Το βολφράμιο είναι ένα χημικό στοιχείο του οποίου ο ατομικός αριθμός είναι 74. Αυτό το βαρύ μέταλλο από ατσάλι-γκρι έως λευκό είναι εξαιρετικά ανθεκτικό, γεγονός που το καθιστά απλώς αναντικατάστατο σε πολλές περιπτώσεις. Το σημείο τήξεώς του είναι υψηλότερο από αυτό οποιουδήποτε άλλου μετάλλου και επομένως χρησιμοποιείται ως νήματα σε λαμπτήρες πυρακτώσεως και θερμαντικά στοιχεία σε ηλεκτρικούς κλιβάνους (για παράδειγμα, κράμα ζιρκονίου-βολφραμίου). Η χημεία του στοιχείου του επιτρέπει να χρησιμοποιηθεί ως καταλύτης. Η εξαιρετική του σκληρότητα το καθιστά κατάλληλο για χρήση σε "χάλυβες υψηλής ταχύτητας" που επιτρέπουν στα υλικά να κοπούν σε υψηλότερες ταχύτητες από τους ανθρακούχους χάλυβες και σε κράματα υψηλής θερμοκρασίας. Το καρβίδιο του βολφραμίου, μια ένωση του στοιχείου με άνθρακα, είναι μια από τις πιο σκληρές ουσίες που είναι γνωστές και χρησιμοποιείται για την κατασκευή εργαλείων φρεζαρίσματος και τόρνευσης. Τα βολφραμικά άλατα ασβεστίου και μαγνησίου χρησιμοποιούνται ευρέως σε λαμπτήρες φθορισμού και τα οξείδια βολφραμίου χρησιμοποιούνται ευρέως σε χρώματα και κεραμικά βερνίκια.
Ιστορικό ανακάλυψης
Η ύπαρξη αυτού του χημικού στοιχείου προτάθηκε για πρώτη φορά το 1779 από τον Peter Woolf, όταν ερεύνησε το ορυκτό βολφραμίτη και κατέληξε στοτο συμπέρασμα ότι πρέπει να περιέχει μια νέα ουσία. Το 1781, ο Carl Wilhelm Scheele διαπίστωσε ότι ένα νέο οξύ μπορούσε να ληφθεί από το βολφραμίτη. Ο Scheele και ο Thorburn Bergman πρότειναν να εξεταστεί η πιθανότητα απόκτησης ενός νέου μετάλλου με την αναγωγή αυτού του οξέος, που ονομάζεται βολφρασθενικό οξύ. Το 1783, δύο αδέρφια, ο José και ο Fausto Elguiar, βρήκαν ένα οξύ στον βολφραμίτη που ήταν πανομοιότυπο με το βολφραμικό οξύ. Την ίδια χρονιά, τα αδέρφια κατάφεραν να απομονώσουν βολφράμιο από αυτό χρησιμοποιώντας κάρβουνο.
Κατά τη διάρκεια του Β' Παγκοσμίου Πολέμου, αυτό το χημικό στοιχείο έπαιξε τεράστιο ρόλο. Η αντοχή του μετάλλου στις υψηλές θερμοκρασίες, καθώς και η εξαιρετική αντοχή των κραμάτων του, έκαναν το βολφράμιο την πιο σημαντική πρώτη ύλη για τη στρατιωτική βιομηχανία. Οι εμπόλεμοι άσκησαν πίεση στην Πορτογαλία ως την κύρια πηγή του βολφραμίτη στην Ευρώπη.
Όντας στη φύση
Στη φύση, το στοιχείο εμφανίζεται στον βολφραμίτη (FeWO4/MnWO4), σελιίτη (CaWO4), φερβερίτης και ουμπνερίτης. Σημαντικά κοιτάσματα αυτών των ορυκτών βρίσκονται στις ΗΠΑ στην Καλιφόρνια και το Κολοράντο, στη Βολιβία, την Κίνα, τη Νότια Κορέα, τη Ρωσία και την Πορτογαλία. Περίπου το 75% της παγκόσμιας παραγωγής βολφραμίου συγκεντρώνεται στην Κίνα. Το μέταλλο λαμβάνεται με αναγωγή του οξειδίου του με υδρογόνο ή άνθρακα.
