Гексафторид серы

Гексафторид серы (SF 6) или гексафторид серы ( британское написание ) - чрезвычайно мощный и стойкий парниковый газ, который в основном используется в качестве электроизолятора и средства подавления дуги. Он неорганический, бесцветный, без запаха, негорючий и нетоксичный. SF _{6имеет октаэдрическую геометрию, состоящую из шести атомов фтора, присоединенных к центральному атому серы. Это гипервалентная молекула.}

Типичный для неполярного газа SF _{6плохо растворим в воде, но вполне растворим в неполярных органических растворителях. Его плотность на уровне моря составляет 6,12 г / л, что значительно выше плотности воздуха (1,225 г / л). Обычно он транспортируется как сжиженный сжатый газ.}

Концентрация SF _{6в тропосфере Земли достигла 10 частей на триллион (ppt) в 2019 году, увеличившись на 0,35 ppt / год. Увеличение по сравнению с предыдущими 40 годами в значительной степени было вызвано расширением сектора электроэнергетики, включая неорганизованные выбросы из банков SF. _{6газ, содержащийся в распределительном устройстве среднего и высокого напряжения. Использование в производстве магния, алюминия и электроники также ускорило рост атмосферы.}}

СОДЕРЖАНИЕ

1 Синтез и реакции
2 Приложения
- 2.1 Диэлектрическая среда
- 2.2 Медицинское использование
- 2.3 Изотопный состав
- 2.4 Другое использование
3 Парниковый газ
4 Физиологические эффекты и меры предосторожности
5 См. Также
6 Ссылки
7 Дальнейшее чтение
8 Внешние ссылки

Синтез и реакции

См. Также: Фторохимическая промышленность

Гексафторид серы на Земле существует в основном как промышленный газ, созданный руками человека, а также обнаружено, что он встречается в естественных условиях.

SF _{6можно приготовить из элементов путем экспонирования S ₈ к F ₂. Этот же метод использовали первооткрыватели Анри Муассан и Поль Лебо в 1901 году. Некоторые другие фториды серы образуются совместно, но их удаляют нагреванием смеси, чтобы диспропорционировать любую S _{2F ₁₀} (который очень токсичен), а затем очистить продукт с помощью NaOH, чтобы разрушить оставшийся SF ₄.}

В качестве альтернативы, используя бром, гексафторид серы можно синтезировать из SF 4 и CoF 3 при более низких температурах (например, 100 ° C) следующим образом:

2 CoF 3 + SF 4 + [Br 2 ] → SF 6 + 2 CoF 2 + [Br 2 ]

Химия реакции для SF практически отсутствует. _{6. Основным вкладом в инертность SF 6 является стерическое затруднение атома серы, тогда как его более тяжелые аналоги из группы 16, такие как SeF 6, более реакционноспособны, чем SF 6, в результате меньшего стерического затруднения (см. Пример гидролиза). Он не реагирует с расплавленным натрием ниже его точки кипения, но экзотермически реагирует с литием.}

Приложения

В электроэнергетике использовалось около 80% гексафторида серы, произведенного в 2000 году, в основном в качестве газообразной диэлектрической среды. Другие основные применения по состоянию на 2015 год включали кремниевый травитель для производства полупроводников и инертный газ для литья магния.

Диэлектрическая среда

SF _{6 используется в электротехнической промышленности в качестве газообразной диэлектрической среды для высоковольтных выключателей с гексафторидом серы, распределительных устройств и другого электрического оборудования, часто заменяя масляные выключатели (OCB), которые могут содержать вредные полихлорированные дифенилы (ПХБ). SF _{6Газ под давлением используется в качестве изолятора в распределительных устройствах с элегазовой изоляцией (GIS), поскольку он имеет гораздо более высокую диэлектрическую прочность, чем воздух или сухой азот. Высокая диэлектрическая прочность является результатом высокой электроотрицательности и плотности газа. Это свойство позволяет значительно уменьшить габариты электрооборудования. Это делает КРУЭ более подходящими для определенных целей, таких как размещение в помещении, в отличие от электрического оборудования с воздушной изоляцией, которое занимает значительно больше места.}}

Электрический редуктор с газовой изоляцией также более устойчив к воздействию загрязнения и климата, а также более надежен в долгосрочной эксплуатации благодаря контролируемой рабочей среде. Воздействие дуги химически разрушает SF _{6хотя большинство продуктов разложения имеют тенденцию быстро восстанавливать SF _{6, процесс, называемый «самовосстановлением». Дуга или коронный разряд могут привести к образованию декафторида дисеры ( S _{2F ₁₀} ), высокотоксичный газ, сравнимый по токсичности с фосгеном. S _{2F _{10считался потенциальным боевым химическим веществом во время Второй мировой войны, потому что он не вызывает слезотечения или раздражения кожи, поэтому мало предупреждает о воздействии.}}}}

SF _{6также часто встречается в качестве высоковольтного диэлектрика в источниках высокого напряжения ускорителей частиц, таких как генераторы Ван де Граафа и пеллетроны, и высоковольтные просвечивающие электронные микроскопы.}

