Фторид серы(VI)

Шаблон:Карточка{{#invoke:check for unknown parameters|check |unknown= |ignoreblank= |preview= |showblankpositional= |CAS|ChEBI|ChemSpiderID|ECB|EINECS|H-фразы|InChI|InChIKey|NFPA 704|P-фразы|PubChem|R-фразы|RTECS|S-фразы|SMILES|nocat|Кодекс Алиментариус|ЛД50|ООН|ПДК|СГС|большие схемы|вещество1|вещество2|вещество3|вещество4|внешний вид|вращение|гибридизация|давление пара|диапазон прозрачности|динамическая вязкость|дипольный момент|заголовок|изображение|изображение слева|изображение справа|изображение2|изоэлектрическая точка|интервал трансформации|картинка|картинка малая|картинка2|картинка3D|картинка 3D|картинка3D2|кинематическая вязкость|конст. диссоц. кислоты|константа В. дер В.|координационная геометрия|коэфф. электр. сопротив.|кристаллическая структура|критическая плотность|критическая темп.|критическая точка|критическое давление|молярная концентрация|молярная масса|наименование|описание изображений слева и справа|описание изображения|описание изображения слева|описание изображения справа|описание изображения2|описание картинки|описание картинки2|описание картинки3D|описание картинки3D2|описание малой картинки|от. диэлектр. прониц.|плотность|поверхностное натяжение|показатель преломления|предел прочности|пределы взрываемости|примеси|проводимость|растворимость|растворимость1|растворимость2|растворимость3|растворимость4|рац. формула|сигнальное слово|скорость звука|сокращения|состояние|твёрдость|темп. воспламенения|темп. вспышки|темп. кипения|темп. кипения пр.|темп. плавления|темп. разложения|темп. самовоспламенения|темп. стеклования|темп. сублимации|температура размягчения|тепловое расширение|теплопроводность|теплоёмкость|теплоёмкость2|токсичность|традиционные названия|тройная точка|угол Брюстера|уд. электр. сопротивление|удельная теплота парообразования|удельная теплота плавления|фазовые переходы|хим. имя|хим. формула|ширина изображения|ширина изображения2|энергия ионизации|энтальпия кипения|энтальпия образования|энтальпия плавления|энтальпия растворения|энтальпия сгорания|энтальпия сублимации|ЕС|удельная теплота парообразования2|удельная теплота плавления2|Номер UN|эмпирическая формула|теплота парообразования|энтальпия раствородия|тепловое расширодие}} Гексафтори́д се́ры (также элега́з или шестифто́ристая се́ра, SF₆) — неорганическое вещество, при стандартных условиях представляет собой тяжёлый газ (в Шаблон:Num тяжелее воздуха). Применяется в электротехнике.

Методы получения

Возможно получать гексафторид серы из простых веществ:

$𝖲\mathsf{+}\mathrm{𝟥}{𝖥}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{\to }𝖲{𝖥}_{\mathrm{𝟨}}$

Также гексафторид серы образуется при разложении сложных фторидов серы:

${𝖲}_{\mathrm{𝟤}}{𝖥}_{\mathrm{𝟣}\mathrm{𝟢}}\mathsf{\to }𝖲{𝖥}_{\mathrm{𝟨}}\mathsf{+}𝖲{𝖥}_{\mathrm{𝟦}}$

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 (Шаблон:Num — примерно в Шаблон:Num 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 −Шаблон:Nobr. Параметры тройной точки: Шаблон:Nobr, Шаблон:Nobr.

В твёрдой фазе при Шаблон:Nobr — происходит эндотермическое фазовое превращение.

Плохо растворим в воде (Шаблон:Num $\mathrm{S}\mathrm{F}{\phantom{A}}_6$в Шаблон:Num воды), этаноле и диэтиловом эфире, хорошо растворим в нитрометане.

Плотность элегаза при температуре Шаблон:Num и давлении Шаблон:Num составляет Шаблон:Num.

Твёрдый гексафторид серы имеет плотность 2,683 г/см³ при −195 °C, 2,51 г/см³ при −50 °C.

Относительная диэлектрическая проницаемость — 1,0021. Полное число степеней свободы молекулы элегаза равноШаблон:Nbsp21, из них три степени свободы — в поступательном движении, три — во вращательном, а остальные — в колебательном. Диаметр молекулы равен Шаблон:Num.

Поверхностное натяжение жидкого гексафторида серы составляет 11,63 мН/м (−50 °C), 8,02 мН/м (−20 °C).

Вязкость газообразного элегаза несколько ниже вязкости воздуха: 15,37 мкПа·с (+22,5 °C), 18,71 мкПа·с (+100 °C).

