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Hexafluoruro de azufre

El hexafluoruro de azufre o hexafluoruro de azufre ( ortografía británica ) es un compuesto inorgánico con la fórmula SF6 . 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 central de azufre . Es una molécula hipervalente . [ cita requerida ]

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 a nivel del mar, considerablemente mayor que la densidad del aire (1,225 g/L). Generalmente se almacena y transporta como gas comprimido licuado . [8]

SF
6El gas de efecto invernadero tiene un potencial de calentamiento global (GWP) 23.500 veces mayor que el CO2 (en un período de 100 años), pero existe en concentraciones relativamente menores en la atmósfera. Su concentración en la troposfera de la Tierra alcanzó 11,50 partes por billón (ppt) en octubre de 2023, aumentando a un ritmo de 0,37 ppt/año. [9] El aumento desde 1980 se debe en gran parte a la expansión del sector eléctrico, incluidas las emisiones fugitivas de los bancos de gas de efecto invernadero.
6gas contenido en sus cuadros de distribución de media y alta tensión . Su uso en la fabricación de magnesio, aluminio y productos electrónicos también aceleró el crecimiento atmosférico. [10] Se supone que el Protocolo de Kioto de 1997 , que entró en vigor en 2005, limita las emisiones de este gas. De una forma un tanto nebulosa, se lo ha incluido como parte del sistema de comercio de emisiones de carbono . En algunos países, esto ha llevado a la inoperancia de industrias enteras. [11]

Síntesis y reacciones

El hexafluoruro de azufre existe en la Tierra principalmente como gas industrial sintético , pero también se ha descubierto que se encuentra en la naturaleza. [12]

SF
6Se puede preparar a partir de los elementos mediante la exposición a S8Para F2Este fue el método utilizado por los descubridores Henri Moissan y Paul Lebeau en 1901. Se cogeneran otros fluoruros de azufre, pero estos 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. [ aclaración necesaria ]

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: [13]

2CoF3 + SF4 + [Br2 ] → SF6 + 2CoF2 + [ Br2 ]

Prácticamente no existe reacción química para el SF
6Una contribución principal a la inercia del SF 6 es el impedimento estérico del átomo de azufre, mientras que sus contrapartes más pesadas del grupo 16, como SeF 6 son más reactivas que el SF 6 como resultado de un menor impedimento estérico. [14] No reacciona con sodio fundido por debajo de su punto de ebullición, [15] pero reacciona exotérmicamente con litio . Como resultado de su inercia, el SF
6tiene una vida atmosférica de alrededor de 3200 años y no contiene sumideros ambientales significativos aparte del océano. [16]

Aplicaciones

Se estima que para el año 2000, la industria de la energía eléctrica utiliza aproximadamente el 80% del hexafluoruro de azufre producido, principalmente como medio dieléctrico gaseoso . [17] Otros usos principales a partir de 2015 incluían un grabador de silicio para la fabricación de semiconductores y un gas inerte para la fundición de magnesio . [18]

Medio dieléctrico

SF
6Se utiliza en la industria eléctrica como medio dieléctrico gaseoso para disyuntores de hexafluoruro de azufre de alto voltaje , tableros de distribución y otros equipos eléctricos , a menudo reemplazando los disyuntores llenos de aceite (OCB) que pueden contener bifenilos policlorados (PCB) dañinos. SF
6El gas a presión se utiliza como aislante en los cuadros eléctricos aislados por gas (GIS, por sus siglas en inglés) 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 de los equipos eléctricos. Esto hace que los GIS sean más adecuados para ciertos propósitos, como la colocación en interiores, a diferencia de los equipos eléctricos aislados por aire, que ocupan considerablemente 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 el SF
6Aunque la mayoría de los productos de descomposición tienden a volver a formar SF rápidamente.
6, un proceso denominado "autocuración". [19] El arco eléctrico o corona puede producir decafluoruro de disulfuro ( S
2F
10), un gas altamente tóxico , con una toxicidad similar al fosgeno .
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 un dieléctrico de alto voltaje en los suministros de alto voltaje de aceleradores de partículas , como generadores Van de Graaff y Pelletrones y microscopios electrónicos de transmisión de alto voltaje .

