he li 2020

Sulfur hexafluoride (SF6)

SF6 là một loại khí nhân tạo mang lại rất nhiều ứng dụng hữu ích trong công nghiệp

Sulfur hexafluoride (SF6) là một loại khí nhà kính vô cơ, không màu, không mùi, không bắt lửa, không độc hại nhưng cực kỳ mạnh và là chất cách điện tuyệt vời .

SF6 có dạng hình học bát diện , bao gồm sáu nguyên tử flo gắn với một nguyên tử lưu huỳnh. Nó là một phân tử hypervalent. Điển hình cho một loại khí không phân cực, Sulfur hexafluoride (SF6) hòa tan kém trong nước nhưng khá hòa tan trong dung môi hữu cơ không phân cực. SF6 thường được vận chuyển dưới dạng khí nén hóa lỏng. SF6 có mật độ 6,12g/L ở điều kiện mực nước biển. Mật độ này cao hơn đáng kể so với mật độ không khí (1,225g/L).

Tổng hợp và phản ứng

SFcó thể được chuẩn bị từ các yếu tố thông qua tiếp xúc với Ssố 8 đến F2. Đây cũng là phương pháp được sử dụng bởi các nhà nghiên cứu Henri Moissan và Paul Lebeau vào năm 1901. Một số fluoride lưu huỳnh khác được đồng phát, nhưng chúng được loại bỏ bằng cách đun nóng hỗn hợp để làm mất cân bằng bất kỳ S2F10 (có độc tính cao) và sau đó chà sản phẩm bằng NaOH để phá hủy SF còn lại 4.Ngoài ra, sử dụng brom , lưu huỳnh hexafluoride có thể được tổng hợp từ SF4 và CoF3 ở nhiệt độ thấp hơn (ví dụ 100°C), như sau:

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

Hầu như không có phản ứng hóa học cho SF6. Đóng góp chính vào tính trơ của SF6 là sự cản trở không gian của nguyên tử lưu huỳnh, trong khi các nhóm 16 nặng hơn, như SeF 6 có phản ứng mạnh hơn SF 6 do kết quả của sự cản trở ít hơn (xem ví dụ thủy phân). Nó không phản ứng với natri nóng chảy dưới điểm sôi của nó,  nhưng phản ứng tỏa nhiệt với lithium.

Các ứng dụng

Hơn 10.000 tấn SF
6
được sản xuất mỗi năm, hầu hết trong số đó (hơn 8.000 tấn) được sử dụng làm môi trường điện môi dạng khí trong ngành điện . Các ứng dụng chính khác bao gồm khí trơ để đúc magiê và làm trơ cho cửa sổ kính cách nhiệt .

Môi trường điện môi

SF6 được sử dụng trong ngành điện như một môi trường điện môi dạng khí cho các thiết bị ngắt mạch điện áp cao , thiết bị đóng cắt và các thiết bị điện khác , thường thay thế các bộ ngắt mạch chứa đầy dầu (OCBs) có thể chứa PCB gây hại . SF
6
khí dưới áp suất được sử dụng làm chất cách điện trong thiết bị đóng cắt cách điện bằng khí (GIS) vì nó có độ bền điện môi cao hơn nhiều so với không khí hoặc nitơ khô . Độ bền điện môi cao là kết quả của độ âm điện và mật độ cao của khí. Đặc tính này làm cho nó có thể giảm đáng kể kích thước của thiết bị điện. Điều này làm cho GIS phù hợp hơn cho các mục đích nhất định như vị trí trong nhà, trái ngược với thiết bị điện cách điện bằng không khí, chiếm nhiều không gian hơn. Thiết bị điện cách điện bằng khí cũng có khả năng chống lại tác động của ô nhiễm và khí hậu tốt hơn, cũng như đáng tin cậy hơn trong hoạt động lâu dài vì môi trường hoạt động được kiểm soát của nó. Tiếp xúc với hồ quang phá vỡ hóa học SFmặc dù hầu hết các sản phẩm phân hủy có xu hướng nhanh chóng tạo lại SF6, một quá trình gọi là “tự phục hồi”.  Arcing hoặc corona có thể tạo ra disulfur decafluoride ( S2F10), Một cao độc khí, với độc tính tương tự như phosgene . S2F10đã được coi là một tác nhân chiến tranh hóa học tiềm năng trong Thế chiến II vì nó không tạo ra sự bôi nhọ hoặc kích ứng da, do đó cung cấp rất ít cảnh báo về phơi nhiễm.

SFcũng thường gặp như một chất điện môi cao áp trong các nguồn cung cấp điện áp cao của máy gia tốc hạt , như máy phát điện Van de Graaff và Pelletrons và kính hiển vi điện tử truyền qua điện áp cao .


