Un mensaje sobre el metal tungsteno. Tungsteno: ¿qué tipo de metal? Propiedades y aplicaciones

Ya en el siglo XVI se conocía el mineral wolframita, que traducido del alemán ( Lobo Rahm) significa "crema de lobo". El mineral recibió este nombre por sus características. El caso es que el tungsteno, que acompañaba a los minerales de estaño, durante la fundición del estaño lo convertía simplemente en espuma de escoria, por eso decían: "devora el estaño como un lobo devora a una oveja". Con el tiempo, fue de la wolframita de donde heredó el nombre de tungsteno el 74º elemento químico del sistema periódico.

Características del tungsteno

El tungsteno es un metal de transición de color gris claro. Tiene un parecido externo con el acero. Debido a sus propiedades bastante únicas, este elemento es un material muy valioso y raro, cuya forma pura no existe en la naturaleza. El tungsteno tiene:

una densidad bastante elevada, que equivale a 19,3 g/cm 3 ;
alto punto de fusión de 3422 0 C;
resistencia eléctrica suficiente - 5,5 μOhm*cm;
indicador normal del coeficiente del parámetro de expansión lineal igual a 4,32;
el punto de ebullición más alto entre todos los metales, igual a 5555 0 C;
baja tasa de evaporación, incluso a pesar de temperaturas superiores a 200 0 C;
Conductividad eléctrica relativamente baja. Sin embargo, esto no impide que el tungsteno siga siendo un buen conductor.

Tabla 1. Propiedades del tungsteno

Característica	Significado
Propiedades del átomo
Nombre, símbolo, número	Tungsteno / Wolframio (W), 74
Masa atómica (masa molar)	183.84(1)a. em (g/mol)
Configuración electrónica	4f14 5d4 6s2
Radio atómico	141 pm
Propiedades químicas
Radio covalente	170 pm
Radio de iones	(+6e) 62 (+4e) 70pm
Electronegatividad	2.3 (escala de Pauling)
Potencial de electrodo	W ← W3+ 0,11 VW ← W6+ 0,68V
Estados de oxidación	6, 5, 4, 3, 2, 0
Energía de ionización (primer electrón)	769,7 (7,98) kJ/mol (eV)
Propiedades termodinámicas de una sustancia simple.
Densidad (en condiciones normales)	19,25 g/cm³
Temperatura de fusión	3695 K (3422 °C, 6192 °F)
temperatura de ebullición	5828 K (5555 °C, 10031 °F)
Ud. calor de fusión	285,3 kJ/kg 52,31 kJ/mol
Ud. calor de vaporización	4482 kJ/kg 824 kJ/mol
Capacidad calorífica molar	24,27 J/(K·mol)
Volumen molar	9,53 cm³/mol
Red cristalina de una sustancia simple.
estructura reticular	cúbico centrado en el cuerpo
Parámetros de red	3.160 Å
Temperatura de Debye	310K
Otras características
Conductividad térmica	(300 K) 162,8 W/(mK)
número CAS	7440-33-7

Todo esto hace que el tungsteno sea un metal muy duradero que no es susceptible a daños mecánicos. Pero la presencia de propiedades tan únicas no excluye la presencia de desventajas que también tiene el tungsteno. Éstas incluyen:

alta fragilidad cuando se expone a temperaturas muy bajas;
alta densidad, lo que dificulta su procesamiento;
Baja resistencia a los ácidos a bajas temperaturas.

producción de tungsteno

El tungsteno, junto con el molibdeno, el rubidio y otras sustancias, forma parte de un grupo de metales raros que se caracterizan por tener una distribución muy baja en la naturaleza. Debido a esto, no se puede extraer de forma tradicional, como muchos minerales. Así, la producción industrial de tungsteno consta de las siguientes etapas:

extracción de mineral que contiene una cierta proporción de tungsteno;
organizar las condiciones apropiadas en las que el metal pueda separarse de la masa procesada;
concentración de una sustancia en forma de solución o precipitado;
purificar el compuesto químico resultante del paso anterior;
Aislamiento de tungsteno puro.

Así, la sustancia pura del mineral extraído que contiene tungsteno se puede aislar de varias maneras.

