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Hexafluoruro de azufre

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El hexafluoruro de azufre (o hexafluoruro de azufre según la ortografía británica ) es un compuesto inorgánico con la fórmula SF₆ . Es un gas incoloro, inodoro, no inflamable y no tóxico.El compuesto 6 tiene unageometría octaédrica, que consiste en seisde flúorunidos a unde azufre. Es unamolécula hipervalente.

Típico de un gas no polar , SF6El compuesto 6 es pocosolubleen agua, pero bastante soluble en disolventes orgánicos no polares. Tiene una densidad de 6,12 g/L a nivel del mar, considerablemente superior a ladel aire(1,225 g/L). Generalmente se almacena y transporta comogas comprimido licuado. [ 9 ]

SFEl SF6 tiene un potencial de calentamiento global(PCG)23.500 veces mayordelCO2comogas de efecto invernadero(en un horizonte temporal de 100 años), pero existe en concentraciones relativamente menores en la atmósfera. Su PCG es de 35.000 en un horizonte temporal de 500 años, en comparación conelCO2. [ 10 ] Su concentración en la troposferaterrestrealcanzó las 12,06partes por billón(ppt) en febrero de 2025, aumentando a 0,4 ppt/año. [ 11 ] El aumento desde 1980 se debe en gran parte a la expansión del sector de la energía eléctrica, incluidaslas emisiones fugitivasde los bancos deSF6.6 gas contenido en sus aparamentade media y alta tensión. Los usos en la fabricación de magnesio, aluminio y productos electrónicos también aceleraron el crecimiento atmosférico. [ 12 ]

Síntesis y reacciones

El hexafluoruro de azufre en la Tierra existe principalmente como un gas industrial sintético , pero también se ha encontrado que se produce de forma natural. [ 13 ]

SF6 se puede preparar a partir de los elementos mediante la exposición deS8 aF2. Este fue el método utilizado por los descubridoresHenri MoissanyPaul Lebeauen 1901. Algunos otros fluoruros de azufre se cogeneran, pero estos se eliminan calentando la mezcla paradesproporcionarcualquierS2 F10 (que es altamente tóxico) y luego frotar el producto conNaOHpara destruir elSF4 .

Alternativamente, utilizando bromo , el hexafluoruro de azufre se puede sintetizar a partir de SF 4 y CoF 3 a temperaturas más bajas (por ejemplo, 100  °C), como sigue: [ 14 ]

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

Existen pocas reacciones químicas para el SF66. Una contribución principal a la inercia del SF6eselimpedimento estéricodel átomo de azufre, mientras que sus contrapartes más pesadas del grupo 16, comoel SeF6,son más reactivas que el SF6comoresultado de un menor impedimento estérico. [ 15 ] No reacciona consodiopor debajo de su punto de ebullición, [ 16 ] pero reaccionaexotérmicamenteconlitio. Sin embargo, los metales alcalinos reaccionan con el SF6enamoníaco líquido para formar los sulfuros y fluoruros correspondientes: [ 17 ]

SF 6 + 8 Na → Na 2 S + 6 NaF

Como resultado de su inercia, SF6 tiene una vida útil atmosférica de alrededor de 3200 años y no tiene sumideros ambientales significativos aparte del océano. [ 18 ]

Aplicaciones

Se estima que para el año 2000, la industria de la energía eléctrica utilizaba alrededor del 80 % del hexafluoruro de azufre producido, principalmente como medio dieléctrico gaseoso . [ 19 ] 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 . [ 20 ]

medio dieléctrico

SFEl SF6 se utiliza en laindustria eléctricacomomedio dieléctrico gaseosointerruptores automáticos de hexafluoruro de azufrede alta tensión,aparamenta aislada con gas(GIS) y otroseléctricoscontenerbifenilos policlorados(PCB)dañinosEl gas apresiónse utiliza como aislante en los sistemas de aislamiento geotérmico (GIS) debido a su elevadarigidez dieléctricaen comparación conel aireoel nitrógeno. Esta alta rigidez dieléctrica se debe a la elevadaelectronegatividadydensidad. Esta propiedad permite reducir significativamente el tamaño de los equipos eléctricos, lo que hace que los GIS sean más adecuados para ciertas aplicaciones, como la instalación en interiores, a diferencia de los equipos eléctricos con aislamiento de aire, que ocupan 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 fiables en el funcionamiento a largo plazo debido a su entorno operativo controlado. La exposición a un arco eléctrico descompone químicamente el SF6.6 aunque la mayoría de los productos de descomposición tienden a reformar rápidamenteSF6 , un proceso denominado "autorreparación". [ 21 ] El arco eléctricoola coronapueden producirdecafluoruro de disulfuro(S2 F10 ), un gas altamentetóxico, con una toxicidad similar a ladel fosgeno.S2 FEl compuesto 10 fue considerado un potencialagentede guerra químicala Segunda Guerra Mundialporque no producelagrimeoni irritación cutánea, lo que proporciona poca advertencia de exposición.

SFEl 6 también se encuentra comúnmente como un dieléctrico de alto voltaje en las fuentes de alimentación de alto voltaje de losaceleradores de partículas, comolos generadores Van de Graaffylos Pelletronesyen los microscopios electrónicos.

Alternativas a SF6 como gas dieléctrico incluyen varias fluorocetonas. [ 22 ] [ 23 ] Se ha introducido tecnología GIS compacta que combina la conmutación por vacío con el aislamiento de aire limpio para un subconjunto de aplicaciones de hasta 420kV. [ 24 ] 

Uso médico

SFEl compuesto 6 se utiliza para proporcionar untaponamientoo tapón de un agujero retiniano enoperaciones de reparaciónde desprendimiento de retina [ 25 ] en forma de burbuja de gas. Es inerte en lacámara vítrea. [ 26 ] La burbuja inicialmente duplica su volumen en 36 horas debido a la entrada de oxígeno y nitrógeno, antes de ser absorbida por la sangre en 10-14 días. [ 27 ]

SFEl compuesto 6 se utiliza como agente de contraste parade 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 el ultrasonido. Esta aplicación se ha utilizado para examinar la vascularización de los tumores. [ 28 ] Permanece visible en la sangre de 3 a 8 minutos y se exhala a través de los pulmones. [ 29 ]

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 Estados Unidos y se llevó a cabo en Sunnyvale, California, en la autopista US 101. [ 30 ] SF6 gaseosoEl SF6 se utiliza como gas trazador en experimentos a corto plazo sobrela ventilaciónen edificios y recintos interiores, y para determinarde infiltración. Dos factores principales justifican su uso: su concentración puede medirse con una precisión satisfactoria incluso a concentraciones muy bajas, y laatmósfera terrestrepresenta una concentración insignificante deSF6.6 .

El hexafluoruro de azufre se utilizó como gas de prueba no tóxico en un experimento realizado en la estación de metro de St John's Wood en Londres , Reino Unido, el 25 de marzo de 2007. [ 31 ] El gas se liberó en toda la estación y se monitoreó su dispersión. El propósito del experimento, anunciado a principios de marzo por el Secretario de Estado de Transporte, Douglas Alexander , era investigar cómo podría propagarse un gas tóxico 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 las pruebas de contención de campanas de extracción de laboratorio. Este gas se emplea en la etapa final de la cualificación de campanas de extracción según la norma ASHRAE 110. Se genera una columna de gas dentro de la campana y se realizan diversas pruebas mientras un analizador de gases, situado fuera de la campana, toma muestras de SF6 para verificar las propiedades de contención de la misma.

