Un mesaj despre tungstenul metalic. Tungsten - ce fel de metal? Proprietăți și aplicații

În secolul al XVI-lea, era cunoscut mineralul wolframite, care s-a tradus din germană ( Wolf Rahm) înseamnă „cremă de lup”. Mineralul a primit acest nume datorită caracteristicilor sale. Adevărul este că wolfram, care a însoțit minereurile de staniu, în timpul topirii staniului l-a transformat pur și simplu în spumă de zgură, motiv pentru care spuneau: „devorează cositor ca un lup devorează o oaie”. De-a lungul timpului, de la wolframite numele de wolfram a fost moștenit de al 74-lea element chimic al sistemului periodic.

Caracteristici tungsten

Tungstenul este un metal de tranziție gri deschis. Are o asemănare exterioară cu oțelul. Datorită proprietăților sale destul de unice, acest element este un material foarte valoros și rar, a cărui formă pură nu există în natură. Tungstenul are:

• o densitate destul de mare, care echivalează cu 19,3 g/cm3;
• punct de topire ridicat de 3422 0 C;
• rezistență electrică suficientă - 5,5 μOhm*cm;
• indicator normal al coeficientului parametrului de expansiune liniară egal cu 4,32;
• cel mai ridicat punct de fierbere dintre toate metalele, egal cu 5555 0 C;
• rata de evaporare scăzută, chiar și în ciuda temperaturilor care depășesc 200 0 C;
• conductivitate electrică relativ scăzută. Cu toate acestea, acest lucru nu împiedică wolfram să rămână un bun conductor.

Tabelul 1. Proprietățile wolframului

Caracteristică	Sens
Proprietățile atomului
Nume, simbol, număr	Tungsten / Wolframiu (W), 74
Masa atomica (masa molara)	183.84(1) a. e.m. (g/mol)
Configuratie electronica	4f14 5d4 6s2
Raza atomică	ora 141
Proprietăți chimice
Raza covalentă	ora 170
Raza ionică	(+6e) 62 (+4e) 19:00
Electronegativitatea	2.3 (Scara Pauling)
Potențialul electrodului	W ← W3+ 0,11 VW ← W6+ 0,68 V
Stări de oxidare	6, 5, 4, 3, 2, 0
Energia de ionizare (primul electron)	769,7 (7,98) kJ/mol (eV)
Proprietățile termodinamice ale unei substanțe simple
Densitate (în condiții normale)	19,25 g/cm³
Temperatură de topire	3695 K (3422 °C, 6192 °F)
Temperatura de fierbere	5828 K (5555 °C, 10031 °F)
Ud. căldură de fuziune	285,3 kJ/kg 52,31 kJ/mol
Ud. căldură de vaporizare	4482 kJ/kg 824 kJ/mol
Capacitate de căldură molară	24,27 J/(K mol)
Volumul molar	9,53 cm³/mol
Rețea cristalină dintr-o substanță simplă
Structura de zăbrele	cubic centrat pe corp
Parametrii rețelei	3,160 Å
Debye temperatura	310K
Alte caracteristici
Conductivitate termică	(300 K) 162,8 W/(mK)
numar CAS	7440-33-7

Toate acestea fac din wolfram un metal foarte durabil, care nu este susceptibil de deteriorare mecanică. Dar prezența unor astfel de proprietăți unice nu exclude prezența dezavantajelor pe care le are și tungstenul. Acestea includ:

• fragilitate ridicată atunci când este expus la temperaturi foarte scăzute;
• densitate mare, ceea ce îngreunează prelucrarea acestuia;
• rezistență scăzută la acizi la temperaturi scăzute.

Producția de wolfram

Tungstenul, împreună cu molibdenul, rubidul și o serie de alte substanțe, face parte dintr-un grup de metale rare care se caracterizează printr-o distribuție foarte scăzută în natură. Din acest motiv, nu poate fi extras în mod tradițional, ca multe minerale. Astfel, producția industrială de wolfram constă din următoarele etape:

• extracția minereului, care conține o anumită proporție de wolfram;
• organizarea condițiilor adecvate în care metalul poate fi separat de masa prelucrată;
• concentrația unei substanțe sub formă de soluție sau precipitat;
• purificarea compusului chimic rezultat din etapa anterioară;
• izolarea tungstenului pur.

Astfel, substanța pură din minereul extras care conține wolfram poate fi izolată în mai multe moduri.