Como resultado del beneficio del mineral de tungsteno por gravedad, flotación, separación magnética o eléctrica. En este proceso, se forma un concentrado de tungsteno, que consta de 55-65% de anhídrido (trióxido) de tungsteno WO 3. En los concentrados de este metal se controla el contenido de impurezas, que pueden incluir fósforo, azufre, arsénico, estaño, cobre, antimonio y bismuto.
Como es sabido, el trióxido de tungsteno WO 3 es el material principal para separar el tungsteno metálico o el carburo de tungsteno. La producción de WO 3- se produce como resultado de la descomposición de concentrados, lixiviación de una aleación o sinterizado, etc. En este caso, el resultado es un material compuesto en un 99,9% de WO 3.
De anhídrido de tungsteno WO 3. Es reduciendo esta sustancia con hidrógeno o carbono como se obtiene el polvo de tungsteno. Aplicaciones del segundo componente para reacción de recuperación utilizado con menos frecuencia. Esto se debe a la saturación de WO 3 con carburos durante la reacción, como resultado de lo cual el metal pierde su resistencia y se vuelve más difícil de procesar. Se obtiene polvo de tungsteno. de maneras especiales, gracias a lo cual es posible controlarlo. composición química, tamaño y forma del grano, así como composición granulométrica. Por tanto, la fracción de partículas de polvo se puede aumentar aumentando rápidamente la temperatura o mediante una baja tasa de suministro de hidrógeno.
Producción de tungsteno compacto, que tiene forma de barras o lingotes y es una pieza en bruto para la producción posterior de productos semiacabados: alambre, varillas, cinta, etc.

Este último método, a su vez, incluye dos opciones posibles. Uno de ellos está asociado a los métodos de pulvimetalurgia y el otro a la fundición en hornos de arco eléctrico con electrodo consumible.

Método de pulvimetalurgia

Debido al hecho de que gracias a este método es posible distribuir más uniformemente los aditivos que dan al tungsteno sus propiedades especiales, es más popular.

Incluye varias etapas:

El polvo metálico se prensa para formar barras;
Las piezas se sinterizan a bajas temperaturas (la llamada presinterización);
Soldadura de piezas de trabajo;
Obtención de productos semiacabados mediante procesamiento de espacios en blanco. La implementación de esta etapa se realiza mediante forja o procesamiento mecánico (esmerilado, pulido). Vale la pena señalar que el procesamiento mecánico del tungsteno solo es posible bajo la influencia de altas temperaturas; de lo contrario, es imposible procesarlo.

Al mismo tiempo, el polvo debe estar bien purificado con un porcentaje máximo permitido de impurezas de hasta el 0,05%.

Este método permite obtener varillas de tungsteno con una sección cuadrada de 8x8 a 40x40 mm y una longitud de 280-650 mm. Vale la pena señalar que a temperatura ambiente son bastante fuertes, pero tienen una mayor fragilidad.

Fusible

Este método se utiliza si es necesario obtener piezas de tungsteno de dimensiones bastante grandes, de 200 kg a 3000 kg. Estos espacios en blanco suelen ser necesarios para laminar, estirar tubos y fabricar productos mediante fundición. La fusión requiere creación condiciones especiales- vacío o atmósfera enrarecida de hidrógeno. En la salida se forman lingotes de tungsteno, que tienen una estructura cristalina gruesa, así como una alta fragilidad debido a la presencia gran cantidad impurezas. El contenido de impurezas se puede reducir fundiendo previamente el tungsteno en un horno de haz de electrones. Sin embargo, la estructura permanece sin cambios. En este contexto, para reducir el tamaño de grano, los lingotes se vuelven a fundir, pero en un horno de arco eléctrico. Al mismo tiempo, durante el proceso de fundición, se añaden a los lingotes sustancias aleantes que confieren al tungsteno propiedades especiales.

Para obtener lingotes de tungsteno con una estructura de grano fino, se utiliza la fusión de arco de cráneo con fundición de metal en un molde.

El método de obtención del metal determina la presencia de aditivos e impurezas en el mismo. Por tanto, hoy en día se producen varios grados de tungsteno.

Grados de tungsteno

HF: tungsteno puro, que no contiene aditivos;
VA es un metal que contiene aluminio y aditivos sílice-álcalis, que le confieren propiedades adicionales;
VM es un metal que contiene torio y aditivos sílice-álcali;
VT: tungsteno, que contiene óxido de torio como aditivo, lo que aumenta significativamente las propiedades emisivas del metal;
VI - metal que contiene óxido de itrio;
VL: tungsteno con óxido de lantano, que también aumenta las propiedades de emisión;
VR - aleación de renio y tungsteno;
VРН: no hay aditivos en el metal, sin embargo, puede haber impurezas en grandes volúmenes;
MV es una aleación de tungsteno con molibdeno, que aumenta significativamente la resistencia después del recocido manteniendo la ductilidad.

¿Dónde se utiliza el tungsteno?

Debido a sus propiedades únicas, 74 elemento químico se ha vuelto indispensable en muchos sectores industriales.