Sử dụng y tế

Các lựa chọn thay thế cho SFnhư một loại khí điện môi bao gồm một số fluoroketone.

SFđược sử dụng để cung cấp một tamponade hoặc phích cắm của lỗ võng mạc trong các hoạt động sửa chữa bong võng mạc  dưới dạng bong bóng khí. Nó trơ trong buồng thủy tinh và ban đầu tăng gấp đôi thể tích của nó trong 36 giờ trước khi được hấp thụ vào máu trong 10 – 14 ngày.

SFđược sử dụng như một tác nhân tương phản cho hình ảnh siêu âm . Các vi sinh vật lưu huỳnh hexafluoride được dùng trong dung dịch thông qua tiêm vào tĩnh mạch ngoại vi. Những vi sinh vật này tăng cường khả năng hiển thị của các mạch máu để siêu âm. Ứng dụng này đã được sử dụng để kiểm tra mạch máu của các khối u.  Nó vẫn còn nhìn thấy trong máu từ 3 đến 8 phút và được phổi thở ra.

Hợp chất tracer

Lưu huỳnh hexafluoride là khí đánh dấu được sử dụng trong hiệu chuẩn mô hình phân tán không khí đường bộ đầu tiên; chương trình nghiên cứu này được tài trợ bởi Cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ và được thực hiện tại Sunnyvale, California trên Quốc lộ 101 Hoa Kỳ . SFđược sử dụng làm khí đánh dấu trong các thí nghiệm ngắn hạn về hiệu quả thông gió trong các tòa nhà và vỏ bọc trong nhà, và để xác định tốc độ xâm nhập . Hai yếu tố chính khuyến nghị sử dụng: nồng độ của nó có thể được đo với độ chính xác thỏa đáng ở nồng độ rất thấp và bầu khí quyển của Trái đất có nồng độ SF6 không đáng kể.

Lưu huỳnh hexafluoride đã được sử dụng làm khí thử nghiệm không độc hại trong một thí nghiệm tại nhà ga ống St. John’s Wood ở London , Vương quốc Anh vào ngày 25 tháng 3 năm 2007 Khí được thải ra khắp trạm và được theo dõi khi nó trôi đi xung quanh. Mục đích của thí nghiệm, đã được Bộ trưởng Bộ Giao thông Vận tải Douglas Alexander công bố trước đó vào tháng 3 , là để điều tra làm thế nào khí độc có thể lan khắp các nhà ga và tòa nhà ngầm ở Luân Đôn trong một cuộc tấn công khủng bố.

Lưu huỳnh hexafluoride cũng thường xuyên được sử dụng làm khí tracer trong thử nghiệm ngăn chặn khói phòng thí nghiệm. Khí được sử dụng trong giai đoạn cuối của trình độ máy hút khói ASHRAE 110. Một chùm khí được tạo ra bên trong tủ hút và một loạt các thử nghiệm được thực hiện trong khi máy phân tích khí được bố trí bên ngoài các mẫu máy hút mùi cho SF6 để xác minh tính chất ngăn chặn của tủ hút.

Nó đã được sử dụng thành công như một chất đánh dấu trong hải dương học để nghiên cứu pha trộn diapycnal và trao đổi khí không khí biển.

Công dụng khác

  • Các Hải quân Hoa Kỳ ‘s Đánh dấu 50 ngư lôi đóng Rankine chu kỳ hệ thống động cơ đẩy được cung cấp bởi hexafluoride lưu huỳnh trong một phản ứng tỏa nhiệt với rắn lithium .
  • SF6 plasma cũng được sử dụng trong ngành công nghiệp bán dẫn như một etchant . SFphân hủy trong huyết tương thành lưu huỳnh và flo, plasma flo thực hiện quá trình ăn mòn.
  • Các magiê ngành công nghiệp sử dụng một lượng lớn SFnhư khí trơ để điền vào các hình thức đúc.
  • Tạo áp suất cho các ống dẫn sóng trong các hệ thống vi sóng công suất cao . Khí cách nhiệt ống dẫn sóng, ngăn chặn nội lực.
  • Đã được sử dụng trong các loa tĩnh điện vì độ bền điện môi cao và trọng lượng phân tử cao.
  • Đã được sử dụng để lấp đầy túi Nike Air trong tất cả các đôi giày của họ từ năm 1992-2006.
  • Nguyên liệu để sản xuất vũ khí hóa học disulfur decafluoride .
  • Đối với mục đích giải trí, khi thở, SF6làm cho giọng nói trở nên sâu hơn đáng kể, do mật độ của nó cao hơn không khí rất nhiều, như đã thấy trong video này, ở đây . Điều này có liên quan đến tác dụng nổi tiếng hơn của việc hít khí heli mật độ thấp , khiến giọng nói của ai đó trở nên cao hơn nhiều. Cả hai tác dụng này chỉ nên được cố gắng thận trọng vì các khí này thay thế oxy mà phổi đang cố gắng trích xuất từ ​​không khí. Lưu huỳnh hexafluoride cũng gây tê nhẹ.
  • Đối với các cuộc biểu diễn khoa học / phép thuật là “nước vô hình” vì một chiếc thuyền lá nhẹ có thể được thả nổi trong một chiếc xe tăng, cũng như một quả bóng bay đầy không khí

