El hexafluoruro de azufre (SF 6 ) o hexafluoruro de azufre ( ortografía británica ), es un gas de efecto invernadero extremadamente potente y persistente que se utiliza principalmente como aislante eléctrico y supresor de arco . [7] [8] Es inorgánico , incoloro, inodoro, no inflamable y no tóxico. SF
6tiene una geometría octaédrica , que consta de seis átomos de flúor unidos a un átomo de azufre central. Es una molécula hipervalente .
Nombres | |||
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Nombre IUPAC Hexafloruro de azufre | |||
Nombre IUPAC sistemático Hexafluoro-λ 6- sulfano [1] | |||
Otros nombres Elagas Fluoruro de Esaflon | |||
Identificadores | |||
Modelo 3D ( JSmol ) | |||
CHEBI | |||
ChemSpider | |||
Tarjeta de información ECHA | 100.018.050 | ||
Número CE |
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2752 | |||
KEGG | |||
Malla | Azufre + hexafluoruro | ||
PubChem CID | |||
Número RTECS |
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UNII | |||
un numero | 1080 | ||
Tablero CompTox ( EPA ) | |||
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Propiedades | |||
SF 6 | |||
Masa molar | 146,06 g / mol | ||
Apariencia | Gas incoloro | ||
Olor | inodoro [2] | ||
Densidad | 6,17 g / L | ||
Punto de fusion | -64 ° C; -83 ° F; 209 K | ||
Punto de ebullición | −50,8 ° C (−59,4 ° F; 222,3 K) | ||
Punto crítico ( T , P ) | 45,51 ± 0,1 ° C ,3,749 ± 0,01 MPa [3] | ||
0,003% (25 ° C) [2] | |||
Solubilidad | ligeramente soluble en agua, muy soluble en etanol, hexano, benceno | ||
Presión de vapor | 2,9 MPa (a 21,1 ° C) | ||
Susceptibilidad magnética (χ) | −44,0 × 10 −6 cm 3 / mol | ||
Conductividad térmica |
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Viscosidad | 15,23 μPa · s [5] | ||
Estructura | |||
Estructura cristalina | Ortorrómbico , OP28 | ||
Grupo espacial | O h | ||
Geometría de coordinación | Hexagonal ortogonal | ||
Forma molecular | Octaédrico | ||
Momento bipolar | 0 D | ||
Termoquímica | |||
Capacidad calorífica ( C ) | 0.097 kJ / (mol · K) (presión constante) | ||
Entropía molar estándar ( S | 292 J · mol −1 · K −1 [6] | ||
Entalpía estándar de formación (Δ f H ⦵ 298 ) | −1209 kJ · mol −1 [6] | ||
Farmacología | |||
Código ATC | V08DA05 ( OMS ) | ||
Datos de licencia |
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Peligros | |||
Ficha de datos de seguridad | MSDS externa | ||
Frases S (desactualizadas) | S38 | ||
NFPA 704 (diamante de fuego) | 1 0 0 SA | ||
NIOSH (límites de exposición a la salud de EE. UU.): | |||
PEL (permitido) | TWA 1000 ppm (6000 mg / m 3 ) [2] | ||
REL (recomendado) | TWA 1000 ppm (6000 mg / m 3 ) [2] | ||
IDLH (peligro inmediato) | ND [2] | ||
Compuestos relacionados | |||
Fluoruros de azufre relacionados | Decafluoruro de disulfuro Tetrafluoruro de azufre | ||
Compuestos relacionados | Hexafluoruro de selenio Fluoruro de sulfurilo | ||
Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para materiales en su estado estándar (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa). | |||
verificar ( ¿qué es ?) | |||
Referencias de Infobox | |||
Típico para un gas no polar , SF
6es poco soluble en agua pero bastante soluble en disolventes orgánicos apolares. Tiene una densidad de 6,12 g / L a nivel del mar, considerablemente más alta que la densidad del aire (1,225 g / L). Generalmente se transporta como gas comprimido licuado .
La concentración de SF
6en la troposfera de la Tierra alcanzó 10 partes por billón (ppt) en el año 2019, aumentando a 0,35 ppt / año. [9] El aumento durante los 40 años anteriores fue impulsado en gran parte por la expansión del sector de la energía eléctrica, incluidas las emisiones fugitivas de los bancos de SF.
6gas contenido en su aparamenta de media y alta tensión . Los usos en la fabricación de magnesio, aluminio y productos electrónicos también aceleraron el crecimiento atmosférico. [10]
Síntesis y reacciones
El hexafluoruro de azufre en la Tierra existe principalmente como un gas industrial creado por el hombre y también se ha encontrado que se produce de forma natural. [11]
SF
6se puede preparar a partir de los elementos mediante la exposición de S8a F2. Este también fue el método utilizado por los descubridores Henri Moissan y Paul Lebeau en 1901. Algunos otros fluoruros de azufre se cogeneran, pero estos se eliminan calentando la mezcla para desproporcionar cualquier S2F10(que es altamente tóxico) y luego frotando el producto con NaOH para destruir el SF restante4.
Alternativamente, utilizando bromo , se puede sintetizar hexafluoruro de azufre a partir de SF 4 y CoF 3 a temperaturas más bajas (por ejemplo, 100 ° C), de la siguiente manera: [12]
Prácticamente no hay química de reacción para SF
6. Una contribución principal a la inercia del SF 6 es el impedimento estérico del átomo de azufre, mientras que sus homólogos más pesados del grupo 16, como el SeF 6, son más reactivos que el SF 6 como resultado de un impedimento menos estérico (ver ejemplo de hidrólisis). [13] No reacciona con el sodio fundido por debajo de su punto de ebullición, [14] pero reacciona exotérmicamente con el litio .
Aplicaciones
La industria de la energía eléctrica utilizó alrededor del 80% del hexafluoruro de azufre producido en el año 2000, principalmente como medio dieléctrico gaseoso . [15] Otros usos principales a partir del año 2015 incluyeron un grabador de silicio para la fabricación de semiconductores y un gas inerte para la fundición de magnesio . [dieciséis]
Medio dieléctrico
SF
6se utiliza en la industria eléctrica como un medio dieléctrico gaseoso para alta tensión disyuntores hexafluoruro de azufre , de conmutación , y otra eléctrica equipos, a menudo la sustitución de los disyuntores en aceite (de OCBS) que pueden contener nocivos bifenilos policlorados (PCB). SF
6El gas a presión se utiliza como aislante en aparamenta aislada con gas (GIS) porque tiene una rigidez dieléctrica mucho más alta que el aire o el nitrógeno seco . La alta rigidez dieléctrica es el resultado de la alta electronegatividad y densidad del gas . Esta propiedad permite reducir significativamente el tamaño de los equipos eléctricos. Esto hace que el GIS sea más adecuado para ciertos propósitos, como la colocación en interiores, a diferencia de los equipos eléctricos con aislamiento de aire, que ocupa mucho más espacio.
Los equipos eléctricos con aislamiento de gas también son más resistentes a los efectos de la contaminación y el clima, además de ser más confiables en el funcionamiento a largo plazo debido a su entorno operativo controlado. La exposición a un arco descompone químicamente SF
6aunque la mayoría de los productos de descomposición tienden a volver a formar rápidamente SF
6, un proceso denominado "autocuración". [17] La formación de arco o corona puede producir decafluoruro de disulfuro ( S2F10), un gas altamente tóxico , con una toxicidad similar a la del fosgeno . S
2F
10fue considerado un agente potencial de guerra química en la Segunda Guerra Mundial porque no produce lagrimeo o irritación de la piel, por lo que brinda poca advertencia de exposición.
SF
6También se encuentra comúnmente como un dieléctrico de alto voltaje en los suministros de alto voltaje de los aceleradores de partículas , como los generadores Van de Graaff y Pelletrons y los microscopios electrónicos de transmisión de alto voltaje .
Alternativas a SF
6como gas dieléctrico incluyen varias fluorocetonas. [18] [19] Se ha introducido la tecnología GIS compacta que combina la conmutación por vacío con aislamiento de aire limpio para un subconjunto de aplicaciones de hasta 420 kV . [20]
Uso medico
SF
6se utiliza para taponar o taponar un orificio retiniano en operaciones de reparación de desprendimiento de retina [21] en forma de burbuja de gas. Es inerte en la cámara vítrea [22] e inicialmente duplica su volumen en 36 horas antes de ser absorbido en la sangre en 10-14 días. [23]
SF
6se utiliza como agente de contraste para la obtención de imágenes por ultrasonido . Las microburbujas de hexafluoruro de azufre se administran en solución mediante inyección en una vena periférica. Estas microburbujas mejoran la visibilidad de los vasos sanguíneos al ultrasonido. Esta aplicación se ha utilizado para examinar la vascularización de los tumores. [24] Permanece visible en la sangre durante 3 a 8 minutos y es exhalado por los pulmones. [25]
Compuesto trazador
El hexafluoruro de azufre fue el gas trazador utilizado en la primera calibración del modelo de dispersión de aire en carreteras ; este programa de investigación fue patrocinado por la Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. y se llevó a cabo en Sunnyvale, California, en la autopista 101 de EE . [26] SF gaseoso
6se utiliza como gas trazador en experimentos a corto plazo de eficiencia de ventilación en edificios y recintos interiores, y para determinar las tasas de infiltración . Dos factores principales recomiendan su uso: su concentración se puede medir con precisión satisfactoria a concentraciones muy bajas, y la atmósfera de la Tierra tiene una concentración insignificante de SF.
