Η ιστορία της ανακάλυψης του βολφραμίου. Χημικές ιδιότητες του βολφραμίου

Σε θερμοκρασία δωματίου, το βολφράμιο είναι ανθεκτικό στην ατμοσφαιρική διάβρωση, αλλά όταν θερμαίνεται στους 750 Κ, οξειδώνεται σε WO 3 και αντιδρά με αλογόνα: με φθόριο σε θερμοκρασία δωματίου και με ιώδιο σε θερμοκρασία περίπου 900 Κ.

Όταν θερμαίνεται σε υψηλές θερμοκρασίες, αντιδρά με άνθρακα, πυρίτιο και βόριο, σχηματίζοντας καρβίδια, πυριτικά και βορίδια, αντίστοιχα. Το θείο και ο φώσφορος δεν έχουν καμία επίδραση στο βολφράμιο υπό κανονικές συνθήκες. Στον αέρα διαλύεται σε θερμά υδατικά διαλύματα αλκαλίων, αλλά είναι ασθενώς ευαίσθητο στη δράση οξέων, εκτός από το υδροφθορικό και το νιτρικό οξύ όταν θερμαίνεται.

Το υδρογόνο και το άζωτο δεν παράγουν χημικές ενώσεις με βολφράμιο, μέχρι

3000 0 C, αν και ορισμένες πηγές υποδεικνύουν τη δυνατότητα σχηματισμού υδριδίου WH 2.

Με το οξυγόνο, το βολφράμιο σχηματίζει τρία σταθερά οξείδια:

WO 2 – καφέ χρώμα;

WO 3 - κίτρινο;

W 2 O 5 – γαλαζωπό χρώμα.

Όλα αυτά τα οξείδια σχηματίζονται σε θερμοκρασία περίπου 800 K στον αέρα ή το οξυγόνο και είναι όλα πολύ πτητικά και έχουν χαμηλό σημείο τήξης. Για παράδειγμα, το WO 3 τήκεται σε θερμοκρασία 1645 Κ.

Στην πράξη, για τη διάκριση του σύρματος βολφραμίου από το σύρμα μολυβδαινίου, χρησιμοποιείται μια απλή τεχνική: η άκρη του σύρματος πυρπολείται με ένα σπίρτο. Εάν παρατηρείται κίτρινος ή καφέ καπνός, τότε είναι σύρμα βολφραμίου, αν είναι λευκό, είναι μολυβδαίνιο.

Ο άνθρακας μειώνει τα οξείδια W:

Σε θερμοκρασία 825 K.

Σε θερμοκρασία 1325 K.

Σε θερμοκρασία 1425 Κ.

Με το άζωτο, το βολφράμιο σχηματίζει νιτρίδια σε θερμοκρασίες πάνω από 1600 K, αλλά πάνω από 2275 K αποσυντίθενται.

Όταν αλληλεπιδρά με άνθρακα και θερμοκρασίες πάνω από 1800 K, το βολφράμιο σχηματίζει καρβίδια W 2 Cu και WC. Πυκνότητα W 2 C - 16000 kg/m 3, WC - 9000 kg/m 3, σκληρότητα περίπου 9 μονάδες Mohs. Σε θερμοκρασία 2875 Κ, το καμπίδιο του WC αποσυντίθεται σύμφωνα με την αντίδραση

Το σχήμα 73 δείχνει το διάγραμμα φάσης W–C.

Όπως φαίνεται από το διάγραμμα, τα καρβίδια βολφραμίου έχουν σημείο τήξης σημαντικά χαμηλότερο από αυτό του ίδιου του μετάλλου. Έτσι, το WC λιώνει σε θερμοκρασία περίπου 2875 K, W 2 C - 3065 K. Επιπλέον, τα καρβίδια μπορούν να σχηματίσουν ευτηκτικά κράματα με βολφράμιο με σημείο τήξης σημαντικά χαμηλότερο από αυτό του μετάλλου, το οποίο τήκεται στους 3683 K. Επομένως, είναι απαραίτητο να επιστήσουμε την προσοχή των επιστημόνων πυραύλων στον κίνδυνο της αντίδρασης του σχηματισμού καρβιδίων στη διεπιφάνεια γραφίτη-βολφραμίου, που συμβαίνει όταν θερμαίνεται πάνω από 2675 K. Η προειδοποίηση οφείλεται στο γεγονός ότι ο σχεδιασμός της επένδυσης κρίσιμου τμήματος του ακροφυσίου ενός κινητήρα στερεού καυσίμου συνδυάζει μια εσωτερική επένδυση βολφραμίου με μια βάση γραφίτη.

Για να αποφευχθεί αυτή η αντίδραση, εφαρμόζεται ένα αποκαλούμενο στρώμα «φραγμού» από καρβίδιο τανταλίου ή τιτανίου (TaC, TiC) μεταξύ της επένδυσης βολφραμίου και του γραφίτη της θήκης.