1. Ca urmare a valorificării minereului de wolfram prin gravitație, flotație, separare magnetică sau electrică. În acest proces, se formează un concentrat de wolfram, constând din 55-65% anhidridă (trioxid) de wolfram WO 3. În concentratele acestui metal se monitorizează conținutul de impurități, care pot include fosfor, sulf, arsen, staniu, cupru, antimoniu și bismut.
2. După cum este cunoscut, trioxidul de wolfram WO3 este principalul material pentru separarea metalului tungsten sau carbură de wolfram. Producerea de WO 3- are loc ca urmare a descompunerii concentratelor, a levigarii unui aliaj sau a sinterului etc. În acest caz, rezultatul este un material format din 99,9% WO 3.
3. Din anhidridă de wolfram WO 3. Tocmai prin reducerea acestei substanțe cu hidrogen sau carbon se obține pulberea de wolfram. Aplicatii ale celei de-a doua componente pt reacție de recuperare folosit mai rar. Acest lucru se datorează saturării WO3 cu carburi în timpul reacției, ca urmare a căreia metalul își pierde rezistența și devine mai dificil de prelucrat. Se obține pulbere de wolfram în moduri speciale, datorită căruia devine posibil să-l controlezi compoziție chimică, dimensiunea și forma granulelor, precum și compoziția granulometrică. Astfel, fracția de particule de pulbere poate fi crescută prin creșterea rapidă a temperaturii sau printr-o rată scăzută de alimentare cu hidrogen.
4. Producția de wolfram compact, care are formă de bare sau lingouri și este un semifabricat pentru producția ulterioară de produse semifabricate - sârmă, tije, bandă etc.

Această din urmă metodă, la rândul său, include două opțiuni posibile. Una dintre ele este asociată cu metodele de metalurgie a pulberilor, iar cealaltă este cu topirea în cuptoare cu arc electric cu un electrod consumabil.

Metoda metalurgiei pulberilor

Datorită faptului că datorită acestei metode este posibil să se distribuie mai uniform aditivii care conferă tungstenului proprietățile sale speciale, este mai popular.

Acesta include mai multe etape:

1. Pulberea metalică este presată în bare;
2. Piesele de prelucrat sunt sinterizate la temperaturi scăzute (așa-numita pre-sinterizare);
3. Sudarea pieselor de prelucrat;
4. Obtinerea semifabricatelor prin prelucrarea semifabricatelor. Implementarea acestei etape se realizeaza prin forjare sau prelucrare mecanica (slefuire, lustruire). Este de remarcat faptul că prelucrarea mecanică a wolframului devine posibilă numai sub influența temperaturilor ridicate, altfel este imposibil să o proceseze.

În același timp, pulberea trebuie să fie bine purificată cu un procent maxim admis de impurități de până la 0,05%.

Această metodă face posibilă obținerea tijelor de wolfram cu o secțiune transversală pătrată de la 8x8 la 40x40 mm și o lungime de 280-650 mm. Este de remarcat faptul că la temperatura camerei sunt destul de puternice, dar au o fragilitate crescută.

Siguranță

Această metodă este utilizată dacă este necesar să se obțină semifabricate de tungsten de dimensiuni destul de mari - de la 200 kg la 3000 kg. Astfel de semifabricate sunt de obicei necesare pentru laminare, tragerea țevilor și fabricarea produselor prin turnare. Topirea necesită creație conditii speciale- vid sau atmosferă rarefiată de hidrogen. La ieșire se formează lingouri de wolfram, care au o structură groso-cristalină, precum și o fragilitate ridicată datorită prezenței cantitate mare impurităţi. Conținutul de impurități poate fi redus prin pre-topirea tungstenului într-un cuptor cu fascicul de electroni. Cu toate acestea, structura rămâne neschimbată. În acest sens, pentru a reduce dimensiunea granulelor, lingourile sunt topite în continuare, dar într-un cuptor cu arc electric. În același timp, în timpul procesului de topire, lingourilor se adaugă substanțe de aliere, conferind proprietăți deosebite wolframului.

Pentru a obține lingouri de wolfram cu o structură cu granulație fină, topirea craniului cu arc este utilizată cu turnarea metalului într-o matriță.

Metoda de obținere a metalului determină prezența aditivilor și a impurităților în acesta. Astfel, astăzi sunt produse mai multe grade de wolfram.

Clase de tungsten

1. HF - wolfram pur, care nu conține aditivi;
2. VA este un metal care conține aluminiu și aditivi silica-alcalini, care îi conferă proprietăți suplimentare;
3. VM este un metal care conține toriu și aditivi silica-alcalini;
4. VT - wolfram, care conține oxid de toriu ca aditiv, care crește semnificativ proprietățile emisive ale metalului;
5. VI - metal care conține oxid de ytriu;
6. VL - wolfram cu oxid de lantan, care crește și proprietățile de emisie;
7. VR - aliaj de reniu și wolfram;
8. VРН - nu există aditivi în metal, cu toate acestea, impuritățile pot fi prezente în volume mari;
9. MV este un aliaj de wolfram cu molibden, care crește semnificativ rezistența după recoacere, menținând în același timp ductilitatea.

Unde se folosește wolfram?

Datorită proprietăților sale unice, 74 element chimic a devenit indispensabil în multe sectoare industriale.

