Kemijska svojstva volframa. Karakteristike i primjene volframa

Volfram je kemijski element periodičkog sustava Mendelejeva, koji pripada grupi VI. U prirodi, volfram se nalazi u obliku mješavine pet izotopa. U uobičajenom obliku i u uobičajenim uvjetima to je čvrsti srebrno-sivi metal. Također je najobloženiji od svih metala.

Osnovna svojstva volframa

Tungsten je metal koji ima izvanredna fizička i kemijska svojstva. Gotovo sve grane moderne proizvodnje koriste volfram. Njegova se formula obično izražava u obliku metalnog oksida - WO₃. Volfram se smatra najfraktičnijim metalima. Pretpostavlja se da samo jazbina može biti još vatrena. No sigurno to još nije moguće potvrditi, budući da siborgija ima vrlo kratko vrijeme postojanja.

Ovaj metal ima posebna fizikalna i kemijska svojstva. Volfram ima gustoću od 19300 kg / m³, točka taljenja 3410 ° C. U ovom parametru, zauzima drugo mjesto nakon ugljik - grafita ili dijamanta. U prirodi, volfram se javlja u obliku pet stabilnih izotopa. Njihov maseni brojevi u rasponu od 180 do 186. volfram ima valenciju od 6 minuta i spojeva može biti 0, 2, 3, 4 i 5. metal ima dovoljno visoku razinu toplinske vodljivosti. Za volfram, ta je brojka 163 W / (m * deg). Po ovom svojstvu, ona premašuje čak i takve spojeve poput aluminijskih legura. Masa volframa je zbog svoje gustoće, što je jednako 19 kg / m³. Stupanj oksidacije volframa varira od +2 do +6. U većim stupnjevima njegove oksidacije metal ima svojstva kisika, au donjim - osnovna svojstva.

U ovom slučaju, legure nižih volframovih spojeva smatraju se nestabilnim. Najviše uporni su spojevi s stupnjem +6. Oni pokazuju najviše kemijskih svojstava metala. Volfram ima svojstvo lako oblikovanja kompleksa. Ali metalna volfram obično je vrlo otporna. Počinje reagirati s kisikom samo pri temperaturi od + 400 ° C. Kristalna rešetka volframa odnosi se na vrstu kubičnog tijela usmjerenog na tijelo.

Interakcija s drugim kemikalijama

Ako se volfram pomiješa sa suhim fluorom, moguće je dobiti spoj nazvan "heksafluorid" koji se već topi na temperaturi od 2,5 ° C i kuhanja na 19,5 ° C. Slična tvar se dobiva kombiniranjem volframa s klorom. No za takvu reakciju potrebna je dovoljno visoka temperatura od oko 600 ° C. Međutim, supstanca se lako suprotstavlja destruktivnom djelovanju vode i praktički ne prolazi promjenu u hladnoći. Volfram je metal koji ne proizvodi reakciju otapanja u alkalijama bez kisika. Međutim, lako se otapa u smjesi HNO₃ i HF. Najvažniji od kemijskih spojeva volframa je njegov trioksid WO₃, H₂WO₄ - volframska kiselina, kao i njegovi derivati ​​- volframske soli.

Možemo razmotriti neke od kemijskih svojstava volframa s reakcijskim jednadžbama. Na primjer, formula WO₃ + 3H₂ = W + 3H₂O. U njemu, metala volframa se smanjuje od oksida, očituje se njegova svojstva interakcije s vodikom. Ova jednadžba odražava proces dobivanja volframa iz njegovog trioksida. Sljedeća formula označava takvu svojstva kao praktična netopivost volframa u kiselinama: W + 2HNO3 + 6HF = WF6 + 2NO + 4H2O. Jedna od najznačajnijih tvari koje sadrže volfram je karbonil. Proizvodi guste i ultra tanke premaze čiste volframa.

Povijest otkrića

Tungsten je metal koji je dobio ime s latinskog jezika. U prijevodu ova riječ znači "vuk pjena". Takvo neobično ime pojavilo se zbog ponašanja metala. Prateći izdvojenu kositarsku rudu, volfram je spriječio oslobađanje kositra. Zbog toga je u procesu taljenja samo troske nastale. O ovom metalu rekao je da "jede kositar, kao što vuk jede ovce". Za mnoge se pitam tko je otkrio kemijski element volframa?

Ovo znanstveno otkriće napravljeno je istovremeno na dva mjesta od strane različitih znanstvenika, međusobno neovisno. Godine 1781. kemičar iz Švedske Scheele dobio je takozvani "teški kamen", provodeći eksperimente s dušičnom kiselinom i scheelitom. Godine 1783., braća iz Španjolske, nazvana Eluar, također su najavili otkriće novog elementa. Točnije, otkrili su volframov oksid, otopljen u amonijaku.