Λόγω της υψηλής πυκνότητας του βολφραμίου και της σπανιότητάς του, οι σχεδιαστές και οι τεχνολόγοι προσπαθούν να το αντικαταστήσουν με ελαφρύτερα και λιγότερο σπάνια υλικά, τα οποία θα συζητηθούν παρακάτω.

Ρύζι. 73. Διάγραμμα κατάστασης W-C

Ρύζι. 74. Σχέδιο μεταφοράς μάζας σε λαμπτήρα

λάμπων: 1 – τοίχωμα της φιάλης, όπου σχηματίζεται το WJ 2. 2 – έλικα, όπου το WJ 2 αποσυντίθεται σε W και J

Αν και η αντίδραση του βολφραμίου με το ιώδιο δεν έχει καμία σχέση με την τεχνολογία πυραύλων, θα ήθελα να σταθώ εν συντομία σε αυτήν.

Σε θερμοκρασίες άνω των 850 Κ, το βολφράμιο με ατμό ιωδίου σχηματίζει ιωδίδιο, το οποίο είναι ένα άλας ιωδιούχου οξέος που εξαχνώνεται εύκολα:

Σε θερμοκρασία 2475 K, το ιωδίδιο αποσυντίθεται:

Αυτές οι δύο αντιδράσεις χρησιμοποιούνται για τη μεταφορά βολφραμίου, για παράδειγμα, σε λαμπτήρες πυρακτώσεως: παρά τη χαμηλή τάση ατμών σε αυτούς, το βολφράμιο εξακολουθεί να εξατμίζεται στο κενό. Οι ατμοί του κατακάθονται στα τοιχώματα του γυάλινου βολβού της λάμπας και η διαφάνειά του μειώνεται. Εάν η φιάλη γεμίσει με ατμό ιωδίου, ο τελευταίος θα αντιδράσει με το βολφράμιο στο θερμό τοίχωμα της λάμπας και θα σχηματίσει το WJ 2, το οποίο, λόγω διάχυσης, εισέρχεται στη θερμαινόμενη σπείρα βολφραμίου και αποσυντίθεται. Το ελεύθερο ιώδιο θα μετακινηθεί ξανά στον τοίχο και το βολφράμιο θα παραμείνει στη σπείρα και ούτω καθεξής ατελείωτα. Το τελικό αποτέλεσμα είναι η αυξημένη φωτεινότητα και η ανθεκτικότητα των λαμπτήρων με ιώδιο.

Η ίδια αντίδραση χρησιμοποιείται στην τεχνολογία για την παραγωγή καθαρών πυρίμαχων μετάλλων: βολφράμιο, ταντάλιο, μολυβδαίνιο, άφνιο κ.λπ.

Αυτή η αντίδραση μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή λεπτών κελυφών βολφραμίου. Εκτός από τη μέθοδο του ιωδιδίου, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τη μέθοδο καρβονυλίου για αυτό το σκοπό, δηλ. αποσύνθεση του WCO 2 . Στους κινητήρες καυσίμου αεριωθουμένων, το βολφράμιο στην καθαρή του μορφή, κατά κανόνα, δεν χρησιμοποιείται λόγω της χαμηλής θερμικής του σταθερότητας, αλλά χρησιμοποιείται με τη μορφή των λεγόμενων ψευδοκράματα με χαλκό. Αυτό θα συζητηθεί παρακάτω.

Τον 16ο αιώνα ήταν γνωστό το ορυκτό βολφραμίτη, το οποίο μεταφράστηκε από τα γερμανικά ( Λύκος Ραμ) σημαίνει «κρέμα λύκου». Το ορυκτό έλαβε αυτό το όνομα λόγω των χαρακτηριστικών του. Γεγονός είναι ότι το βολφράμιο, που συνόδευε τα μεταλλεύματα κασσίτερου, κατά την τήξη του κασσίτερου το μετέτρεψε απλώς σε αφρό σκωρίας, γι' αυτό έλεγαν: «κατατρώει τον κασσίτερο όπως ο λύκος καταβροχθίζει το πρόβατο». Με την πάροδο του χρόνου, το όνομα βολφράμιο κληρονομήθηκε από το βολφραμίτη από το 74ο χημικό στοιχείο του περιοδικού συστήματος.

