Элегаз как сделать

Обновлено: 08.07.2024

Впервые элегаз был получен в ходе опытов французских ученых-химиков Анри Муассана и Пола Лебо в 1901 году. Получен газ был в результате изучения химии фтора, как одно из соединений данного элемента.

Так, в 1971 году появились первые выключатели высокого напряжения с элегазом в качестве дугогасящей среды.

Характеристики элегаза

Характеристика	Единица измерения	Условия	Значение
Плотность элегаза	г/л	20°C, 1 атм	6,139
Крит. температура	°C	-	45,55
Критическое давление	МПа	-	3,76
Критическая плотность	кг/м³	-	740
Теплота образования	кДж/моль	-	-1221,66
Скорость звука в SF6	м/сек	-	136
Относительная диэлектрическая проницаемость	о.е.	25°C, 1 бар	1.00204
Коэффициент рассеивания или tanδ	о.е.	25°C, 1 бар	1100

Плюсы и минусы шестифтористой серы

преимуществ у элегаза достаточно:

По электрической прочности элегаз выигрывает у воздуха в 2,5 раза. Воздух берется в сравнение, так как до элегазовых выключателей использовались воздушные. Выигрышно высокие значения диэлектрической и электрической прочностей позволяет уменьшить размеры электрооборудования без уменьшения эксплуатационных характеристик. Например, уменьшая размеры выключателей автоматически уменьшаются и габариты распределительного устройства. Также элегаз обладает способностью захватывать свободные электроны, образуя малоподвижные ионы, повышая этим электрическую прочность.
Меньшая скорость распространения звука - в три раза по сравнению с воздухом.
Элегаз не стареет и не требует частой замены. Даже, если произошел дуговой разряд, то газ распадается, однако, потом заново рекомбинирует и вновь находится в рабочем состоянии.

существует и пара недостатков, ведь ничего не бывает идеального:

из-за долгого разложения он внесен в список парниковых газов и хотя его роль в общей картине невелика, из-за промышленного использования на него наложено это клеймо.
при высоких температурах элегаз переходит в жидкое состояние и выделяются ядовитые продукты его разложения, поэтому важно следить за его температурой
в помещениях без должного вентилирования SF6 может накапливаться, и, собравшись в достаточном количестве, вызывать кислородное голодание у обслуживающего персонала. Поэтому важно следить и за концентрацией данного вещества без цвета и запаха.
если его вдохнуть, то Ваш голос преобразится на время в мощный бас, однако, злоупотреблять этим не стоит.
высокая стоимость.
при использовании в электрооборудовании необходимо следить за чистотой и герметичностью оборудования и самого газа.

Области применения элегаза

В энергетике (высоковольтное оборудование), металлургия (рабочая среда), системы газового пожаротушения (рабочая среда), а также как хладагент, шумоизолятор и окислитель в различных отраслях промышленности.

Элегаз в энергетике

Однако, нас больше всего интересует применение элегаза в энергетике. Незря же это вещество называется “электротехнический газ”. В самом названии заложена главная отрасль его применения.

Применяется как основная изоляция в высоковольтных трансформаторах тока и напряжения, кабелях, трансформаторах, ячейках КРУЭ, а также как среда для гашения дуги в элегазовых выключателях. Применение элегаза повышает величину тока отключения и уменьшает само время отключения.

Гексафторид серы - это неорганическое химическое соединение, состоящее из элементов серы и фтора с эмпирической формулой SF ₆ . В нормальных условиях это бесцветный, нетоксичный и негорючий газ без запаха, который, как и азот , чрезвычайно инертен. При нормальном давлении и температуре -63,8 ° C гексафторид серы переходит непосредственно из твердого состояния в газообразное в результате сублимации .

Извлечение и представление

Гексафторид серы можно синтезировать непосредственно из элементов путем преобразования элементарной серы (S ₈ ) в потоке газообразного фтора (F ₂ ). Реакция сильно экзотермична .

Помимо SF ₆ , на этом пути синтеза также образуются другие фториды серы, такие как декафторид дисеры (S ₂ F ₁₀ ). По этой причине во время технического производства газ нагревается до 400 ° C, что приводит к диспропорционированию декафторида дисеры на гексафторид серы и тетрафторид серы (SF ₄ ).

Тетрафторид серы разрушается при промывании газовой смеси щелоком , в то время как SF ₆ не подвергается воздействию щелока.

Чистый SF ₆ отделяется последующей перегонкой под давлением .

характеристики

Физические свойства

Гексафторид серы при нормальных условиях газообразен. Это примерно в пять раз , как плотная , как воздух . Температура его сублимации --63,8 ° C.

Тройная точка находится при температуре -50,8 ° С и давлении 2,26 бар. Жидкая фаза возможна только выше этого давления.

В критической точки лежит на температуре 45,6 ° С, критическое давление 3,76 МПа и критической плотностью 0,735 г · см -3 .

Энтальпия от испарения гексафторида серы составляет 115 кДж / кг при давлении 1013 гПа.

Кристаллическая и молекулярная структура

При низких температурах он кристаллизуется в моноклинной кристаллической системе .

В газообразном состоянии молекула SF ₆ является октаэдрической ( O _h ); длина связи S - F составляет 156,1 (2) пм .

Элементарная ячейка гексафторида серы

Длина и угол связи в газообразном гексафториде серы

Химические свойства

Благодаря своей структуре он практически химически инертен и поэтому ведет себя аналогично молекулярному азоту или благородным газам . Практически не растворим в воде и негорючий.

Из-за его инертности реакции обычно могут проводиться только в более резких, чем обычно, условиях. Так переходят щелочные металлы с SF ₆ в жидкий аммиак к соответствующим сульфидам и фторидам, чтобы:

В присутствии сероводорода, который пропорционален элементарной сере и фтористому водороду (HF), известны:

использовать

Гексафторид серы (SF ₆ ) используются в качестве изолирующего газа в среднем и высоких напряжениях технологии, например , в элегазовой изоляции (GIS) с высоким уровнем напряжения переключателей , так и в газовой изоляции трубопроводов (GIL) в полностью герметизированные системах с операционными напряжениями от 6 кВ до 800 кВ. По сравнению с КРУЭ значительно экономится место и исключается влияние погодных условий, птиц или грызунов. SF _{6 также} служит в качестве огнетушащего газа для прерывания на переключающую дуге в автоматических выключателях .

Диэлектрическая прочность при нормальном давлении почти в три раза выше, чем в воздухе или в атмосфере азота. Эти свойства и низкие диэлектрические потери делают его идеальным для использования в качестве изолирующего газа в коаксиальных кабелях и газовой изоляцией высокочастотных - силовые конденсаторах , которые , таким образом , могут быть сделаны меньше. В качестве изолирующего газа в электрическом распределительном устройстве он находится под повышенным давлением от 5 до 10 бар, чтобы обеспечить необходимую высокую изоляционную способность. Повышенное давление газа необходимо, потому что оно уменьшает средний пробег свободных электронов в газе в соответствии с законом Пашена . Это означает, что электроны не могут быть ускорены так сильно, как при нормальном давлении, потому что они раньше сталкиваются с молекулами SF ₆ .

В распределительном устройстве с основном нетоксичным SF ₆ газа, то дуги в сочетании с примесями , такими как низкое содержание воды, в дополнение к нетоксичным тетрафторметана, приводят к токсическим фтористого соединения , такие как фтористый водород и тионил фторид , а также высокотоксичный декафторид дисульфура (S ₂ F ₁₀ ). По этим причинам перед работами по техническому обслуживанию в газонепроницаемом распределительном устройстве с элегазом SF ₆ необходимо соблюдать соответствующие правила техники безопасности.

Он используется в качестве изолирующего газа при текущих испытаниях (проверках) микроэлектронных схем в рамках обеспечения качества.

Он используется в качестве травильного газа при производстве полупроводниковых компонентов: SF ₆ является реактивным газом при реактивном ионном травлении ( RIE ) и DRIE ( глубокое реактивное ионное травление ). Он также используется аналогичным образом для очистки травления, например, при производстве дисплеев .

SF ₆ также используется в качестве защитного газа при производстве магния . SF ₆ , особенно тяжелее воздуха, предотвращает контакт горячего расплавленного металла с окружающим воздухом. Из-за характера процесса при этом применении в атмосферу _{выбрасывается} очень большое количество SF ₆ .

SF ₆ ранее использовался как изолирующий газ между изолирующими стеклами и как заполняющий газ в подошвах спортивной обуви. Кроме того, примерно до 2000 года гексафторид серы также использовался для заполнения автомобильных шин, хотя это стоило до 100 немецких марок (примерно 50 евро ) за комплект шин (см. Также газ для шин ). Все три вышеупомянутых использования в настоящее время запрещены по причинам защиты окружающей среды.

Благодаря своим физическим свойствам, низкой фоновой концентрации в атмосфере и очень хорошей отслеживаемости в газоанализаторах SF _{6 в} настоящее время все еще используется в качестве индикаторного газа для эффективности вентиляции - измерения используются в очень небольших количествах. Однако для многих применений теперь используется меньше вредных для климата газов.