1. Utilizarea principală a wolframului este ca bază pentru producția de materiale refractare în metalurgie.
2. CU participare obligatorie Tungstenul este folosit pentru a produce filamente incandescente, care sunt elementul principal al dispozitivelor de iluminat, al tuburilor de imagine și al altor tuburi cu vid.
3. De asemenea, acest metal stă la baza producției de aliaje grele folosite ca contragreutăți, miezuri perforatoare de blindaje de subcalibru și proiectile cu aripioare măturate ale tunurilor de artilerie.
4. Tungstenul este electrodul folosit la sudarea cu arc cu argon;
5. Aliajele sale sunt foarte rezistente la diferite temperaturi, medii acide, precum și rezistență la duritate și abraziune și, prin urmare, sunt utilizate în producția de instrumente chirurgicale, blindaje de tancuri, carcase pentru torpile și proiectile, piese de aeronave și motoare, precum și containere de depozitare nucleară. deșeuri;
6. Cuptoarele rezistente la vid, temperatura la care atinge valori extrem de ridicate, sunt echipate cu elemente de incalzire tot din wolfram;
7. Utilizarea wolframului este populară pentru a oferi protecție împotriva radiațiilor ionizante.
8. Compușii de wolfram sunt utilizați ca elemente de aliere, lubrifianți la temperatură înaltă, catalizatori, pigmenți și, de asemenea, pentru transformarea energiei termice în energie electrică (ditelurura de wolfram).

La temperatura camerei, wolframul este rezistent la coroziunea atmosferică, dar când este încălzit la 750 K, se oxidează la WO 3 și reacționează cu halogeni: cu fluor la temperatura camerei și cu iod la o temperatură de aproximativ 900 K.

Când este încălzit la temperaturi ridicate, reacţionează cu carbonul, siliciul şi borul, formând carburi, siliciuri, respectiv boruri. Sulful și fosforul nu au niciun efect asupra wolframului în condiții normale. În aer se dizolvă în soluții apoase fierbinți de alcaline, dar este slab susceptibil la acțiunea acizilor, cu excepția acidului fluorhidric și azotic atunci când este încălzit.

Hidrogenul și azotul nu produc compuși chimici cu wolfram, până la

3000 0 C, deși unele surse indică posibilitatea formării hidrurii de WH 2.

Cu oxigen, wolfram formează trei oxizi stabili:

WO 2 – culoare maro;

WO 3 – galben;

W 2 O 5 – culoare albăstruie.

Toți acești oxizi se formează la o temperatură de aproximativ 800 K în aer sau oxigen și toți sunt foarte volatili și au un punct de topire scăzut. De exemplu, WO3 se topește la o temperatură de 1645 K.

În practică, pentru a distinge sârma de wolfram de sârmă de molibden, se folosește o tehnică simplă: vârful sârmei este dat foc cu un chibrit. Dacă se observă fum galben sau maro, atunci este sârmă de tungsten, dacă este albă, este molibden.

Carbonul reduce oxizii W:

La o temperatură de 825 K;

La o temperatură de 1325 K;

La o temperatură de 1425 K.

Cu azot, wolfram formează nitruri la temperaturi peste 1600 K, dar peste 2275 K se descompun.

Când interacționează cu carbonul și temperaturile peste 1800 K, wolfram formează carburi W 2 Cu și WC. Densitate W 2 C - 16000 kg/m 3, WC - 9000 kg/m 3, duritate aproximativ 9 unități Mohs. La o temperatură de 2875 K, cabrida WC se descompune în funcție de reacție

Figura 73 prezintă diagrama de fază W–C.

După cum se poate observa din diagramă, carburile de tungsten au un punct de topire semnificativ mai mic decât cel al metalului însuși. Astfel, WC se topește la o temperatură de aproximativ 2875 K, W 2 C - 3065 K. În plus, carburile pot forma aliaje eutectice cu wolfram cu un punct de topire semnificativ mai mic decât cel al metalului, care se topește la 3683 K. Prin urmare, acesta este necesar să se atragă atenția oamenilor de știință în rachete asupra pericolului reacției de formare a carburilor la interfața grafit-tungsten, care are loc atunci când este încălzită peste 2675 K. Avertismentul se datorează faptului că proiectarea căptușelii secțiunii critice a duzei a unui motor cu combustibil solid combină o căptușeală interioară de tungsten cu un suport de grafit.

Pentru a evita această reacție, între căptușeala de tungsten și grafitul suportului se aplică un așa-numit strat „barieră” de tantal sau carbură de titan (TaC, TiC).

Datorită densității mari a tungstenului și a deficitului său, designerii și tehnologii se străduiesc să-l înlocuiască cu materiale mai ușoare și mai puțin rare, despre care vor fi discutate mai jos.

Orez. 73. Diagrama afirmă W-C

Orez. 74. Schema transferului de masă într-o lampă

incandescent: 1 – peretele balonului, unde se formează WJ 2; 2 – helix, unde WJ 2 se descompune în W și J

Deși reacția wolframului cu iodul nu are nimic de-a face cu tehnologia rachetei, aș dori totuși să mă opresc pe scurt asupra ei.