Χαρακτηριστικά βολφραμίου

Το βολφράμιο είναι ένα ανοιχτό γκρι μεταβατικό μέταλλο. Έχει εξωτερική ομοιότητα με το ατσάλι. Λόγω των μάλλον μοναδικών ιδιοτήτων του, αυτό το στοιχείο είναι ένα πολύ πολύτιμο και σπάνιο υλικό, η καθαρή μορφή του οποίου δεν υπάρχει στη φύση. Το βολφράμιο έχει:

• μια αρκετά υψηλή πυκνότητα, που ισοδυναμεί με 19,3 g/cm 3 .
• υψηλό σημείο τήξης 3422 0 C;
• επαρκής ηλεκτρική αντίσταση - 5,5 μOhm*cm.
• κανονικός δείκτης του συντελεστή παραμέτρου γραμμικής επέκτασης ίσος με 4,32.
• το υψηλότερο σημείο βρασμού μεταξύ όλων των μετάλλων, ίσο με 5555 0 C.
• χαμηλός ρυθμός εξάτμισης, ακόμη και παρά τις θερμοκρασίες που υπερβαίνουν τους 200 0 C.
• σχετικά χαμηλή ηλεκτρική αγωγιμότητα. Ωστόσο, αυτό δεν εμποδίζει το βολφράμιο να παραμείνει καλός αγωγός.

Πίνακας 1. Ιδιότητες βολφραμίου

Χαρακτηριστικό γνώρισμα	Εννοια
Ιδιότητες του ατόμου
Όνομα, σύμβολο, αριθμός	Βολφράμιο / Βολφράμιο (W), 74
Ατομική μάζα (μοριακή μάζα)	183,84(1) α. π.μ. (g/mol)
Ηλεκτρονική διαμόρφωση	4f14 5d4 6s2
Ατομική ακτίνα	141 μ.μ
Χημικές ιδιότητες
Ομοιοπολική ακτίνα	170 μ.μ
Ακτίνα ιόντων	(+6e) 62 (+4e) 70 μ.μ
Ηλεκτραρνητικότητα	2.3 (Κλίμακα Pauling)
Δυναμικό ηλεκτροδίου	W ← W3+ 0,11 VW ← W6+ 0,68 V
Καταστάσεις οξείδωσης	6, 5, 4, 3, 2, 0
Ενέργεια ιοντισμού (πρώτο ηλεκτρόνιο)	769,7 (7,98) kJ/mol (eV)
Θερμοδυναμικές ιδιότητες μιας απλής ουσίας
Πυκνότητα (σε κανονικές συνθήκες)	19,25 g/cm³
Θερμοκρασία τήξης	3695 K (3422 °C, 6192 °F)
Θερμοκρασία βρασμού	5828 K (5555 °C, 10031 °F)
Ud. θερμότητα σύντηξης	285,3 kJ/kg 52,31 kJ/mol
Ud. θερμότητα εξάτμισης	4482 kJ/kg 824 kJ/mol
Μοριακή θερμοχωρητικότητα	24,27 J/(K mol)
Μοριακός όγκος	9,53 cm³/mol
Κρυσταλλικό πλέγμα απλής ουσίας
Δομή πλέγματος	κυβικά με κέντρο το σώμα
Παράμετροι πλέγματος	3.160 Å
Θερμοκρασία Debye	310 χιλ
Άλλα χαρακτηριστικά
Θερμική αγωγιμότητα	(300 K) 162,8 W/(mK)
Αριθμός CAS	7440-33-7

Όλα αυτά κάνουν το βολφράμιο ένα πολύ ανθεκτικό μέταλλο που δεν είναι ευαίσθητο σε μηχανικές βλάβες. Αλλά η παρουσία τέτοιων μοναδικών ιδιοτήτων δεν αποκλείει την παρουσία μειονεκτημάτων που έχει επίσης το βολφράμιο. Αυτά περιλαμβάνουν:

• υψηλή ευθραυστότητα όταν εκτίθεται σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες.
• υψηλή πυκνότητα, γεγονός που καθιστά δύσκολη την επεξεργασία του.
• χαμηλή αντίσταση στα οξέα σε χαμηλές θερμοκρασίες.

Παραγωγή βολφραμίου

Το βολφράμιο, μαζί με το μολυβδαίνιο, το ρουβίδιο και μια σειρά από άλλες ουσίες, είναι μέρος μιας ομάδας σπάνιων μετάλλων που χαρακτηρίζονται από πολύ χαμηλή κατανομή στη φύση. Λόγω αυτού, δεν μπορεί να εξαχθεί με τον παραδοσιακό τρόπο, όπως πολλά ορυκτά. Έτσι, η βιομηχανική παραγωγή βολφραμίου αποτελείται από τα ακόλουθα στάδια:

• εξόρυξη μεταλλεύματος, το οποίο περιέχει μια ορισμένη αναλογία βολφραμίου·
• οργάνωση κατάλληλων συνθηκών στις οποίες το μέταλλο μπορεί να διαχωριστεί από την επεξεργασμένη μάζα·
• συγκέντρωση μιας ουσίας με τη μορφή διαλύματος ή ιζήματος·
• καθαρισμός της προκύπτουσας χημικής ένωσης από το προηγούμενο βήμα.
• απομόνωση καθαρού βολφραμίου.