Slitina s drugim metalima

Trenutačno se izdvajaju jednofazne i višefazne legure volframa. One sadrže jedan ili više vanjskih elemenata. Najpoznatiji spoj je legura od volframa i molibdena. Dodavanje molibdena daje snagu volframa kad se pruži. Također u kategoriju jednostupanjskih legura pripadaju volframski spojevi titana, hafnija, cirkonija. Najveća plastičnost volframa daje renium. Međutim, praktično korištenje takve legure je prilično naporan proces, budući da je renija vrlo teško izlučivati.

Budući da je volfram jedan od najvažnijih vatrostalnih materijala, nije lako postići dobivanje legura volframa. Kada ovaj metal upravo počne kuhati, ostali već prelaze u stanje tekućine ili plina. Ali suvremeni znanstvenici znaju napraviti legure uz pomoć elektroliznog procesa. Alili koji sadrže volfram, nikal i kobalt se koriste za nanošenje zaštitnog sloja na nestabilne materijale.

U modernoj metalurškoj industriji, legure se također dobivaju pomoću volframovog praha. Da bi je stvorili, potrebni su posebni uvjeti, uključujući stvaranje vakuumskog okruženja. Zbog određenih značajki interakcije volframa s drugim elementima, metalurzi radije stvaraju legure koje nisu dvostupne karakteristike, ali s upotrebom 3, 4 ili više komponenata. Ove legure su osobito jake, ali uz strogo pridržavanje formula. S najmanjim odstupanjem postotnih komponenti, legura može biti krhka i neprikladna za upotrebu.

Tungsten je element koji se koristi u inženjeringu

Iz ovog metala, vlakna su izrađena od običnih žarulja. Kao i cijevi za rendgenske strojeve, komponente vakuumskih peći, koje treba koristiti pri ekstremno visokim temperaturama. Čelik, koji uključuje volfram, ima vrlo visoku razinu snage. Takve se legure koriste za izradu alata u različitim područjima: bušenju bušotina, medicini i strojogradnji.

Glavna prednost spajanja čelika i volframa je otpornost na habanje, niska vjerojatnost oštećenja. Najpoznatiji u izgradnji legure volframa naziva se "pobjeda". Također, ovaj element se naširoko koristi u kemijskoj industriji. Uz njegovo dodavanje, stvorite boje, pigmente. Tungsten oksid 6 je posebno široko korišten u ovom području. Koristi se za proizvodnju volfram karbida i halogenida. Drugi naziv za tu tvar je trioksid volfram. Volfram oksid 6 se koristi kao žuti pigment boja za keramiku i staklene proizvode.

Što su teške legure?

Sve legure temeljene na volframu, koje imaju visoku gustoću, nazivaju se teškim. Dobivaju se samo metodama metalurške prašine. Volfram je uvijek temelj teških legura, gdje njegov sadržaj može biti do 98%. Uz ovaj metal, nikal, bakar i željezo se dodaju teškim legurama. Međutim, mogu uključivati ​​krom, srebro, kobalt, molibden. Najpopularnije su bile legure VMZ (volfram-nikal-željezo) i VNM (tungsten-nikal-bakar). Visoka razina gustoće takvih legura omogućuje im da apsorbiraju opasnu gama zračenje. Od njih su proizvedeni zamašnjak kotača, električni kontakti, rotori za giroskopove.

Tungsten karbid

Približno pola volfram koristi za proizvodnju trajnih metala, posebno volfram karbida, koji ima temperaturu taljenja od 2770 ° C volfram karbida je kemijski spoj koji sadrži jednaki broj atoma ugljika i volframa. Ova legura ima posebna kemijska svojstva. Volfram daje takvu snagu da, prema ovom indeksu, premašuje čelik za pola.

Tungsten karbid je naširoko koristi u industriji. Proizvodi rezne predmete koji moraju biti vrlo otporni na visoke temperature i abraziju. Također iz ovog elementa izrađuju se:

• Detalji zrakoplova, motori automobila.
• Pojedinosti za svemirske brodove.
• Medicinski kirurški instrumenti koji se koriste u području kirurških zahvata. Takvi su alati skuplji od konvencionalnog medicinskog čelika, ali su produktivniji.
• Nakit, osobito zaručnički prstenovi. Takva popularnost volframa povezana je s njezinom snagom, koja za vjenčanje simbolizira snagu odnosa, kao i izgled. Karakteristike volframi u poliranom obliku su takve da zadržavaju zrcalo sličnu, sjajnu pojavu već duže vrijeme.
• Kuglice za luksuzne kuglice.

Vini - legura volframa

U drugoj polovici dvadesetih godina, u mnogim zemljama počele su se proizvoditi legure za rezanje alata izrađenih od volfram karbida i metalnog kobalta. U Njemačkoj je takva legura nazvana vidia, u državama - carbol. U Sovjetskom Savezu takva se legura zvala "pobjeda". Ove se legure pokazale izvrsnim za obradu proizvoda od lijevanog željeza. Pobjednik je metal-keramička legura s iznimno visokom razinom snage. Izrađen je u obliku ploča različitih oblika i veličina.

Postupak proizvodnje dobit će sljedeće: uzmite prašak volfram karbida, fini prah nikla ili kobalta, i sve se miješa i utiskuje u posebne oblike. Tako komprimirane ploče podvrgavaju se daljnjoj temperaturi. To daje vrlo tvrdu leguru. Ove se ploče koriste ne samo za rezanje od lijevanog željeza, već i za izradu alata za bušenje. Pločice iz osvojene su zavarene na opremu za bušenje pomoću bakra.

Prevalencija volframa u prirodi

Ovaj metal je vrlo rijedak u okolišu. Nakon svih elemenata, zauzima 57. mjesto i nalazi se u obliku volframske klarke. Također, metal oblika minerala - scheelite i tolfam. Volfram migrira u podzemne vode ili u obliku vlastitog iona, ili u obliku svih vrsta spojeva. Ali njegova najveća koncentracija u podzemnim vodama je zanemariva. Ona iznosi stotine mg / l i praktički ne mijenja kemijska svojstva. Volfram također može ući u prirodne rezervoare iz odvoda tvornica i tvornica.

Utjecaj na ljudsko tijelo

Volfram praktički ne ulazi u tijelo s vodom ili hranom. Može postojati rizik udisanja čestica volframa zajedno s zrakom na radnom mjestu. Međutim, unatoč pripadnosti kategoriji teških metala, volfram nije toksičan. Tungsten trovanja javlja se samo kod onih koji su povezani s proizvodnjom volframa. U tom je slučaju stupanj utjecaja metala na tijelo različit. Na primjer, volframski prašak, volfram karbid i tvari kao što je anhidrit kalijeve kiseline može izazvati oštećenje pluća. Njeni glavni simptomi su opća slabost, groznica. Ozbiljniji simptomi nastaju kada se legure volframa otroše. To se događa kada inhalira prašinu od legura i dovodi do bronhitisa, pneumoskleroze.

Metalni volfram, koji ulazi u ljudsko tijelo, ne apsorbira se u crijevu i postupno se uklanja. Spojevi volframa, koji su topljivi, mogu biti velike opasnosti. Odloženi su u slezenu, kosti i kožu. S produljenom izloženošću volframskim spojevima mogu se pojaviti simptomi kao što su lomljivi nokti, piling kože, različite vrste dermatitisa.

Rezerve volframa u raznim zemljama

Najveći resursi volframa nalaze se u Rusiji, Kanadi i Kini. Prema prognozama znanstvenika, oko 943 tisuće tona ovog metala nalazi se na domaćim teritorijima. Ako vjerujete da ove procjene, velika većina rezervi nalaze se u Južnoj Sibiru i Dalekom Istoku. Vrlo je malo udjela dokazanih resursa - to je samo oko 7%.

Prema broju istraživanih depozita volframa, Rusija je druga samo u Kini. Većina ih se nalazi u području Kabardino-Balkarije i Burjate. No, kod tih naslaga nije proizvedena čista volfram, već i rude koje sadrže molibden, zlato, bizmut, telur, skandij i ostale tvari. Dvije trećine dobivenih volumena volframa iz ispitivanih izvora zatvoreno je u teško obogaćene rude, gdje je glavni mineral koji sadrži volfram skelet. Udio minerala obogaćivanja svjetlosti čini samo jednu trećinu ukupne proizvodnje. Karakteristike volframa proizvedene u Rusiji niže su nego u drugim zemljama. Rude sadrže veliki postotak volfram trioksida. U Rusiji postoji vrlo malo nakupina metalnog materijala. Tungsten pijesak također su niske kvalitete, s velikim brojem oksida.

Volfram u gospodarstvu

Globalna proizvodnja volframa počeo je rasti od 2009., kada se azijska industrija počela oporavljati. Najveći proizvođač volframova ostaje Kina. Na primjer, u 2013. godini udio proizvodnje ove zemlje činio je 81% svjetske ponude. Oko 12% potražnje za volframom povezano je s proizvodnjom rasvjetne opreme. Prema predviđanjima stručnjaka, korištenje volframa u ovoj sferi će se smanjiti na pozadini primjene LED i fluorescentnih svjetiljki iu domaćim uvjetima iu proizvodnji.

Vjeruje se da će u proizvodnji elektroničke opreme biti sve veća potražnja za volframom. Visoka otpornost na habanje volframa i njegova sposobnost da izdrže električnu energiju čine ovaj metal najprikladnijim za proizvodnju regulatora napona. Međutim, u smislu volumena, taj zahtjev ostaje prilično beznačajan i vjeruje se da će do 2018. godine porasti za samo 2%. Međutim, prema predviđanjima znanstvenika, u bliskoj budućnosti treba povećati potražnju za cementiranim karbidom. To je posljedica rasta proizvodnje automobila u SAD-u, Kini, Europi, kao i povećanju rudarske industrije. Vjeruje se da će do 2018. godine potražnja za volframom porasti za 3,6%.