Коэффициент теплопроводности, Вт/(м·К): 1,32 (ж., +20 °C), 1,36 (ж., +30 °C), 1,43 (ж., +50 °C), 0,0138 (г., +27,5 °C, 1 атм.).

В составе молекулы 21,95 % серы и 78,05 % фтора по массе.

Термодинамические величины

Свойство	Значение при [[Стандартные условия|н.Шаблон:Nbspу.]] (газ)
Энтальпия образования	−1219 кДж/моль
Энтропия образования	291,6 Дж/(моль·К)
Теплоёмкость	97,15 Дж/(моль·К)
Теплопроводность	12,058 мВт/(м·К)
Критическая температура	318,697...318,712 К (45,547...45,562 °С)
Критическое давление	3,71 МПа (по разным данным, от 37,113 до 38,27 атм)
Критический объём	198,0 см3/моль
Критическая плотность	0,73...0,7517 г/см3
Теплота плавления	1,1...1,39 ккал/моль
Теплота сублимации (при −63,8 °C)	5,64...5,57 ккал/моль

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, но при температуре выше +300°C реагирует с водой под избыточным давлением. Реакцию следует проводить при температуре не выше +370°C:

$𝖲{𝖥}_{\mathrm{𝟨}}\mathsf{+}\mathrm{𝟦}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮\stackrel{>+300^{o}C,p}{\to }{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖲{𝖮}_{\mathrm{𝟦}}\mathsf{+}\mathrm{𝟨}𝖧𝖥\mathsf{\uparrow }$

Взаимодействие с металлическим натрием проходит только при нагревании последнего до температуры кипения, однако уже при 64 °C взаимодействует с раствором натрия в аммиаке: : $𝖲{𝖥}_{\mathrm{𝟨}}\mathsf{+}\mathrm{𝟪}𝖭𝖺\mathsf{\to }𝖭{𝖺}_{\mathrm{𝟤}}𝖲\mathsf{+}\mathrm{𝟨}𝖭𝖺𝖥$

Гексафторид серы реагирует с литием с выделением большого количества тепла:

$𝖲{𝖥}_{\mathrm{𝟨}}\mathsf{+}\mathrm{𝟨}𝖫𝗂\mathsf{\to }𝖲\mathsf{+}\mathrm{𝟨}𝖫𝗂𝖥$

При этом продукты реакции — элементарная сера и фторид лития — имеют меньший объём, чем исходные вещества, что нашло применение в некоторых экзотических тепловых двигателях (см. 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:

$\mathrm{𝟤}𝖲{𝖥}_{\mathrm{𝟨}}\mathsf{+}\mathrm{𝟨}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖲\mathsf{\to }{𝖲}_{\mathrm{𝟪}}\mathsf{+}\mathrm{𝟣}\mathrm{𝟤}𝖧𝖥$

$𝖲{𝖥}_{\mathrm{𝟨}}\mathsf{+}\mathrm{𝟪}𝖧𝖨\mathsf{\to }\mathrm{𝟨}𝖧𝖥\mathsf{+}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖲\mathsf{+}\mathrm{𝟦}{𝖨}_{\mathrm{𝟤}}$

При повышенном давлении и температуре около 500 °C SF₆ окисляет PF₃ до PF₅:

$𝖲{𝖥}_{\mathrm{𝟨}}\mathsf{+}𝖯{𝖥}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{\to }𝖯{𝖥}_{\mathrm{𝟧}}\mathsf{+}𝖲{𝖥}_{\mathrm{𝟦}}$

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;
• для улучшения звукоизоляции в стеклопакетах;
• в полупроводниковой промышленности для плазмохимического травления кремния;
• как окислитель в некоторых экзотических тепловых двигателях — например, в Шаблон:Якорь2.

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). 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.

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.

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 Шаблон:Num в выключателе Шаблон:Num приводит к разложению 5—7Шаблон:Nbspсм³ элегаза на Шаблон:Num 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. Также элегаз используется как среда дугогашения в высоковольтных выключателях.

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 частейШаблон:Нет АИ.

Регламентирующие стандарты

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 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

Шаблон:Mainref 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 = Шаблон:Num. 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».

Также высокая плотность газа приводит к комичному эффекту при его вдыхании — голос становится очень низким и грубым, подобно голосу Дарта Вейдера. Опыт также демонстрировался в «Разрушителях легенд». Аналогичный эффект создаёт и ксенон. А гелий, который в 6 раз легче воздуха, при вдыхании, наоборот, создаёт тонкий и писклявый голос.

Литература

• Шаблон:Статья

См. также

• Тетрафторид серы — SF₄
• Декафторид дисеры — S₂F₁₀