Έτσι, η καθαρή ουσία από το εξορυσσόμενο μετάλλευμα που περιέχει βολφράμιο μπορεί να απομονωθεί με διάφορους τρόπους.

1. Ως αποτέλεσμα του εμπλουτισμού του μεταλλεύματος βολφραμίου με βαρύτητα, επίπλευση, μαγνητικό ή ηλεκτρικό διαχωρισμό. Σε αυτή τη διαδικασία, σχηματίζεται ένα συμπύκνωμα βολφραμίου, που αποτελείται από 55-65% ανυδρίτη βολφραμίου (τριοξείδιο) WO 3. Στα συμπυκνώματα αυτού του μετάλλου παρακολουθείται η περιεκτικότητα σε ακαθαρσίες, οι οποίες μπορεί να περιλαμβάνουν φώσφορο, θείο, αρσενικό, κασσίτερο, χαλκό, αντιμόνιο και βισμούθιο.
2. Όπως είναι γνωστό, το τριοξείδιο του βολφραμίου WO 3 είναι το κύριο υλικό για τον διαχωρισμό του μεταλλικού βολφραμίου ή του καρβιδίου του βολφραμίου. Η παραγωγή του WO 3- συμβαίνει ως αποτέλεσμα της αποσύνθεσης συμπυκνωμάτων, της έκπλυσης ενός κράματος ή πυροσυσσωμάτωσης κ.λπ. Σε αυτή την περίπτωση, η έξοδος είναι ένα υλικό που αποτελείται κατά 99,9% από WO 3.
3. Από ανυδρίτη βολφραμίου WO 3. Με τη μείωση αυτής της ουσίας με υδρογόνο ή άνθρακα λαμβάνεται η σκόνη βολφραμίου. Η χρήση του δεύτερου συστατικού για την αντίδραση αναγωγής χρησιμοποιείται λιγότερο συχνά. Αυτό οφείλεται στον κορεσμό του WO 3 με καρβίδια κατά τη διάρκεια της αντίδρασης, με αποτέλεσμα το μέταλλο να χάνει τη δύναμή του και να γίνεται πιο δύσκολο να επεξεργαστεί. Η σκόνη βολφραμίου παράγεται με ειδικές μεθόδους, χάρη στις οποίες καθίσταται δυνατός ο έλεγχος της χημικής της σύνθεσης, του μεγέθους και του σχήματος των κόκκων, καθώς και της κατανομής του μεγέθους των σωματιδίων. Έτσι, το κλάσμα των σωματιδίων σκόνης μπορεί να αυξηθεί με ταχεία αύξηση της θερμοκρασίας ή με χαμηλό ρυθμό παροχής υδρογόνου.
4. Παραγωγή συμπαγούς βολφραμίου, το οποίο έχει τη μορφή ράβδων ή πλινθωμάτων και αποτελεί τυφλό για την περαιτέρω παραγωγή ημικατεργασμένων προϊόντων - σύρμα, ράβδοι, ταινία κ.λπ.

Η τελευταία μέθοδος, με τη σειρά της, περιλαμβάνει δύο πιθανές επιλογές. Το ένα σχετίζεται με μεθόδους μεταλλουργίας σκόνης και το άλλο με την τήξη σε φούρνους ηλεκτρικού τόξου με αναλώσιμο ηλεκτρόδιο.

Μέθοδος μεταλλουργίας σκόνης

Λόγω του γεγονότος ότι χάρη σε αυτή τη μέθοδο είναι δυνατό να κατανεμηθούν πιο ομοιόμορφα τα πρόσθετα που δίνουν τις ειδικές του ιδιότητες στο βολφράμιο, είναι πιο δημοφιλής.

Περιλαμβάνει διάφορα στάδια:

1. Η μεταλλική σκόνη συμπιέζεται σε ράβδους.
2. Τα κατεργαζόμενα τεμάχια πυροσυσσωματώνονται σε χαμηλές θερμοκρασίες (τη λεγόμενη προσυντήρηση).
3. Συγκόλληση τεμαχίων;
4. Λήψη ημικατεργασμένων προϊόντων με επεξεργασία κενού. Η υλοποίηση αυτού του σταδίου πραγματοποιείται με σφυρηλάτηση ή μηχανική επεξεργασία (λείανση, στίλβωση). Αξίζει να σημειωθεί ότι η μηχανική επεξεργασία του βολφραμίου γίνεται δυνατή μόνο υπό την επίδραση υψηλών θερμοκρασιών, διαφορετικά είναι αδύνατη η επεξεργασία του.

Ταυτόχρονα, η σκόνη πρέπει να είναι καλά καθαρισμένη με μέγιστο επιτρεπόμενο ποσοστό προσμίξεων έως και 0,05%.