La temperaturi de peste 850 K, wolfram cu vapori de iod formează iodură, care este o sare ușor de sublimată a acidului iodat:

La o temperatură de 2475 K, iodura se descompune:

Aceste două reacții sunt folosite pentru a transfera wolfram, de exemplu, în lămpile incandescente: în ciuda presiunii scăzute a vaporilor din ele, wolfram încă se evaporă în vid. Vaporii săi se depun pe pereții becului de sticlă al lămpii și transparența acesteia scade. Dacă balonul este umplut cu vapori de iod, acesta din urmă va reacționa cu wolfram pe peretele fierbinte al lămpii și va forma WJ 2, care, datorită difuziei, intră în spirala de wolfram încălzită și se descompune. Iodul liber se va muta din nou pe perete, iar tungstenul va rămâne pe spirală și așa mai departe la nesfârșit. Rezultatul final este o luminozitate crescută și durabilitate a lămpilor umplute cu iod.

Aceeași reacție este folosită în tehnologie pentru a produce metale refractare pure: wolfram, tantal, molibden, hafniu etc.

Această reacție poate fi folosită și pentru a produce cochilii subțiri de tungsten. Pe lângă metoda iodurii, puteți utiliza în acest scop metoda carbonilului, adică. descompunerea WCO 2 . În motoarele cu reacție, wolfram în forma sa pură, de regulă, nu este utilizat din cauza stabilității sale termice scăzute, ci este utilizat sub formă de așa-numitele pseudoaliaje cu cupru. Acest lucru va fi discutat mai jos.

Tungstenul este cel mai refractar dintre metale. Numai carbonul elementului nemetalic are un punct de topire mai mare, dar există sub formă lichidă doar la presiuni mari. În condiții standard, wolfram este rezistent chimic.

Istoria și originea numelui

Numele Wolframium a fost transferat elementului din mineralul wolframit, cunoscut încă din secolul al XVI-lea. numită „spumă de lup” - lat. spuma lupi sau germană. Wolf Rahm. Denumirea s-a datorat faptului că wolfram, care însoțea minereurile de staniu, a interferat cu topirea staniului, transformându-l în spumă de zgură („a devorat staniul ca un lup care devorează o oaie”).

Proprietăți fizice

Tungstenul este un metal strălucitor de culoare gri deschis, care are cele mai mari puncte de topire și de fierbere dovedite (se presupune că seaborgiul este și mai refractar, dar până acum acest lucru nu poate fi afirmat cu fermitate - durata de viață a seaborgiului este foarte scurtă). Punct de topire - 3695 (3422 °C), fierbe la 5828 (5555 °C). Densitatea tungstenului pur este de 19,25 g/cm³. Are proprietăți paramagnetice (susceptibilitate magnetică 0,32⋅10 −9). Duritate Brinell 488 kg/mm², rezistivitate electrică la 20 °C - 55⋅10 −9 Ohm m, la 2700 °C - 904⋅10 −9 Ohm m. Viteza sunetului în wolfram recoaptă este de 4290 m/s.

Tungstenul este unul dintre cele mai grele, mai dure și mai refractare metale. În forma sa pură, este un metal alb-argintiu, asemănător cu platina, la o temperatură de aproximativ 1600 ° C este ușor de forjat și poate fi tras într-un fir subțire. Metalul este foarte stabil în vid.

Proprietăți chimice

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\sustă în sus +7H_(2)O)))

Reacționează cu alcalii topiți în prezența agenților oxidanți:

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)))

La început, aceste reacții decurg lent, dar când ajung la 400 °C (500 °C pentru o reacție care implică oxigen), wolframul începe să se autoîncălzească, iar reacția se desfășoară destul de violent, producând o cantitate mare de căldură.

Se dizolvă într-un amestec de acid azotic și acid fluorhidric, formând acid hexafluorotungstic H2. Din compuși de tungsten cea mai mare valoare au: trioxid de wolfram sau anhidridă de wolfram, tungstate, compuși peroxid cu formula generală Me 2 WO X, precum și compuși cu halogeni, sulf și carbon. Tungstații sunt predispuși să formeze anioni polimeri, inclusiv heteropolicompuși cu includerea altor metale de tranziție.

Aplicație

Utilizarea principală a wolframului este ca bază a materialelor refractare în metalurgie.