Альтернативы SF _{6В качестве диэлектрического газа включают несколько фторкетонов. Компактная технология КРУЭ, сочетающая вакуумное переключение с изоляцией из чистого воздуха, была внедрена для подмножества приложений до 420 кВ.}

Медицинское использование

SF _{6используется для тампонады или закрытия отверстия сетчатки при операциях по восстановлению отслойки сетчатки в виде газового пузыря. Он инертен в камере стекловидного тела и первоначально удваивает свой объем за 36 часов, а затем всасывается в кровь через 10–14 дней.}

SF _{6используется в качестве контрастного вещества для ультразвуковой визуализации. Микропузырьки гексафторида серы вводятся в виде раствора путем инъекции в периферическую вену. Эти микропузырьки улучшают видимость кровеносных сосудов для ультразвукового исследования. Это приложение использовалось для исследования васкуляризации опухолей. Он остается видимым в крови от 3 до 8 минут и выдыхается легкими.}

Изотопный состав

Гексафторид серы был индикаторным газом, использованным при калибровке первой модели рассеивания в воздухе проезжей части ; Эта исследовательская программа спонсировалась Агентством по охране окружающей среды США и проводилась в Саннивейле, Калифорния, на шоссе 101 США. Газообразный SF _{6используется в качестве индикаторного газа в краткосрочных экспериментах по эффективности вентиляции в зданиях и закрытых помещениях, а также для определения скорости инфильтрации. Два основных фактора рекомендуют его использование: его концентрация может быть измерена с удовлетворительной точностью при очень низких концентрациях, а в атмосфере Земли концентрация SF пренебрежимо мала. _6.}

Гексафторид серы использовался в качестве нетоксичного тестового газа в эксперименте на станции метро St. John's Wood в Лондоне, Соединенное Королевство, 25 марта 2007 года. Газ был выпущен по всей станции и контролировался по мере его распространения. Целью эксперимента, о котором ранее в марте объявил государственный секретарь по транспорту Дуглас Александер, было исследование того, как токсичный газ может распространиться по станциям и зданиям лондонского метрополитена во время террористической атаки.

Гексафторид серы также обычно используется в качестве индикаторного газа при испытаниях герметичности вытяжных шкафов в лабораториях. Газ используется на заключительном этапе аттестации вытяжного шкафа ASHRAE 110. Внутри вытяжного шкафа образуется шлейф газа, и проводится серия тестов, в то время как газоанализатор, расположенный за пределами вытяжного шкафа, отбирает SF 6 для проверки удерживающих свойств вытяжного шкафа.

Он успешно использовался в качестве индикатора в океанографии для изучения диапикнального перемешивания и газообмена между воздухом и морем.

Другое использование

В магниевой промышленности используется SF _{6в качестве инертного «покровного газа» для предотвращения окисления во время литья. Когда-то крупнейший пользователь, потребление значительно снизилось за счет улавливания и переработки.}
Окна с изоляционным остеклением использовали его в качестве наполнителя для улучшения их тепло- и звукоизоляционных характеристик.
SF _{6 Плазма используется в полупроводниковой промышленности в качестве травителя в таких процессах, как глубокое реактивно-ионное травление. Небольшая часть SF _{6 распадается в плазме на серу и фтор, а ионы фтора вступают в химическую реакцию с кремнием.}}
Шинам, заполненным им, требуется больше времени, чтобы спустить воздух из-за диффузии через резину из-за большего размера молекул.
Nike также использовала его для получения патента и заполнения подушек для всей своей обуви марки Air с 1992 по 2006 год. Во время пика в 1997 году было израсходовано 277 тонн.
ВМС США «ы Марк 50 торпеда закрыта Ренкина цикл двигательная система питается от гексафторида серы в экзотермической реакции с твердым литием.
Волноводы в мощных СВЧ- системах находятся под давлением. Газ электрически изолирует волновод, предотвращая внутреннюю дугу.
Электростатические громкоговорители использовали его из-за его высокой диэлектрической прочности и высокой молекулярной массы.
Химическое оружие декафторид дисеры производится с ним в качестве сырья.
В развлекательных целях, когда дышит, SF _{6заставляет голос становиться значительно глубже из-за того, что его плотность намного выше, чем у воздуха, как видно на этом видео. Это связано с более известным эффектом вдыхания гелия низкой плотности, из-за которого чей-то голос становится намного выше. Оба этих эффекта следует применять только с осторожностью, поскольку эти газы вытесняют кислород, который легкие пытаются извлечь из воздуха. Гексафторид серы также обладает слабым обезболивающим действием.}
Для научных демонстраций / магии как «невидимая вода», так как легкая лодка из фольги может плавать в баке, как и воздушный шар, наполненный воздухом.

Парниковый газ

Гексафторид серы (SF 6), измеренный в рамках Расширенного глобального эксперимента по атмосферным газам ( AGAGE ) в нижних слоях атмосферы ( тропосфере ) на станциях по всему миру. Численность дана в виде среднемесячных без загрязнения мольных долей в частях на триллион.
Численность и скорость роста SF _{6 в тропосфере Земли (1978-2018).}
Атмосферная концентрация SF 6 в сравнении с аналогичными техногенными газами (правый график). Обратите внимание на масштаб журнала.