Αυτή η μέθοδος καθιστά δυνατή τη λήψη ράβδων βολφραμίου με τετράγωνη διατομή από 8x8 έως 40x40 mm και μήκος 280-650 mm. Αξίζει να σημειωθεί ότι σε θερμοκρασίες δωματίου είναι αρκετά δυνατά, αλλά έχουν αυξημένη ευθραυστότητα.

Ασφάλεια ηλεκτρική

Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται εάν είναι απαραίτητο να ληφθούν τεμάχια βολφραμίου αρκετά μεγάλων διαστάσεων - από 200 kg έως 3000 kg. Τέτοια κενά χρειάζονται συνήθως για έλαση, έλξη σωλήνων και για την κατασκευή προϊόντων με χύτευση. Η τήξη απαιτεί τη δημιουργία ειδικών συνθηκών - ένα κενό ή μια σπάνια ατμόσφαιρα υδρογόνου. Η έξοδος είναι πλινθώματα βολφραμίου, τα οποία έχουν χονδροειδή κρυσταλλική δομή και είναι επίσης πολύ εύθραυστα λόγω της παρουσίας μεγάλης ποσότητας ακαθαρσιών. Η περιεκτικότητα σε ακαθαρσίες μπορεί να μειωθεί με την προτήξη του βολφραμίου σε έναν κλίβανο δέσμης ηλεκτρονίων. Ωστόσο, η δομή παραμένει αμετάβλητη. Σε αυτό το πλαίσιο, για να μειωθεί το μέγεθος των κόκκων, τα πλινθώματα λιώνουν περαιτέρω, αλλά σε έναν κλίβανο ηλεκτρικού τόξου. Ταυτόχρονα, κατά τη διαδικασία τήξης, προστίθενται κραματικές ουσίες στα πλινθώματα, δίνοντας ιδιαίτερες ιδιότητες βολφραμίου.

Για τη λήψη πλινθωμάτων βολφραμίου με λεπτόκοκκη δομή, χρησιμοποιείται τήξη κρανίου τόξου με χύτευση μετάλλων σε καλούπι.

Η μέθοδος λήψης του μετάλλου καθορίζει την παρουσία πρόσθετων και ακαθαρσιών σε αυτό. Έτσι, σήμερα παράγονται πολλές ποιότητες βολφραμίου.

Ποιότητες βολφραμίου

1. HF - καθαρό βολφράμιο, το οποίο δεν περιέχει πρόσθετα.
2. Το VA είναι ένα μέταλλο που περιέχει αλουμίνιο και πρόσθετα πυριτίου-αλκαλίου, τα οποία του προσδίδουν πρόσθετες ιδιότητες.
3. Το VM είναι ένα μέταλλο που περιέχει θόριο και πρόσθετα πυριτίου-αλκαλίου.
4. VT - βολφράμιο, το οποίο περιέχει οξείδιο του θορίου ως πρόσθετο, το οποίο αυξάνει σημαντικά τις ιδιότητες εκπομπής του μετάλλου.
5. VI - μέταλλο που περιέχει οξείδιο υττρίου.
6. VL - βολφράμιο με οξείδιο του λανθανίου, το οποίο επίσης αυξάνει τις ιδιότητες εκπομπής.
7. VR - κράμα ρηνίου και βολφραμίου.
8. VРН - δεν υπάρχουν πρόσθετα στο μέταλλο, ωστόσο μπορεί να υπάρχουν ακαθαρσίες σε μεγάλους όγκους.
9. Το MV είναι ένα κράμα βολφραμίου με μολυβδαίνιο, το οποίο αυξάνει σημαντικά την αντοχή μετά την ανόπτηση ενώ διατηρεί την ολκιμότητα.

Πού χρησιμοποιείται το βολφράμιο;

Χάρη στις μοναδικές του ιδιότητες, το χημικό στοιχείο 74 έχει καταστεί απαραίτητο σε πολλούς βιομηχανικούς τομείς.

