Kemijske lastnosti volframa. Značilnosti in uporaba volframa

Volfram je kemijski element periodičnega sistema Mendelejeva, ki spada v skupino VI. V naravi se volfram nahaja v obliki mešanice petih izotopov. V svoji običajni obliki in pod običajnimi pogoji je trdna srebro-siva kovina. Prav tako je najbolj odporna na vse kovine.

Osnovne lastnosti volframa

Volfram je kovina, ki ima izjemne fizikalne in kemične lastnosti. Skoraj vse veje sodobne proizvodnje uporabljajo volfram. Njegova formula je navadno izražena v obliki kovinskega oksida - WO₃. Volfram velja za najbolj odporne na kovine. Predpostavlja se, da je lahko samo syborgy še bolj odporna. Toda to zagotovo še ni mogoče potrditi, saj je siborgija zelo kratka.

Ta kovina ima posebne fizikalne in kemične lastnosti. Volfram ima gostoto 19300 kg / m³, njegova tališče je 3410 ° C. V tem parametru je po drugem mestu po ogljikovi grafiki ali diamantu. V naravi se volfram pojavlja v obliki petih stabilnih izotopov. Njihova masna števila so v razponu od 180 do 186. Volfram ima 6. valentnost, v spojinah pa je lahko 0, 2, 3, 4 in 5. Kovina ima tudi dovolj visoko toplotno prevodnost. Za volfram je ta številka 163 W / (m * deg). S to lastnostjo presega tudi take spojine kot aluminijeve zlitine. Masa volframa je zaradi svoje gostote, ki je enaka 19 kg / m³. Stopnja oksidacije volframa se spreminja od +2 do +6. V višjih stopnjah njegove oksidacije ima kovina lastnosti kisline, v spodnjih pa osnovne lastnosti.

V tem primeru velja, da so zlitine spodnjih volframovih spojin nestabilne. Najbolj obstojne so spojine s stopnjo +6. Izkazujejo najbolj kemične lastnosti kovin. Volfram ima lastnost enostavno oblikovanih kompleksov. Toda kovinski volfram je ponavadi zelo odporen. S kisikom začne delovati le pri temperaturi +400 ° C. Kristalna mreža volframa se nanaša na vrsto kubičnega telesa.

Interakcija z drugimi kemikalijami

Če je volfram zmešan s suhim fluorom, je mogoče dobiti spojino, imenovano »heksafluorid«, ki se že topi pri temperaturi 2,5 ° C in vre pri 19,5 ° C. Podobno snov dobimo s kombiniranjem volframa s klorjem. Za takšno reakcijo pa je potrebna dovolj visoka temperatura približno 600 ° C. Vendar se snov zlahka odzove na uničujoč učinek vode in praktično ne spreminja mraza. Volfram je kovina, ki ne povzroča reakcije raztapljanja v alkalijah brez kisika. Vendar se zlahka raztopi v mešanici HNO₃ in HF. Najpomembnejša od kemičnih spojin volframa je njen trioksid WO₃, H₂WO₄ - volframova kislina, kot tudi njeni derivati ​​- soli volframa.

Nekatere kemijske lastnosti volframa lahko dobimo z reakcijskimi enačbami. Na primer, formula WO₃ + 3H₂ = W + 3H₂O. V njej se kovina iz volframa zmanjša iz oksida, manifestira se njegova lastnost interakcije z vodikom. Ta enačba odraža postopek pridobivanja volframa iz svojega trioksida. Naslednja formula označuje takšno lastnost kot praktična netopnost volframa v kislinah: W + 2HNO3 + 6HF = WF6 + 2NO + 4H2O. Ena izmed najbolj pomembnih snovi, ki vsebujejo volfram, je karbonil. Izdeluje goste in ultra-tanke premaze iz čistega volframa.

Zgodovina odkritja

Tungsten je kovina, ki je dobila ime iz latiničnega jezika. V prevodu pomeni ta beseda "pena volka". Tako nenavadno ime se je pojavilo zaradi vedenja kovin. V kombinaciji z ekstrahirano kositrno rudo je volfram preprečil sproščanje kositra. Zaradi tega so se v procesu taljenja oblikovale le žlindre. O tej kovini je dejal, da "jede kositer, kot volk poje ovce". Za mnoge se sprašujem, kdo je odkril kemični element volframa?

To znanstveno odkritje sta hkrati na dveh mestih izvedli različni znanstveniki, neodvisno drug od drugega. Leta 1781 je kemik iz Švedske Scheele prejel tako imenovani "težki kamen", ki je opravljal eksperimente z dušikovo kislino in sheelitom. Leta 1783 so bratje kemije iz Španije, imenovane Eluar, napovedale odkritje novega elementa. Natančneje so odkrili volframov oksid, raztopljen v amonijaku.

