Τι είναι το βολφράμιο; Ο βαθμός οξείδωσης του βολφραμίου. Σφαίρα εφαρμογής βολφραμίου

Το βολφράμιο είναι ένα χημικό στοιχείο του οποίου ο ατομικός αριθμός είναι 74. Αυτό το βαρύ μέταλλο είναι από γκρι-ατσάλι σε λευκό, που χαρακτηρίζεται από υψηλή αντοχή, γεγονός που καθιστά σε πολλές περιπτώσεις απλώς αναντικατάστατη. Το σημείο τήξης του είναι υψηλότερο από οποιοδήποτε άλλο μέταλλο και συνεπώς χρησιμοποιείται ως νημάτια σε λαμπτήρες πυρακτώσεως και στοιχεία θέρμανσης σε ηλεκτρικούς κλιβάνους (για παράδειγμα κράμα ζιρκονίου-βολφραμίου). Η χημεία του στοιχείου καθιστά δυνατή τη χρήση του ως καταλύτη. Η εξαιρετική σκληρότητα το καθιστά κατάλληλο για χρήση σε "χάλυβα υψηλής ταχύτητας", το οποίο επιτρέπει την κοπή υλικών με υψηλότερη ταχύτητα από τους χάλυβες άνθρακα και σε κράματα υψηλής θερμοκρασίας. Το καρβίδιο του βολφραμίου, η σύνδεση του στοιχείου με άνθρακα, είναι μία από τις πιο γνωστές ουσίες και χρησιμοποιείται για την κατασκευή εργαλείων φρεζαρίσματος και περιστροφής. Τα βολφραμικά ασβέστιο και μαγνήσιο χρησιμοποιούνται ευρέως σε λαμπτήρες φθορισμού και τα οξείδια βολφραμίου χρησιμοποιούνται σε χρώματα και κεραμικά υαλοστάσια.

Ιστορία της ανακάλυψης

Η υπόθεση της ύπαρξης αυτού του χημικού στοιχείου εκφράστηκε για πρώτη φορά το 1779 από τον Peter Woolf, όταν διερεύνησε το ορυκτό wolframite και κατέληξε στο συμπέρασμα ότι πρέπει να περιέχει μια νέα ουσία. Το 1781 ο Karl Wilhelm Scheele διαπίστωσε ότι ένα νέο οξύ μπορεί να ληφθεί από το βολφράμιο. Οι Scheele και Thorburn Bergman πρότειναν να εξεταστεί η πιθανότητα λήψης νέου μετάλλου με ανασύσταση αυτού του οξέος, το οποίο ονομαζόταν βολφράμιο. Το 1783 δύο αδέρφια, Jose και Fausto Elguyar, βρέθηκαν στο βολφράμιο οξύ, το οποίο ήταν πανομοιότυπο με το βολφράμιο. Την ίδια χρονιά, οι αδελφοί κατάφεραν να αποσπάσουν βολφράμιο από αυτό, χρησιμοποιώντας κάρβουνο.

Κατά τη διάρκεια του Δευτέρου Παγκοσμίου Πολέμου αυτό το χημικό στοιχείο έπαιξε τεράστιο ρόλο Η σταθερότητα του μετάλλου σε υψηλές θερμοκρασίες, καθώς και η εξαιρετική αντοχή των κραμάτων του, κατέστησαν το βολφράμιο το σημαντικότερο υλικό για τη στρατιωτική βιομηχανία. Οι πολεμοφορείς άσκησαν πίεση στην Πορτογαλία ως την κύρια πηγή του φωτοφθαλμιού στην Ευρώπη.

Όντας στη φύση

Στη φύση, το στοιχείο βρίσκεται στο βολφράμιο (FeWO ₄ / MnWO ₄ ), scheelite (CaWO ₄ ), κουνάβι και guebnerite. Σημαντικές καταθέσεις αυτών των ορυκτών έχουν βρεθεί στις ΗΠΑ στην Καλιφόρνια και στο Κολοράντο, στη Βολιβία, την Κίνα, τη Νότια Κορέα, τη Ρωσία και την Πορτογαλία. Στην Κίνα, συγκεντρώνεται περίπου το 75% της παγκόσμιας παραγωγής βολφραμίου. Το μέταλλο παράγεται με τη μείωση του οξειδίου του με υδρογόνο ή άνθρακα.