El uso principal del tungsteno es como base para la producción de materiales refractarios en metalurgia.
CON participación obligatoria El tungsteno se utiliza para producir filamentos incandescentes, que son el elemento principal de los dispositivos de iluminación, tubos de imagen y otros tubos de vacío.
Además, este metal es la base de la producción de aleaciones pesadas utilizadas como contrapesos, núcleos perforantes de subcalibre y proyectiles de artillería con aletas en flecha.
El tungsteno es el electrodo utilizado en la soldadura por arco de argón;
Sus aleaciones son altamente resistentes a diversas temperaturas, ambientes ácidos, así como dureza y resistencia a la abrasión, por lo que se utilizan en la producción de instrumentos quirúrgicos, blindajes de tanques, carcasas de torpedos y proyectiles, piezas de aviones y motores, así como contenedores de almacenamiento nuclear. . desperdiciar;
Los hornos de resistencia al vacío, cuya temperatura alcanza valores extremadamente altos, están equipados con elementos calefactores también de tungsteno;
El uso de tungsteno es popular para brindar protección contra las radiaciones ionizantes.
Los compuestos de tungsteno se utilizan como elementos de aleación, lubricantes de alta temperatura, catalizadores, pigmentos y también para convertir la energía térmica en energía eléctrica (ditelururo de tungsteno).

A temperatura ambiente, el tungsteno es resistente a la corrosión atmosférica, pero cuando se calienta a 750 K, se oxida a WO 3 y reacciona con halógenos: con flúor a temperatura ambiente y con yodo a una temperatura de aproximadamente 900 K.

Cuando se calienta a altas temperaturas, reacciona con carbono, silicio y boro, formando carburos, siliciuros y boruros, respectivamente. El azufre y el fósforo no tienen ningún efecto sobre el tungsteno en condiciones normales. En el aire se disuelve en soluciones acuosas calientes de álcalis, pero es débilmente susceptible a la acción de los ácidos, excepto el ácido fluorhídrico y nítrico cuando se calienta.

El hidrógeno y el nitrógeno no producen compuestos químicos con el tungsteno, hasta

3000 0 C, aunque algunas fuentes indican la posibilidad de formación de hidruro WH 2.

Con oxígeno, el tungsteno forma tres óxidos estables:

WO 2 – color marrón;

WO 3 – amarillo;

W 2 O 5 – de color azulado.

Todos estos óxidos se forman a una temperatura de aproximadamente 800 K en aire u oxígeno, y todos son muy volátiles y tienen un punto de fusión bajo. Por ejemplo, el WO 3 se funde a una temperatura de 1645 K.

En la práctica, para distinguir el alambre de tungsteno del alambre de molibdeno, se utiliza una técnica simple: se prende fuego a la punta del alambre con una cerilla. Si se observa humo amarillo o marrón, entonces es alambre de tungsteno, si es blanco, es molibdeno.

El carbono reduce los óxidos W:

A una temperatura de 825 K;

A una temperatura de 1325 K;

A una temperatura de 1425 K.

Con nitrógeno, el tungsteno forma nitruros a temperaturas superiores a 1600 K, pero por encima de 2275 K se descomponen.

Al interactuar con el carbono y temperaturas superiores a 1800 K, el tungsteno forma carburos W 2 Cu y WC. Densidad W 2 C - 16000 kg/m 3, WC - 9000 kg/m 3, dureza alrededor de 9 unidades Mohs. A una temperatura de 2875 K, el caburo de WC se descompone según la reacción.

La Figura 73 muestra el diagrama de fases W-C.

Como puede verse en el diagrama, los carburos de tungsteno tienen un punto de fusión significativamente más bajo que el del propio metal. Así, el WC se funde a una temperatura de aproximadamente 2875 K, W 2 C - 3065 K. Además, los carburos pueden formar aleaciones eutécticas con tungsteno con un punto de fusión significativamente menor que el del metal, que se funde a 3683 K. Por lo tanto, Es necesario llamar la atención de los científicos sobre el peligro de la reacción de formación de carburos en la interfaz de grafito-tungsteno, que se produce cuando se calienta por encima de 2675 K. La advertencia se debe al hecho de que el diseño de la sección crítica del revestimiento de la boquilla de un motor de combustible sólido combina un revestimiento interno de tungsteno con un soporte de grafito.

Para evitar esta reacción, se aplica una capa llamada "barrera" de tantalio o carburo de titanio (TaC, TiC) entre el revestimiento de tungsteno y el grafito del soporte.

Debido a la alta densidad del tungsteno y su escasez, los diseñadores y tecnólogos se esfuerzan por sustituirlo por materiales más ligeros y menos escasos, de los que hablaremos a continuación.

Arroz. 73. Diagrama estados del WC

Arroz. 74. Esquema de transferencia de masa en una lámpara.

incandescente: 1 – pared del matraz, donde se forma WJ 2; 2 – hélice, donde WJ 2 se descompone en W y J

Aunque la reacción del tungsteno con el yodo no tiene nada que ver con la tecnología de cohetes, me gustaría detenerme brevemente en ella.

