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Esafluoruro di zolfo

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Esafluoruro di zolfo
Struttura
Struttura
Modello a sfere e bastoncini
Modello a sfere e bastoncini
Nome IUPAC
esafluoruro di zolfo
Caratteristiche generali
Formula bruta o molecolareSF6
Massa molecolare (u)146,06
Aspettogas incolore e inodore
Numero CAS2551-62-4
Numero EINECS219-854-2
PubChem17358
DrugBankDBDB11104
SMILES
FS(F)(F)(F)(F)F
Proprietà chimico-fisiche
Densità (g/cm3, in c.s.)1,88 (-50 °C)
Densità (kg·m−3, in c.s.)6,164 g/L ad 1 bar (~5,1 volte più denso dell'aria)
Solubilità in acquaBassa
Coefficiente di ripartizione 1-ottanolo/acqua1,68
Temperatura di fusione−64 °C (209 K) (sublima);

si decompone a 500 °C (773 K)

Temperatura di ebollizioneSublima a condizioni normali
Indicazioni di sicurezza
Simboli di rischio chimico
gas compresso
attenzione
Frasi H280
Consigli P410+403 [1]
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L'esafluoruro di zolfo è un composto chimico binario dello zolfo esavalente con il fluoro, avente formula molecolare SF6.[2]

In condizioni ambiente è un gas incolore e inodore, poco solubile in acqua ma solubile in solventi organici apolari, non tossico e non infiammabile; generalmente viene trasportato in forma liquefatta. La sua densità in condizioni standard è 6,164 g/L (5,1 volte più denso dell'aria).[3]

È una molecola ipervalente, con lo zolfo allo stato di ossidazione +6.

Sintesi e reazioni

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SF6 può essere preparato per sintesi diretta dagli elementi, tramite esposizione di S8 (solido) a F2 (gas).

Questo è il metodo scoperto e usato da Henri Moissan e Paul Lebeau nel 1901. Durante la sintesi si formano altri fluoruri (S2F10 e SF4); per riscaldamento, il primo si decompone, disproporzionandosi in SF6 e SF4; quest'ultimo, infine, viene eliminato tramite un lavaggio della miscela con NaOH.

Alternativamente, è possibile preparare l'esafluoruro di zolfo per fluorurazione del tetrafluoruro SF4 con CoF3 a temperatura relativamente bassa (circa 100 °C) in presenza di bromo.[4]

Il vantaggio di questa via sintetica è la maggiore purezza del prodotto.

Proprietà e struttura molecolare

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Da un punto di vista termodinamico l'esafluoruro di zolfo è un composto estremamente stabile, ΔHƒ° = -1.220,47 kJ/mol,[5] ed è tale anche dal punto di vista cinetico in quanto lo zolfo praticamente non può espandere il proprio guscio di coordinazione e d'altro canto l'allontanamento di un atomo F comporta la rottura di un forte legame S−F, per cui l'energia di attivazione risulta in entrambi i casi molto alta,[6] tanto che SF6 è spesso descritto come un composto «notevolmente inerte».[2][7][8]

In condizioni ambiente l'esafluoruro di zolfo è un gas incolore e inodore, oltre cinque volte più pesante dell'aria, non infiammabile e non combustibile;[9] tecnicamente è un vapore in quanto è liquefacibibile per sola compressione (Tcritica = 45,6 °C)[10] e di norma è commercializzato in forma liquida.

In acqua a 25 °C è poco solubile (36 mg/kg), è molto più solubile nei perfluorocarburi: 8,64 g/kg in n-C7F16.[10]

Configurazione elettronica e geometria molecolare

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La molecola SF6 ha geometria ottaedrica, con l'atomo di zolfo al centro e i sei atomi di fluoro ai vertici: la sua simmetria molecolare è Oh;[11] conseguentemente, la molecola è priva di momento dipolare e quindi anche del tutto apolare,[12] e questo nonostante che i singoli legami S−F siano molto polari,[13] dato che la differenza di elettronegatività tra F e S è di 1,4.

Nel formare SF6 l'atomo di zolfo, che ha configurazione elettronica esterna 3s2 3p4, impegna tutti e sei gli elettroni del guscio di valenza per altrettanti legami semplici con atomi di fluoro: la geometria ottaedrica risultante, riscontrata sperimentalmente,[11][12] è in accordo con un'ibridazione sp3d2 di S,[7][14] ma è in accordo anche con le indicazioni del modello VSEPR per una molecola del tipo AX6 come questa.[15]

Dato che qui l'atomo di zolfo è circondato da 6 coppie di elettroni nel guscio di valenza, la molecola è ipervalente[16] e dato che tali coppie sono condivise con atomi più elettronegativi, lo zolfo è allo stato di ossidazione +6 (il suo massimo).[17]

Da un'indagine di spettroscopia rotazionale nella regione delle microonde è stato possibile ricavare, tra l'altro, i suoi parametri strutturali: i legami S−F sono lunghi 156,1 pm; gli angoli F-S-F, in accordo alla simmetria Oh, sono di 90° o 180°.[11][12] Tali legami sono apprezzabilmente più corti della somma dei raggi covalenti di S e F, pari a 162 pm;[18] sono più corti anche dei legami S−F nel difluoruro di zolfo (SF2, 158,7 pm).[19]

Applicazioni

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SF6 è un gas inerte e non è praticamente usato in reazioni di sintesi di altri prodotti.

  • come gas tracciante in esperimenti per controllare ventilazione, perdite o infiltrazioni in edifici; è usato anche in idrogeologia;
  • nella metallurgia per la produzione di alluminio e magnesio;
  • nella fabbricazione di semiconduttori grazie al suo carattere inerte ed all'elevata densità (l'aria e gli inquinanti, più leggeri, vengono così allontanati);
  • è usato negli acceleratori di particelle (bassa tendenza a ionizzarsi);
  • è utilizzato come mezzo spegni arco elettrico negli interruttori MT e AT vista la sua elevata rigidità dielettrica (89 kV/cm) che aumenta con la pressione;[20] A pressione ambiente la sua rigidità dielettrica è circa 3 volte quella dell'aria.[21]
  • viene utilizzato come dielettrico in cabine e stazioni, elettriche, blindate[22];
  • in ambito medico per la disinfezione di presidi respiratori contro i microbi aerobi, come mezzo di contrasto in ecografia (sotto forma di microbolle iniettabili), e come tamponante intraoculare;
  • nella fabbricazione di innovative celle fotovoltaiche denominate black silicon;
  • in edilizia, all'interno delle vetrate isolanti (vetrocamera), per migliorare le prestazioni di isolamento acustico delle stesse.
  • nell’ambito della propulsione dei siluri, è utilizzato nel moderno sistema propulsivo SCEPS (Stored Chemical Energy Propulsion System). In detto sistema, funzionante tramite ciclo Rankine, si fa avvenire all’interno di una caldaia la fusione di una massa di litio allo stato solido. Nel litio fuso si inietta successivamente una certa quantità di esafluoruro di zolfo che dà origine a una forte reazione esotermica controllata che permette all’acqua presente nelle serpentine della caldaia di evaporare e alimentare una piccola turbina. Quest’ultima aziona le classiche eliche controrotanti del sistema propulsivo del siluro, permettendo allo stesso di avanzare.

Data la sua elevata densità l'esafluoruro di zolfo è usato come trucco magico per simulare la presenza di "acqua invisibile" sulla quale far galleggiare oggetti leggeri (ad esempio una barchetta di alluminio).

L'esafluoruro di zolfo altera la voce: inalandone una piccola quantità si ottiene un tono più profondo, effetto opposto a quello che si ottiene inalando elio che, essendo meno denso dell'aria, provoca un innalzamento del tono.

Aspetti ambientali

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SF6 è un gas serra, cioè uno dei gas che contribuiscono all'aumento dell'effetto serra, e risulta 24000 volte più pericoloso per l'ambiente dell'anidride carbonica.[23] Per questa ragione in Europa sono previste forti limitazioni al suo impiego.[24][25]

Note

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  1. ^ Sigma Aldrich; rev. del 05.12.2012
  2. ^ a b N. N. Greenwood e A. Earnshaw, Chemistry of the Elements, 2ª ed., Butterworth - Heinemann, 1997, p. 687-688, ISBN 0-7506-3365-4.
  3. ^ Gaseous Dielectrics VI, Plenum Press. URL consultato il 1º settembre 2025.
  4. ^ R. W. Winter, J. R. Pugh e P. W. Cook, SF5Cl, SF4 and SF6: Their Bromine−facilitated Production & a New Preparation Method for SF5Br, in 20th Winter Fluorine Conference, gennaio 9–14, 2011.
  5. ^ M. W. Chase, NIST-JANAF Themochemical Tables, Fourth Edition, 1998, pp. 1–1951. URL consultato il 16 dicembre 2025.
  6. ^ Glen E. Rodgers, DESCRIPTIVE INORGANIC, COORDINATION, AND SOLID-STATE CHEMISTRY, 3ª ed., Cengage Learning, 2012, pp. 508-509, ISBN 978-0-8400-6846-0.
  7. ^ a b James E. House, Inorganic Chemistry, Elsevier Science & Technology, 2008, p. 102, ISBN 978-0-12-356786-4.
  8. ^ Abhik Ghosh e Steffen Berg, Arrow pushing in inorganic chemistry: a logical approach to the chemistry of the main-group elements, John Wiley & Sons, Inc, 2014, p. 231, ISBN 978-1-118-17398-5.
  9. ^ (EN) PubChem, Sulfur Hexafluoride, su pubchem.ncbi.nlm.nih.gov. URL consultato il 1º settembre 2025.
  10. ^ a b (EN) sulfur hexafluoride, su chemister.ru. URL consultato il 1º settembre 2025.
  11. ^ a b c (EN) K. Kuchitsu (a cura di), Structure of Free Polyatomic Molecules, in SpringerLink, 1998, DOI:10.1007/978-3-642-45748-7. URL consultato il 1º settembre 2025.
  12. ^ a b c CCCBDB listing of experimental data page 2, su cccbdb.nist.gov. URL consultato il 1º settembre 2025 (archiviato dall'url originale il 20 marzo 2021).
  13. ^ Gary L. Miessler, Paul J. Fischer e Donald A. Tarr, Inorganic chemistry, 5ª ed., Pearson, 2014, p. 67, ISBN 978-0-321-81105-9.
  14. ^ J. E. Huheey, E. A. Keiter e R. L. Keiter, Chimica Inorganica, Seconda edizione italiana, sulla quarta edizione inglese, Piccin Nuova Libraria, Padova, 1999, pp. 204-205, ISBN 88-299-1470-3.
  15. ^ (EN) 9.2: The VSEPR Model, su Chemistry LibreTexts, 18 novembre 2014. URL consultato il 16 dicembre 2025.
  16. ^ Gary L. Miessler, Paul J. Fischer e Donald A. Tarr, Inorganic chemistry, 5ª ed., Pearson, 2014, p. 46, ISBN 978-0-321-81105-9.
  17. ^ Gary L. Miessler, Paul J. Fischer e Donald A. Tarr, Inorganic Chemistry, 5ª ed., Pearson, 2014, pp. 46-49, ISBN 0-321-81105-4.
  18. ^ (EN) Beatriz Cordero, Verónica Gómez e Ana E. Platero-Prats, Covalent radii revisited, in Dalton Transactions, n. 21, 14 maggio 2008, pp. 2832–2838, DOI:10.1039/B801115J. URL consultato il 1º settembre 2025.
  19. ^ CCCBDB Experimental Data page 1, su cccbdb.nist.gov. URL consultato il 16 dicembre 2025.
  20. ^ Gaetano Conte, Tecnologie e progettazione di sistemi elettrici ed elettronici, HOEPLI.
  21. ^ Andreas Hopf, Jeffrey A. Britton e Michael Rossner, Dielectric strength of SF6 substitutes, alternative insulation gases and PFC-gas-mixtures, in 2017 IEEE Electrical Insulation Conference (EIC), 2017-06, pp. 209–212, DOI:10.1109/EIC.2017.8004635. URL consultato il 1º settembre 2025.
  22. ^ Gaetano Conte, Tecnologie e progettazione di sistemi elettrici ed elettronici, Milano, HOEPLI.
  23. ^ Nuova termocamera a infrarossi., in La Chimica & l'Industria, n. 9, Società Chimica Italiana, Novembre 2009, p. 67.
  24. ^ (EN) Regulation (EU) No 517/2014 of the European Parliament and of the Council of 16 April 2014 on fluorinated greenhouse gases and repealing Regulation (EC) No 842/2006 Text with EEA relevance, 16 aprile 2014. URL consultato il 1º settembre 2025.
  25. ^ CEI -CEI EN IEC 60480, su CEI Norme. URL consultato il 1º settembre 2025.

Bibliografia

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  • E. Quaia, Mezzi di contrasto in ecografia: applicazioni addominali, Springer, 2007, ISBN 978-88-470-0616-4.

Voci correlate

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Altri progetti

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Collegamenti esterni

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