Metal tungsten

Conexiuni din tungsten

• Pentru prelucrarea mecanică a metalelor și a materialelor structurale nemetalice în inginerie mecanică (strunjire, frezare, rindeluire, daltuire), foraj de puțuri și în industria minieră, aliajele dure și materialele compozite pe bază de carbură de tungsten sunt utilizate pe scară largă (de exemplu, win , constând din cristale WC într-o matrice de cobalt; grade utilizate pe scară largă în Rusia - VK2, VK4, VK6, VK8, VK15, VK25, T5K10, T15K6, T30K4), precum și amestecuri de carbură de tungsten, carbură de titan, carbură de tantal (TT calități pentru condiții de prelucrare deosebit de dificile, de exemplu, forjare de daltuire și rindeluire din oțeluri rezistente la căldură și găurire cu ciocan rotativ din materiale rezistente). Utilizat pe scară largă ca element de aliere (adesea împreună cu molibdenul) în oțeluri și aliaje pe bază de fier. Oțelul înalt aliat, clasificat ca „de mare viteză”, cu un marcaj care începe cu litera P, conține aproape întotdeauna wolfram.
• Sulfura de wolfram WS 2 este utilizată ca lubrifiant la temperatură înaltă (până la 500 °C).

• Unii compuși de wolfram sunt utilizați ca catalizatori și pigmenți.

• Monocristalele de tungstate (plumb, cadmiu, tungstate de calciu) sunt folosite ca detectoare de scintilație radiații cu raze X si altii radiatii ionizanteîn Fizică Nucleară și Medicină Nucleară.

• Ditelurura de wolfram WTe 2 este utilizată pentru a transforma energia termică în energie electrică (termo-emf aproximativ 57 μV/K).

Alte aplicații

Piața de tungsten

Prețurile la wolfram metalic (conținut de elemente de aproximativ 99%) la sfârșitul anului 2010 erau de aproximativ 40-42 de dolari SUA pe kilogram, în mai 2011 erau de aproximativ 53-55 de dolari SUA pe kilogram. Produse semifabricate de la 58 USD (lansete) la 168 (bandă subțire). În 2014, prețurile tungstenului au fluctuat în intervalul de la 55 la 57 USD.

Rolul biologic

Tungstenul nu joacă un rol semnificativ rol biologic. Unele arhebacterii și bacterii au enzime care includ wolfram în centrul lor activ. Există forme obligatorii de arhebacterii hipertermofile dependente de wolfram care trăiesc în jurul gurilor hidrotermale de adâncime. Prezența wolframului în enzime poate fi considerată o relicvă fiziologică a Archaeei timpurii - există sugestii că wolfram a jucat un rol în primele etape ale originii vieții.

Wolfram natural constă dintr-un amestec de cinci izotopi (180 W - 0,12(1)%, 182 W - 26,50(16)%, 183 W - 14,31(4)%, 184 W - 30,64(2) % și 186 W - 28,43 (19) %). S-a descoperit radioactivitatea extrem de slabă a wolframului natural (aproximativ două descompunere pe gram de element pe an), datorită activității α de 180 W, care are un timp de înjumătățire de 1,8⋅10 18 ani.

Note

1. 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. Greutăți atomice ale elementelor 2011 (Raport tehnic IUPAC) // Chimie pură și aplicată. - 2013. - Vol. 85, nr. 5 . - P. 1047-1078. - DOI:10.1351/PAC-REP-13-03-02.
2. Tungsten: proprietăți fizice(Engleză) . WebElements. Preluat la 17 august 2013.

Tungstenul este un metal cu proprietăți unice. Are cel mai mare punct de fierbere (5555 °C - aceeași temperatură în fotosfera Soarelui) și punct de topire (3422 °C) dintre metale, având în același timp cel mai scăzut coeficient de dilatare termică.


În plus, este unul dintre cele mai dure, mai grele, mai stabile și mai dense metale: densitatea wolframului este comparabilă cu cea a uraniului și de 1,7 ori mai mare decât cea a plumbului.

Conductivitatea sa electrică este de aproape 3 ori mai mică decât cea a cuprului, dar este destul de mare. În forma sa purificată, tungstenul este alb-argintiu, seamănă cu oțel sau platină în aspect și, cu o încălzire semnificativă - până la 1600 °C - este perfect forjat.

Istoria descoperirilor și aplicării

Metalul și-a primit numele de la wolframite, un mineral al cărui nume este tradus din latină ca „spumă de lup”, iar din germană ca „cremă de lup”. Acest nume ciudat este asociat cu comportamentul mineralului: a interferat cu topirea staniului atunci când a însoțit minereul de staniu extras, transformând materialul, valoros în Evul Mediu, într-o spumă de zgură. Ei au spus atunci despre el: „El mănâncă tablă precum lupul mănâncă o oaie”.

Descoperirea tungstenului pur a avut loc în două locuri în același timp. În 1781, chimistul Scheele (Suedia) a obținut o „piatră grea” influențând acizi azotici oh na sheelit. Și în 1783, chimiștii de la Eluard (Spania) au raportat și izolarea wolframului pur.


Principalele rezerve de metal au fost în Kazahstan, Canada, China și SUA.

Aplicarea tungstenului. Carbură de Wolfram.

Aproximativ 50% din wolfram este folosit pentru a produce materiale dure, în special carbură de tungsten cu un punct de topire de 2770 °C.

Carbura de wolfram este un compus chimic cu un număr egal de atomi de tungsten și de carbon. Este de 2 ori mai dur decât oțelul, are un coeficient de duritate de 9 pe scara Mohs (factor 10).

Carbura de tungsten este utilizată pentru fabricarea:

— scule de tăiere extrem de rezistente la abraziune și temperaturi ridicate;

— muniție perforatoare;

— blindaj de tanc;


— aeronave și piese de motor;

— părți ale navelor spațiale și rachetelor;

— echipamente pentru industria nucleară;

— balasturi, avioane comerciale, mașini de curse;

- instrumente chirurgicale destinate interventiei chirurgicale deschise (abdominale) si laparoscopice (foarfece, pensete, prinderi, freze si altele) - sunt mai scumpe decat otelul medical, dar au performante mai bune;

- bijuterii, în special verighete: popularitatea wolframului în verighete este cauzată de proprietățile fizice ale metalului (rezistența, refractaritatea, ca și cum ar simboliza aceeași forță a relațiilor) și a acestuia. aspect- wolfram lustruit își păstrează aspectul strălucitor, asemănător oglinzii la nesfârșit, deoarece în viața obișnuită este imposibil să-l zgârie cu nimic;

- o minge in pixuri scumpe;

— blocuri de calibrare, utilizate, la rândul lor, pentru realizarea de lungimi de precizie în metrologia dimensională.

Alte utilizări ale wolframului

Tungstenul este utilizat în producția de elemente de încălzire pentru cuptoare cu vid de înaltă temperatură și filamente incandescente într-o varietate de dispozitive de iluminat.


Sulfura de wolfram a găsit utilizare ca lubrifiant la temperatură înaltă care poate rezista la temperaturi de până la 500 °C. Monocristalele de tungstat sunt folosite în fizica nucleară și în medicină.

Tungstenul este un element chimic cu număr atomic 74 în tabelul periodic, notat cu simbolul W (lat. Wolframiu).

Numărul atomic - 74

Masa atomică - 183,84

Densitate, kg/m³ - 19300

Punct de topire, °C - 3410

Capacitate termică, kJ/(kg °C) - 0,134

Electronegativitatea - 1,7

Raza covalentă, Å - 1,30

prima ionizare potențial, eV - 7,98

Istoria descoperirii tungstenului

Descoperirea tungstenului este asociată cu numele chimistului suedez Carl Wilhelm Scheele (cunoscut pentru cercetările sale științifice și descoperirile multor substanțe, în special, el a fost primul care a descoperit clorul), precum și chimiștii spanioli, d' frații Eluyar (d'Elguire).
În 1781, Scheele, examinând tungstenul mineral, tradus în rusă ca o piatră grea, a descoperit că era un compus de calciu cu un acid necunoscut, pe care K. Scheele l-a numit tungsten. Același acid a fost descoperit de frații d'Eluyard în 1783 într-un alt mineral din wolframit. Wolframita era cunoscută de multă vreme și era adesea găsită în minereurile de staniu. Celebrul om de știință din secolul al XVI-lea Agricola spunea despre el „devorează staniul ca un lup. o oaie", deoarece la topirea minereurilor de staniu, împreună cu wolframite, o cantitate semnificativă de staniu plutea în spuma zgurii. De aceea Agricola a numit acest mineral spuma de lup. În Urali, wolframite era cunoscut sub numele de "ciulin".
După ce au obținut acid tungstenic (numit în prezent tungsten) din wolframit, frații d'Eluyard, folosind carbon, au reușit să extragă din acesta un nou element sub formă de metal pur, care, prin analogie cu mineralul original, a fost numit tungsten. În multe țări, în special în Anglia și Statele Unite ale Americii În Statele Unite ale Americii, acest mineral se numește wolfram, iar termenul tungsten este uneori folosit pentru a se referi la mineralul wolframit.
De remarcat că wolfram, mineralul în care K. Scheele a stabilit pentru prima dată un nou element, a fost redenumit și numit scheelit în onoarea acestui chimist.

Găsirea tungstenului în natură

Tungsten Clarke din scoarța terestră este (după Vinogradov) 1,3 g/t. Conținutul său mediu în roci, g/t: ultrabazic - 0,1, bazic - 0,7, intermediar - 1,2, acid - 1,9.

Tungstenul se găsește în natură în principal sub formă de compuși complecși oxidați formați din trioxidul de wolfram WO 3 cu oxizi de fier și mangan sau calciu și uneori elemente de plumb, cupru, toriu și pământuri rare. Wolframita (tungstat de fier și mangan nFeWO 4 * mMnWO 4 - ferberit și respectiv hübnerit) și scheelita (tungstat de calciu CaWO 4) sunt de importanță industrială. Mineralele de wolfram sunt de obicei încorporate în roci de granit, astfel încât concentrația medie de wolfram este de 1-2%.