A temperaturas superiores a 850 K, el tungsteno con vapor de yodo forma yoduro, que es una sal del ácido yoduro que se sublima fácilmente:

A una temperatura de 2475 K, el yoduro se descompone:

Estas dos reacciones se utilizan para transferir tungsteno, por ejemplo, a lámparas incandescentes: a pesar de la baja presión de vapor que contienen, el tungsteno todavía se evapora en el vacío. Sus vapores se depositan en las paredes de la bombilla de cristal de la lámpara y su transparencia disminuye. Si el matraz se llena con vapor de yodo, este último reaccionará con el tungsteno en la pared caliente de la lámpara y formará WJ 2, que, debido a la difusión, ingresa a la espiral de tungsteno calentada y se descompone. El yodo libre volverá a moverse hacia la pared y el tungsteno permanecerá en la espiral, y así sucesivamente. El resultado final es una mayor luminosidad y durabilidad de las lámparas de yodo.

La misma reacción se utiliza en tecnología para producir metales refractarios puros: tungsteno, tantalio, molibdeno, hafnio, etc.

Esta reacción también se puede utilizar para producir finas capas de tungsteno. Además del método del yoduro, para este fin se puede utilizar el método del carbonilo, es decir, descomposición de OMA 2 . En los motores de combustible para aviones, el tungsteno en su forma pura generalmente no se utiliza debido a su baja estabilidad térmica, sino en forma de las llamadas pseudoaleaciones con cobre. Esto será discutido abajo.

El tungsteno es el más refractario de los metales. Sólo el elemento no metálico carbono tiene un punto de fusión más alto, pero existe en forma líquida sólo a altas presiones. En condiciones estándar, el tungsteno es químicamente resistente.

Historia y origen del nombre.

El nombre Wolframio fue transferido al elemento procedente del mineral wolframita, conocido ya en el siglo XVI. llamado "espuma de lobo" - lat. spuma lupi o alemán. Lobo Rahm. El nombre se debió al hecho de que el tungsteno, que acompaña a los minerales de estaño, interfería con la fundición del estaño, convirtiéndolo en espuma de escoria (“devoraba el estaño como un lobo devora a una oveja”).

Propiedades físicas

El tungsteno es un metal gris claro brillante que tiene los puntos de fusión y ebullición más altos probados (se supone que el seaborgio es aún más refractario, pero hasta ahora esto no se puede afirmar con seguridad: la vida útil del seaborgio es muy corta). Punto de fusión - 3695 (3422 °C), punto de ebullición a 5828 (5555 °C). La densidad del tungsteno puro es de 19,25 g/cm³. Tiene propiedades paramagnéticas (susceptibilidad magnética 0,32⋅10 −9). Dureza Brinell 488 kg/mm², resistividad eléctrica a 20 °C - 55⋅10 −9 Ohm m, a 2700 °C - 904⋅10 −9 Ohm m. La velocidad del sonido en el tungsteno recocido es de 4290 m/s.

El tungsteno es uno de los metales más pesados, duros y refractarios. En su forma pura, es un metal blanco plateado, similar al platino, a una temperatura de aproximadamente 1600 ° C se forja fácilmente y se puede estirar en un hilo fino. El metal es muy estable en el vacío.

Propiedades químicas

2 W + 4 H N O 3 + 10 H F ⟶ W F 6 + W O F 4 + 4 N O + 7 H 2 O (\displaystyle (\mathsf (2W+4HNO_(3)+10HF\longrightarrow WF_(6)+WOF_(4)+ 4NO\flecha arriba +7H_(2)O)))

Reacciona con álcalis fundidos en presencia de agentes oxidantes:

2 W + 4 N a O H + 3 O 2 ⟶ 2 N a 2 W O 4 + 2 H 2 O (\displaystyle (\mathsf (2W+4NaOH+3O_(2)\longrightarrow 2Na_(2)WO_(4)+2H_ (2)O))) W + 2 N a O H + 3 N a N O 3 ⟶ N a 2 W O 4 + 3 N a N O 2 + H 2 O (\displaystyle (\mathsf (W+2NaOH+3NaNO_(3)\longrightarrow Na_(2)WO_ (4)+3NaNO_(2)+H_(2)O)))

Al principio, estas reacciones transcurren lentamente, pero cuando alcanzan los 400 °C (500 °C para una reacción que involucra oxígeno), el tungsteno comienza a autocalentarse y la reacción avanza de manera bastante violenta, produciendo una gran cantidad de calor.

Se disuelve en una mezcla de ácido nítrico y fluorhídrico, formando ácido hexafluorotungstico H2. De compuestos de tungsteno valor más alto tienen: trióxido de tungsteno o anhídrido de tungsteno, tungstatos, compuestos de peróxido de fórmula general Me 2 WO X, así como compuestos con halógenos, azufre y carbono. Los tungstatos son propensos a formar aniones poliméricos, incluidos heteropolicompuestos con la inclusión de otros metales de transición.