Khí gây hiệu ứng nhà kính

Theo Hội đồng liên chính phủ về biến đổi khí hậu , SFlà loại khí nhà kính mạnh nhất mà nó đã đánh giá, với tiềm năng nóng lên toàn cầu là 23.900 lần so với COkhi so sánh trong khoảng thời gian 100 năm. Lưu huỳnh hexafluoride trơ trong tầng đối lưu và tầng bình lưu và tồn tại rất lâu, với tuổi thọ khí quyển ước tính là 800 đến 3.200 năm.

Các phép đo của SF6 cho thấy tỷ lệ pha trộn trung bình toàn cầu của nó đã tăng khoảng 0,2 phần nghìn tỷ mỗi năm lên hơn 9 ppt vào tháng 2 năm 2018. Nồng độ SF6 toàn cầu trung bình tăng khoảng bảy phần trăm mỗi năm trong thời gian Những năm 1980 và 1990, chủ yếu là kết quả của việc sử dụng nó trong ngành sản xuất magiê , và bởi các nhà sản xuất điện và điện tử. Với lượng nhỏ SF6 được giải phóng so với carbon dioxide , đóng góp chung của nó vào sự nóng lên toàn cầu được ước tính là ít hơn 0,2%. Các lựa chọn thay thế đang được thử nghiệm.

Tại châu Âu, SFnằm trong chỉ thị F-Gas cấm hoặc kiểm soát việc sử dụng nó cho một số ứng dụng. Kể từ ngày 1 tháng 1 năm 2006, SFbị cấm dưới dạng khí đánh dấu và trong tất cả các ứng dụng ngoại trừ thiết bị đóng cắt điện áp cao . Báo cáo vào năm 2013 rằng Bộ Năng lượng Hoa Kỳ đã nỗ lực trong ba năm để xác định và khắc phục rò rỉ tại các phòng thí nghiệm của mình ở Hoa Kỳ như Phòng thí nghiệm Vật lý Plasma Princeton , nơi khí được sử dụng làm điện áp cao chất cách điện, đã được sản xuất, cắt giảm rò rỉ hàng năm 16.000 kg (35.000 pounds). Điều này được thực hiện bằng cách so sánh mua hàng với hàng tồn kho, giả sử sự khác biệt đã bị rò rỉ, sau đó xác định vị trí và sửa chữa rò rỉ.

Tác dụng sinh lý và biện pháp phòng ngừa

Giống như xenon , lưu huỳnh hexafluoride là một loại khí không độc hại, nhưng bằng cách thay thế oxy trong phổi, nó cũng có nguy cơ gây ngạt nếu hít quá nhiều. Vì nó đậm đặc hơn không khí, một lượng khí đáng kể, khi được giải phóng, sẽ lắng xuống ở những vùng trũng thấp và có nguy cơ gây ngạt đáng kể nếu khu vực này được đưa vào. Điều đó đặc biệt có liên quan đến việc sử dụng nó như một chất cách điện trong thiết bị điện vì công nhân có thể ở trong rãnh hoặc hố bên dưới thiết bị có chứa SF6.Như với tất cả các khí, mật độ của SFảnh hưởng đến tần số cộng hưởng của đường hô hấp, do đó thay đổi mạnh mẽ chất lượng âm thanh, hay âm sắc của những người hít vào. Nó không ảnh hưởng đến các rung động của nếp gấp thanh nhạc. Mật độ lưu huỳnh hexafluoride tương đối cao ở nhiệt độ và áp suất phòng do khối lượng mol lớn của khí . Không giống như helium , có khối lượng mol khoảng 4 g / mol và phát ra tiếng nói, SFcó khối lượng mol khoảng 146g/mol và tốc độ âm thanh qua khí khoảng 134m/s ở nhiệt độ phòng, làm cho giọng nói trầm xuống. Để so sánh, khối lượng mol của không khí, khoảng 80% nitơ và 20% oxy, xấp xỉ 30g/mol dẫn đến tốc độ âm thanh 343m/s.Lưu huỳnh hexafluoride có hiệu lực gây mê thấp hơn một chút so với oxit nitơ; Lưu huỳnh hexafluoride được phân loại là thuốc gây tê nhẹ.

icons8-exercise-96 challenges-icon chat-active-icon