1. Η κύρια χρήση του βολφραμίου είναι ως βάση για την παραγωγή πυρίμαχων υλικών στη μεταλλουργία.
2. Με την υποχρεωτική συμμετοχή του βολφραμίου, παράγονται νημάτια πυρακτώσεως, τα οποία αποτελούν το κύριο στοιχείο των συσκευών φωτισμού, των σωλήνων εικόνας και άλλων σωλήνων κενού.
3. Επίσης, αυτό το μέταλλο αποτελεί τη βάση της παραγωγής βαρέων κραμάτων που χρησιμοποιούνται ως αντίβαρα, πυρήνες διάτρησης θωράκισης υποδιαμετρήματος και βλημάτων πυροβόλων πυροβολικού με σαρωμένα πτερύγια.
4. Το βολφράμιο είναι το ηλεκτρόδιο που χρησιμοποιείται στη συγκόλληση με τόξο αργού.
5. Τα κράματά του είναι εξαιρετικά ανθεκτικά σε διάφορες θερμοκρασίες, όξινα περιβάλλοντα, καθώς και στη σκληρότητα και αντοχή στην τριβή, και ως εκ τούτου χρησιμοποιούνται στην παραγωγή χειρουργικών εργαλείων, θωράκισης δεξαμενών, περιβλημάτων τορπιλών και βλημάτων, εξαρτημάτων αεροσκαφών και κινητήρων, καθώς και δοχείων αποθήκευσης πυρηνικών απόβλητα.
6. Οι κλίβανοι αντίστασης κενού, η θερμοκρασία στις οποίες φθάνει σε εξαιρετικά υψηλές τιμές, είναι εξοπλισμένοι με θερμαντικά στοιχεία επίσης κατασκευασμένα από βολφράμιο.
7. Η χρήση βολφραμίου είναι δημοφιλής για την παροχή προστασίας από την ιονίζουσα ακτινοβολία.
8. Οι ενώσεις βολφραμίου χρησιμοποιούνται ως στοιχεία κράματος, λιπαντικά υψηλής θερμοκρασίας, καταλύτες, χρωστικές ουσίες και επίσης για τη μετατροπή της θερμικής ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια (διτελλουρίδιο βολφραμίου).

Έχοντας ανοιχτό γκρι χρώμα. Στο περιοδικό σύστημα του Mendeleev έχει τον 74ο σειριακό αριθμό. Το χημικό στοιχείο είναι πυρίμαχο. Περιέχει 5 σταθερά ισότοπα.

Χημικές ιδιότητες του βολφραμίου

Η χημική αντίσταση του βολφραμίου στον αέρα και το νερό είναι αρκετά υψηλή. Όταν θερμαίνεται, είναι ευαίσθητο στην οξείδωση. Όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία, τόσο υψηλότερος είναι ο ρυθμός οξείδωσης του χημικού στοιχείου. Σε θερμοκρασίες άνω των 1000°C, το βολφράμιο αρχίζει να εξατμίζεται. Σε θερμοκρασία δωματίου, το υδροχλωρικό, το θειικό, το υδροφθορικό και το νιτρικό οξύ δεν μπορούν να έχουν καμία επίδραση στο βολφράμιο. Ένα μείγμα νιτρικού και υδροφθορικού οξέος διαλύει το βολφράμιο. Ούτε στην υγρή ούτε στη στερεή κατάσταση το βολφράμιο δεν αναμιγνύεται με χρυσό, ασήμι, νάτριο ή λίθιο. Επίσης, δεν υπάρχει αλληλεπίδραση με ψευδάργυρο, μαγνήσιο, ασβέστιο ή υδράργυρο. Το βολφράμιο είναι διαλυτό στο ταντάλιο και το νιόβιο και με το χρώμιο και το μολυβδαίνιο μπορεί να σχηματίσει διαλύματα τόσο σε στερεά όσο και σε υγρή κατάσταση.

Εφαρμογές βολφραμίου

Το βολφράμιο χρησιμοποιείται στη σύγχρονη βιομηχανία τόσο σε καθαρή μορφή όσο και σε κράματα. Το βολφράμιο είναι ένα μέταλλο ανθεκτικό στη φθορά. Κράματα που περιέχουν βολφράμιο χρησιμοποιούνται συχνά για την κατασκευή πτερυγίων στροβίλων και βαλβίδων κινητήρων αεροσκαφών. Επίσης, αυτό το χημικό στοιχείο έχει βρει την εφαρμογή του για την κατασκευή διαφόρων εξαρτημάτων στη μηχανική ακτίνων Χ και στα ραδιοηλεκτρονικά. Το βολφράμιο χρησιμοποιείται για νήματα ηλεκτρικών λαμπτήρων.

Οι χημικές ενώσεις βολφραμίου βρήκαν πρόσφατα την πρακτική τους εφαρμογή. Το ετεροπολυοξύ φωσφόρου-βολφραμίου χρησιμοποιείται στην παραγωγή φωτεινών χρωμάτων και βερνικιών που είναι σταθερά στο φως. Τα βολφραμικά στοιχεία των σπάνιων γαιών, τα μέταλλα των αλκαλικών γαιών και το κάδμιο χρησιμοποιούνται για την παραγωγή φωτεινών χρωμάτων και την παραγωγή λέιζερ.