Τα παγκόσμια αποθέματα υπολογίζονται σε 7 εκατομμύρια τόνους. Υποτίθεται ότι το 30% από αυτά είναι κοιτάσματα βολφραμίτη και το 70% σχελίτη. Επί του παρόντος, η ανάπτυξή τους δεν είναι οικονομικά βιώσιμη. Στο σημερινό επίπεδο κατανάλωσης, αυτά τα αποθέματα θα διαρκέσουν μόνο 140 χρόνια. Άλλη μια πολύτιμη πηγήΤο βολφράμιο είναι μια ανακύκλωση παλιοσίδερων.
Βασικά χαρακτηριστικά
Το βολφράμιο είναι ένα χημικό στοιχείο που ταξινομείται ως μέταλλο μεταπτώσεως. Το σύμβολο W του προέρχεται από τη λατινική λέξη wolframium. Στον περιοδικό πίνακα, βρίσκεται στην ομάδα VI μεταξύ τανταλίου και ρηνίου.
Στην πιο καθαρή του μορφή, το βολφράμιο είναι ένα σκληρό υλικό με χρώμα από γκρι χάλυβα έως λευκό κασσίτερο. Με ακαθαρσίες, το μέταλλο γίνεται εύθραυστο και δύσκολο να το δουλέψει κανείς, αλλά αν απουσιάζουν, τότε μπορεί να κοπεί με σιδηροπρίονο. Επιπλέον, μπορεί να σφυρηλατηθεί, να τυλιχτεί και να τραβήξει.
Το βολφράμιο είναι ένα χημικό στοιχείο του οποίου το σημείο τήξης είναι το υψηλότερο μεταξύ όλων των μετάλλων (3422 °C). Έχει επίσης τη χαμηλότερη πίεση ατμών. Έχει επίσης την υψηλότερη αντοχή σε εφελκυσμό στους T> 1650 °C. Το στοιχείο είναι εξαιρετικά ανθεκτικό στη διάβρωση και προσβάλλεται ελάχιστα από ανόργανα οξέα. Κατά την επαφή με τον αέρα, σχηματίζεται ένα προστατευτικό στρώμα οξειδίου στη μεταλλική επιφάνεια, αλλά το βολφράμιο οξειδώνεται πλήρως σε υψηλές θερμοκρασίες. Όταν προστίθεται σε μικρές ποσότητες στον χάλυβα, η σκληρότητά του αυξάνεται δραματικά.
Ισότοπα
Στη φύση, το βολφράμιο αποτελείται από πέντε ραδιενεργά ισότοπα, αλλά έχουν τόσο μεγάλο χρόνο ημιζωής που μπορούν να θεωρηθούν σταθερά. Όλα διασπώνται σε άφνιο-72 με την εκπομπή σωματιδίων άλφα (που αντιστοιχούν σε πυρήνες ηλίου-4). Η αποσύνθεση άλφα παρατηρείται μόνο στο 180W, το ελαφρύτερο και σπανιότερο από αυτάισότοπα. Κατά μέσο όρο, δύο διασπάσεις άλφα συμβαίνουν σε 1 g φυσικού βολφραμίου ετησίως 180W.
Επιπλέον, έχουν περιγραφεί 27 τεχνητά ραδιενεργά ισότοπα βολφραμίου. Το πιο σταθερό από αυτά είναι 181W με χρόνο ημιζωής 121,2 ημέρες, 185W (75,1 ημέρες), 188 Δ (69, 4 ημέρες) και 178Δ (21, 6 ημέρες). Όλα τα άλλα τεχνητά ισότοπα έχουν χρόνο ημιζωής μικρότερο από μία ημέρα και τα περισσότερα από αυτά είναι λιγότερο από 8 λεπτά. Το βολφράμιο έχει επίσης τέσσερις "μετασταθερές" καταστάσεις, από τις οποίες η πιο σταθερή είναι 179mW (6,4 λεπτά).
Συνδέσεις
Στις χημικές ενώσεις, η κατάσταση οξείδωσης του βολφραμίου αλλάζει από +2 σε +6, εκ των οποίων το +6 είναι το πιο κοινό. Το στοιχείο συνήθως συνδέεται με το οξυγόνο για να σχηματίσει κίτρινο τριοξείδιο (WO3), το οποίο διαλύεται σε υδατικά αλκαλικά διαλύματα ως ιόντα βολφραμικού (WO4 2−).
