Wolfram je čo? Stupeň oxidácie volfrámu. Oblasť použitia volfrámu

Tungsten je chemický prvok, ktorého atómové číslo je 74. Tento ťažký kov je zo šedej ocele do bielej farby, charakterizovanej vysokou pevnosťou, čo v mnohých prípadoch jednoducho nenahraditeľnú. Jeho teplota topenia je vyššia ako u akéhokoľvek iného kovu a preto sa používa ako vlákna v žiarovkách a vykurovacích telesách v elektrických peciach (napríklad zliatina zirkón-wolfrám). Chémia prvku umožňuje použitie ako katalyzátora. Výnimočná tvrdosť je vhodná na použitie v "vysokorýchlostnej oceli", ktorá umožňuje rezanie materiálov s vyššou rýchlosťou ako uhlíkové ocele a vysokoteplotné zliatiny. Karbid volfrámu, spojenie prvku s uhlíkom, je jednou z najznámejších látok a slúži na výrobu nástrojov na frézovanie a otáčanie. Vo fluorescenčných lampách sa široko používajú vápenaté a horečnaté wolfráty a oxidy volfrámov sa používajú vo farbách a keramických glazúrach.

História objavu

Predpoklad existencie tohto chemického prvku bol najprv vyjadrený v roku 1779 Petrom Woolfom, keď skúmal minerálny wolframit a dospel k záveru, že musí obsahovať novú látku. V roku 1781 Karl Wilhelm Scheele zistil, že nová kyselina sa môže získať z volfrámu. Scheele a Thorburn Bergman navrhli zvážiť možnosť získania nového kovu rekonštitúciou tejto kyseliny, ktorá sa volala volfrám. V roku 1783 sa dvaja bratia, Jose a Fausto Elguyar, našli v kyseline wolfrámovej, ktorá bola identická s volfrámom. V tom istom roku sa bratom podarilo vytiahnuť z neho volfrámu pomocou dreveného uhlia.

Počas druhej svetovej vojny tento chemický prvok zohral obrovskú úlohu. Stabilita kovu na vysoké teploty, ako aj extrémna pevnosť jeho zliatin, robili z volfrámu najdôležitejšiu surovinu pre vojenský priemysel. Bojovníci vyvíjali tlak na Portugalsko ako hlavný zdroj wolframitu v Európe.

Byť v prírode

V prírode sa prvok nachádza vo volfráme (FeWO ₄ / MnWO ₄ ), scheelite (CaWO ₄ ), fretky a guebnerite. Dôležité ložiská týchto minerálov sa nachádzajú v USA v Kalifornii a Colorade, v Bolívii, Číne, Južnej Kórei, Rusku a Portugalsku. V Číne sa sústreďuje približne 75% svetovej produkcie volfrámu. Kov sa vyrába redukciou oxidu vodíka alebo uhlíka.

Svetové rezervy sa odhadujú na 7 miliónov ton, predpokladá sa, že 30% z nich tvoria ložiská wolframu a 70% scheelitu. V súčasnosti ich vývoj nie je ekonomicky rentabilný. Pri súčasnej úrovni spotreby budú tieto rezervy trvať iba 140 rokov. Ďalším cenným zdrojom volfrámu je recyklácia šrotu.

Hlavné funkcie

Wolfrám je chemický prvok, ktorý je klasifikovaný ako prechodový kov. Jeho symbol W pochádza z latinského slova wolframium. V periodickej tabuľke je v skupine VI medzi tantalom a réniom.

Vo svojej čistej forme je volfrám pevný materiál, ktorého farba sa mení od šedej ocele po cínu. S nečistotami sa kov stáva krehkým a ťažko pracuje, ale ak nie sú, potom môže byť rezaný pilou. Okrem toho môže byť kované, valcované a natiahnuté.

Wolfrám je chemický prvok, ktorého teplota topenia je najvyššia medzi všetkými kovmi (3422 ° C). Tiež má najnižší tlak pár. Pevnosť v ťahu pri T> 1650 ° C je tiež najväčšia. Prvok je extrémne odolný proti korózii a je mierne náchylný na minerálne kyseliny. Po kontakte so vzduchom sa na kovovom povrchu vytvorí ochranná oxidová vrstva, avšak úplne volfrám oxiduje pri vysokej teplote. Keď sa pridáva v malom množstve do ocele, jeho tvrdosť sa dramaticky zvyšuje.

izotopy

V prírode sa volfrám skladá z piatich rádioaktívnych izotopov, ale majú taký dlhý polčas , ktorý možno považovať za stabilný. Všetci sa rozpadajú na hafnium-72 s emisiou častíc alfa (zodpovedajúcich jadru hélia-4). Rozklad alfa sa pozoruje len v ¹⁸⁰ W, čo je najľahší a vzácny z týchto izotopov. Priemerne sa v 1 g prírodného volfrámu objavujú dva alfa rozpady o ¹⁸⁰ W za rok.

