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Hexafloruro de azufre

El hexafluoruro de azufre o hexafluoruro de azufre ( ortografía británica ) es un compuesto inorgánico con la fórmula SF 6 . Es un gas incoloro, inodoro, no inflamable y no tóxico. SF
6Tiene una geometría octaédrica , formada por seis átomos de flúor unidos a un átomo de azufre central . Es una molécula hipervalente .

Típico de un gas no polar , SF
6Es poco soluble en agua pero bastante soluble en disolventes orgánicos no polares. Tiene una densidad de 6,12 g/L en condiciones del nivel del mar, considerablemente mayor que la densidad del aire (1,225 g/L). Generalmente se transporta como gas comprimido licuado .

SF
6Tiene un potencial de calentamiento global (GWP) 23.500 veces mayor que el CO 2 como gas de efecto invernadero , pero existe en concentraciones relativamente menores en la atmósfera. Su concentración en la troposfera de la Tierra alcanzó las 11,02 partes por billón (ppt) en 2022, aumentando a 0,37 ppt/año. [8] El aumento desde 1980 se debe en gran parte a la expansión del sector de la energía eléctrica, incluidas las emisiones fugitivas de los bancos de SF.
6gas contenido en sus cuadros de media y alta tensión . Los usos en la fabricación de magnesio, aluminio y productos electrónicos también aceleraron el crecimiento atmosférico. [9]

Síntesis y reacciones.

El hexafluoruro de azufre en la Tierra existe principalmente como un gas industrial sintético , pero también se ha descubierto que se produce de forma natural. [10]

SF
6se puede preparar a partir de los elementos mediante la exposición de S8a F2. Este fue también el método utilizado por los descubridores Henri Moissan y Paul Lebeau en 1901. Algunos otros fluoruros de azufre se cogeneran, pero se eliminan calentando la mezcla para desproporcionar cualquier S.
2F
10(que es altamente tóxico) y luego frotar el producto con NaOH para destruir el SF restante.
4.

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: [11]

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

Prácticamente no existe ninguna reacción química para el 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 menor impedimento estérico. [12] No reacciona con el sodio fundido por debajo de su punto de ebullición, [13] pero reacciona exotérmicamente con el litio .

Aplicaciones

Se estima que para el año 2000, la industria de la energía eléctrica utilizará alrededor del 80% del hexafluoruro de azufre producido, principalmente como medio dieléctrico gaseoso . [14] Otros usos principales a partir de 2015 incluyeron un grabador de silicio para la fabricación de semiconductores y un gas inerte para la fundición de magnesio . [15]

Medio dieléctrico

SF
6se utiliza en la industria eléctrica como medio dieléctrico gaseoso para disyuntores , aparamenta y otros equipos eléctricos de hexafluoruro de azufre de alto voltaje , y a menudo reemplaza a los disyuntores llenos de aceite (OCB) que pueden contener bifenilos policlorados (PCB) nocivos. SF
6El gas a presión se utiliza como aislante en aparamentas aisladas en gas (GIS) porque tiene una rigidez dieléctrica mucho mayor 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 del equipo eléctrico. Esto hace que los GIS sean más adecuados para determinados fines, como la colocación en interiores, a diferencia de los equipos eléctricos aislados en aire, que ocupan considerablemente más espacio.

Los equipos eléctricos aislados en gas también son más resistentes a los efectos de la contaminación y el clima, además de ser más confiables en su funcionamiento a largo plazo debido a su entorno operativo controlado. La exposición a un arco descompone químicamente el SF
6aunque la mayoría de los productos de descomposición tienden a volver a formar SF rápidamente
6, un proceso denominado "autocuración". [16] La formación de arcos o coronas pueden producir decafluoruro de disulfuro ( S
2F
10), un gas altamente tóxico , con una toxicidad similar al fosgeno . S
2F
10Se consideró un potencial agente de guerra química en la Segunda Guerra Mundial porque no produce lagrimeo ni irritación de la piel, por lo que proporciona poca advertencia de exposición.

SF
6También se encuentra comúnmente como dieléctrico de alto voltaje en los suministros de alto voltaje de aceleradores de partículas , como generadores Van de Graaff y Pelletrons y microscopios electrónicos de transmisión de alto voltaje .