Solicitud

El uso principal del tungsteno es como base de materiales refractarios en metalurgia.

metal de tungsteno

Conexiones de tungsteno

Para el procesamiento mecánico de metales y materiales estructurales no metálicos en la ingeniería mecánica (torneado, fresado, cepillado, cincelado), perforación de pozos y en la industria minera, se utilizan ampliamente aleaciones duras y materiales compuestos a base de carburo de tungsteno (por ejemplo, win , que consiste en cristales de WC en una matriz de cobalto; grados ampliamente utilizados en Rusia: VK2, VK4, VK6, VK8, VK15, VK25, T5K10, T15K6, T30K4), así como mezclas de carburo de tungsteno, carburo de titanio, carburo de tantalio (TT calidades para condiciones de procesamiento particularmente difíciles, por ejemplo, cincelar y cepillar piezas forjadas de aceros resistentes al calor y perforación con martillo perforador de materiales resistentes). Ampliamente utilizado como elemento de aleación (a menudo junto con molibdeno) en aceros y aleaciones a base de hierro. El acero de alta aleación, clasificado como “de alta velocidad”, con una marca que comienza con la letra P, casi siempre contiene tungsteno.
El sulfuro de tungsteno WS 2 se utiliza como lubricante para altas temperaturas (hasta 500 °C).

Algunos compuestos de tungsteno se utilizan como catalizadores y pigmentos.

Los cristales individuales de tungstatos (plomo, cadmio, tungstatos de calcio) se utilizan como detectores de centelleo. radiación de rayos x y otros radiación ionizante en Física Nuclear y Medicina Nuclear.

El ditellururo de tungsteno WTe 2 se utiliza para convertir la energía térmica en energía eléctrica (termofem de aproximadamente 57 μV/K).

Otras aplicaciones

Mercado de tungsteno

Los precios del tungsteno metálico (con un contenido de elemento de alrededor del 99%) a finales de 2010 eran de 40 a 42 dólares por kilogramo, en mayo de 2011 eran de 53 a 55 dólares por kilogramo. Productos semiacabados desde 58 USD (varillas) hasta 168 (flejes finos). En 2014, los precios del tungsteno oscilaron entre 55 y 57 dólares.

papel biológico

El tungsteno no juega un papel importante. papel biológico. Algunas arqueobacterias y bacterias tienen enzimas que incluyen tungsteno en su centro activo. Existen formas obligadas de arqueobacterias hipertermófilas dependientes de tungsteno que viven alrededor de respiraderos hidrotermales de aguas profundas. La presencia de tungsteno en las enzimas puede considerarse una reliquia fisiológica de las primeras Archaea; hay sugerencias de que el tungsteno jugó un papel en las primeras etapas del origen de la vida.

El tungsteno natural consta de una mezcla de cinco isótopos (180 W - 0,12(1)%, 182 W - 26,50(16)%, 183 W - 14,31(4)%, 184 W - 30,64(2)% y 186 W - 28,43 (19) %). Se descubrió la radiactividad extremadamente débil del tungsteno natural (alrededor de dos desintegraciones por gramo de elemento por año), debido a la actividad α de 180 W, que tiene una vida media de 1,8⋅10·18 años.

Notas

Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg, Glenda O'Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang-Kun Zhu. Pesos atómicos de los elementos 2011 (Informe Técnico IUPAC) // Química Pura y Aplicada. - 2013. - vol. 85, núm. 5 . - págs. 1047-1078. - DOI:10.1351/PAC-REP-13-03-02.
Tungsteno: propiedades físicas(Inglés) . Elementos web. Consultado el 17 de agosto de 2013.

El tungsteno es un metal con propiedades únicas. Tiene el punto de ebullición (5555 °C, la misma temperatura en la fotosfera del Sol) y el punto de fusión (3422 °C) más altos entre los metales, al tiempo que tiene el coeficiente de expansión térmica más bajo.

Además, es uno de los metales más duros, pesados, estables y densos: la densidad del tungsteno es comparable a la del uranio y 1,7 veces superior a la del plomo.

Su conductividad eléctrica es casi 3 veces menor que la del cobre, pero bastante alta. En su forma purificada, el tungsteno es de color blanco plateado, en apariencia se parece al acero o al platino y, con un calentamiento considerable, hasta 1600 °C, se forja perfectamente.

Historia del descubrimiento y aplicación.

El metal debe su nombre a la wolframita, un mineral cuyo nombre se traduce del latín como “espuma de lobo” y del alemán “crema de lobo”. Este extraño nombre está asociado al comportamiento del mineral: interfería en la fundición del estaño cuando acompañaba al mineral de estaño extraído, convirtiendo el material, valioso en la Edad Media, en una espuma de escoria. Decían de él entonces: “come hojalata como el lobo se come la oveja”.

El descubrimiento del tungsteno puro se produjo en dos lugares al mismo tiempo. En 1781, el químico Scheele (Suecia) obtuvo una “piedra pesada” influyendo ácidos nítricos oh na sheelit. Y en 1783, los químicos de Eluard (España) también informaron del aislamiento de tungsteno puro.

Las principales reservas del metal se encontraban en Kazajstán, Canadá, China y Estados Unidos.

Aplicación de tungsteno. Carburo de wolframio.

