Kén-hexafluorid

Kén-hexafluorid
IUPAC-név	kén(VI)-fluorid
Más nevek	kén-hexafluorid
Kémiai azonosítók
CAS-szám	2551-62-4
PubChem	17358
ChemSpider	16425
EINECS-szám	219-854-2
KEGG	D05962
ChEBI	30496
RTECS szám	WS4900000
ATC kód	V08DA05
SMILES FS(F)(F)(F)(F)F
UNII	WS7LR3I1D6
Kémiai és fizikai tulajdonságok
Kémiai képlet	SF6
Moláris tömeg	146,06 g/mol
Megjelenés	színtelen szagtalan gáz
Sűrűség	6,164 g/l, (gáz, 1 bar) 1,329 kg/l, (folyadék, 25 °C) 2510 kg/m³ vagy 2,510 kg/l, (szilárd −50,8 °C)
Olvadáspont	−63,8 °C (209 K) (szublimál)
Forráspont	normál nyomáson nem létezik
Oldhatóság (vízben)	0,003% (25 °C)
Mágneses szuszceptibilitás	−44,0·10−6 cm3/mol
Hővezetés	13,45 mW/(m·K) 25 °C-on 11,42 mW/(m·K) 0 °C-on
Viszkozitás	15,23 μPa·s
Gőznyomás	2,9 MPa (21,1 °C-on)
Kristályszerkezet
Kristályszerkezet	rombos, oP28
Tércsoport	Oh
Koordinációs geometria	derékszögű hatszöges
Molekulaforma	oktaéderes
Dipólusmomentum	0 D
Termokémia
Std. képződési entalpia ΔfHo298	−1209 kJ·mol−1
Standard moláris entrópia So298	292 J·mol−1·K−1
Hőkapacitás, C	0,097 kJ/(mol·K) (állandó nyomáson)
Terápiás előírások
Licenc adat	yes (EU)
Veszélyek
MSDS	külső MSDS
NFPA 704	0 1 0
S mondatok	S38
PEL	TWA 1000 ppm (6000 mg/m3)
Ha másként nem jelöljük, az adatok az anyag standardállapotára (100 kPa) és 25 °C-os hőmérsékletre vonatkoznak.

A kén-hexafluorid (SF₆) szervetlen vegyület. Szobahőmérsékleten gáz halmazállapotú. Molekulaszerkezete oktaéderes; hat fluoratom kapcsolódik egy központi kénatomhoz. Színtelen, szagtalan, nem mérgező és nem gyúlékony. Mivel tipikusan apoláris gáz, vízben alig, de apoláris szerves oldószerekben jól oldódik. Általában sűrített, cseppfolyósított formában szállítják.

Előállítása és reakciói

Előállítható elemi kén és fluor reakciójával, ezt a módszert használták a vegyület felfedezői, Henri Moissan és Paul Lebeau 1901-ben. A reakció erősen exoterm.

$\mathrm {S_{8}\ +24\ F_{2}\longrightarrow 8\ SF_{6}} \qquad \Delta H_{R}^{\ominus }=-1220\mathrm {kJ/mol}$

A folyamat során más kén-fluoridok is keletkeznek, de ezeket el lehet távolítani: ipari előállítása során a keveréket 400 °C-ra hevítik, így a(z erősen mérgező) S₂F₁₀ diszproporcionál:

${\ce {S_2F_{10}-> SF_6\ + SF_4}}$

majd a terméket nátrium-hidroxidos gázmosón átvezetve a maradék SF₄ is elbontható:

${\ce {SF_4 + 6 OH^- -> SO_3^{2-}{+}\ 4 F^- {+}\ 3 H_2O}}$

A kapott kén-hexafluoridot desztillációval tisztítják.

Egy alternatív, brómot alkalmazó módszerrel SF₄ és CoF₃ viszonylag alacsony (pl. 100 °C) hőmérsékleten végzett reakciójával is előállítható: ${\ce {2 CoF_3 + SF_4 + (Br_2) -> SF_6\ + 2 CoF_2\ + (Br_2)}}$

A kén-hexafluoridnak alig ismertek reakciói. Közömbösségét főként a kénatom sztérikusan gátolt volta okozza, míg a 16. csoport nehezebb elemeinek megfelelője, például a szelén-hexafluorid (SeF₆) sztérikusan már kevésbé zsúfolt, és reakcióképesebb. Nem reagál az olvadt nátriummal annak forráspontja alatt, de lítiummal exoterm reakcióba lép.

Folyékony ammóniában az alkálifémek a megfelelő szulfidokká és fluoridokká redukálják:

${\ce {SF_6 + 8 Na -> Na_2S + 6 NaF}}$

Hidrogén-szulfid jelenlétében szinproporciós reakcióban elemi kén és hidrogén-fluorid (HF) keletkezik:

${\ce {2 SF_6 + 6 H_2S -> S_8 + 12 HF}}$

Üvegházhatása

Mauna Loán mért kén-hexafluorid koncentráció

Az Éghajlatváltozási Kormányközi Testület szerint az általuk vizsgáltak közül a SF₆ a legerősebben üvegházhatású gáz, globális felmelegedési potenciálja 100 éves időtartamot tekintve a CO₂-énak 23 900-szerese. Mérések szerint a SF₆ koncentrációja évente kb. 0,2 ppt-t nőve 2018 februárjában 9 ppt volt. A légkörben rendkívül sokáig megmarad, a troposzférában és a sztratoszférában sem lép reakcióba, becsült élettartama 800–3200 év. Átlagos globális koncentrációja évente kb. 7%-kal nőtt az 1980-as és 1990-es években, elsősorban a magnézium előállításához, valamint az elektromos és elektronikai iparban történő felhasználása miatt. Tekintve, hogy a szén-dioxidhoz képest kis mértékű a kibocsátása, a globális felmelegedéshez való hozzájárulása a becslések szerint kevesebb, mint 0,2%.

Európában a SF₆ az F-gáz rendelet hatálya alá tartozik, mely az anyag számos felhasználását szabályozza vagy megtiltja. 2006. január 1. óta nem használható nyomjelző gázként.

Élettani hatásai és óvintézkedések

Érdekessége, hogy kis, biztonságos adag belélegzése során az emberi hang mélyebb lesz. Ennek magyarázata az, hogy az emberi vokális traktus tulajdonképpen egy akusztikus rezonátor. Annak a sajátfrekvenciája egyenesen arányos az üreget kitöltő anyagban uralkodó hangsebességgel. A kén-hexafluoridban pedig 0,44-szor lassabban terjed a hang, mint a levegőben. Ezzel ellentétben a hélium belélegzésekor a hang magasabb lesz, mert a héliumban a hang háromszor gyorsabban terjed, mint a levegőben.

Ezt mutatta be Adam Savage az Állítólag… című televíziós műsorban 2008. szeptember 3-án. A műsor során hélium belélegzésére is sor került, amitől magasabb lett a belélegző hangja.

Habár a kén-hexafluorid belégzése újszerű szórakozás lehet, a mutatvány veszélyessé válhat. Ennek oka, hogy a többi közömbös gázhoz hasonlóan az SF₆ nemcsak az oxigént szorítja ki a tüdőből, hanem a légzési reflexet elsődlegesen kiváltó szén-dioxidot is. Általában elmondható, hogy a sűrű, szagtalan gázok zárt területen fulladást okozhatnak.

Az extrém üvegház hatású anyagokhoz tartozik, légköri lebomlási ideje több ezer év.

Felhasználása

Évente több, mint 10 000 tonnát állítanak elő, melynek nagy részét (több, mint 8000 tonna) dielektrikumként használják fel a villamosiparban. Felhasználják továbbá védőgázként a magnéziumöntés során.

Villamos erőátvitel

A levegőnél ötször nagyobb sűrűsége és jóval nagyobb villamos szilárdsága (az 1...6 bar nyomástartományban kb. 2,5...3-szoros) miatt nagy zárlati teljesítményű hálózatok megszakítóiban alkalmazzák gáztöltetként. A kén-hexafluoridban égő ív azonos gáznyomás és áramerősség esetén jóval kisebb átmérőjű, mint levegőben. Az ív kialvásakor a gáztér ionjainak rekombinációja gyorsabb, és a gáztér villamos szilárdsága sokkal gyorsabban tér vissza.

Ablakok hangszigetelése

A nagy sűrűség jelentős hangcsillapítást eredményez a ragasztott ablaküvegeknél. Ez a hang sebességének nagy mértékű csökkenésével van összefüggésben. Míg a levegőben ez a sebesség 330 m/s, addig a kén-hexafluoridban mindössze 130 m/s. Hőszigetelése viszont rosszabb az erre a célra általánosan használt argonénál.

Gépjárművek gumiabroncsai

1984 óta a németországi gépkocsivezetők levegő helyett kén-hexafluoriddal is feltölthetik a gumiabroncsaikat. Mivel a gáz molekulái sokkal nagyobb méretűek a levegő molekuláinál, sokkal lassabban diffundálnak a gumiabroncson keresztül. A Continental AG például biztosította a vevőket, hogy ilyen módon akár egy évig is stabil marad a guminyomás. A tartósan egyenletes nyomás növeli a közlekedés biztonságát és meghosszabbítja a gumik élettartamát.