Rezervele totale mondiale de wolfram (excluzând Rusia) sunt de aproximativ 7,5 milioane de tone, rezervele confirmate sunt de aproximativ 4 milioane de tone. Kazahstan, China, Canada și SUA au cele mai mari rezerve; zăcăminte sunt cunoscute și în Bolivia, Portugalia, Rusia și Coreea de Sud. Producția mondială de wolfram este de 18-20 de mii de tone pe an, inclusiv în China 10, Rusia 3,5; Kazahstan 0,7, Austria 0,5. Principalii exportatori de wolfram: China, Coreea de Sud, Austria. Importatori principali: SUA, Japonia, Germania, Marea Britanie.

Producția de wolfram

Procesul de obținere a wolframului trece prin subetapa de separare a trioxidului WO 3 din concentratele de minereu și prin reducerea ulterioară la pulbere metalică cu hidrogen la o temperatură de aproximativ 700 °C. Datorită punctului de topire ridicat al wolframului, pentru obținerea unei forme compacte se folosesc metode de metalurgie a pulberilor: pulberea rezultată este presată, sinterizată în atmosferă de hidrogen la o temperatură de 1200-1300 °C, apoi trece un curent electric prin ea. Metalul este încălzit la 3000 °C, iar sinterizarea are loc într-un material monolit. Pentru purificarea ulterioară și obținerea unei forme monocristaline, se utilizează topirea zonei.

Dacă doresc să obțină o probă mai compactă de wolfram, pulberea este comprimată. În industrie, din acesta se obțin bare cu o densitate de 13-15 g/cm 3, dar au rezistență mecanică scăzută, deci sunt apoi sinterizate. Încălzirea la 2000 °C în vid sau în atmosferă de hidrogen se realizează prin trecerea directă a unui curent electric prin metal. Dimensiunile stâlpilor după sinterizare scad, iar densitatea crește la 17,5 g/cm 3 .

Pe lângă topirea fasciculului de electroni, există o altă modalitate de a topi wolfram. Aceasta este topirea cu arcul de argon. Una dintre probele de reniu a fost preparată folosind aceeași metodă. Spre deosebire de topirea cu fascicul de electroni, atunci când se topesc într-un arc, impuritățile metalice volatile sunt mai puțin ușor îndepărtate (deoarece topirea se realizează la presiunea atmosferică și nu în vid). Dar această metodă face posibilă prepararea aliajelor de wolfram cu astfel de metale volatile încât în ​​vid să poată zbura cu ușurință departe de aliaj.

Obținerea cristalelor de wolfram

Densitatea wolframului este de două ori și jumătate mai mare decât densitatea fierului! (Și de șapte ori densitatea aluminiului.) Este aproape egală cu densitatea aurului (diferă cu mai puțin de 1%). Cristalele de wolfram sunt crescute prin metoda zonei, cu încălzire printr-un fascicul de electroni. Cu această metodă, piesa de prelucrat (tija de tungsten) este întărită vertical într-o cameră cu vid. În jurul piesei de prelucrat există un catod inel al pistolului cu electroni, din care zboară electronii accelerați de înaltă tensiune. Când lovesc proba, fac ca o zonă mică a acesteia să se topească. În zona topită rezultată, metalul lichid este împiedicat să curgă în jos de forțele de tensiune superficială. Catodul (și odată cu el zona topită) se mișcă încet de-a lungul cristalului. În acest caz, apar mai multe procese utile: toate impuritățile volatile zboară departe de probă (în camera de vid presiunea este menținută sub 10 -5 mm Hg, iar temperatura este de 3500 de grade - în astfel de condiții, majoritatea impurităților părăsesc probă sub formă de vapori); după mai multe treceri, ca și în cazul topirii zonei, impuritățile nevolatile rămase sunt concentrate pe o parte a probei. De asemenea, are loc cristalizarea direcțională a lingoului, care, atunci când se utilizează o sămânță, face posibilă obținerea unui singur cristal cu o orientare dată. Astfel de monocristale sunt folosite pentru a face anozi pentru tuburile cu raze X și în cercetarea fizică. Filamentele lămpilor cu halogen de înaltă calitate sunt, de asemenea, fabricate din lingouri monocristaline, ceea ce le permite să-și prelungească durata de viață de mai multe ori.

Proprietățile fizice ale wolframului

Tungstenul este un metal gri deschis care are cele mai ridicate puncte de topire și fierbere.

Unele proprietăți fizice sunt date în tabele. Alte proprietăți fizice ale wolframului:

Tungstenul cristalizează într-o rețea cubică centrată pe corp cu o perioadă a = 3,1647 Å; densitate 19,3 g/cm3, punct de topire 3410°C, punct de fierbere 5900°C. Conductivitate termică (cal/cm·sec·°С) 0,31 (20°С); 0,26 (1300°C).

