Valencija volframa. Svojstva i primjene volframa

Uvod u članak će vam omogućiti da se upoznate s fizičkim i kemijskim svojstva volframa,

Tungsten (W)

Volfram - je element periodičkog sistema Mendeljejev ima sedamdeset četvrti atomski broj odgovara latinskom znakova W. U uobičajenim uvjetima ima sivo-srebrne boje, sjajnu, teško. Od svih poznatih metala, volfram se smatra najneovisnijim. Više nego u W, točka taljenja je samo za nemetalni ugljik. Ima visoku kemijsku otpornost. Valencija volframa je promjenjiva.

Povijest otkrića

Švedski kemičar Carl Wilhelm Scheele u 1781, koja se bavi preradom šelova olovna ruda dušične kiseline, može proizvesti volfram trioksid - „teški kamen” žuto. Dvije godine kasnije, već u 1783-m, dva brata Eluard, kemičari porijeklom iz Španjolske, javnost je obaviještena da su mogli dobiti od volframit novog metala i oksida - volframa.

Suvremeni SAD, Francuska i Velika Britanija koriste ime volfram za volfram, koji prevodi od švedskog kao "teški kamen". U početku riječ Wolframium označen je mineralnim tolfamitom. Kasnije je prolazio do samog metala.

Volfram u prirodi

Prema Vinogradovevim proračunima, brojni volfram u zemljinoj korti iznosi približno 1,3 g / t. Prosječni indeks u stijenama planinskih raspona, g / t: kiselih stijena - 1,9, prosjeci - 1,2, glavni - 0,7, ultrabazni - 0,1.

Najveće rezerve ovog metala koncentrirane su u Kini, SAD-u, Kanadi i Kazahstanu, a zemlje poput Bolivije, Portugala, Uzbekistana, Rusije i Južne Koreje imaju manje rezerve u usporedbi s gore spomenutim državama. U godinu dana proizvede oko 49 do 50 milijuna tona, od čega 41 u produkciji Kine, Rusije udio odgovara 3,5 tona, Kazahstan - 0,7 i Australiji - 0,5 tona.

U industriji glavna uloga daje wolframit i scheelite. Minerali wolframita najčešće se koncentriraju u granitnim stijenama, a njihova prosječna koncentracija odgovara 1 do 2 posto. Većina zemalja koje proizvode zemlje izvoze volfram. Cijena ovog metala je prilično visoka i može varirati ovisno o marki i vrsti prodaje (od 2172 do 6 250 560 rubalja). Glavni izvoznici volframa su Velika Britanija, Kina i Australija. Uvezi ga u velikim količinama od strane Sjedinjenih Američkih Država, Njemačke, Engleske i Japana.

Metode dobivanja

Dobivanje volframa je proces koji se sastoji od nekoliko faza stupnjeva. Prvo, trioksid WO₃ iz koncentrata rude s naknadnim postupkom oporavka u metalni prah pomoću vodika na oko 700 ° C Zbog iznimno visoke točke taljenja, najbolji način za proizvodnju ovog metala je metalurška prašina. U prvoj fazi, volframski prašak je komprimiran, zatim stavljen u atmosferu vodika i sinteriran na oko 1200-1300 ° C. Nadalje, podvrgnut električnoj struji i ubrzava temperaturu zagrijavanja do tri tisuće stupnjeva, ovaj proces je praćen sinteriranjem, a metal se pretvara u monolit. Naknadna proizvodnja volframa i njegovo pročišćavanje iz dobivenih monolitnih materijala nastavlja se u uvjetima taljenja zone. Međutim, volframski prah nije jedini oblik dobivanja tog metala. Pri dobivanju W pirolizom iz klorida moguće je dobiti već u metalnom obliku, umjesto u kompaktnom i praškastom obliku.

Kemijska svojstva kakvoće

Valencija volframa varira u prirodi, od dva do šest. Najstabilniji oblik zauzima šestu valenciju. Dva i trovalentni oblici spojeva su nestabilni i nemaju posebnu važnost, u praksi ih se ne primjenjuju. Volfram je vrlo otporan na koroziju metala. Temperatura prostorije omogućuje da se održi konstantan položaj bez korozije, nakon što se postigne temperatura spaljivanja počinje oksidirati, formiranje volfram oksid (VI). Potrebno je drugo mjesto u nizu naprezanja i stanja iza vodika. Gotovo nerastvorim u fluorovodičnoj i razrijeđenoj sumpornoj kiselini. Dušična kiselina i kraljevska votka uzrokuju oksidaciju površine. Otopina je moguća u vodikovom peroksidu.

