Tungsten je kaj? Stopnja oksidacije volframa. Področje uporabe volframa

Volfram je kemični element, katerega atomsko število je 74. Ta težka kovina je od sive barve do bele barve, za katero je značilna visoka trdnost, zaradi česar je v mnogih primerih preprosto nenadomestljivo. Tališče je večje kot za katero koli drugo kovino, zato se uporablja kot filament v žarnicah in grelnih elementih v električnih pečeh (na primer, cirkonij-volframova zlitina).

Zgodovina odkritja

Predpostavko o obstoju tega kemijskega elementa je prvič izrazil leta 1779 Peter Wulf, ko je preučil mineralni volfram in prišel do zaključka, da mora vsebovati novo snov. Leta 1781 je Karl Wilhelm Scheele ugotovil, da se lahko nova kislina pridobi iz volframa. Scheele in Thorburn Bergman sta predlagala, da razmislijo o možnosti pridobitve nove kovine z rekonstitucijo te kisline, imenovane volfram. Leta 1783 sta bila v volframovi kislini najdeta dva brata, José in Fausto Elguyar, ki sta bila identična volframu. V istem letu so bratje uspeli iz nje izvleči volfram z uporabo oglja.

Med drugo svetovno vojno je ta kemični element imel veliko vlogo. Odpornost kovine na visoke temperature, pa tudi izjemna trdnost njegovih zlitin, je volfram najpomembnejša surovina za vojaško industrijo. Vključevalci so pritiskali na Portugalsko kot glavni vir volframa v Evropi.

Biti v naravi

V naravi se element pojavlja v volframu (FeWO₄/ MnWO₄), Scheelite (CaWO₄), belega dihurja in giubnerita. Pomembne vloge teh mineralov najdemo v ZDA v Kaliforniji in Coloradu, v Boliviji, na Kitajskem, v Južni Koreji, Rusiji in na Portugalskem. Na Kitajskem je koncentriran približno 75% svetovne proizvodnje volframa. Kovina se proizvaja z redukcijo njegovega oksida z vodikom ali ogljikom.

Svetovne zaloge so ocenjene na 7 milijonov ton. Predpostavlja se, da jih je 30% depozitov volframita in 70% celulita. Trenutno njihov razvoj ni ekonomsko donosen. Na sedanji ravni porabe bodo te rezerve trajale le 140 let. Drug dragocen vir volframa je recikliranje odpadnih kovin.

Glavne značilnosti

Volfram je kemični element, ki je razvrščen kot prehodna kovina. Njegov simbol W izhaja iz latinske besede wolframium. V periodni tabeli je v skupini VI med tantalom in renijem.

V čisti obliki je volfram trdna snov, katere barva se razlikuje od sivega jekla do kositra. Z nečistočami se kovina postane krhka in je težko delati, če pa ni, se ga lahko razreže z žico. Poleg tega je lahko kovan, valjan in raztegnjen.

Volfram je kemični element, katerega tališče je najvišji med vsemi kovinami (3422 ° C). Prav tako ima najnižji parni tlak. Natezna trdnost pri T> 1650 ° C je tudi največja. Element je izjemno odporen proti koroziji in je le rahlo dovzeten za mineralne kisline. Ob stiku z zrakom na kovinski površini nastane zaščitni oksidni sloj, popolnoma volfram pa oksidira pri visoki temperaturi. Ko je dodan v majhnih količinah jekla, se njegova trdota močno poveča.

Izotopi

V naravi je volfram sestavljen iz petih radioaktivnih izotopov, vendar so tako dolgi razpolovna doba, da jih je mogoče šteti za stabilne. Vsi se razpadajo v hafnij-72 z emisijo alfa delcev (kar ustreza jedri helija-4). Razpad alfa je opazen samo v ¹⁸⁰W, najlažji in redki od teh izotopov. V povprečju 1 g naravnega volframa na leto obstajata dve alfa razpadi ¹⁸⁰W.

Poleg tega je opisanih 27 umetnih radioaktivnih izotopov volframa. Najstabilnejša od teh je ¹⁸¹W s razpolovno dobo 121,2 dni, ¹⁸⁵W (75,1 dni), ¹⁸⁸W (69,4 dni) in ¹⁷⁸W (21,6 dni). Pri vseh drugih umetnih izotopih razpolovna doba ne presega dneva, večina pa je manj kot 8 minut. Tungsten ima tudi štiri "metastabilne" stanja, od katerih je najbolj stabilna - ^179mW (6,4 min).

Povezave

V kemičnih spojinah volframa se stopnja oksidacije spreminja od +2 do +6, od katerih je najpogostejši +6. Element, kot pravilo, pride v stik s kisikom in tvori rumen trioksid (WO₃), ki je topen v vodnih alkalnih raztopinah v obliki ionov volframa (WO₄^2minus-).

Uporaba

Ker ima volfram zelo visoko tališče in je plastičen (se ga lahko vleče v žico), se široko uporablja kot filamente žarnic in vakuumskih žarnic, pa tudi v grelnih elementih električnih peči. Poleg tega material zadrži ekstremne razmere. Ena od njegovih dobro poznanih aplikacij je varjenje z lokom volframova elektroda v zaščitnem plinu.

Izredno trden volfram je idealna komponenta težkih orožnih zlitin. Visoka gostota se uporablja pri utežeh, protiutežih in balastnih kobilicah za jahte, pa tudi pri pikadu (80-97%). Hitro jeklo, ki lahko rezani material pri višjih hitrostih kot ogljik, vsebuje do 18% tega materiala. Turbine rezila, odporni proti obrabi delov in premazi uporabljajo "superzlitine", ki vsebujejo volfram. To so toplotno odporne, zelo odporne zlitine, ki delujejo pri povišanih temperaturah.

Toplotna ekspanzija kemični element borosilikatno steklo, zato se uporablja za izdelavo tesnila iz steklenih kovin. Kompoziti, ki vsebujejo volfram, so odličen nadomestek za svinec v krogih in strel. V zlitinah z niklom, železom ali kobaltom iz njega izdelamo udarno orožje. Kot krogla se njegova kinetična energija uporablja za premagovanje tarče. V integriranih vezjih volframa so povezani s tranzistorji. Nekatere vrste žic za glasbene inštrumente so narejene iz volframove žice.

Uporaba povezav

Izjemna trdota volframovega karbida (W₂C, WC) je najpogostejši material za izdelavo rezkalnih in stružnih orodij. Uporablja se v metalurški, rudarski, naftni in gradbeni industriji. Volframov karbid se uporablja tudi pri izdelavi nakita, ker je hipoalergen in ni nagnjen k izgubi lesa.

Od oksidov naredi glazuro. Volfram "bronasta" (tako imenovana zaradi barve oksidov) se uporabljajo v barvah. V fluorescenčnih žarnicah se uporabljajo magnezij in kalcij volframov. Kristalni tungstat služi kot scintilacijski detektor v jedrski medicini in fiziki. Soli se uporabljajo v kemični in usnjarski industriji. Volfram disulfid je visokotemperaturna mast, ki lahko prenese 500 ° C. Nekatere spojine, ki vsebujejo volfram, uporabljamo kot katalizatorje v kemiji.

Lastnosti

Osnovne fizikalne lastnosti W so naslednje:

• Atomska številka: 74.
• Atomska teža: 183,85.
• Tališče: 3410 ° C
• Vrelišče: 5660 ° C
• Gostota: 19,3 g / cm³ pri 20 ° C
• Oksidacijska stanja: +2, +3, +4, +5, +6.
• Elektronska konfiguracija: [Xe] 4f¹⁴5d⁴6s².