Αίτηση
Επειδή το βολφράμιο έχει πολύ υψηλό σημείο τήξης και είναι όλκιμο (μπορεί να συρθεί σε σύρμα), χρησιμοποιείται ευρέως ως το νήμα των λαμπτήρων πυρακτώσεως και των λαμπτήρων κενού, καθώς και στα θερμαντικά στοιχεία ηλεκτρικών κλιβάνων. Επιπλέον, το υλικό αντέχει σε ακραίες συνθήκες. Μία από τις γνωστές εφαρμογές του είναι η συγκόλληση τόξου βολφραμίου με αέριο θωράκιση.
Εξαιρετικά σκληρό, το βολφράμιο είναι ένα ιδανικό συστατικό για κράματα βαρέων όπλων. Η υψηλή πυκνότητα χρησιμοποιείται στα kettlebells,αντίβαρα και καρίνες έρματος για γιοτ, καθώς και σε βελάκια (80-97%). Ο χάλυβας υψηλής ταχύτητας, ο οποίος μπορεί να κόψει υλικό με υψηλότερες ταχύτητες από τον ανθρακούχο χάλυβα, περιέχει έως και 18% αυτής της ουσίας. Τα πτερύγια των στροβίλων, τα εξαρτήματα φθοράς και οι επικαλύψεις χρησιμοποιούν «υπερκράματα» που περιέχουν βολφράμιο. Αυτά είναι ανθεκτικά στη θερμότητα, εξαιρετικά ανθεκτικά κράματα που λειτουργούν σε υψηλές θερμοκρασίες.
Η θερμική διαστολή ενός χημικού στοιχείου είναι παρόμοια με το βοριοπυριτικό γυαλί, επομένως χρησιμοποιείται για την κατασκευή σφραγίσεων από γυαλί σε μέταλλο. Τα σύνθετα υλικά που περιέχουν βολφράμιο είναι ένα εξαιρετικό υποκατάστατο του μολύβδου σε σφαίρες και σφαίρες. Σε κράματα με νικέλιο, σίδηρο ή κοβάλτιο, κατασκευάζονται από αυτό βλήματα κρούσης. Όπως μια σφαίρα, η κινητική της ενέργεια χρησιμοποιείται για να χτυπήσει έναν στόχο. Στα ολοκληρωμένα κυκλώματα, το βολφράμιο χρησιμοποιείται για την πραγματοποίηση συνδέσεων με τρανζίστορ. Ορισμένοι τύποι χορδών μουσικών οργάνων είναι κατασκευασμένοι από σύρμα βολφραμίου.
Χρήση συνδέσεων
Η εξαιρετική σκληρότητα του καρβιδίου του βολφραμίου (W2C, WC) το καθιστά το πιο κοινό υλικό για εργαλεία φρεζαρίσματος και τόρνευσης. Εφαρμόζεται σε βιομηχανίες μεταλλουργίας, εξόρυξης, πετρελαίου και κατασκευών. Το καρβίδιο βολφραμίου χρησιμοποιείται επίσης στην κατασκευή κοσμημάτων καθώς είναι υποαλλεργικό και δεν τείνει να χάνει τη λάμψη του.
Το
Το γλάσο είναι φτιαγμένο από τα οξείδια του. Ο «χάλκινος» βολφραμίου (ονομάζεται έτσι λόγω του χρώματος των οξειδίων) χρησιμοποιείται στα χρώματα. Τα βολφραμικά άλατα μαγνησίου και ασβεστίου χρησιμοποιούνται στο φθορίζονλαμπτήρες. Το κρυσταλλικό βολφραμικό χρησιμεύει ως ανιχνευτής σπινθηρισμού στην πυρηνική ιατρική και τη φυσική. Τα άλατα χρησιμοποιούνται στη χημική βιομηχανία και στη βιομηχανία δέρματος. Το δισουλφίδιο βολφραμίου είναι ένα γράσο υψηλής θερμοκρασίας που μπορεί να αντέξει τους 500°C. Ορισμένες ενώσεις που περιέχουν βολφράμιο χρησιμοποιούνται στη χημεία ως καταλύτες.
Ιδιότητες
Οι κύριες φυσικές ιδιότητες του W είναι οι εξής:
- Ατομικός αριθμός: 74.
- Ατομική μάζα: 183, 85.
- Σημείο τήξεως: 3410 °C.
- Σημείο βρασμού: 5660 °C.
- Πυκνότητα: 19,3 g/cm3 στους 20°C.
- Καταστάσεις οξείδωσης: +2, +3, +4, +5, +6.
- Ηλεκτρονική διαμόρφωση: [Xe]4 f 145 d 46 s 2.
