Što je volfram? Stupanj oksidacije volframa. Sfera primjene volframa

Volfram je kemijski element čiji je atomska brojka 74. Ovaj teški metal od sivog čelika do bijele, karakterizira velika čvrstoća, što ga čini u mnogim slučajevima jednostavno nezamjenjivo. Točka tališta veća je nego za bilo koji drugi metal i stoga se upotrebljava kao vlakna u žarulama sa žarnom niti i grijaćim elementima u električnim pećima (na primjer, legura od cirkonijeva volframa).

Povijest otkrića

Pretpostavka o postojanju tog kemijskog elementa prvi put je 1779. izrekao Peter Wulf, kada je proučavao mineralnu volframitu i došao do zaključka da mora sadržavati novu tvar. Godine 1781. Karl Wilhelm Scheele utvrdio je da se nova kiselina može dobiti od tungstena. Thorburn Scheele i Bergman predložio uzeti u obzir dobivanje novog metala redukcijom kiseline, pod nazivom tungstenovoy. Godine 1783. pronađene su dvije braće, José i Fausto Elguyar, u volframovoj kiselini, koja je identična volframu. Iste su godine braća uspjela izvući volfram iz njega, koristeći ugljen.

Tijekom Drugog svjetskog rata, ovaj kemijski element imao je veliku ulogu. Otpornost metala na visoke temperature, kao i ekstremnu čvrstoću svojih legura, napravila je volfram najvažniju sirovinu za vojnu industriju. Ratnici su vršili pritisak na Portugal kao glavni izvor tolfulita u Europi.

Biti u prirodi

U prirodi, element se javlja u volframu (FeWO₄/ MnWO₄), Scheelite (CaWO₄), traktora i giubnerita. Važni naslovi tih minerala nalaze se u SAD-u u Kaliforniji i Koloradu, u Boliviji, Kini, Južnoj Koreji, Rusiji i Portugalu. U Kini je oko 75% svjetske proizvodnje volframa koncentrirano. Metal je proizveden smanjenjem oksida s vodikom ili ugljikom.

Svjetske rezerve procjenjuju se na 7 milijuna tona, a pretpostavlja se da ih je 30% depozita tolfamata i 70% scheelita. Trenutno, njihov razvoj nije ekonomski profitabilan. Na trenutnoj razini potrošnje ove rezerve traju samo 140 godina. Drugi vrijedan izvor volframa je recikliranje metalnog otpada.

Glavne značajke

Tungsten je kemijski element koji se klasificira kao prijelazni metal. Njegov simbol W dolazi od latinske riječi tolframij. U periodičkom je stihu skupina VI između tantala i renija.

U svom čistom obliku, volfram je čvrsti materijal, boja koja varira od sivog čelika do kositrovog bijelog. S nečistoćama, metal postaje krhki i teško je raditi, ali ako nisu, može se rezati piljevinom. Osim toga, može se krivotvoriti, valjati i istegnuti.

Volfram je kemijski element čija je točka tališta najviša među svim metalima (3422 ° C). Također ima najniži tlak pare. Vlačna čvrstoća kod T> 1650 ° C je također najveća. Element je iznimno otporan na koroziju i samo je malo osjetljiv na mineralne kiseline. Nakon dodira s zrakom, na metalnoj se površini formira zaštitni sloj oksida, ali potpuno volfram oksidira na visokoj temperaturi. Kada se doda u malim količinama čeliku, njegova se tvrdoća naglo povećava.

izotopi

U prirodi, volfram se sastoji od pet radioaktivnih izotopa, ali su tako dugi vrijeme poluraspada, da se mogu smatrati stabilnima. Svi se raspadaju u hafnium-72 s emisijom alfa čestica (odgovara helij-4 jezgri). Alfa propadanje promatrana je tek u ¹⁸⁰W, najlakši i rijedak od tih izotopa. U prosjeku, 1 g prirodne volframove godišnje postoje dva alfa raspada ¹⁸⁰W.

Nadalje, opisano je 27 umjetnih radioaktivnih izotopa volframa. Najstabilniji od njih je ¹⁸¹W s poluživotom od 121,2 dana, ¹⁸⁵W (75,1 dana), ¹⁸⁸W (69,4 dana) i ¹⁷⁸W (21,6 dana). Za sve ostale umjetne izotope, poluživot ne prelazi dan, a većina od njih je manja od 8 minuta. Tungsten također ima četiri "metastabilna" stanja, od kojih je najstabilniji - ^179mW (6,4 min).

veze

U kemijskim spojevima volframa, stupanj oksidacije varira od +2 do +6, od čega je najčešća +6. Element, u pravilu, dolazi u dodir s kisikom, tvoreći žuti trioksid (WO₃), koji je topljiv u vodenim alkalnim otopinama u obliku volftoatnih iona (WO₄^2minus-).

primjena

Od volfram ima vrlo visoku temperaturu taljenja i rastezljiv (može biti uvučen u žice), to je naširoko koristi kao žarnom niti žarulja i vakuum cijevi kao i na grijačima električnih peći. Osim toga, materijal podnosi ekstremne uvjete. Jedna od njegovih poznatih primjena je elektrolučno zavarivanje volfram elektroda u zaštiti plina.

Izuzetno tvrda volfram je idealna komponenta teških legura oružja. Visoka gustoća se koristi za utege, protuteže i balastne kobilice za jahte, kao i za pikado (80-97%). Čelik visokog brzina, koji može rezati materijal pri većim brzinama od ugljika, sadrži do 18% ovog materijala. Oštrice turbina, dijelovi i premazi otporni na habanje koriste "superlegure" koji sadrže volfram. To su otporne na toplinu i visoko rezistentne legure koje djeluju na povišenim temperaturama.

Toplinska ekspanzija kemijski element borosilikatno staklo, stoga se koristi za izradu brtvila od staklenog metala. Kompoziti koji sadrže volfram izvrstan su zamjena za olovo u metcima i metak. U njemu se izrađuju legure s niklom, željeznim ili kobaltnim udarima. Poput metaka, njegova kinetička energija koristi se za poraz cilja. U integriranim krugovima volframa čine priključke s tranzistorima. Neke vrste žica za glazbene instrumente izrađene su od volframske žice.

Upotreba veza

Izuzetna tvrdoća volfram karbida (W₂C, WC) čini ga najčešćim materijalom za proizvodnju alata za glodanje i okretanje. Koristi se u metalurškoj industriji, rudarstvu, nafti i graditeljstvu. Volframski karbid se također koristi za izradu nakita, budući da je hipoalergenski i nije sklon izgubiti sjaj.

Njegova oksida čine glazuru. Volframska "bronca" (nazvana tako zbog boje oksida) koristi se u bojama. Tungstati magnezija i kalcija se koriste u fluorescentnim svjetiljkama. Kristalna volframa služi kao scintilacijski detektor u nuklearnoj medicini i fizici. Soli se koriste u kemijskoj i kožnoj industriji. Tungsten disulfid je masnoća visoke temperature koja može izdržati 500 ° C. Neki spojevi koji sadrže volfram se koriste kao katalizatori u kemiji.

nekretnine

Osnovna fizikalna svojstva W su kako slijedi:

• Atomski broj: 74.
• Atomska težina: 183.85.
• Talište: 3410 ° C.
• Vrelište: 5660 ° C.
• Gustoća: 19,3 g / cm³ na 20 ° C.
• Oksidacijska stanja: +2, +3, +4, +5, +6.
• Elektronska konfiguracija: [Xe] 4f¹⁴5d⁴6a².