Se ha utilizado con éxito como trazador transitorio en oceanografía para estudiar la mezcla diapícnica y el intercambio de gases aire-mar. [ 32 ] La concentración de hexafluoruro de azufre en el agua de mar (típicamente del orden de femtomoles por kilogramo [ 33 ] ) ha sido clasificada por la comunidad oceanográfica internacional como una medición de "nivel uno", lo que indica los datos de mayor prioridad para observar los cambios oceánicos. [ 34 ]

Otros usos

  • La industria del magnesio utilizó SF66 como un "gas de cobertura" inerte para prevenir la oxidación durantela fundición, [ 35 ] y otros procesos, incluida la fundición. [ 36 ] Si bien alguna vez fue el mayor usuario, su consumo ha disminuido considerablemente con la captura y el reciclaje. [ 12 ] Actualmente, este uso está prohibido. [ 37 ]
  • Las ventanas de doble acristalamiento lo han utilizado como relleno para mejorar su rendimiento de aislamiento térmico y acústico. [ 38 ] [ 39 ] Actualmente este uso está prohibido. [ 37 ]
  • SFEl plasma 6 se utiliza en lade semiconductorescomoagente de grabadoen procesos comoel grabado iónico reactivo profundo. Una pequeña fracción delSF6El 6 se descompone en el plasma en azufre y flúor, y los iones de flúor realizan una reacción química con el silicio. [ 40 ]
  • Los neumáticos inflados con este compuesto tardan más en desinflarse por difusión a través del caucho debido al mayor tamaño de la molécula. [ 38 ] Este uso está ahora prohibido. [ 41 ]
  • Nike también lo utilizó para obtener una patente y para rellenar las bolsas de amortiguación de todos sus zapatos con la marca "Air" desde 1992 hasta 2006. [ 42 ]  Se utilizaron 277 toneladas durante el pico en 1997. [ 38 ] Actualmente este uso está prohibido . [ 37 ]
  • El sistema de propulsión de ciclo Rankine cerrado del torpedo Mark 50 de la Armada de los Estados Unidos se alimenta de hexafluoruro de azufre en una reacción exotérmica con litio sólido . [ 43 ]
  • En los sistemas de microondas de alta potencia, las guías de onda se presurizan con este gas. El gas aísla eléctricamente la guía de onda, evitando la formación de arcos eléctricos internos.
  • Los altavoces electrostáticos lo han utilizado debido a su alta rigidez dieléctrica y alto peso molecular. [ 44 ]
  • El decafluoruro de disulfuro , un arma química , se produce utilizándolo como materia prima .
  • Con fines de entretenimiento, al respirar, SFEl hexafluoruro de azufre (6) provoca que la voz se vuelva significativamente más grave, debido a que su densidad es mucho mayor que la del aire. Este fenómeno está relacionado con el efecto más conocido de respirarhelio, que hace que la voz se vuelva mucho más aguda. Ambos efectos deben intentarse con precaución, ya que estos gases desplazanel oxígenoque los pulmones intentan extraer del aire. El hexafluoruro de azufre también es ligeramente anestésico. [ 45 ] [ 46 ]
  • Para demostraciones científicas/magia como "agua invisible", ya que un barco ligero de papel de aluminio puede flotar en un tanque, al igual que un globo lleno de aire.
  • Se utiliza para mediciones de referencia y calibración en experimentos de Adhesión de Electrones Asociativa y Disociativa (DEA) [ 47 ] [ 48 ]

gases de efecto invernadero

Según el Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático , SFEl 6 es el gas de efecto invernaderomás potente. Supotencial de calentamiento globales 23.900 veces mayor que el delCO₂.2 cuando se compara durante un período de 100 años. [ 49 ] El hexafluoruro de azufre es inerte en latroposferayla estratosferay es extremadamente longevo, con unavida útil atmosféricade 800 a 3200 años. [ 50 ]

Las mediciones de SF6 muestran que su proporción de mezcla promedio global ha aumentado desde una base constante de aproximadamente 54 partes por cuatrillón [ 13 ] antes de la industrialización, a más de 12 partes por billón (ppt) en febrero de 2025, y está aumentando en aproximadamente 0,4 ppt (3,5%) por año. [ 11 ] [ 51 ] Las concentraciones globales promedio de SF6 aumentaron en 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 empresas de servicios eléctricos y fabricantes de productos electrónicos. Dadas las pequeñas cantidades de SF6 liberadas en comparación con el dióxido de carbono , su contribución individual general al calentamiento global se estima en menos del 0,2%, [ 52 ] sin embargo, la contribución colectiva de este y gases halogenados artificiales similares ha alcanzado aproximadamente el 10% en 2020. [ 53 ] Se están probando alternativas. [ 54 ] [ 55 ]

En Europa, SFEl 6 se encuentra dentro de laF-Gasque prohíbe o controla su uso para varias aplicaciones. [ 56 ] Desde el 1 de enero de 2006,SFEl 6 está prohibido como gas trazador y en todas las aplicaciones excepto enlos interruptores de alta tensión. [ 57 ] En 2013 se informó que un esfuerzo de tres años delDepartamento de Energía de los Estados Unidospara identificar y reparar fugas en sus laboratorios en los Estados Unidos, como elLaboratorio de Física de Plasma de Princeton, donde el gas se usa como aislante de alta tensión, había sido productivo, reduciendo las fugas anuales en1030 kilogramos (2280 libras). Esto se hizo comparando las compras con el inventario, asumiendo que la diferencia era fuga, luego localizando y reparando las fugas. [ 58 ]

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 en exceso. [ 59 ] 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 accede a dichas zonas. Esto es particularmente relevante para su uso como aislante en equipos eléctricos, ya que los trabajadores pueden encontrarse en zanjas o fosas debajo de equipos que contienen SF6.6 . [ 60 ]

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

Como ocurre con todos los gases, la densidad del SF6 es variable.El 6 afecta las frecuencias de resonancia del tracto vocal, cambiando así drásticamente las cualidades del sonido vocal, otimbre, 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 granmasa molar. A diferenciadel helio, que tiene una masa molar de aproximadamente 4 g/mol y eleva el tono de la voz,el SF6El gas 6 tiene una masa molar de aproximadamente 146 g/mol, y la velocidad del sonido a través de él es de aproximadamente 134 m/s a temperatura ambiente, lo que provoca una disminución del tono de la voz. En 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 resulta en una velocidad del sonido de 343 m/s. [ 61 ]

El hexafluoruro de azufre tiene una potencia anestésica ligeramente inferior a la del óxido nitroso ; [ 62 ] se clasifica como un anestésico suave. [ 63 ]

Véase también

Referencias

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Lecturas adicionales

  • "Hexafluoruro de azufre" . Enciclopedia de gases de Air Liquide. Archivado del original el 31 de marzo de 2012. Consultado el 22 de febrero de 2013 .
  • Christophorou, Loucas G., Isidor Sauers , eds. (1991). Gaseous Dielectrics VI . Plenum Press. ISBN 978-0-306-43894-3.
  • Holleman AF, Wiberg E (2001). Química inorgánica . San Diego: Academic Press. ISBN 0-12-352651-5.
  • Khalifa M (1990). Ingeniería de alta tensión: teoría y práctica . Nueva York: Marcel Dekker. ISBN 978-0-8247-8128-6OCLC 20595838 .​ 
  • Maller VN, Naidu MS (1981). Ventajas en el aislamiento de alta tensión y la interrupción del arco en SF6 y vacío . Oxford; Nueva York: Pergamon Press. ISBN 978-0-08-024726-7OCLC 7866855​​ 
  • Asociación para la Reducción de SF6 en Sistemas de Energía Eléctrica
  • Matt McGrath (13 de septiembre de 2019). "Cambio climático: El 'secreto sucio' de la industria eléctrica impulsa el calentamiento global" . BBC News . Consultado el 14 de septiembre de 2019 .
  • Hoja informativa sobre fluoruro y sus compuestos — Inventario Nacional de Contaminantes
  • Gases con alto potencial de calentamiento global y cambio climático ( del sitio web de la EPA de EE. UU.)
  • Conferencia Internacional sobre SF6 y el Medio Ambiente ( archivo relacionado )
  • Guía de bolsillo del CDC-NIOSH sobre riesgos químicos