Alternativas a SF
6Como gas dieléctrico se incluyen varias fluorocetonas. [20] [21] Se ha introducido una tecnología GIS compacta que combina la conmutación de vacío con el aislamiento de aire limpio para un subconjunto de aplicaciones de hasta 420  kV . [22]

Uso médico

SF
6Se utiliza para taponar o tapar un orificio retiniano en operaciones de reparación de desprendimiento de retina [23] en forma de burbuja de gas. Es inerte en la cámara vítrea . [24] La burbuja inicialmente duplica su volumen en 36 horas debido al oxígeno y nitrógeno que ingresan en ella, antes de ser absorbida en la sangre en 10 a 14 días. [25]

SF
6Se utiliza como agente de contraste para la obtención de imágenes por ultrasonidos . 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. [26] Permanece visible en la sangre durante 3 a 8 minutos y es exhalado por los pulmones. [27]

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 los EE. UU. y se llevó a cabo en Sunnyvale, California, en la carretera estadounidense 101. [ 28] SF gaseoso
6Se utiliza como gas trazador en experimentos a corto plazo de eficiencia de ventilación en edificios y recintos interiores, y para determinar tasas de infiltración . Dos factores principales recomiendan su uso: su concentración se puede medir con precisión satisfactoria a concentraciones muy bajas y la atmósfera terrestre tiene una concentración despreciable 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. [29] El gas se liberó por toda la estación y se controló su movimiento. El propósito del experimento, que había sido anunciado a principios de marzo por el Secretario de Estado de Transporte Douglas Alexander , era investigar cómo podría propagarse el gas tóxico 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 las campanas de extracción de laboratorio. El gas se utiliza en la etapa final de la calificación de la campana de extracción ASHRAE 110. Se genera una columna de gas dentro de la campana de extracción y se realiza una serie de pruebas mientras un analizador de gases colocado fuera de la campana toma muestras de SF6 para verificar las propiedades de contención de la campana de extracción.

Se ha utilizado con éxito como trazador en oceanografía para estudiar la mezcla diapícnica y el intercambio de gases entre el aire y el mar. [30]

Otros usos

Gas de efecto invernadero

Según el Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el 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. [43] El hexafluoruro de azufre es inerte en la troposfera y la estratosfera y tiene una vida útil extremadamente larga, con una vida atmosférica estimada de 800 a 3200 años. [44]

Las mediciones de SF6 muestran que su proporción de mezcla promedio global ha aumentado desde una base estable de aproximadamente 54 partes por cuatrillón [12] antes de la industrialización, a más de 11,5 partes por billón (ppt) a partir de octubre de 2023, y está aumentando aproximadamente 0,4 ppt (3,5%) por año. [9] [45] Las concentraciones promedio globales de SF6 aumentaron aproximadamente un 7% 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 eléctricas y los fabricantes de productos electrónicos. Dadas las pequeñas cantidades de SF6 liberadas en comparación con el dióxido de carbono , se estima que su contribución individual general al calentamiento global es inferior al 0,2%, [46] sin embargo, la contribución colectiva de este y otros gases halogenados artificiales similares ha alcanzado aproximadamente el 10% a partir de 2020. [47] Se están probando alternativas. [48] [49]

En Europa, SF
6se rige por la Directiva sobre gases fluorados, que prohíbe o controla su uso para varias aplicaciones. [50] Desde el 1 de enero de 2006, el SF
6está prohibido como gas trazador y en todas las aplicaciones excepto en los cuadros de distribución de alto voltaje . [51] En 2013 se informó de que un esfuerzo de tres años del Departamento de Energía de los Estados Unidos para identificar y reparar fugas en sus laboratorios de Estados Unidos, como el Laboratorio de Física del Plasma de Princeton , donde el gas se utiliza como aislante de alto voltaje, 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 filtraba, y luego localizando y reparando las fugas. [52]

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. [53] Dado que es más denso que el aire, una cantidad sustancial de gas, al liberarse, se depositará en zonas bajas y presentará un riesgo significativo de asfixia si se ingresa en la zona. Esto 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. [54]

La voz de un hombre se hace 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, modificando 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 unos 4 g/mol y aumenta el tono de 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 hace que la voz sea más grave. A modo de comparación, la masa molar del aire, que está compuesto por aproximadamente un 80 % de nitrógeno y un 20 % de oxígeno, es de aproximadamente 30 g/mol, lo que da como resultado una velocidad del sonido de 343 m/s. [55]

El hexafluoruro de azufre tiene una potencia anestésica ligeramente inferior al óxido nitroso ; [56] se clasifica como un anestésico suave. [57]

Véase también

Referencias

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