6.
El hexafluoruro de azufre se utilizó como gas de prueba no tóxico en un experimento en la estación de metro St. John's Wood en Londres , Reino Unido, el 25 de marzo de 2007. [27] El gas se liberó por toda la estación y se controló a medida que se desplazaba. El propósito del experimento, que había sido anunciado a principios de marzo por el Secretario de Estado de Transporte, Douglas Alexander , era investigar cómo el gas tóxico podría extenderse por las estaciones y edificios del metro de Londres durante un ataque terrorista.
El hexafluoruro de azufre también se utiliza de forma rutinaria como gas trazador en las pruebas de contención de campanas extractoras de laboratorio. El gas se utiliza en la etapa final de la calificación de la campana extractora ASHRAE 110. Se genera una columna de gas dentro de la campana de humos y se realiza una batería de pruebas mientras un analizador de gas dispuesto fuera de la campana toma muestras de SF 6 para verificar las propiedades de contención de la campana de humos.
Se ha utilizado con éxito como trazador en oceanografía para estudiar la mezcla diapícnal y el intercambio de gases de aire y mar.
Otros usos
- La industria del magnesio usa SF
6como un "gas de cobertura" inerte para evitar la oxidación durante la fundición . [28] Una vez que fue el mayor usuario, el consumo ha disminuido considerablemente con la captura y el reciclaje. [10] - Las ventanas de acristalamiento aislante lo han utilizado como relleno para mejorar su rendimiento de aislamiento térmico y acústico. [29] [30]
- SF
6 El plasma se utiliza en la industria de los semiconductores como grabador en procesos como el grabado profundo de iones reactivos . Una pequeña fracción del SF
6se descompone en el plasma en azufre y flúor, y los iones de flúor realizan una reacción química con el silicio. [31] - Los neumáticos llenos de él tardan más en desinflarse debido a la difusión a través del caucho debido al mayor tamaño de la molécula. [29]
- Nike también lo utilizó para obtener una patente y para llenar las bolsas acolchadas en todos sus zapatos con la marca "Air" de 1992 a 2006. [32] Se utilizaron 277 toneladas durante el pico en 1997. [29]
- La marina de Estados Unidos 's de Mark 50 torpedo cerrado del ciclo de Rankine sistema de propulsión es accionado por hexafluoruro de azufre en una reacción exotérmica con sólido de litio . [33]
- Las guías de ondas en los sistemas de microondas de alta potencia se presurizan con él. El gas aísla eléctricamente la guía de ondas, evitando la formación de arcos internos.
- Los altavoces electrostáticos lo han utilizado debido a su alta rigidez dieléctrica y alto peso molecular. [34]
- El decafluoruro de disulfuro, arma química, se produce con él como materia prima .
- Para fines de entretenimiento, cuando se respira, SF
6hace que la voz se vuelva significativamente más profunda, debido a que su densidad es mucho más alta que el aire, como se ve en este video . Esto está relacionado con el efecto más conocido de respirar helio de baja densidad , que hace que la voz de alguien se vuelva mucho más alta. Ambos efectos solo deben intentarse con precaución, ya que estos gases desplazan el oxígeno que los pulmones intentan extraer del aire. El hexafluoruro de azufre también es levemente anestésico. [35] - Para demostraciones científicas / magia como "agua invisible", ya que un bote ligero puede flotar en un tanque, al igual que un globo lleno de aire.
Gases de efecto invernadero
Hexafluoruro de azufre (SF 6 ) medido por el Experimento avanzado de gases atmosféricos globales ( AGAGE ) en la atmósfera inferior ( troposfera ) en estaciones de todo el mundo. Las abundancias se dan como fracciones molares medias mensuales libres de contaminación en partes por billón .
Abundancia y tasa de crecimiento de SF
6en la troposfera de la Tierra (1978-2018). [10]Concentración atmosférica de SF 6 frente a gases artificiales similares (gráfico de la derecha). Tenga en cuenta la escala logarítmica.