• Duritate Brinell (kgf/mm2) pentru un lingot sinterizat 200-230, pentru un lingot forjat 350-400 (1 kgf/mm2 = 10 MN/m2). La temperatura camerei, tungstenul are un conținut scăzut de plastic.
• rezistivitate electrică la 20 °C 55 × 10 −9 Ohm m, la 2700 ° C - 904 × 10 −9 Ohm m. Funcția de lucru a electronilor 7,21·10 -19 J (4,55 eV), puterea energiei radiației la temperaturi mari(W/cm2): 18,0 (1000°C); 64,0 (2200°C); 153,0 (2700°C); 255,0 (3030°C).
• viteza sunetului în wolfram recoaptă este de 4290 m/s.
• Proprietățile mecanice ale tungstenului depind de prelucrarea anterioară. Rezistența la tracțiune (kgf/mm 2) pentru un lingou sinterizat 11, pentru presiune tratată de la 100 la 430; modulul de elasticitate (kgf/mm 1) 35000-38000 pentru sârmă și 39000-41000 pentru fir monocristalin;

Tungstenul este unul dintre cele mai grele și mai refractare metale. În forma sa pură, este un metal alb-argintiu, asemănător platinei, la o temperatură de aproximativ 1600 °C este ușor de forjat și poate fi tras într-un fir subțire.

Proprietățile chimice ale wolframului

Valenta de la 2 la 6. Cel mai stabil este tungstenul 6-valent. Compușii de tungsten 3 și 2-valenti sunt instabili și nu au nicio semnificație practică.

Tungstenul are rezistență ridicată la coroziune: la temperatura camerei nu se modifică în aer; la temperaturi roșie, se oxidează încet în oxid de tungsten VI; aproape insolubil în acizi clorhidric, sulfuric și fluorhidric. În acid azotic și acva regia se oxidează de la suprafață. Se dizolvă într-un amestec de acid azotic și acid fluorhidric, formând acid tungstic. Dintre compușii de wolfram, cei mai importanți sunt: ​​trioxidul de wolfram sau anhidrida de wolfram, wolframurile, compușii peroxid cu formula generală Me 2 WO X, precum și compușii cu halogeni, sulf și carbon. Tungstații sunt predispuși la formarea de anioni polimeri, inclusiv heteropolicompuși cu includerea altor metale de tranziție.

În condiții normale, wolframul este rezistent chimic. La 400-500°C, metalul compact se oxidează vizibil în aer la WO3. Vaporii de apă îl oxidează intens peste 600°C până la WO3. Halogenii, sulful, carbonul, siliciul, borul interacționează cu wolfram la temperaturi ridicate (fluorul cu wolfram sub formă de pulbere - la temperatura camerei). Tungstenul nu reacționează cu hidrogenul până la punctul de topire; cu azotul peste 1500°C formează nitrură. În condiții normale, Tungstenul este rezistent la acizii clorhidric, sulfuric, azotic și fluorhidric, precum și la aqua regia; la 100°C interacționează slab cu ele; se dizolvă rapid într-un amestec de acizi fluorhidric și acizi azotic. În soluțiile alcaline când este încălzit, wolfram se dizolvă ușor, iar în alcalii topiți cu acces de aer sau în prezența agenților oxidanți se dizolvă rapid; în acest caz se formează tungstate. În compuși, tungstenul prezintă o valență de la 2 la 6; compușii cu valență mai mare sunt cei mai stabili.

Tungstenul formează patru oxizi: cel mai mare - WO 3 (anhidridă de wolfram), cel mai scăzut - WO 2 și doi intermediari W 10 O 29 și W 4 O 11. Anhidrida de wolfram este o pulbere cristalină galben-lămâie care se dizolvă în soluții alcaline pentru a forma tungstate. Când este redus cu hidrogen, se formează succesiv oxizi inferiori și wolfram. Anhidrida tungstică corespunde acidului tungstic H 2 WO 4 - o pulbere galbenă, practic insolubilă în apă și acizi. Când interacționează cu soluții de alcalii și amoniac, se formează soluții de tungstate. La 188°C, H2WO4 desparte apa pentru a forma WO3. Cu clor, wolfram formează un număr de cloruri și oxicloruri. Cele mai importante dintre ele: WCl 6 (topire 275°C, fierbere 348°C) și WO 2 Cl 2 (topire 266°C, sublimări peste 300°C), obținute prin acțiunea clorului asupra anhidridei de wolfram în prezența cărbune. Cu sulf, wolfram formează două sulfuri WS 2 și WS 3. Carburele de wolfram WC (topitură 2900°C) și W2C (topire 2750°C) sunt compuși duri, refractari; sunt obținute prin interacțiunea tungstenului cu carbonul la 1000-1500°C.

Aplicații ale wolframului

Tungstenul nu a fost găsit de mult timp aplicație practică. Și numai în sfârşitul XIX-lea secole, proprietățile remarcabile ale acestui metal au început să fie folosite în industrie. În prezent, aproximativ 80 la sută din wolfram extras este folosit în oțelurile cu wolfram, iar aproximativ 15 la sută din wolfram este folosit pentru a produce aliaje dure.