Lưu huỳnh hexafluoride

Lưu huỳnh hexafluoride
Cấu trúc 3D rỗng của lưu huỳnh hexafluoride
Danh pháp IUPAC	Sulfur hexafluoride
Tên hệ thống	Hexafluoro-λ^6-sulfane[1]
Tên khác	Elagas Esaflon Sulfur(VI) fluoride Sunfuric fluoride Lưu huỳnh(VI) fluoride Sulfur hexafluoride
Nhận dạng
Số CAS	2551-62-4
PubChem	17358
Số EINECS	219-854-2
KEGG	D05962
MeSH	Sulfur+hexafluoride
ChEBI	30496
Số RTECS	WS4900000
Ảnh Jmol-3D	ảnh
SMILES	đầy đủ FS(F)(F)(F)(F)F
Tham chiếu Gmelin	2752
UNII	WS7LR3I1D6
Thuộc tính
Công thức phân tử	SF6
Khối lượng mol	146,0564 g/mol
Bề ngoài	Khí không màu
Mùi	Không mùi[2]
Khối lượng riêng	6,17 g/L
Điểm nóng chảy	−64 °C; 209 K; −83 °F
Điểm sôi	−50,8 °C (222,3 K; −59,4 °F)
Độ hòa tan trong nước	0,003%[2]
Độ hòa tan	tan nhiều trong etanol, hexan, benzen
Áp suất hơi	2,9 MPa (21,1 ℃)
MagSus	−440×10^−6 cm³/mol
Độ dẫn nhiệt	13,45 mW/(m·K) ở 25 ℃[3] 11,42 mW/(m·K) ở 0 ℃
Độ nhớt	15,23 μPa·s[4]
Cấu trúc
Cấu trúc tinh thể	Hệ tinh thể trực thoi, oP28
Nhóm không gian	Oh
Tọa độ	Lục phương
Hình dạng phân tử	bát diện
Mômen lưỡng cực	0 D
Nhiệt hóa học
Enthalpy hình thành ΔfH^o298	-1209 kJ·mol^-1[5]
Entropy mol tiêu chuẩn S^o298	292 J·mol^-1·K^-1[5]
Nhiệt dung	0,097 kJ/(mol·K) (hằng số áp suất)
Dược lý học
Các nguy hiểm
NFPA 704	0 1 0
Chỉ dẫn S	Bản mẫu:S38
PEL	TWA 1000 ppm (6000 mg/m³)[2]
REL	TWA 1000 ppm (6000 mg/m³)[2]
IDLH	N.D.[2]
Các hợp chất liên quan
Cation khác	Lưu huỳnh tetrafluoride
Nhóm chức liên quan	Đisulfur decafluoride
Hợp chất liên quan	Selen hexafluoride Sunfuryl fluoride Telu hexafluoride Poloni hexafluoride
Trừ khi có ghi chú khác, dữ liệu được cung cấp cho các vật liệu trong trạng thái tiêu chuẩn của chúng (ở 25 °C [77 °F], 100 kPa). Y kiểm chứng (cái gì ^YN ?) Tham khảo hộp thông tin

 Lưu huỳnh hexafluoride (công thức hóa học: SF₆) là một hợp chất vô cơ, không màu, không mùi, không cháy, là một loại khí nhà kính vô cùng và là chất cách điện tốt. SF₆ có dạng hình bát diện, bao gồm sáu nguyên tử fluor được gắn với nguyên tử lưu huỳnh trung tâm.

Nó là một chất khí điển hình cho một loại khí không phân cực, nó không tan trong nước nhưng tan trong các dung môi hữu cơ không phân cực. Nó thường được vận chuyển như một khí nén hoá lỏng. Nó có mật độ 6,12 g/L ở điều kiện thường, cao hơn đáng kể so với mật độ không khí (1,225 g/L). Loại khí này vẫn có thể gây tác hại cho con người khi hít phải lượng quá nhiều. Lưu huỳnh hexafluoride là một phân tử siêu hóa trị (hypervalent), với lớp vỏ hóa trị của nguyên tử S chứa đến 12 electron.^{[cần dẫn nguồn]}

Tổng hợp và phản ứng

Trên Trái Đất, lưu huỳnh hexafluoride phần lớn là khí công nghiệp tổng hợp. Tuy nhiên SF₆ cũng được biết là có thể xuất hiện một cách tự nhiên.^[6]

SF₆ có thể được điều chế từ các nguyên tố thông qua phản ứng của S₈ và F₂. Đây cũng là phương pháp được sử dụng bởi các nhà phát minh Henri Moissan và Paul Lebeau năm 1901. Một số lưu huỳnh fluoride khác được tạo ra đồng thời, nhưng những chất này được loại bỏ bằng cách nung nóng hỗn hợp để phân hủy S₂F₁₀ (có tính độc hại cao) và sau đó làm sạch sản phẩm bằng NaOH để tạo thành SF₆. 

Ngoài ra, sử dụng brom, lưu huỳnh hexafluoride có thể được tổng hợp từ SF₄ và CoF₃ ở nhiệt độ thấp hơn (100 ℃), như sau:^[7]

2CoF₃ + SF₄ (xúc tác Br₂)→ SF₆ + 2CoF₂

Hầu như không có phản ứng hóa học cho SF₆. Đặc điểm chính của SF₆ là sự cản trở steric của nguyên tử lưu huỳnh, trong khi các hexafluoride nhóm 16 của nó nặng hơn, SeF₆ có phản ứng mạnh hơn SF₆ do những trở ngại ít hơn steric.^[8] Nó không phản ứng với natri nóng chảy dưới điểm sôi của nó,^[9] nhưng lại phản ứng tỏa nhiệt với lithi.

Ứng dụng

Cho đến năm 2000, ngành công nghiệp điện lực ước tính sử dụng khoảng 80% trên tổng lượng lưu huỳnh hexafluoride được sản xuất, hầu hết là ở vai trò một khí điện môi.^[10] Một số ứng dụng khác tính đến 2015 bao gồm: dùng làm chất để khắc silic trong sản xuất chất bán dẫn, và dùng làm khí trơ cho việc đúc kim loại magnesi.^[11]

Môi trường điện môi

SF₆ được sử dụng trong ngành điện với vai trò là một môi trường điện môi dạng khí dùng cho các bộ ngắt mạch lưu huỳnh hexafluoride cao áp, thiết bị chuyển mạch, những thiết bị điện khác, và thường sẽ thay thế những bộ ngắt mạch dùng dầu chứa các hợp chất PCB (polychlorinated biphenyls) có hại.

Khí SF₆, dưới tác dụng của áp suất, được sử dụng làm chất cách điện trong thiết bị chuyển mạch GIS (gas insulated switchgear) vì nó có độ bền điện môi cao hơn rất nhiều so với không khí, hay là nitơ khô. Độ bền điện môi cao - chính là kết quả của độ âm điện và khối lượng riêng lớn của lưu huỳnh hexafluoride. Nhờ tính chất này, việc giảm thiểu kích cỡ các thiết bị điện đã trở nên khả thi. Từ đó làm cho GIS phù hợp với nhiều mục đích nhất định, chẳng hạn như bố trí trong nhà, trái với những thiết bị điện được cách nhiệt bởi không khí (air-insulated electrical gear) mà chúng chiếm diện tích nhiều hơn một cách đáng kể.

GIS còn có khả năng chống chịu tốt hơn trước những tác động xấu của ô nhiễm và khí hậu, cũng như đáng tin cậy hơn trong việc hoạt động dài hạn do môi trường hoạt động có sự điều chỉnh của nó. Sự tiếp xúc với hồ quang điện sẽ dẫn đến việc lưu huỳnh hexafluoride bị phân hủy, tuy nhiên hầu hết sản phẩm phân hủy sẽ tái tạo lại phân tử một cách nhanh chóng - quá trình này gọi là “tự phục hồi” (self-healing).^[12] Hồ quang điện hay vầng quang điện có thể tạo ra disulfur decafluoride, một loại khí rất độc, độc tính có thể sánh ngang với phosgene. Disulfur decafluoride từng được xem như là một vũ khí hóa học tiềm năng trong Đệ nhị Thế chiến, bởi vì nó không gây ra các triệu chứng như chảy nước mắt hay kích ứng da, do vậy khi chẳng may tiếp xúc với disulfur decafluoride thì cũng chỉ có rất ít dấu hiệu để cảnh báo.

Lưu huỳnh hexafluoride cũng hay gặp dưới dạng một chất điện môi cao áp trong nguồn cung điện áp cao của các máy gia tốc hạt, điển hình như máy phát Van de Graaff, máy gia tốc pelletron và kính hiển vi điện tử truyền qua điện cao thế.

Các lựa chọn thay thế cho lưu huỳnh hexafluoride (ở vai trò là một khí điện môi) bao gồm hàng loạt các fluoroketon.^[13][14]

Xem thêm

• Selen hexafluoride
• Telu hexafluoride
• Process for Measuring the Degradation of Sulfur Hexafluoride in High-voltage Systems Bằng sáng chế Hoa Kỳ số 4.633.082

Tham khảo

1. “Sulfur Hexafluoride - PubChem Public Chemical Database”. PubChem. National Center for Biotechnology Information. Lưu trữ bản gốc ngày 3 tháng 11 năm 2012. Truy cập ngày 22 tháng 2 năm 2013.
2. ^ “NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards #0576”. Viện An toàn và Sức khỏe Nghề nghiệp Quốc gia Hoa Kỳ (NIOSH).
3. Assael, M. J.; Koini, I. A.; Antoniadis, K. D.; Huber, M. L.; Abdulagatov, I. M.; Perkins, R. A. (2012). “Reference Correlation of the Thermal Conductivity of Sulfur Hexafluoride from the Triple Point to 1000 K and up to 150 MPa”. Journal of Physical and Chemical Reference Data. 41 (2): 023104–023104–9. Bibcode:2012JPCRD..41b3104A. doi:10.1063/1.4708620. ISSN 0047-2689.
4. Assael, M. J.; Kalyva, A. E.; Monogenidou, S. A.; Huber, M. L.; Perkins, R. A.; Friend, D. G.; May, E. F. (2018). “Reference Values and Reference Correlations for the Thermal Conductivity and Viscosity of Fluids”. Journal of Physical and Chemical Reference Data. 47 (2): 021501. Bibcode:2018JPCRD..47b1501A. doi:10.1063/1.5036625. ISSN 0047-2689. PMC 6463310. PMID 30996494.
5. ^ Zumdahl, Steven S. (2009). Chemical Principles 6th Ed. Houghton Mifflin Company. tr. A23. ISBN 978-0-618-94690-7.
6. Busenberg, Eurybiades; Plummer, L. Niel (tháng 10 năm 2000). “Dating young groundwater with sulfur hexafluoride: Natural and anthropogenic sources of sulfur hexafluoride”. Water Resources Research (bằng tiếng Anh). 36 (10): 3011–3030. doi:10.1029/2000WR900151. ISSN 0043-1397.
7. Winter, R. W.; Pugh, J. R.; Cook, P. W. (January 9–14, 2011). SF₅Cl, SF₄ and SF₆: Their Bromine−facilitated Production & a New Preparation Method for SF₅Br. 20th Winter Fluorine Conference.
8. Duward Shriver; Peter Atkins (2010). Inorganic Chemistry. W. H. Freeman. tr. 409. ISBN 978-1429252553.
9. Raj, Gurdeep (2010). Advanced Inorganic Chemistry: Volume II (ấn bản thứ 12). GOEL Publishing House. tr. 160. 160
10. Dervos, Constantine T.; Vassiliou, Panayota (tháng 1 năm 2000). “Sulfur Hexafluoride (SF 6 ): Global Environmental Effects and Toxic Byproduct Formation”. Journal of the Air & Waste Management Association (bằng tiếng Anh). 50 (1): 137–141. doi:10.1080/10473289.2000.10463996. ISSN 1096-2247.
11. Ottinger, Deborah; Averyt, Mollie; Harris, Deborah (18 tháng 12 năm 2015). “US consumption and supplies of sulphur hexafluoride reported under the greenhouse gas reporting program”. Journal of Integrative Environmental Sciences (bằng tiếng Anh). 12 (sup1): 5–16. doi:10.1080/1943815X.2015.1092452. ISSN 1943-815X.
12. “Original PDF”. dx.doi.org. Truy cập ngày 24 tháng 6 năm 2024.
13. http://ljournal.ru/article/spc-22-12-2017-29.pdf. МНИФ «Общественная наука». 2017. Liên kết ngoài trong |title= (trợ giúp)
14. Kieffel, Yannick; Biquez, François (tháng 8 năm 2015). “SF 6 alternative development for high voltage switchgears”. IEEE: 379–383. doi:10.1109/ICACACT.2014.7223577. ISBN 978-1-4799-7352-1.

Đọc thêm

• “Sulfur hexafluoride”. Air Liquide Gas Encyclopedia. Lưu trữ bản gốc ngày 31 tháng 3 năm 2012. Truy cập ngày 22 tháng 2 năm 2013.
• Christophorou, Loucas G.; Isidor Sauers biên tập (1991). Gaseous Dielectrics VI. Plenum Press. ISBN 978-0-306-43894-3.
• Holleman, A. F.; Wiberg, E. (2001). Inorganic Chemistry. San Diego: Academic Press. ISBN 0-12-352651-5.
• Khalifa, Mohammad (1990). High-Voltage Engineering: Theory and Practice. New York: Marcel Dekker. ISBN 978-0-8247-8128-6. OCLC 20595838.
• Maller, V. N.; Naidu, M. S. (1981). Advantages in High Voltage Insulation and Arc Interruption in SF₆ and Vacuum. Oxford; New York: Pergamon Press. ISBN 978-0-08-024726-7. OCLC 7866855.
• SF₆ Reduction Partnership for Electric Power Systems
• Matt McGrath (ngày 13 tháng 9 năm 2019). “Climate change: Electrical industry's 'dirty secret' boosts warming”. BBC News. Truy cập ngày 14 tháng 9 năm 2019.

Liên kết ngoài

• Thông tin về florua và các hợp chất— National Pollutant Inventory
• Khí GWP cao và biến đổi khí hậu từ website Cục Bảo vệ Môi sinh Hoa Kỳ
• International Conference on SF₆ and the Environment (related archive)
• CDC - NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards