Sintesi e reazioni
SF6 può essere preparato per sintesi diretta dagli elementi, tramite esposizione di S8 (solido) a F2 (gas).
![{\displaystyle {24\,\mathrm {F} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}+{}\mathrm {S} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{8}}{}\mathrel {\longrightarrow } {}8\,\mathrm {SF} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{6}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/e84a7828952433cc9f521a78484fce50db7f445d)
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.
![{\displaystyle {2\,\mathrm {CoF} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}{}+{}\mathrm {SF} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{4}}{}\mathrel {\longrightarrow } {}\mathrm {SF} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{6}}{}+{}2\,\mathrm {CoF} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/0b8da42fb27273bdabb91c6377ffe401518eaa67)
Il vantaggio di questa via sintetica è la maggiore purezza del prodotto.
Proprietà e struttura molecolare
Da un punto di vista termodinamico l'esafluoruro di zolfo è un composto estremamente stabile, ΔHƒ° = -1.220,47 kJ/mol, 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, tanto che SF6 è spesso descritto come un composto «notevolmente inerte».
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; tecnicamente è un vapore in quanto è liquefacibibile per sola compressione (Tcritica = 45,6 °C) 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.
Configurazione elettronica e geometria molecolare
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; conseguentemente, la molecola è priva di momento dipolare e quindi anche del tutto apolare, e questo nonostante i singoli legami S−F siano molto polari, 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, è in accordo con un'ibridazione sp3d2 di S, ma è in accordo anche con le indicazioni del modello VSEPR per una molecola del tipo AX6 come questa.
Dato che qui l'atomo di zolfo è circondato da 6 coppie di elettroni nel guscio di valenza, la molecola è ipervalente e dato che tali coppie sono condivise con atomi più elettronegativi, lo zolfo è allo stato di ossidazione +6 (il suo massimo).
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°. Tali legami sono apprezzabilmente più corti della somma dei raggi covalenti di S e F, pari a 162 pm; sono più corti anche dei legami S−F nel difluoruro di zolfo (SF2, 158,7 pm).
Applicazioni
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; A pressione ambiente la sua rigidità dielettrica è circa 3 volte quella dell'aria.
- viene utilizzato come dielettrico in cabine e stazioni, elettriche, blindate;
- 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.