Τα παγκόσμια αποθέματα εκτιμώνται σε 7 εκατομμύρια τόνους. Υποτίθεται ότι το 30% αυτών είναι αποθέσεις βολφραμίτη και 70% σκελετός. Προς το παρόν, η ανάπτυξή τους δεν είναι οικονομικά αποδοτική. Στο σημερινό επίπεδο κατανάλωσης, αυτά τα αποθέματα θα διαρκέσουν μόλις 140 χρόνια. Μια άλλη πολύτιμη πηγή βολφραμίου είναι η ανακύκλωση μεταλλικών απορριμμάτων.

Κύρια χαρακτηριστικά

Το βολφράμιο είναι ένα χημικό στοιχείο που ταξινομείται ως μεταβατικό μέταλλο. Το σύμβολό του W προέρχεται από τη λατινική λέξη wolframium. Στον περιοδικό πίνακα, βρίσκεται στην ομάδα VI μεταξύ ταντάλιο και ρήνιο.

Στην καθαρή του μορφή, το βολφράμιο είναι ένα στερεό υλικό, το χρώμα του οποίου ποικίλλει από γκρι-ατσάλι έως λευκό κασσίτερο. Με τις ακαθαρσίες, το μέταλλο γίνεται εύθραυστο και δύσκολο να λειτουργήσει, αλλά αν δεν είναι, τότε μπορεί να κοπεί με ένα κοπτικό. Επιπλέον, μπορεί να πλαστικοποιηθεί, να τυλιχτεί και να τεντωθεί.

Το βολφράμιο είναι ένα χημικό στοιχείο του οποίου το σημείο τήξης είναι το υψηλότερο μεταξύ όλων των μετάλλων (3422 ° C). Επίσης, έχει τη χαμηλότερη πίεση ατμών. Η αντοχή σε εφελκυσμό σε T> 1650 ° C είναι επίσης η μεγαλύτερη. Το στοιχείο είναι εξαιρετικά ανθεκτικό στη διάβρωση και είναι ελαφρώς ευαίσθητο σε ανόργανα οξέα. Κατά την επαφή με τον αέρα, σχηματίζεται μία προστατευτική στρώση οξειδίου επί της μεταλλικής επιφάνειας, αλλά ολικό βολφράμιο οξειδώνεται σε υψηλή θερμοκρασία. Όταν προστίθεται σε μικρές ποσότητες σε χάλυβα, η σκληρότητα αυξάνεται δραματικά.

Ισότοπα

Στη φύση, το βολφράμιο αποτελείται από πέντε ραδιενεργά ισότοπα, αλλά έχουν τόσο μακρύ χρόνο ημίσειας ζωής που μπορούν να θεωρηθούν σταθερά. Όλοι αυτοί αποσυντίθενται σε άφνιο-72 με την εκπομπή σωματιδίων άλφα (που αντιστοιχούν σε πυρήνες ηλίου-4). Η αλφα-αποσύνθεση παρατηρείται μόνο σε ¹⁸⁰ W, τα πιο ελαφρά και σπάνια από αυτά τα ισότοπα. Κατά μέσο όρο, σε 1 γραμ. Φυσικού βολφραμίου, εμφανίζονται δύο άλφα διασπάσεις των ¹⁸⁰ W ανά έτος.

Επιπλέον, περιγράφονται 27 τεχνητά ραδιενεργά ισότοπα βολφραμίου. Το πιο σταθερό από αυτά είναι ¹⁸¹ W με χρόνο ημιζωής 121,2 ημέρες, ¹⁸⁵ W (75,1 ημέρες), ¹⁸⁸ W (69,4 ημέρες) και ¹⁷⁸ W (21,6 ημέρες). Για όλα τα άλλα τεχνητά ισότοπα, ο χρόνος ημίσειας ζωής δεν υπερβαίνει την ημέρα και οι περισσότεροι από αυτούς είναι μικρότεροι από 8 λεπτά. Το βολφράμιο έχει επίσης τέσσερις μετασταθείς καταστάσεις, εκ των οποίων το πιο σταθερό είναι ^179m W (6,4 λεπτά).

Συνδέσεις

Στις χημικές ενώσεις του βολφραμίου, ο βαθμός οξείδωσης κυμαίνεται από +2 έως +6, εκ των οποίων το +6 είναι το πιο κοινό. Το στοιχείο, κατά κανόνα, έρχεται σε επαφή με οξυγόνο, σχηματίζοντας ένα κίτρινο τριοξείδιο (WO ₃ ), το οποίο διαλύεται σε υδατικά αλκαλικά διαλύματα με τη μορφή ιόντων βολφραμικού (WO ₄ ^2- ).