Zlitine z drugimi kovinami

Trenutno se razlikujejo enofazne in večfazne volframove zlitine. Vsebujejo enega ali več tujih elementov. Najbolj znana spojina je zlitina volframa in molibdena. Dodatek molibdena daje volframovo trdnost, ko se raztegne. Tudi v kategorijo enofaznih zlitin sodijo volframove spojine s titanom, hafnijom, cirkonijem. Največja plastičnost volframa daje renium. Vendar pa je praktično uporaba takšne zlitine precej težko, saj je rehij zelo težko iztisniti.

Ker je volfram eden najbolj odpornih materialov, ni lahka naloga za pridobitev volframovih zlitin. Ko ta kovina pravkar začne vreti, druge že prehajajo v stanje tekočine ali plina. Toda sodobni znanstveniki znajo izdelovati zlitine s pomočjo postopka elektrolize. Zlitine, ki vsebujejo volfram, nikelj in kobalt, se uporabljajo za nanašanje zaščitne plasti na nestabilne materiale.

V moderni metalurški industriji zlitine dobimo tudi z uporabo volframovega prahu. Da bi ga ustvarili, so potrebni posebni pogoji, vključno z ustvarjanjem vakuumskega okolja. Zaradi nekaterih značilnosti interakcije volframa z drugimi elementi metalurgi raje izdelujejo zlitine, ki niso dvofazne, vendar z uporabo 3, 4 ali več komponent. Te zlitine so še posebej močne, vendar z doslednim upoštevanjem formul. Z najmanjšim odstopanjem odstotnih komponent zlitina je lahko krhka in neprimerna za uporabo.

Volfram je element, ki se uporablja v inženirstvu

Iz te kovine so filamenti narejeni iz navadnih žarnic. Kot tudi cevi za rentgenske aparate, sestavine vakuumskih peči, ki jih je treba uporabljati pri izjemno visokih temperaturah. Jeklo, ki vsebuje volfram, ima zelo visoko stopnjo trdnosti. Takšne zlitine se uporabljajo za izdelavo orodij na različnih področjih: za vrtalne vrtine, medicino in strojno gradnjo.

Glavna prednost spajanja jekla in volframa je odpornost proti obrabi, majhna verjetnost poškodb. Najbolj znan pri izdelavi volframove zlitine se imenuje "win". Tudi ta element se pogosto uporablja v kemični industriji. S svojim dodatkom ustvarite barve, pigmente. Na tem področju se še posebej pogosto uporablja volframov oksid 6. Uporablja se za proizvodnjo volframovih karbidov in halidov. Drugo ime za to snov je trioksid volfram. Volframov oksid 6 se uporablja kot rumeni pigment v barvah za keramiko in steklene izdelke.

Kaj so težke zlitine?

Vse zlitine na osnovi volframa, ki imajo visoko gostoto, se imenujejo težke. Dobijo jih samo z metodami metalurgije prahu. Volfram je vedno osnova težkih zlitin, kjer je lahko njegova vsebnost do 98%. Poleg te kovine se težkim zlitinam dodajo nikelj, baker in železo. Vendar pa lahko vključujejo krom, srebro, kobalt, molibden. Najbolj priljubljene so bile zlitine VMZ (volfram-nikelj-železo) in VNM (volfram-nikelj-baker). Visoka gostota takšnih zlitin jim omogoča, da absorbirajo nevarno gama sevanja. Od teh so izdelani kolesni vzvodi, električni kontakti, rotorji za žiroskope.

Volframov karbid

Približno polovica volframa se uporablja za izdelavo trdnih kovin, še zlasti volframovega karbida, ki ima tališče 2770 ° C. Volframov karbid je kemična spojina, ki vsebuje enako število ogljikovih atomov in volframa. Ta zlitina ima posebne kemične lastnosti. Volfram daje tako moč, da po tem indeksu za polovico presega jeklo.

Volframov karbid se v industriji pogosto uporablja. Proizvaja rezalne predmete, ki morajo biti zelo odporni na visoke temperature in obrabo. Izdelani so tudi iz tega elementa:

• Podrobnosti o letalih, motorjih avtomobilov.
• Podrobnosti o vesoljskih ladjah.
• Medicinski kirurški instrumenti, ki se uporabljajo na področju kavitacijske kirurgije. Takšna orodja so dražja od običajnih medicinskih jekel, vendar so bolj produktivna.
• Nakit, zlasti obročki. Takšna priljubljenost volframa je povezana z njeno močjo, kar za poroko simbolizira moč odnosa, pa tudi videz. Značilnosti volframa v polirani obliki so takšne, da ohranjajo zrcalni, briljanten videz za zelo dolgo časa.
• Žogice za luksuzne kemične svinčnike.

Win - volframova zlitina

V drugi polovici dvajsetih let 20. stoletja so se zlitine začele proizvajati v mnogih državah za rezanje orodij, izdelanih iz volframovega karbida in kovinskega kobalta. V Nemčiji se je taka zlitina imenovala vidia, v državah - karbol. V Sovjetski zvezi je bila taka zlitina imenovana "zmaga". Te zlitine so se izkazale za odlične pri predelavi izdelkov iz litega železa. Zmagovalec je kovinsko-keramična zlitina z izredno visoko stopnjo trdnosti. Izdelana je v obliki plošč različnih oblik in velikosti.