Σήμερα, οι παραδοσιακές χρυσές βέρες έχουν αρχίσει να αντικαθίστανται με προϊόντα από άλλα μέταλλα. Οι βέρες από καρβίδιο βολφραμίου έχουν γίνει δημοφιλείς. Τέτοια προϊόντα είναι πολύ ανθεκτικά. Το γυάλισμα καθρέφτη του δακτυλίου δεν ξεθωριάζει με την πάροδο του χρόνου. Το προϊόν θα διατηρήσει την αρχική του κατάσταση για όλη την περίοδο χρήσης.

Το βολφράμιο χρησιμοποιείται ως πρόσθετο κράματος για χάλυβα. Αυτό δίνει στον χάλυβα αντοχή και σκληρότητα σε υψηλές θερμοκρασίες. Έτσι, τα εργαλεία που κατασκευάζονται από χάλυβα βολφραμίου έχουν την ικανότητα να αντέχουν πολύ έντονες διαδικασίες μεταλλουργίας.

Το βολφράμιο είναι ένα χημικό στοιχείο της 4ης ομάδας, με ατομικό αριθμό 74 στον περιοδικό πίνακα του Dmitri Ivanovich Mendeleev, που ονομάζεται W (Wolframium). Το μέταλλο ανακαλύφθηκε και απομονώθηκε από δύο Ισπανούς χημικούς, τους αδελφούς d'Eluyard, το 1783. Το ίδιο το όνομα "Wolframium" μεταφέρθηκε στο στοιχείο από το προηγουμένως γνωστό ορυκτό βολφραμίτη, το οποίο ήταν γνωστό τον 16ο αιώνα, τότε ονομαζόταν "αφρός λύκου" ή "Spuma lupi" στα λατινικά, στα γερμανικά αυτή η φράση ακούγεται σαν «Wolf Rahm» (Tungsten). Το όνομα οφειλόταν στο γεγονός ότι το βολφράμιο, όταν συνόδευε τα μεταλλεύματα κασσίτερου, παρενέβαινε σημαντικά στην τήξη του κασσίτερου, επειδή μετέτρεψε τον κασσίτερο σε αφρό σκωρίας (άρχισαν να λένε για αυτή τη διαδικασία: «Ο τενεκέ καταβροχθίζει τον κασσίτερο όπως ο λύκος τρώει το πρόβατο!»). Επί του παρόντος, στις ΗΠΑ, τη Γαλλία, τη Μεγάλη Βρετανία και ορισμένες άλλες χώρες, το όνομα "βολφράμιο" (από το σουηδικό tung sten, που μεταφράζεται ως "βαριά πέτρα") χρησιμοποιείται για την ονομασία του βολφραμίου.

Το βολφράμιο είναι ένα σκληρό, γκρι μεταβατικό μέταλλο. Η κύρια χρήση του βολφραμίου είναι ως υλικό βάσης σε πυρίμαχα υλικά στη μεταλλουργία. Το βολφράμιο είναι εξαιρετικά πυρίμαχο· υπό κανονικές συνθήκες, το μέταλλο είναι χημικά ανθεκτικό.

Το βολφράμιο διαφέρει από όλα τα άλλα μέταλλα στην ασυνήθιστη σκληρότητα, τη βαρύτητα και την ανθεκτικότητά του. Από την αρχαιότητα, οι άνθρωποι χρησιμοποιούσαν την έκφραση «βαρύς ως μόλυβδος» ή «βαρύτερος από τον μόλυβδο», «μολυβένια βλέφαρα» κ.λπ. Αλλά θα ήταν πιο σωστό να χρησιμοποιήσουμε τη λέξη «βολφράμιο» σε αυτές τις αλληγορίες. Η πυκνότητα αυτού του μετάλλου είναι σχεδόν διπλάσια από αυτή του μολύβδου, 1,7 φορές για την ακρίβεια. Με όλα αυτά, η ατομική μάζα του βολφραμίου είναι μικρότερη και έχει τιμή 184 έναντι 207 για τον μόλυβδο.

Το βολφράμιο είναι ένα ανοιχτό γκρι μέταλλο· τα σημεία τήξης και βρασμού αυτού του μετάλλου είναι τα υψηλότερα. Λόγω της ολκιμότητας και της ανθεκτικότητας του βολφραμίου, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως νήματα για συσκευές φωτισμού, σε σωλήνες εικόνας, καθώς και σε άλλους σωλήνες κενού.

Είναι γνωστά είκοσι ορυκτά βολφραμίου. Τα πιο κοινά: ορυκτά της ομάδας scheelite-wolframite, τα οποία είναι βιομηχανικής σημασίας. Λιγότερο συχνά βρίσκεται ο θειούχος βολφραμίτης, δηλ. βολφραμσίτης (WS2) και ενώσεις που μοιάζουν με οξείδια - σιδήρου - και χαλκοβολφραμίτης, βολφραμίτης, υδροβολφρίτης. Οι βάδες, ψιλομελάνες με υψηλή περιεκτικότητα σε βολφράμιο, είναι ευρέως διαδεδομένες.