Aproximadamente el 50% del tungsteno se utiliza para producir materiales duros, especialmente carburo de tungsteno con un punto de fusión de 2770 °C.

El carburo de tungsteno es un compuesto químico de igual número de átomos de tungsteno y carbono. Es 2 veces más duro que el acero, tiene un coeficiente de dureza de 9 en la escala de Mohs (factor 10).

El carburo de tungsteno se utiliza para la fabricación de:

— herramientas de corte extremadamente resistentes a la abrasión y a las altas temperaturas;

— munición perforante;

— blindaje del tanque;

— piezas de aeronaves y motores;

— partes de naves espaciales y cohetes;

— equipos para la industria nuclear;

— lastres, aviones comerciales y coches de carreras;

- instrumentos quirúrgicos destinados a cirugía abierta (abdominal) y laparoscópica (tijeras, pinzas, pinzas, cortadores y otros): son más caros que el acero médico, pero tienen mejor rendimiento;

- joyas, especialmente anillos de boda: la popularidad del tungsteno en los anillos de boda se debe a las propiedades físicas del metal (resistencia, refractariedad, como si simbolizara la misma fuerza de las relaciones) y su apariencia- el tungsteno pulido conserva indefinidamente su aspecto brillante y similar a un espejo, ya que en la vida cotidiana es imposible rayarlo con nada;

- una bola en bolígrafos caros;

— bloques de calibración, utilizados, a su vez, para la producción de longitudes de precisión en metrología dimensional.

Otros usos del tungsteno

El tungsteno se utiliza en la producción de elementos calefactores para hornos de vacío de alta temperatura y filamentos incandescentes en una variedad de dispositivos de iluminación.

El sulfuro de tungsteno se utiliza como lubricante de alta temperatura que puede soportar temperaturas de hasta 500 °C. Los monocristales de tungstato se utilizan en física y medicina nuclear.

El tungsteno es un elemento químico con número atómico 74 en la tabla periódica, denotado por el símbolo W (lat. Wolframio).

Número atómico - 74

Masa atómica - 183,84

Densidad, kg/m³ - 19300

Punto de fusión, °C - 3410

Capacidad calorífica, kJ/(kg °C) - 0,134

Electronegatividad - 1,7

Radio covalente, Å - 1,30

1ra ionización potencial, eV - 7,98

Historia del descubrimiento del tungsteno.

El descubrimiento del tungsteno está asociado con los nombres del químico sueco Carl Wilhelm Scheele (conocido por sus investigaciones científicas y descubrimientos de muchas sustancias, en particular, fue el primero en descubrir el cloro), así como con los químicos españoles, los d' Hermanos Eluyar (d'Elguire).
En 1781, Scheele, al examinar el mineral tungsteno, traducido al ruso como piedra pesada, descubrió que se trataba de un compuesto de calcio con un ácido desconocido, que K. Scheele llamó tungsteno. El mismo ácido fue descubierto por los hermanos d'Eluyard en 1783 en otro mineral, la wolframita. La wolframita era conocida desde hacía mucho tiempo y se encontraba a menudo en minerales de estaño. El famoso científico del siglo XVI Agricola dijo sobre ella "devora el estaño como el lobo devora". una oveja", ya que al fundir minerales de estaño, junto con la wolframita, una cantidad significativa de estaño flotaba en la espuma de la escoria. Por eso Agrícola llamó a este mineral espuma de lobo. En los Urales, la wolframita era conocida como "cardo".
Habiendo obtenido ácido tungsteno (ahora llamado tungsteno) de la wolframita, los hermanos d'Eluyard, utilizando carbono, pudieron extraer de él un nuevo elemento en forma de metal puro, que, por analogía con el mineral original, se llamó tungsteno. En muchos países, en particular en Inglaterra y los Estados Unidos de América, este mineral se llama tungsteno, y el término tungsteno se utiliza a veces para referirse al mineral wolframita.
Cabe señalar que el tungsteno, el mineral en el que K. Scheele estableció por primera vez un nuevo elemento, pasó a llamarse scheelita en honor a este químico.

Encontrar tungsteno en la naturaleza

El tungsteno Clarke de la corteza terrestre es (según Vinogradov) de 1,3 g/t. Su contenido medio en rocas, g/t: ultrabásico - 0,1, básico - 0,7, intermedio - 1,2, ácido - 1,9.

El tungsteno se encuentra en la naturaleza principalmente en forma de compuestos complejos oxidados formados por trióxido de tungsteno WO 3 con óxidos de hierro y manganeso o calcio y, a veces, plomo, cobre, torio y elementos de tierras raras. La volframita (tungstato de hierro y manganeso nFeWO 4 * mMnWO 4 - ferberita y hübnerita, respectivamente) y la scheelita (tungstato de calcio CaWO 4) son de importancia industrial. Los minerales de tungsteno suelen estar incrustados en rocas de granito, por lo que la concentración promedio de tungsteno es del 1 al 2%.