Proizvodni proces dobimo z naslednjim: vzemite prah iz volframovega karbida, fin prah iz niklja ali kobalta in vse je mešano in stisnjeno v posebne oblike. Plošče, ki so tako stisnjene, podvržemo nadaljnji temperaturi. To daje zelo trdo zlitino. Te plošče se uporabljajo ne le za rezanje litega železa, temveč tudi za izdelavo vrtalnih orodij. Plošče iz zmaga so varjene na opremo za vrtanje z bakrom.

Razširjenost volframa v naravi

Ta kovina je zelo redka v okolju. Po vseh elementih zaseda 57. mesto in je v obliki volframovega klarka. Tudi kovina oblikuje minerale - sheelite in volframite. Volfram se preseli v podtalnico bodisi v obliki lastnega iona ali v obliki vseh vrst spojin. Največja koncentracija v podzemni vodi pa je zanemarljiva. To znaša stotine mg / l in praktično ne spreminja svojih kemičnih lastnosti. Volfram lahko vstopi tudi v naravne rezervoarje iz odtokov tovarn in tovarn.

Vpliv na človeško telo

Volfram praktično ne vstopi v telo z vodo ali hrano. Obstaja nevarnost vdihavanja delcev volframa skupaj z zrakom na delovnem mestu. Vendar kljub pripadnosti kategoriji težkih kovin volfram ni strupen. Volframova zastrupitev se pojavi le pri tistih, ki so povezani z izdelavo volframa. V tem primeru je stopnja vpliva kovine na telo drugačna. Na primer, volfram v prahu, volframov karbid in snov, kot je anhidrit iz volframove kisline, lahko povzroči poškodbe pljuč. Njeni glavni simptomi so splošna slabost, zvišana telesna temperatura. Zaostrujejo simptomi, ko so zlitine volframa zastrupljene. To se pojavi pri vdihavanju prahu zlitin in vodi do bronhitisa, pnevmoskreroze.

Kovinski volfram, ki se v notranjost človeškega telesa, se ne absorbira v črevesju in se postopoma izloča. Volframove spojine, ki so topne, so lahko ogrožene. Odloženi so v vranici, kosteh in koži. Pri dolgotrajni izpostavitvi volframovim spojinam se lahko pojavijo simptomi, kot so krhki žeblji, piling kože in različne vrste dermatitisa.

Rezerve volframa v različnih državah

Največji vir volframa najdemo v Rusiji, Kanadi in na Kitajskem. Po napovedih znanstvenikov se na domačih ozemljih nahaja okoli 943 tisoč ton tega kovinca. Če verjamete tem ocenam, se velika večina rezerve nahaja v Južni Sibiriji in na Daljnem vzhodu. Zelo malo je delež dokazanih virov - to je le okoli 7%.

Glede na število raziskovanih depozitov volframa je Rusija le na Kitajskem. Večina jih je v regijah Kabardino-Balkarija in Burjanija. Toda v teh odlagališčih ni proizveden čisti volfram, ampak tudi rude, ki vsebujejo tudi molibden, zlato, bizmut, telur, skandij in druge snovi. Dve tretjini pridobljenih volumnov volframa iz razkritih virov je zaprto v trdno obogatenih rudah, kjer je glavni vodik, ki vsebuje volfram, šelen. Delež bogatih svetlobe predstavlja le tretjino celotne proizvodnje. Značilnosti volframa, proizvedene v Rusiji, so nižje kot v drugih državah. Rude vsebujejo velik odstotek volframovega trioksida. V Rusiji je zelo malo rastlinskih nanosov kovin. Tungsten pesek je tudi nizke kakovosti, z velikim številom oksidov.

Volfram v gospodarstvu

Globalna proizvodnja volframa je začela svojo rast približno od leta 2009, ko se je azijska industrija začela okrevati. Največji proizvajalec volframa ostaja Kitajska. Na primer, v letu 2013 je delež proizvodnje te države predstavljal 81% svetovne ponudbe. Približno 12% povpraševanja po volframu je povezano s proizvodnjo svetlobne opreme. Po napovedih strokovnjakov bo uporaba volframa v tem področju zmanjšana glede na uporabo LED in fluorescenčnih sijalk v domačih razmerah in v proizvodnji.

Menijo se, da bo v proizvodnji elektronske opreme vedno večje povpraševanje po volframu. Visoka odpornost na obrabo volframa in njegova sposobnost odpornosti na elektriko omogočata, da je ta kovina najbolj primerna za izdelavo regulatorjev napetosti. Vendar glede na obseg to povpraševanje ostaja precej nepomembno in se domneva, da bo do leta 2018 narasel le za 2%. Vendar pa je po napovedih znanstvenikov v bližnji prihodnosti treba povečati povpraševanje po cementiranem karbidu. To je posledica rasti avtomobilske proizvodnje v ZDA, na Kitajskem, v Evropi, pa tudi v povečanju rudarske industrije. Menijo, da se bo povpraševanje po volframu do leta 2018 povečalo za 3,6%.