Mješavina fluorovodične i dušične kiseline otapa volframsku bunaru:

2W + 4HNO₃ + 10HF à WF₆ + WOF₄ + 4NO (evolucija plina) + 7H₂O.

U prisutnosti oksidansa može reagirati s rastopljenom alkalijom:

2W + 4NaOH₃ + 3O₂ à 2Na₂WO₄ + 2H₂O.

Gornji primjeri reakcija polako se odvijaju, ali nakon postizanja oznake od 400 ° C, volframsko samo-grijanje i reakcijski proces se ubrzava, istodobno stvarajući veliku količinu topline. Reakcije koje uključuju kisik zahtijevaju postizanje oznake od 500 ° C kako bi se metal počeo zagrijavati.

Rastvaranje mješavine fluorovodičnih i dušičnih kiselina dovodi do stvaranja heksafluorotungske kiseline - H₂[WF₆]. Od svih poznatih volframovih spojeva, najvažniji su volframski anhidrid ili volfram trioksid, volfram, peroksidni spoj s Njim₂WO_X, tvari formirane sa S, C i elemente halogene skupine.

Svojstva fizičke prirode

Volfram je svijetlo sivi sjajni metal. Temperatura volframa tijekom topljenja i vrelišta doseže najvišu razinu Celzijusa u usporedbi s ostalim metalima. Postoji pretpostavka da je sobi ima još veće temperature taljenja i topljenja, ali zbog toga što "živi" vrlo malo, to se ne može sa sigurnošću tvrditi, budući da to nije eksperimentalno dokazano. Topljenje volframa započinje na 3695 K i kuha, dostižući oznaku od 5828 K. Pure W u gustoći je blizu zlata - 19,25 grama po kubičnom centimetru. Karakteriziraju ga paramagnetske osobine. U skladu s Brinellovim mjernim parametrima, tvrdoća je 488 kg / mm². Na dvadeset stupnjeva Celzija ima UES od 55 x 10^-9 Ohm * m, a pod uvjetima temperature od 2700 ° C, indeks UES povećava se na 904 * 10^-9 Ohm * m. Zvuk koji se reflektira iz volframa pomiče brzinom od 4290 m / s.

Jedan od najtežih metala s visokim indeksom tvrdoće i velikim talištem je tungsten. Svojstva koja su u njemu svojstvena, određuju njegovu vrijednost na svjetskom tržištu i omogućuju široku upotrebu. Sposobnost izdržavanja visokih temperatura omogućuje veliku primjenu volframa. Žice, listovi i još mnogo više dopuštaju stvaranje mehanizama koji služe dugi niz godina. Izvana slično platini. U čistom obliku, kada se zagrijava do 1600 ° C, može se dobro krivotvoriti.

Upotreba čistog metala

Glavna metoda korištenja volframa je baza kao vatrostalni materijal u metalurškoj industriji.

Plastična i vatrostalna svojstva - to je ono što je poznato po volframu. Žica od ovog metala je neophodna u uređajima dizajniranim za osvjetljenje. Kinezopi i ostale cijevi s vakuumom također su naširoko koristi W.

Argonsko zavarivanje ne može učiniti bez elektroda napravljenih uz sudjelovanje volframa. Vakuumske peći otpornici ga također koriste kao element za grijanje, a legura tog metala s reniumom se koristi kao termoelement.

Visoka gustoća dopušta da ga koristiti kao osnova za teške tipa legure se koriste kao protuteža za oklop-piercing jezgre klompa i projektil sagitalne artiljerijskih granata, jezgra za oklop-piercing streljiva, pa čak i žiro stabilizacijski leti balističke rakete.

Volfram može poslužiti kao izvrstan lijek za radijaciju ionizirajućeg tipa. Iako ima visoku gustoću, osobito u usporedbi s tradicionalnim olovom, težine, s jednakom razinom zaštite, odjeća ili uređaji s njezinom upotrebom postaju lakše. Svojstva refractoriness i tvrdoće kompliciraju proces prerade, i stoga češće u takvim slučajevima koristiti legure volframa i nikla, kao i željeza, bakra i drugih metala.