Las reservas mundiales totales de tungsteno (excluida Rusia) son de unos 7,5 millones de toneladas, las reservas confirmadas son de unos 4 millones de toneladas. Kazajstán, China, Canadá y Estados Unidos tienen las mayores reservas; También se conocen depósitos en Bolivia, Portugal, Rusia y Corea del Sur. La producción mundial de tungsteno es de 18.000 a 20.000 toneladas al año, incluidas 10 en China, 3,5 en Rusia; Kazajstán 0,7, Austria 0,5. Principales exportadores de tungsteno: China, Corea del Sur, Austria. Principales importadores: Estados Unidos, Japón, Alemania, Reino Unido.

producción de tungsteno

El proceso de obtención de tungsteno pasa por la subetapa de separación del trióxido WO 3 de los concentrados de mineral y su posterior reducción a polvo metálico con hidrógeno a una temperatura de aproximadamente 700 °C. Debido al alto punto de fusión del tungsteno, se utilizan métodos de pulvimetalurgia para obtener una forma compacta: el polvo resultante se prensa, se sinteriza en una atmósfera de hidrógeno a una temperatura de 1200-1300 °C y luego se pasa una corriente eléctrica a través de él. El metal se calienta a 3000 °C y se sinteriza hasta formar un material monolítico. Para la posterior purificación y obtención de una forma monocristalina se utiliza la fusión por zonas.

Si quieren obtener una muestra más compacta de tungsteno, se comprime el polvo. En la industria se obtienen barras con una densidad de 13-15 g/cm 3, pero tienen baja resistencia mecánica, por lo que luego se sinterizan. El calentamiento a 2000 °C en vacío o en atmósfera de hidrógeno se realiza haciendo pasar directamente una corriente eléctrica a través del metal. Las dimensiones de los postes después de la sinterización disminuyen y la densidad aumenta a 17,5 g/cm 3 .

Además de la fusión por haz de electrones, existe otra forma de fundir tungsteno. Esta es la fusión con arco de argón. Una de las muestras de renio se preparó utilizando el mismo método. A diferencia de la fusión por haz de electrones, cuando se funde en un arco, las impurezas metálicas volátiles se eliminan con menos facilidad (ya que la fusión se realiza a presión atmosférica y no al vacío). Pero es este método el que permite preparar aleaciones de tungsteno con metales tan volátiles que, en el vacío, pueden desprenderse fácilmente de la aleación.

Obtención de cristales de tungsteno

¡La densidad del tungsteno es dos veces y media mayor que la densidad del hierro! (Y siete veces la densidad del aluminio). Es casi igual a la densidad del oro (difiere en menos del 1%). Los cristales de tungsteno se cultivan mediante el método zonal, calentándolo mediante un haz de electrones. Con este método la pieza de trabajo (barra de tungsteno) se refuerza verticalmente en una cámara de vacío. Alrededor de la pieza se encuentra un cátodo anular del cañón de electrones, del que salen electrones acelerados por alta tensión. Cuando golpean la muestra, hacen que una pequeña zona de la misma se derrita. En la zona fundida resultante, las fuerzas de tensión superficial impiden que el metal líquido fluya hacia abajo. El cátodo (y con él la zona fundida) se mueve lentamente a lo largo del cristal. En este caso, se producen varios procesos útiles: todas las impurezas volátiles salen volando de la muestra (en la cámara de vacío, la presión se mantiene por debajo de 10 -5 mm Hg y la temperatura es de 3500 grados; en tales condiciones, la mayoría de las impurezas abandonan el muestra en forma de vapor); Después de varias pasadas, como ocurre con la fusión por zonas, las impurezas no volátiles restantes se concentran en un lado de la muestra. Además, se produce una cristalización direccional del lingote que, cuando se utiliza una semilla, permite obtener un monocristal con una determinada orientación. Estos monocristales se utilizan para fabricar ánodos para tubos de rayos X y en investigaciones físicas. Los filamentos de las lámparas halógenas de alta calidad también están hechos de lingotes monocristalinos, lo que les permite prolongar su vida útil varias veces.

Propiedades físicas del tungsteno.

El tungsteno es un metal de color gris claro que tiene los puntos de fusión y ebullición más altos.

Algunas propiedades físicas se dan en tablas. Otras propiedades físicas del tungsteno:

El tungsteno cristaliza en una red cúbica centrada en el cuerpo con un período a = 3,1647 Å; densidad 19,3 g/cm 3, punto de fusión 3410°C, punto de ebullición 5900°C. Conductividad térmica (cal/cm·seg·°С) 0,31 (20°С); 0,26 (1300°C).

