Меню
Главная
Случайная статья
Настройки
|
Гексафторид серы (также элегаз или шестифтористая сера, SF6) — неорганическое вещество, при стандартных условиях представляет собой тяжёлый газ (в пять раз тяжелее воздуха). Применяется в электротехнике.
Содержание
Методы получения
Возможно получать гексафторид серы из простых веществ:
Также гексафторид серы образуется при разложении сложных фторидов серы:
Соединение было впервые получено и описано в 1900 году Анри Муассаном в ходе работ по изучению химии фтора.
Физико-химические свойства
Практически бесцветный газ, без запаха и вкуса.
Обладает высоким пробивным напряжением (89 кВ/см — примерно в три раза выше, чем у воздуха при нормальном давлении).
Охлаждение газа при атмосферном давлении приводит к конденсации в бесцветное твёрдое вещество при 63,8 °C. Твёрдый гексафторид серы может быть расплавлен под давлением при 50,8 °C. Параметры тройной точки: t = 50,8 °C, [3].
В твёрдой фазе при — происходит эндотермическое фазовое превращение[3].
Плохо растворим в воде (1 объём в 200 объёмах воды), этаноле и диэтиловом эфире[4], хорошо растворим в нитрометане.
Плотность элегаза при температуре 20 °C и давлении 753,5 мм рт. ст. составляет 6,093 кг/м[3].
Твёрдый гексафторид серы имеет плотность 2,683 г/см при 195 °C, 2,51 г/см< при 50 °C[3].
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 .
Поверхностное натяжение жидкого гексафторида серы составляет 11,63 мН/м (50 °C), 8,02 мН/м (20 °C)[3].
Вязкость газообразного элегаза несколько ниже вязкости воздуха: 15,37 мкПа·с (+22,5 °C), 18,71 мкПа·с (+100 °C)[3].
Коэффициент теплопроводности, Вт/(м·К): 1,32 (ж., +20 °C), 1,36 (ж., +30 °C), 1,43 (ж., +50 °C)[3], 0,0138 (г., +27,5 °C, 1 атм.)[5].
В составе молекулы 21,95 % серы и 78,05 % фтора по массе.
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)[6]
|
| Теплопроводность |
12,058 мВт/(м·К)[6]
|
| Критическая температура |
318,697…318,712 К (45,547…45,562 °С)[3]
|
| Критическое давление |
3,71 МПа (по разным данным, от 37,113 до 38,27 атм[3])
|
| Критический объём |
198,0 см3/моль[3]
|
| Критическая плотность |
0,73…0,7517 г/см3[3]
|
| Теплота плавления |
1,1…1,39 ккал/моль[3]
|
| Теплота сублимации (при 63,8 °C) |
5,64…5,57 ккал/моль[3]
|
Химические свойства
Гексафторид серы — достаточно инертное соединение, наименее активное химически среди всех фторидов серы, не реагирует с чистой водой из-за кинетических факторов. Не реагирует также с растворами HCl, NaOH и NH3, однако при действии восстановителей могут протекать некоторые реакции. Не взаимодействует с галогенами, фосфором, мышьяком, углеродом, кремнием, бором, медью и серебром при температуре красного каления. Не подвергается воздействию нагретых CuO, PbCrO4 и расплавленного KOH[3], но при температуре выше +300°C реагирует с водой под избыточным давлением. Реакцию следует проводить при температуре не выше +370°C:
Взаимодействие с металлическим натрием проходит только при нагревании последнего до температуры кипения, однако уже при 64 °C взаимодействует с раствором натрия в аммиаке:
Гексафторид серы реагирует с литием с выделением большого количества тепла:
При этом продукты реакции — элементарная сера и фторид лития — имеют меньший объём, чем исходные вещества, что нашло применение в некоторых экзотических тепловых двигателях (смотри ниже).
С водородом и кислородом гексафторид не реагирует. Однако при сильном нагревании (до 400 °C) SF6 взаимодействует с сероводородом, а при 30 °C — с иодоводородом:
При повышенном давлении и температуре около 500 °C SF6 окисляет PF3 до PF5:
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[7];
- для улучшения звукоизоляции в стеклопакетах;
- в полупроводниковой промышленности для плазмохимического травления кремния;
- как окислитель в некоторых экзотических тепловых двигателях — например, в паротурбинной установке американской малогабаритной 324-мм противолодочной торпеды Mark 50, где он используется для окисления металлического лития.