U industriji, volfram se koristi za stvaranje raznih jakih proizvoda. List, volfram prah, elektrode i dvoručni uteg - jedan od najčešćih oblika izlaza iz W.

Primjena spojeva

Strojna obrada raznih metala, kao i materijala koji čine nemetalnih prirodu strojarske konstrukcije, bušenje i rudarstvo procesu koriste snažne legure i kompozitnih tipa materijala temeljenih na tungsten karbida, mješavina titan karbida, tantal karbida i volfram karbida. Poštanske marke volfram izrađeni od tih materijala su podijeljeni u T30K4, T5K10, VK25, VK8, VC 15 T15K4, BK2 i VK6 VK4. Robne marke TT grupe koriste se samo za vrlo složenu obradu u uvjetima povećane složenosti. Glavni primjer može poslužiti i kao naglo postupak bušenja rotacijski perforirajuće ili trajnog materijala za proizvodnju kovanje čelika visoke otpornosti topline. W se koristi kao legirani element za čelik i legure na bazi željeza. „Brzi” čelična slovima natpis koji počinje s P, više od 90% udjela ima volfram.

Ponekad se koriste razni spojevi volframa kao katalizatori ili pigmenti, masnoće s visokim temperaturama, za pretvaranje toplinskog oblika energije u električnu energiju.

Volfram i biologija

Volfram se ne smatra značajnim metalom u biologiji, ali neke bakterije i arhebakterije u svojim enzimima imaju ovu komponentu koja se nalazi u aktivnom centru. U blizini hidrotermalnih izvora u dubokom vodu žive archebakterije - hipertermofili, koji se smatraju obveznim ovisnim o volframu. Prisutnost ovog metala u enzimskom sastavu smatra se reliktom rane arhee, drugim riječima, može dopustiti da se pretpostavi da je došlo do rane pojave života na zemlji uz sudjelovanje W.

Kao i većina drugih metala, volframska prašina uzrokuje iritaciju dišnog sustava.

Oblici izotopa

Volfram prirodnog podrijetla uključuje mješavinu pet različitih oblika izotopa, i to: ¹⁸⁰W (0,135 tež.%), ¹⁸²W (26,41%), ¹⁸³W (14,4%), ¹⁸⁴W (30,64%) i ¹⁸⁶W (28,41%). Valencija volframa je promjenjiva i uvijek odgovara broju od 2 do 6 u bilo kojem izotopnom obliku.

Do 2016. godine već je bio poznat trideset šest umjetan umjetne oblike volfram identificiranih radionuklida s masovnim brojevima: 157hellip-179, 181, 185, 187hellip- 197. Otvorena volfram radioaktivnost prirodno je 2003. godine, ali njegova brzina je vrlo niska, što odgovara otprilike dva dezintegracija po gramu godišnje, a stanje tog propadanja je alfa - metalna aktivnost.

U zaključku

Najviše vatrostan od postojećih metala je tungsten. Svojstva koja su u njemu svojstvena mogu pronaći svoje mjesto u širokom rasponu ljudskih industrijskih aktivnosti, počevši od inženjerstva i završavajući s zaštitom od izloženosti. Metal je bio otvoren otprilike dva puta, dvije godine, osim, ali ni Scheele, niti braća Eluard stvarno ne tvrde da zasluga u čast njegova otkrića. Valencija volframa je promjenjiva i uzima vrijednost od dva do šest, ali, kao što je ranije rečeno, najstabilniji oblik ima šest valenciju. Vrlo otporan na koroziju, može reagirati s lužinama i otopiti u smjesi fluorovodičnih i dušičnih kiselina.

Vlasnici volframa podijeljeni su na veliki broj vrsta u skladu s metodom izvođenja, oblikom u kojem se metal nalazi i područjem njene primjene. Postoje mnogi oblici njegovog izotopa, a sam element u prirodi slabo izražava radioaktivno svojstvo i izuzetno polako raspada. Osnova za mnoge detalje i rezervne dijelove, najrazličitija oprema i oprema koju čovjek koristi, je precizno volfram. Čak i cijena po kilogramu metal je prilično visoka, ali ipak to ne umanjuje potražnju za to, zbog svoje kvalitete podudara s vrijednošću što je tražio.