Εφαρμογή

Δεδομένου ότι το βολφράμιο έχει ένα πολύ υψηλό σημείο τήξης και είναι πλαστικό (μπορεί να τραβηχτεί στο σύρμα), χρησιμοποιείται ευρέως ως νήματα λαμπτήρων πυρακτώσεως και λαμπτήρων κενού, καθώς και σε θερμαντικά στοιχεία ηλεκτρικών κλιβάνων. Επιπλέον, το υλικό αντέχει σε ακραίες συνθήκες. Μία από τις γνωστές εφαρμογές είναι η συγκόλληση τόξου με ηλεκτρόδιο βολφραμίου σε αέριο θωράκισης.

Εξαιρετικά σκληρό βολφράμιο είναι το ιδανικό συστατικό των βαρέων κραμάτων όπλων. Χρησιμοποιείται μεγάλη πυκνότητα στα βάρη, τα αντίβαρα και τις καρίλες έρματος για γιοτ, καθώς και σε βελάκια (80-97%). Ο χάλυβας υψηλής ταχύτητας, ο οποίος μπορεί να κόβει υλικό σε υψηλότερες ταχύτητες από τον άνθρακα, περιέχει έως και 18% αυτού του υλικού. Στα πτερύγια στροβίλων, σε μέρη και επικαλύψεις ανθεκτικά στη φθορά, χρησιμοποιούνται "υπερκράματα" που περιέχουν βολφράμιο. Πρόκειται για κράματα υψηλής αντοχής υψηλής αντοχής που λειτουργούν σε υψηλές θερμοκρασίες.

Η θερμική διαστολή ενός χημικού στοιχείου είναι παρόμοια με το βοριοπυριτικό γυαλί, επομένως χρησιμοποιείται για τη δημιουργία σφράγισης από γυαλί σε μέταλλο. Τα σύνθετα που περιέχουν βολφράμιο αποτελούν εξαιρετικό υποκατάστατο του μολύβδου σε σφαίρες και πυροβολισμούς. Στα κράματα με νικέλιο, σίδηρο ή κοβάλτιο, κατασκευάζονται κελύφη κρούσης. Όπως μια σφαίρα, η κινητική της ενέργεια χρησιμοποιείται για να νικήσει τον στόχο. Στα ολοκληρωμένα κυκλώματα του βολφραμίου πραγματοποιούνται συνδέσεις με τρανζίστορ. Ορισμένοι τύποι χορδών για μουσικά όργανα είναι κατασκευασμένοι από σύρμα βολφραμίου.

Χρήση συνδέσεων

Η εξαιρετική σκληρότητα του καρβιδίου του βολφραμίου (W ₂ C, WC) το καθιστά το πιο συνηθισμένο υλικό για την κατασκευή εργαλείων φρεζαρίσματος και περιστροφής. Χρησιμοποιείται στις βιομηχανίες μεταλλουργίας, εξορυκτικών βιομηχανιών, πετρελαίου και κατασκευών. Το καρβίδιο του βολφραμίου χρησιμοποιείται επίσης για την κατασκευή κοσμημάτων, δεδομένου ότι είναι υποαλλεργικό και δεν έχει την τάση να χάνει τη λάμψη του.

Από τα οξείδια του κάνει το λούστρο. Το βολφράμιο "χάλκινο" (που ονομάζεται έτσι λόγω του χρώματος των οξειδίων) χρησιμοποιούνται σε χρώματα. Οι βολφραμίδες του μαγνησίου και του ασβεστίου χρησιμοποιούνται σε λαμπτήρες φθορισμού. Το κρυσταλλικό βαμβάκι χρησιμεύει ως ανιχνευτής σπινθηρισμού στην πυρηνική ιατρική και τη φυσική. Τα αλάτια χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία χημικών και δερμάτινων ειδών. Το διθειούχο βολφράμιο είναι ένα λίπος υψηλής θερμοκρασίας που μπορεί να αντέξει τους 500 ° C. Ορισμένες ενώσεις που περιέχουν βολφράμιο χρησιμοποιούνται ως καταλύτες στη χημεία.

Ιδιότητες

Οι βασικές φυσικές ιδιότητες του W είναι οι εξής:

• Ατομικός αριθμός: 74.
• Ατομικό βάρος: 183,85.
• Σημείο τήξεως: 3410 ° C.
• Σημείο ζέσεως: 5660 ° C.
• Πυκνότητα: 19,3 g / cm3 στους 20 ° C.
• Οξειδωτικές καταστάσεις: +2, +3, +4, +5, +6.
• Ηλεκτρονική διαμόρφωση: [Xe] 4 f ¹⁴ 5 d ⁴ 6 s ² .