В офтальмологии а является смесью гексафторида серы и воздуха от отслоения сетчатки , используемого для повторного применения сетчатки , чтобы достигнуть. Для этого при хирургическом удалении стекловидного тела ( витрэктомии ) в полость стекловидного тела ( camera vitrea bulbi ) вводится газовая смесь с целью прижатия сетчатки к ее поверхности (эндотампонада).

SF ₆ используется в медицине в качестве контрастного вещества для ультразвука с 2001 года . Здесь он используется, в частности, для обнаружения метастазов в печень злокачественных опухолей. Преимущества - очень высокое временное и пространственное контрастное разрешение. Заболевания щитовидной железы и почечная недостаточность не являются противопоказанием для проведения этого исследования, с помощью SF ₆ можно точно определить очаги печени примерно до 90%.

Актуальность для климата

Газ SF ₆ является самым сильным из известных парниковых газов в пятом оценочном докладе МГЭИК ( Межправительственная группа экспертов по изменению климата , Межправительственная группа экспертов по изменению климата ) . 1 кг этого газа так же эффективен, как 26 087 кг диоксида углерода (CO ₂ ). Срок службы SF _{6 в} атмосфере составляет примерно 3200 лет.

Из-за очень низкой концентрации SF ₆ в земной атмосфере (примерно 10 ppt ( частей на триллион ) в пересчете на объем в 2019 году, что соответствует 0,78 ppmV эквивалента CO ₂ ; увеличение примерно на 0,3 ppt в год; CO ₂ примерно 400 ppm с увеличением примерно на 2 ppm в год), однако его влияние на глобальное потепление все еще считается относительно умеренным. Он не способствует разрушению озонового слоя.

В 1997 г. выбросы электротехнических систем в Германии составили 10% от 238 т от общего объема выбросов. Относительная доля электротехнической промышленности в выбросах сильно колеблется между разными странами и, согласно данным, предоставленным отраслью, колеблется от 20–30% (ЕС) до 70–80% (США) в период 1990–2012 годов.

Увеличение концентрации SF ₆ за последние несколько лет на станции Букит-Кототабанг в Индонезии составило с 5,3 п.п. в начале 2004 г. до 6,3 п.п. в конце 2008 г., что соответствует увеличению примерно на 19% в пяти странах. годы.

В 2016 году пользователям в Германии было продано 1142 тонны гексафторида серы, что примерно на 2% или 23 тонны больше, чем в 2015 году. Воздействие на климат в 2016 году составило 26 миллионов тонн эквивалента CO ₂ , причем часть этого количества также находящиеся в закрытых системах. Для этого расчета коэффициент парникового эффекта 22 800 по сравнению с CO _{2 был использован} для сокращенного временного горизонта в 100 лет, несмотря на вышеизложенное. продолжительность жизни в атмосфере объективно требует более длительных периодов экстраполяции, чтобы иметь возможность ответственно оценить эффекты суммирования. Основная сумма была направлена на электрическую промышленность и приборостроение с 21,9 млн тонн эквивалента CO ₂ в 2016 году, за ней следует полупроводниковая промышленность с 1,2 млн тонн эквивалента CO ₂ .

Выбросы

Динамика выбросов SF ₆ в Германии с 1990 по 2007 год в тоннах (округлено)

Источник выбросов	1990 г.	1995 г.	2000 г.	2002 г.	2004 г.	2006 г.	2007 г.	Потенциальные выбросы в 2007 г. *
Литой алюминий / следовые газы	1	1	14,5	35,5	46	85,5	84	-
Звуконепроницаемые окна	69	108	52	46	54	61	67	1950
Солнечная техника / опт. Волокна	0	0	0	0,4	1.5	4,7	20,3	-
Электрическое распределительное устройство	23	27,3	16,9	15,7	16,3	14,4	15,8	1770
Магниевые литейные производства	7,4	7,7	13,4	16.1	24,9	24,1	15,2	-
Компоненты T&D	k. А.	16,7	26,6	23,3	16.0	12,4	9.9	k. А.
Ускоритель частиц	5.2	4.5	5.0	4.9	4.9	4.9	4.9	74
шины для легковых автомобилей	65	110	50	9	4-й	2,5	2	Шестой
Производство полупроводников	3,7	2	2,4	2,4	3,4	1.3	1.2	-
разнообразный	11	26 год	32	24	21 год	20-е	13-е	k. А.
В общей сложности	200	300	210	180	190	230	230	-
* среднегодовой запас

Странности

Вдыхаемый SF ₆ при разговоре издает голос ниже, чем воздух - в отличие , например, от гелия . Причина этого - значительно более высокая плотность SF ₆ по сравнению с воздухом , что приводит к более низкой скорости звука в газе (129 м / с, коэффициент 0,39 по сравнению с воздухом).

Однако эксперименты с ним рискованны, поскольку SF ₆ в легких препятствует выдыханию углекислого газа. Таким образом, риск анестезии углекислым газом или остановки дыхания при использовании SF ₆ выше, чем, например, при использовании азота или гелия.

Иногда утверждают, что из-за его высокой плотности SF ₆ можно выдыхать только стоя вверх ногами. Это неверно, потому что газы в легких смешиваются в результате дыхательных потоков, поэтому SF ₆ может выдыхаться нормально.

литература

веб ссылки

Международная карта химической безопасности (ICSC) для гексафторида серы в Национальном институте безопасности и гигиены труда (NIOSH)
Видео с двумя эффектами в разделе Curiosities

Индивидуальные доказательства

Эта страница последний раз была отредактирована 14 июля 2021 в 18:11.

Чтобы предотвратить нежелательные последствия изменения климата, человечество должно отказаться от сжигания ископаемого топлива, которое генерирует слишком много парниковых газов. Оказывается, однако, что переход на альтернативные источники энергии может привести к попаданию в атмосферу гораздо более вредного агента.

Это гексафторид серы (SF6) – газ, молекула которого состоит из одного атома серы и шести атомов фтора. Если вы обладаете навыками поиска информации в Интернете, то легко найдёте там видеоролики, на которых запечатлены веселые забавы с этим веществом. Газ не имеет запаха, бесцветен и тяжелее воздуха, поэтому может использоваться как антипод гелия - если тот делает голос человека, вдохнувшего его, выше, то SF6 добавляет в него густых басов. Кроме того, он не очень реактивен, благодаря чему применяется для предотвращения пожаров - вытесняя воздух, который питает пламя.

Рената Литвинова изменяет голос

Благодаря этим свойствам гексафторид серы активно используется в промышленности, в частности внутри высоковольтных распределительных устройств. Это помогает избегать нежелательных огненных фейерверков и серьезных аварий. Спрос на SF6 растёт вместе с увеличением производства электричества. И какой бы заковыристой ни была здесь логика, но чем больше энергии мы вырабатываем, даже из возобновляемых источников, тем больше гексафторида серы производим. Недавнее исследование британских учёных показало, что энергосистема их родины каждый год увеличивает потребление SF6 на 30-40 тонн, а во всём мире к 2030 году этот объём возрастёт на 75% .

Проблема в том, что это фторосодержащий газ, а вся эта группа относится к парниковым. Более того, среди своих сородичей гексафторид серы отличается самым мощным воздействием на воздушную среду - потенциально он в 23500 раз вреднее углекислого газа. А так как это синтетическая молекула, она не расщепляется и не поглощается под влиянием естественной среды, поэтому остаётся в атмосфере в течение тысяч лет. Всё это означает, что даже небольшое количество SF6 может оказаться непропорционально опасным.

Естественно, никто специально не выбрасывает это соединение в атмосферу, разве только любители говорить более низким голосом. Однако оно может вытечь из того контейнера, в котором призвано находиться, и это практически невозможно заметить из-за уже упомянутого отсутствия цвета и запаха. По данным Национального управления океанических и атмосферных исследований, концентрация гексафторида серы в воздушной среде за последние два десятилетия увеличилась более чем вдвое. Выбросы газа в 2017 году в Европе по своему воздействию оказались приблизительно равны тому вреду, который нанесли бы 1.3 миллиона автомобилей.

Насколько всё это страшно? К счастью, особой опасности для человечества в данном случае нет. В 2017 году доля SF6 в промышленных выбросах той же Великобритании составила всего 0.11%. Параллельно учёные ищут альтернативы этому соединению. Для оборудования, работающего со средним напряжением, материалы уже найдены. Некоторые компании переходят на технологии, не требующие использования подобных газов. - например, "Siemens", разработавшая соответствующее высоковольтное распределительное устройство. Компания "Scottish Power Renewables" строит ветряную электростанцию, внутри которой вместо SF6 будут использоваться воздух и вакуум. Приятно то, что из-за особого внимания к этой проблеме утечки SF6 каждый год сокращаются, несмотря на увеличение используемого объёма этого газа.

Но развлекательное телевидение расширило область применения этого вещества и популяризировало его. Причиной этому послужила его способность изменять человеческий голос: если вдохнуть гексафторид серы, голос станет чудовищно,

Читайте также: