Tungstenul este un element chimic al cărui număr atomic este 74. Acest metal greu de la gri-oțel la alb este foarte durabil, ceea ce îl face pur și simplu de neînlocuit în multe cazuri. Punctul său de topire este mai mare decât cel al oricărui alt metal și, prin urmare, este folosit ca filamente în lămpile cu incandescență și elemente de încălzire în cuptoare electrice (de exemplu, aliaj de zirconiu-tungsten). Chimia elementului îi permite să fie utilizat ca catalizator. Duritatea sa excepțională îl face potrivit pentru utilizarea în „oțelurile de mare viteză”, care permit tăierea materialelor la viteze mai mari decât oțelurile carbon și în aliajele cu temperaturi ridicate. Carbura de wolfram, un compus al elementului cu carbon, este una dintre cele mai dure substanțe cunoscute și este folosită la fabricarea sculelor de frezat și strunjire. Tungstații de calciu și magneziu sunt utilizați pe scară largă în lămpile fluorescente, iar oxizii de wolfram sunt utilizați pe scară largă în vopsele și glazuri ceramice.
Istoricul descoperirilor
Existența acestui element chimic a fost sugerată pentru prima dată în 1779 de Peter Woolf, când a investigat mineralul wolframite și a ajuns laconcluzia că trebuie să conţină o substanţă nouă. În 1781, Carl Wilhelm Scheele a stabilit că un nou acid poate fi obținut din tungstenit. Scheele și Thorburn Bergman au propus să ia în considerare posibilitatea obținerii unui nou metal prin reducerea acestui acid, numit acid tungstenic. În 1783, doi frați, José și Fausto Elguiar, au găsit în wolframite un acid identic cu acidul tungstenic. În același an, frații au reușit să izoleze wolfram de acesta folosind cărbune.
În timpul celui de-al doilea război mondial, acest element chimic a jucat un rol uriaș. Rezistența metalului la temperaturi ridicate, precum și rezistența extremă a aliajelor sale, au făcut din wolfram cea mai importantă materie primă pentru industria militară. Beligeranții au făcut presiuni asupra Portugaliei ca principală sursă de wolframit în Europa.
A fi în natură
În natură, elementul apare în wolframit (FeWO4/MnWO4), scheelit (CaWO4), ferberită și hübnerită. Zăcăminte importante ale acestor minerale se găsesc în SUA, în California și Colorado, în Bolivia, China, Coreea de Sud, Rusia și Portugalia. Aproximativ 75% din producția mondială de wolfram este concentrată în China. Metalul se obține prin reducerea oxidului său cu hidrogen sau carbon.
Rezervele mondiale sunt estimate la 7 milioane de tone. Se presupune că 30% dintre acestea sunt zăcăminte de wolframit și 70% de scheelit. În prezent, dezvoltarea lor nu este viabilă din punct de vedere economic. La nivelul actual de consum, aceste rezerve vor dura doar 140 de ani. O altă sursă valoroasăwolfram este un fier vechi de reciclare.
Funcții cheie
Tungstenul este un element chimic care este clasificat ca un metal de tranziție. Simbolul său W provine din cuvântul latin wolframium. În tabelul periodic, este în grupa VI între tantal și reniu.
În forma sa cea mai pură, wolfram este un material dur, cu culori variate de la gri de oțel la alb cositor. Cu impurități, metalul devine casant și greu de lucrat, dar dacă acestea sunt absente, atunci poate fi tăiat cu un ferăstrău. În plus, poate fi forjat, laminat și tras.
Tungstenul este un element chimic al cărui punct de topire este cel mai ridicat dintre toate metalele (3422 °C). De asemenea, are cea mai scăzută presiune de vapori. De asemenea, are cea mai mare rezistență la tracțiune la T> 1650 °C. Elementul este extrem de rezistent la coroziune și este doar puțin atacat de acizii minerali. La contactul cu aerul, pe suprafața metalului se formează un strat protector de oxid, dar wolfram este complet oxidat la temperaturi ridicate. Când este adăugat în cantități mici la oțel, duritatea acestuia crește dramatic.
izotopi
În natură, wolframul este alcătuit din cinci izotopi radioactivi, dar au un timp de înjumătățire atât de lung încât pot fi considerați stabili. Toate se descompun în hafniu-72 odată cu emisia de particule alfa (corespunzând nucleelor de heliu-4). Dezintegrarea alfa este observată numai în 180W, cea mai ușoară și mai rară dintre acesteaizotopi. În medie, două descompunere alfa apar în 1 g de tungsten natural pe an 180W.
În plus, au fost descriși 27 de izotopi radioactivi artificiali ai wolframului. Cel mai stabil dintre acestea este 181W cu un timp de înjumătățire de 121,2 zile, 185W (75,1 zile), 188 W (69, 4 zile) și 178W (21, 6 zile). Toți ceilalți izotopi artificiali au un timp de înjumătățire mai mic de o zi, iar cei mai mulți dintre ei sunt mai puțin de 8 minute. Tungstenul are, de asemenea, patru stări „metastabile”, dintre care cea mai stabilă este 179mW (6,4 min).
Conexiuni
În compușii chimici, starea de oxidare a wolframului se modifică de la +2 la +6, dintre care +6 este cel mai frecvent. Elementul se leagă de obicei cu oxigenul pentru a forma trioxid galben (WO3), care se dizolvă în soluții alcaline apoase sub formă de ioni de tungstat (WO42−).
Aplicație
Deoarece wolfram are un punct de topire foarte mare și este ductil (poate fi tras în sârmă), este utilizat pe scară largă ca filament al lămpilor cu incandescență și al lămpilor cu vid, precum și în elementele de încălzire ale cuptoarelor electrice. În plus, materialul rezistă la condiții extreme. Una dintre aplicațiile sale cunoscute este sudarea cu arc de tungsten protejată cu gaz.
Excepțional de dur, wolfram este o componentă ideală pentru aliajele de arme grele. Densitatea mare este folosită în kettlebell,contragreutati si chile de balast pentru iahturi, precum si la darts (80-97%). Oțelul de mare viteză, care poate tăia materialul la viteze mai mari decât oțelul carbon, conține până la 18% din această substanță. Paletele turbinei, piesele de uzură și acoperirile folosesc „superaliaje” care conțin wolfram. Acestea sunt aliaje rezistente la căldură, foarte rezistente, care funcționează la temperaturi ridicate.
Dtinderea termică a unui element chimic este similară cu sticla borosilicată, deci este folosită pentru a face etanșări sticlă-metal. Compozitele care conțin wolfram sunt un înlocuitor excelent pentru plumb în gloanțe și împușcături. În aliajele cu nichel, fier sau cob alt, din acesta sunt realizate proiectile de impact. Ca un glonț, energia sa cinetică este folosită pentru a lovi o țintă. În circuitele integrate, wolfram este folosit pentru a face conexiuni la tranzistoare. Unele tipuri de corzi de instrumente muzicale sunt fabricate din fire de tungsten.
Utilizarea conexiunilor
Duritatea excepțională a carburii de tungsten (W2C, WC) îl face cel mai comun material pentru sculele de frezat și strunjire. Se aplică în industria metalurgică, minieră, petrolieră și construcții. Carbura de tungsten este, de asemenea, folosită în fabricarea de bijuterii, deoarece este hipoalergenică și nu tinde să-și piardă strălucirea.
Glaza este făcută din oxizii săi. Tungstenul „bronz” (numit așa din cauza culorii oxizilor) este folosit în vopsele. Tungstații de magneziu și calciu sunt utilizați în fluorescentelămpile. Tungstatul cristalin servește ca detector de scintilație în medicina nucleară și fizică. Sărurile sunt folosite în industria chimică și a pielii. Disulfura de wolfram este o grăsime la temperaturi ridicate care poate rezista la 500°C. Unii compuși care conțin wolfram sunt utilizați în chimie ca catalizatori.
Proprietăți
Principalele proprietăți fizice ale lui W sunt următoarele:
- Număr atomic: 74.
- Masa atomică: 183, 85.
- Punctul de topire: 3410 °C.
- Punctul de fierbere: 5660 °C.
- Densitate: 19,3 g/cm3 la 20°C.
- Stari de oxidare: +2, +3, +4, +5, +6.
- Configurație electronică: [Xe]4 f 145 d 46 s 2.
