovým sodíkem probíhá pouze při zahřátí na bod varu, ale již při 64 ° C interaguje s roztokem sodíku v amoniaku ::

Hexafluorid sírový reaguje s lithiem a uvolňuje velké množství tepla :

Přitom reakční produkty – elementární síra a fluorid lithný  – mají menší objem než výchozí materiály, což našlo uplatnění v některých exotických tepelných strojích (viz níže ).

Hexafluorid nereaguje s vodíkem a kyslíkem . Při silném zahřátí (až na 400 ° C) však SF 6 interaguje se sirovodíkem a při 30 ° C - s jodovodíkem :

Při zvýšeném tlaku a teplotě asi 500 °C oxiduje SF 6 PF 3 na PF 5 :

Aplikace

• jako izolant a chladivo ve vysokonapěťové elektrotechnice;
• jako technologické prostředí v elektronickém a metalurgickém průmyslu;
• v plynových hasicích systémech jako hasicí látka;
• jako chladivo díky vysoké tepelné kapacitě , nízké tepelné vodivosti a nízké viskozitě [6] ;
• zlepšit zvukovou izolaci v oknech s dvojitým zasklením;
• v polovodičovém průmyslu pro plazmochemické leptání křemíku;
• jako oxidační činidlo v některých exotických tepelných motorech  - například v instalaci parní turbíny amerického malého protiponorkového torpéda 324 mm Mark 50 , kde se používá k oxidaci kovového lithia .

Aplikace v elektrotechnice

Hexafluorid sírový dostal své jméno „SF6“ ze zkratky „elektrický plyn“. Jedinečné vlastnosti SF6 byly objeveny v SSSR a jeho použití začalo také v Sovětském svazu. Ve 30. letech studoval slavný vědec B. M. Gokhberg na LFTI elektrické vlastnosti řady plynů a upozornil na některé vlastnosti fluoridu sírového SF 6 (SF6) [7] . Potřeba SF6 se v zemi objevila na počátku 80. let a souvisela s vývojem a vývojem elektrických zařízení pro přenos stejnosměrného proudu ultravysokého napětí. Jeho průmyslová výroba v Ruské federaci byla zvládnuta v roce 1998 v Kirovo-Chepetsk Chemical Plant [8] .

Elektrická pevnost při atmosférickém tlaku a mezeře 1 cm je 89 kV/cm. Charakteristický je velmi velký koeficient tepelné roztažnosti a vysoká hustota. To je důležité pro elektrárny, ve kterých se provádí chlazení jakýchkoli částí zařízení, protože při velkém koeficientu tepelné roztažnosti se snadno vytvoří konvekční proudění, které odvádí teplo [9] .

Atom síry je umístěn ve středu molekuly SF6 a šest atomů fluoru je umístěno ve stejné vzdálenosti od něj ve vrcholech pravidelného osmistěnu. To určuje vysokou účinnost záchytu elektronů molekulami, jejich relativně dlouhou střední volnou dráhu a nízkou reaktivitu. Proto má SF6 vysokou elektrickou pevnost.

SF6 je při smíchání se vzduchem neškodný. V důsledku porušení technologie výroby plynu SF6 nebo jeho rozkladu v zařízení pod vlivem elektrických výbojů ( obloukových , korónových , částečných ), extrémně chemicky aktivních a škodlivých nečistot, jakož i různých pevných sloučenin usazených na stěny konstrukce se mohou vyskytovat v plynu SF6. Intenzita tvorby těchto nečistot závisí na přítomnosti kyslíkových nečistot v plynu SF6 a zejména vodní páry.

Část plynu SF6 v elektrických zařízeních se rozkládá i při běžném provozu. Například spínání proudu 31,5 kA ve spínači 110 kV vede k rozkladu 5–7 cm³ SF6 na 1 kJ energie uvolněné v oblouku.

Cena plynu SF6 je poměrně vysoká, ale našel poměrně široké uplatnění v technologii, zejména ve vysokonapěťové elektrotechnice. Primárně se používá jako dielektrikum , tedy jako hlavní izolace kompletních rozvaděčů , vysokonapěťových měřicích transformátorů proudu a napětí atd. [10] . SF6 se také používá jako médium pro zhášení oblouku ve vysokonapěťových vypínačích [11] .

Hlavní výhody SF6 oproti jeho hlavnímu „konkurentovi“, transformátorovému oleji , jsou:

• bezpečnost proti výbuchu a požáru;
• snížení hmotnosti a rozměrů konstrukce díky zmenšení izolačních mezer a zlepšení podmínek chlazení pro části pod proudem .