Según el Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático , SF
6es el gas de efecto invernadero más potente que se ha evaluado, con un potencial de calentamiento global de 23,900 veces mayor que el del CO2en comparación con un período de 100 años. [36] El hexafluoruro de azufre es inerte en la troposfera y la estratosfera y tiene una vida extremadamente larga, con una vida atmosférica estimada de 800 a 3200 años. [37]
Las mediciones de SF 6 muestran que su proporción de mezcla promedio global ha aumentado desde una base constante de aproximadamente 54 partes por cuatrillón [11] antes de la industrialización, a más de 10 partes por billón (ppt) en abril de 2020, y está aumentando en aproximadamente 0,35 ppt (3,5 por ciento) por año. [9] [38] Las concentraciones globales promedio de SF 6 aumentaron alrededor de un siete por ciento por año durante las décadas de 1980 y 1990, principalmente como resultado de su uso en la producción de magnesio y por empresas eléctricas y fabricantes de productos electrónicos. Dadas las pequeñas cantidades de SF 6 liberadas en comparación con el dióxido de carbono , su contribución individual general al calentamiento global se estima en menos del 0,2 por ciento, [39] sin embargo, la contribución colectiva de él y de gases halogenados artificiales similares ha alcanzado alrededor del 10 por ciento. a partir del año 2020. [40] Se están probando alternativas. [41] [42]
En Europa, SF
6cae bajo la directiva de gases fluorados que prohíbe o controla su uso para varias aplicaciones. [7] Desde el 1 de enero de 2006, SF
6está prohibido como gas trazador y en todas las aplicaciones excepto en aparamenta de alta tensión . [43] Se informó en 2013 que un esfuerzo de tres años por parte del Departamento de Energía de los Estados Unidos para identificar y reparar fugas en sus laboratorios en los Estados Unidos, como el Laboratorio de Física del Plasma de Princeton , donde el gas se usa como un alto voltaje aislante, había sido productivo, reduciendo las fugas anuales en 1.030 kilogramos (2.280 libras). Esto se hizo comparando las compras con el inventario, asumiendo que la diferencia se filtró y luego localizando y reparando las fugas. [44]
Efectos fisiológicos y precauciones.
Al igual que el xenón , el hexafluoruro de azufre es un gas no tóxico, pero al desplazar el oxígeno en los pulmones, también conlleva el riesgo de asfixia si se inhala demasiado. [45] Dado que es más denso que el aire, una cantidad sustancial de gas, cuando se libera, se deposita en áreas bajas y presenta un riesgo significativo de asfixia si se ingresa al área. Eso es particularmente relevante para su uso como aislante en equipos eléctricos, ya que los trabajadores pueden estar en zanjas o pozos debajo de equipos que contienen SF.
6. [46]
Como con todos los gases, la densidad de SF
6afecta las frecuencias de resonancia del tracto vocal, cambiando así drásticamente las cualidades del sonido vocal, o timbre , de quienes lo inhalan. No afecta las vibraciones de las cuerdas vocales. La densidad del hexafluoruro de azufre es relativamente alta a temperatura y presión ambiente debido a la gran masa molar del gas . A diferencia del helio , que tiene una masa molar de aproximadamente 4 g / mol y eleva la voz, SF
6tiene una masa molar de aproximadamente 146 g / mol, y la velocidad del sonido a través del gas es de aproximadamente 134 m / sa temperatura ambiente, bajando la voz. A modo de comparación, la masa molar del aire, que es aproximadamente un 80% de nitrógeno y un 20% de oxígeno, es de aproximadamente 30 g / mol, lo que conduce a una velocidad del sonido de 343 m / s. [47]
El hexafluoruro de azufre tiene una potencia anestésica ligeramente menor que la del óxido nitroso ; [48] El hexafluoruro de azufre se clasifica como un anestésico suave. [49]
Ver también
- Hexafluoruro de selenio
- Hexafluoruro de telurio
- Hexafluoruro de uranio
- Molécula hipervalente
- Halocarbono: otro grupo de importantes gases de efecto invernadero
Referencias
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Otras lecturas
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- Asociación de reducción SF 6 para sistemas de energía eléctrica
- Matt McGrath (13 de septiembre de 2019). "Cambio climático: 'secreto sucio' de la industria eléctrica impulsa el calentamiento" . BBC News . Consultado el 14 de septiembre de 2019 .
enlaces externos
- Hoja informativa sobre fluoruros y compuestos - Inventario nacional de contaminantes
- Gases de alto GWP y cambio climático del sitio web de la EPA de EE. UU.
- Conferencia internacional sobre SF 6 y el medio ambiente ( archivo relacionado )
- CDC - Guía de bolsillo de NIOSH sobre peligros químicos