Okrem toho sú opísané 27 umelých rádioaktívnych izotopov volfrámu. Najstabilnejšia z nich je ¹⁸¹ W s polčasom rozpadu 121,2 dní, ¹⁸⁵ W (75,1 dňa), ¹⁸⁸ W (69,4 dní) a ¹⁷⁸ W (21,6 dňa). Pri všetkých ostatných umelých izotopoch polčas rozpadu nepresahuje jeden deň a väčšina z nich je kratšia ako 8 minút. Tungsten má tiež štyri "metastabilné" stavy, z ktorých najstabilnejší je ^{179 m} W (6,4 min).

pripojenie

V chemických zlúčeninách volfrámu sa stupeň oxidácie pohybuje od +2 do +6, z čoho je najčastejšie +6. Prvok spravidla prichádza do styku s kyslíkom, čím vzniká žltý trioxid (WO ₃ ), ktorý sa rozpúšťa vo vodných alkalických roztokoch vo forme wolfrámových iónov (WO ₄ ^2- ).

prihláška

Vzhľadom k tomu, že volfrám má veľmi vysokú teplotu topenia a je tvárný (môže byť ťahaný do drôtu), je široko používaný ako vlákna žiaroviek a vákuových svetiel, rovnako ako v ohrievacích prvkoch elektrických pecí. Okrem toho materiál odoláva extrémnym podmienkam. Jednou z jeho známych aplikácií je oblúkové zváranie s volfrámovou elektródou v tieniacom plyne.

Extrémne tvrdý tungsten je ideálnou súčasťou zliatin ťažkých zliatin. Veľká hustota sa používa pri hmotnostiach, protizávažiach a záťažových kefách pre jachty, ako aj pri šípkach (80-97%). Vysokorýchlostná oceľ, ktorá môže rezať materiál pri vyšších rýchlostiach ako uhlík, obsahuje až 18% tohto materiálu. V lopatkách turbín, častí a povlakoch odolných voči opotrebovaniu sa používajú "superzliatiny" obsahujúce volfrám. Ide o vysokoteplotné, vysoko odolné zliatiny, ktoré fungujú pri zvýšených teplotách.

Tepelná rozťažnosť chemického prvku je podobná borosilikátovému sklu, takže sa používa na vytvorenie tesnenia medzi sklom a kovom. Kompozity obsahujúce volfrám sú vynikajúcou náhražkou olova v guľkách a streľbe. V zliatinách s niklom, železom alebo kobaltom sa z neho vyrábajú rázy nárazu. Ako ku guľke, jeho kinetická energia sa používa na porážku cieľa. V integrovaných obvodoch volfrámu vytvárajte spojenia s tranzistormi. Niektoré typy strún pre hudobné nástroje sú vyrobené z volfrámového drôtu.

Použitie pripojení

Výnimočná tvrdosť karbidu wolfrámu (W ₂ C, WC) z neho robí najbežnejší materiál na výrobu nástrojov na frézovanie a sústruženie. Používa sa v metalurgickom, ťažobnom, ropnom a stavebnom priemysle. Karbid volfrámu sa používa aj pri výrobe šperkov, pretože je hypoalergénny a nie je ochotný stratiť svoj lesk.

Z jeho oxidov sa vytvára glazúra. Tungsten "bronz" (nazývaný tak kvôli farbe oxidov) sa používa vo farbách. Vo fluorescenčných žiarivkách sa používajú škroby horčíka a vápnika. Kryštalický valček slúži ako scintilačný detektor v nukleárnej medicíne a fyzike. Soli sa používajú v chemickom a kožiarskom priemysle. Sulfid volfrámu je vysokoteplotné mazivo, ktoré môže vydržať 500 ° C. Niektoré zlúčeniny obsahujúce volfrám sa používajú ako katalyzátory v chémii.

vlastnosti

Základné fyzikálne vlastnosti W sú nasledovné:

• Atómové číslo: 74.
• Atómová hmotnosť: 183,85.
• Teplota topenia: 3410 ° C.
• Teplota varu: 5660 ° C.
• Hustota: 19,3 g / cm3 pri 20 ° C
• Oxidačné stavy: +2, +3, +4, +5, +6.
• Elektronická konfigurácia: [Xe] 4 f ¹⁴ 5 d ⁴ 6 s ² .