Alternativas a SF
6Como gas dieléctrico se incluyen varias fluorocetonas. [17] [18] Se ha introducido la tecnología GIS compacta que combina la conmutación en vacío con aislamiento de aire limpio para un subconjunto de aplicaciones de hasta 420  kV . [19]

Uso medico

SF
6se utiliza para proporcionar un taponamiento o tapón de un orificio de retina en operaciones de reparación de desprendimiento de retina [20] en forma de burbuja de gas. Es inerte en la cámara vítrea . [21] La burbuja inicialmente duplica su volumen en 36 horas debido a la entrada de oxígeno y nitrógeno, antes de ser absorbida en la sangre en 10 a 14 días. [22]

SF
6Se utiliza como agente de contraste para imágenes de 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 en la ecografía. Esta aplicación se ha utilizado para examinar la vascularidad de los tumores. [23] Permanece visible en la sangre durante 3 a 8 minutos y es exhalado por los pulmones. [24]

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. UU . [25] SF gaseoso
6se utiliza como gas trazador en experimentos a corto plazo sobre la eficiencia de la 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 en concentraciones muy bajas, y la atmósfera terrestre 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. [26] El gas se liberó por toda la estación y se controló a medida que flotaba. El objetivo del experimento, que había sido anunciado a principios de marzo por el Secretario de Estado de Transportes, Douglas Alexander , era investigar cómo el gas tóxico podría propagarse por las estaciones y edificios del metro de Londres durante un ataque terrorista.

El hexafluoruro de azufre también se utiliza habitualmente como gas trazador en pruebas de contención de campanas extractoras de laboratorio. El gas se utiliza en la etapa final de calificación de la campana extractora ASHRAE 110. Se genera una columna de gas dentro de la campana extractora 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 extractora.

Se ha utilizado con éxito como trazador en oceanografía para estudiar la mezcla diapicnal y el intercambio de gases aire-mar. [27]

Otros usos

Gases de efecto invernadero

Según el Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático , SF
6Es el gas de efecto invernadero más potente . Su potencial de calentamiento global es 23.900 veces mayor que el del CO2en comparación con un período de 100 años. [39] 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. [40]

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 [10] antes de la industrialización, a más de 11 partes por billón (ppt) en junio de 2022, y está aumentando en aproximadamente 0,4 ppt (3,5 por ciento) por año. [8] [41] Las concentraciones globales promedio de SF 6 aumentaron alrededor del 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 parte de las empresas de servicios eléctricos y fabricantes de productos electrónicos. Dadas las pequeñas cantidades de SF 6 liberadas en comparación con el dióxido de carbono , se estima que su contribución individual general al calentamiento global es inferior al 0,2 por ciento, [42] sin embargo, la contribución colectiva del mismo y de gases halogenados similares producidos por el hombre ha alcanzado alrededor del 10 por ciento. a partir de 2020. [43] Se están probando alternativas. [44] [45]

En Europa, SF
6cae bajo la directiva F-Gas que prohíbe o controla su uso para varias aplicaciones. [46] Desde el 1 de enero de 2006, SF
6Está prohibido como gas trazador y en todas las aplicaciones excepto en aparamentas de alto voltaje . [47] En 2013 se informó 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 utiliza como 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 había filtrado y luego localizando y reparando las fugas. [48]

Efectos fisiológicos y precauciones.

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. [49] Dado que es más denso que el aire, una cantidad sustancial de gas, cuando se libera, se asentará en áreas bajas y presentará un riesgo significativo de asfixia si se ingresa al área. Esto es particularmente relevante para su uso como aislante en equipos eléctricos, ya que los trabajadores pueden estar en zanjas o fosos debajo de equipos que contienen SF.
6. [50]

La voz de un hombre se vuelve más grave al inhalar hexafluoruro de azufre

Como ocurre con todos los gases, la densidad del 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, el SF
6tiene una masa molar de aproximadamente 146 g/mol y la velocidad del sonido a través del gas es de aproximadamente 134 m/s a temperatura ambiente, lo que baja el tono de la voz. A modo de comparación, la masa molar del aire, que se compone aproximadamente de 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. [51]

El hexafluoruro de azufre tiene una potencia anestésica ligeramente inferior al óxido nitroso ; [52] se clasifica como un anestésico suave. [53]

Ver también

Referencias

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Otras lecturas

enlaces externos

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