По данным Межправительственной группы экспертов по изменению климата, SF _{6является наиболее сильным парниковым газом, который был оценен, с потенциалом глобального потепления в 23900 раз выше, чем у CO. ₂ при сравнении за 100-летний период. Гексафторид серы инертен в тропосфере и стратосфере и является чрезвычайно долгоживущим, по оценкам, время жизни в атмосфере составляет 800–3200 лет.}

Измерения SF 6 показывают, что его среднемировой коэффициент смешивания увеличился с постоянного базового уровня около 54 частей на квадриллион до индустриализации до более 10 частей на триллион (частей на миллион) по состоянию на апрель 2020 года и увеличивается примерно на 0,35 частей на триллион (3,5 процентов) в год. Средние глобальные концентрации SF 6 увеличивались примерно на семь процентов в год в течение 1980-х и 1990-х годов, в основном в результате его использования в производстве магния, а также производителями электрооборудования и электроники. Учитывая небольшое количество выделяемого SF 6 по сравнению с углекислым газом, его общий индивидуальный вклад в глобальное потепление оценивается менее 0,2 процента, однако коллективный вклад этого и аналогичных антропогенных галогенизированных газов достиг примерно 10 процентов за год. 2020. Альтернативы тестируются.

В Европе SF _{6подпадает под действие директивы по фторсодержащим газам, которая запрещает или контролирует их использование для нескольких приложений. С 1 января 2006 года, Сан - Франциско _{6запрещен как индикаторный газ и во всех приложениях, кроме высоковольтных распределительных устройств. В 2013 году сообщалось, что трехлетние усилия Министерства энергетики США по выявлению и устранению утечек в его лабораториях в США, таких как Принстонская лаборатория физики плазмы, где газ используется в качестве изолятора высокого напряжения, привели к были продуктивными, сократив годовые утечки на 1 030 кг (2280 фунтов). Это было сделано путем сравнения покупок с инвентарными запасами, предполагая, что разница была утечкой, а затем обнаружение и устранение утечек.}}

Физиологические эффекты и меры предосторожности

Гексафторид серы - нетоксичный газ, но, вытесняя кислород в легких, он также несет риск асфиксии при вдыхании слишком большого количества. Поскольку он более плотный, чем воздух, значительное количество газа при выходе оседает в низинных областях и представляет значительный риск удушья при входе в эту зону. Это особенно актуально для его использования в качестве изолятора в электрическом оборудовании, поскольку рабочие могут находиться в траншеях или ямах под оборудованием, содержащим SF. _6.

Как и для всех газов, плотность SF _{6влияет на резонансные частоты речевого тракта, тем самым резко меняя звуковые качества голоса или тембр тех, кто его вдыхает. Не влияет на колебания голосовых связок. Плотность гексафторида серы относительно высока при комнатной температуре и давлении из-за большой молярной массы газа. В отличие от гелия, который имеет молярную массу около 4 г / моль и повышает голос, SF _{6имеет молярную массу около 146 г / моль, а скорость звука через газ составляет около 134 м / с при комнатной температуре, понижая тембр голоса. Для сравнения, молярная масса воздуха, состоящего примерно из 80% азота и 20% кислорода, составляет примерно 30 г / моль, что приводит к скорости звука 343 м / с.}}

Гексафторид серы обладает анестезирующим действием немного ниже, чем закись азота ; он классифицируется как слабый анестетик.

Смотрите также

Гексафторид селена
Гексафторид теллура
Гексафторид урана
Гипервалентная молекула
Галогенуглерод - еще одна группа основных парниковых газов.
Пентафторид трифторметилсеры, аналогичный газ

использованная литература

дальнейшее чтение

«Гексафторид серы». Энциклопедия газов Air Liquide. Архивировано 31 марта 2012 года. Проверено 22 февраля 2013 года.
Christophorou, Loucas G.; Исидор Зауэрс, ред. (1991). Газообразные диэлектрики VI. Пленум Пресс. ISBN 978-0-306-43894-3.
Холлеман, AF; Виберг, Э. (2001). Неорганическая химия. Сан-Диего: Academic Press. ISBN 0-12-352651-5.
Халифа, Мохаммад (1990). Высоковольтная техника: теория и практика. Нью-Йорк: Марсель Деккер. ISBN 978-0-8247-8128-6. OCLC 20595838.
Маллер, В.Н.; Найду, MS (1981). Преимущества в изоляции высокого напряжения и прерывании дуги в SF 6 и вакууме. Оксфорд; Нью-Йорк: Pergamon Press. ISBN 978-0-08-024726-7. OCLC 7866855.
Партнерство по сокращению выбросов SF 6 для электроэнергетических систем
Мэтт МакГрат (13 сентября 2019 г.). «Изменение климата:« грязный секрет »электротехнической промышленности способствует потеплению». BBC News. Проверено 14 сентября 2019 года.