Применение в электротехнике
Название «элегаз» шестифтористая сера получила от сокращения «электрический газ». Свойства элегаза были открыты в СССР. В 1930-х годах учёный Б. М. Гохберг в ЛФТИ исследовал электрические свойства ряда газов и обратил внимание на некоторые свойства шестифтористой серы SF6 (элегаза)[8]. 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[9].
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[10].
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 небольшую 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 см 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[11]. Также элегаз используется как среда дугогашения в высоковольтных выключателях[12].
Основные преимущества элегаза перед его основным «конкурентом», трансформаторным маслом:[значимость факта?]
- взрыво- и пожаробезопасность;
- снижения массы конструкций
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 её повторное использование»
EN[англ.]:
- 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 химическим веществам (класс опасности IV 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.
Сильнейший известный парниковый газ, потенциал глобального потепления GWP = 24 900. Из-за небольших объёмов изготовления вклад в глобальное потепление не превышает 0,2 %. Регламентируется Киотским протоколом.
Дополнительная информация
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»[14].
Также высокая плотность газа приводит к комичному эффекту при его вдыхании — голос становится очень низким и грубым, подобно голосу Дарта Вейдера. Опыт также показывался в «Разрушителях легенд»[15]. Аналогичный эффект создаёт и ксенон. А гелий, который в шесть раз легче воздуха, при вдыхании, наоборот, создаёт тонкий и писклявый голос.
Примечания
- 1 2 3 http://www.cdc.gov/niosh/npg/npgd0576.html
- 1 2 David R. Lide, Jr. Basic laboratory and industrial chemicals (англ.): A CRC quick reference handbook — CRC Press, 1993. — ISBN 978-0-8493-4498-5
- 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Опаловский А. А., Лобков Е. У. Гексафторид серы (рус.) // Успехи химии. — 1975. — Т. 44, вып. 2. — С. 193—213. — doi:10.1070/RC1975v044n02ABEH002249. Архивировано 1 апреля 2022 года.
- [www.xumuk.ru/encyklopedia/2/4038.html Свойства гексафторида серы на сайте «Химик.ру»]
- Kestin J., Imaishi N. Thermal conductivity of sulfur hexafluoride (англ.) // International Journal of Thermophysics. — 1985. — Vol. 6, no. 2. — P. 107—118. — ISSN 0195-928X. — doi:10.1007/BF00500026.
- 1 2 Sulfur hexafluoride (неопр.). Air Liquide Gas Encyclopedia. Дата обращения: 22 февраля 2013. Архивировано 31 марта 2012 года.
- Применение шестифтористой серы (неопр.). Дата обращения: 20 апреля 2007. Архивировано 17 декабря 2007 года.
- Гохберг Б. М. Ленинградский физико-технический институт Академии наук СССР // Успехи физических наук. — 1940. — Т. XXIV, вып. 1. — С. 11—20. Архивировано 4 марта 2016 года.. — С. 16—17.
- Уткин В. В. Завод у двуречья. Кирово-Чепецкий химический комбинат имени Б. П. Константинова: строительство, развитие, люди. — Киров: «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. Диэлектрические материалы. 4.1.2. Электроотрицательные газы, применение газообразных диэлектриков. (рус.) Дата обращения: 2 июня 2011. Архивировано 6 октября 2014 года.
- Измерительные трансформаторы с газовой изоляцией (неопр.). Дата обращения: 16 декабря 2009. Архивировано из оригинала 27 мая 2011 года.
- Применение SF6 в высоковольтной электронике. (неопр.) Дата обращения: 9 июля 2009. Архивировано 15 июля 2009 года.
- Элегаз. Свойства (неопр.). Дата обращения: 17 июля 2012. Архивировано 6 января 2012 года.
- Фрагмент передачи «Разрушители мифов» (неопр.). Дата обращения: 20 декабря 2022. Архивировано 20 декабря 2022 года.
- Фрагмент передачи «Разрушители мифов» (неопр.). Дата обращения: 20 декабря 2022. Архивировано 6 июня 2017 года.
Литература- Гохберг Б. М. Элегаз — электрическая газовая изоляция (рус.) // «Электричество». — 1947. — № 3. — С. 15.
См. также
|
|