Dureza Brinell (kgf/mm2) para un lingote sinterizado 200-230, para un lingote forjado 350-400 (1 kgf/mm2 = 10 MN/m2). A temperatura ambiente, el tungsteno tiene poco contenido plástico.
resistividad eléctrica a 20 °C 55 × 10 −9 Ohm m, a 2700 ° C - 904 × 10 −9 Ohm m. Función de trabajo electrónico 7,21·10 -19 J (4,55 eV), potencia de energía de radiación en altas temperaturas(W/cm2): 18,0 (1000°C); 64,0 (2200°C); 153,0 (2700°C); 255,0 (3030°C).
La velocidad del sonido en tungsteno recocido es de 4290 m/s.
Las propiedades mecánicas del tungsteno dependen del procesamiento previo. Resistencia a la tracción (kgf/mm2) para un lingote sinterizado 11, para tratamiento a presión de 100 a 430; módulo de elasticidad (kgf/mm 1) 35000-38000 para alambre y 39000-41000 para hilo monocristalino;

El tungsteno es uno de los metales más pesados y refractarios. En su forma pura, es un metal de color blanco plateado, similar al platino, a una temperatura de aproximadamente 1600 °C se forja fácilmente y se puede estirar hasta formar un hilo fino.

Propiedades químicas del tungsteno.

Valencia de 2 a 6. El más estable es el tungsteno de 6 valencias. Los compuestos de tungsteno de 3 y 2 valencias son inestables y no tienen importancia práctica.

El tungsteno tiene una alta resistencia a la corrosión: a temperatura ambiente no cambia con el aire; a temperaturas al rojo vivo se oxida lentamente formando óxido de tungsteno VI; casi insoluble en ácidos clorhídrico, sulfúrico y fluorhídrico. En ácido nítrico y agua regia se oxida desde la superficie. Se disuelve en una mezcla de ácido nítrico y fluorhídrico, formando ácido tungstico. De los compuestos de tungsteno, los más importantes son: trióxido de tungsteno o anhídrido de tungsteno, tungstatos, compuestos de peróxido de fórmula general Me 2 WO X, así como compuestos con halógenos, azufre y carbono. Los tungstatos son propensos a la formación de aniones poliméricos, incluidos heteropolicompuestos con la inclusión de otros metales de transición.

En condiciones normales, el tungsteno es químicamente resistente. A 400-500°C, el metal compacto se oxida notablemente en el aire a WO 3 . El vapor de agua lo oxida intensamente por encima de 600°C a WO 3 . Los halógenos, el azufre, el carbono, el silicio y el boro interactúan con el tungsteno a altas temperaturas (flúor con tungsteno en polvo, a temperatura ambiente). El tungsteno no reacciona con el hidrógeno hasta el punto de fusión; con nitrógeno por encima de 1500°C se forma nitruro. En condiciones normales, el tungsteno es resistente a los ácidos clorhídrico, sulfúrico, nítrico y fluorhídrico, así como al agua regia; a 100°C interactúa débilmente con ellos; Se disuelve rápidamente en una mezcla de ácidos fluorhídrico y nítrico. En soluciones alcalinas, cuando se calienta, el tungsteno se disuelve ligeramente, y en álcalis fundidos con acceso de aire o en presencia de agentes oxidantes se disuelve rápidamente; en este caso se forman tungstatos. En los compuestos, el tungsteno presenta una valencia de 2 a 6; los compuestos con valencia más alta son los más estables.

El tungsteno forma cuatro óxidos: el más alto - WO 3 (anhídrido de tungsteno), el más bajo - WO 2 y dos intermedios W 10 O 29 y W 4 O 11. El anhídrido de tungsteno es un polvo cristalino de color amarillo limón que se disuelve en soluciones alcalinas para formar tungstatos. Cuando se reduce con hidrógeno, se forman sucesivamente óxidos inferiores y tungsteno. El anhídrido tungstico corresponde al ácido tungstico H 2 WO 4, un polvo amarillo, prácticamente insoluble en agua y ácidos. Cuando interactúa con soluciones de álcalis y amoníaco, se forman soluciones de tungstatos. A 188°C, el H 2 WO 4 se separa del agua para formar WO 3. Con el cloro, el tungsteno forma varios cloruros y oxicloruros. Los más importantes: WCl 6 (punto de fusión 275°C, punto de ebullición 348°C) y WO 2 Cl 2 (temperatura de fusión 266°C, se sublima por encima de 300°C), obtenidos por la acción del cloro sobre el anhídrido de tungsteno en la presencia de carbón. Con el azufre, el tungsteno forma dos sulfuros WS 2 y WS 3. Los carburos de tungsteno WC (fundido 2900°C) y W 2 C (fundido 2750°C) son compuestos duros y refractarios; se obtienen por la interacción del tungsteno con el carbono a 1000-1500°C.

Aplicaciones del tungsteno

El tungsteno no se encontró durante mucho tiempo. aplicación práctica. Y solo en finales del XIX Durante siglos, las notables propiedades de este metal comenzaron a utilizarse en la industria. Actualmente, alrededor del 80 por ciento del tungsteno extraído se utiliza en aceros de tungsteno y alrededor del 15 por ciento del tungsteno se utiliza para producir aleaciones duras.