Ανάλογα με τις συνθήκες εμφάνισης, τη μορφολογία και τον τύπο των κοιτασμάτων βολφραμίου, χρησιμοποιούνται ανοιχτές, υπόγειες και συνδυασμένες μέθοδοι για την ανάπτυξή τους.

Επί του παρόντος δεν υπάρχουν μέθοδοι για τη λήψη βολφραμίου απευθείας από συμπυκνώματα. Από αυτή την άποψη, πρώτα απομονώνονται ενδιάμεσες ενώσεις από το συμπύκνωμα και στη συνέχεια λαμβάνεται μεταλλικό βολφράμιο από αυτές. Η απομόνωση του βολφραμίου περιλαμβάνει: την αποσύνθεση των συμπυκνωμάτων, στη συνέχεια τη μετάβαση του μετάλλου σε ενώσεις, από τις οποίες διαχωρίζεται από τα υπόλοιπα στοιχεία που το συνοδεύουν. Απελευθέρωση βολφραμικού οξέος, δηλ. καθαρή χημική ένωση βολφραμίου, συνεχίζεται με την επακόλουθη παραγωγή βολφραμίου σε μεταλλική μορφή.

Το βολφράμιο χρησιμοποιείται στην παραγωγή μηχανημάτων και εξοπλισμού για τις βιομηχανίες μεταλλουργίας, κατασκευών και εξόρυξης, στην κατασκευή φωτιστικών και λαμπτήρων, στη βιομηχανία μεταφορών και ηλεκτρονικών, στη χημική βιομηχανία και σε άλλους τομείς.

Κατασκευασμένο από χάλυβα βολφραμίου, το εργαλείο είναι ικανό να αντέξει τις τεράστιες ταχύτητες των πιο έντονων διαδικασιών επεξεργασίας μετάλλων. Η ταχύτητα κοπής χρησιμοποιώντας ένα τέτοιο εργαλείο συνήθως μετριέται σε δεκάδες μέτρα ανά δευτερόλεπτο.

Το βολφράμιο είναι αρκετά σπάνιο στη φύση. Η περιεκτικότητα σε μέταλλα στο φλοιό της γης κατά μάζα είναι περίπου 1,3·10−4%. Τα κύρια ορυκτά που περιέχουν βολφράμιο είναι τα φυσικά βολφραμικά άλατα: ο σχελίτης, που αρχικά ονομαζόταν βολφράμιο και ο βολφραμίτης.

Βιολογικές ιδιότητες

Ο βιολογικός ρόλος του βολφραμίου είναι ασήμαντος. Το βολφράμιο είναι πολύ παρόμοιο σε ιδιότητες με το μολυβδαίνιο, αλλά, σε αντίθεση με το τελευταίο, το βολφράμιο δεν είναι απαραίτητο στοιχείο. Παρά το γεγονός αυτό, το βολφράμιο είναι αρκετά ικανό να αντικαταστήσει το μολυβδαίνιο σε ζώα και φυτά, ως μέρος των βακτηρίων, ενώ αναστέλλει τη δραστηριότητα των ενζύμων που εξαρτώνται από το Mo, για παράδειγμα, την οξειδάση της ξανθίνης. Λόγω της συσσώρευσης αλάτων βολφραμίου στα ζώα, τα επίπεδα ουρικού οξέος μειώνονται και τα επίπεδα υποξανθίνης και ξανθίνης αυξάνονται. Η σκόνη βολφραμίου, όπως και άλλες μεταλλικές σκόνες, ερεθίζει το αναπνευστικό σύστημα.

Κατά μέσο όρο, το ανθρώπινο σώμα λαμβάνει περίπου 0,001-0,015 χιλιοστόγραμμα βολφραμίου την ημέρα με το φαγητό. Η πεπτικότητα του ίδιου του στοιχείου, καθώς και των αλάτων βολφραμίου, στον ανθρώπινο γαστρεντερικό σωλήνα είναι 1-10%, ελαφρώς διαλυτών οξέων βολφραμίου - έως και 20%. Το βολφράμιο συσσωρεύεται κυρίως στον οστικό ιστό και στα νεφρά. Τα οστά περιέχουν περίπου 0,00025 mg/kg και το ανθρώπινο αίμα περιέχει περίπου 0,001 mg/l βολφραμίου. Το μέταλλο συνήθως αποβάλλεται από το σώμα φυσικά, μέσω των ούρων. Όμως το 75% του ραδιενεργού ισοτόπου βολφραμίου 185W απεκκρίνεται στα κόπρανα.

Οι πηγές τροφίμων του βολφραμίου, καθώς και η καθημερινή του απαίτηση, δεν έχουν ακόμη μελετηθεί. Δεν έχει ακόμη εντοπιστεί τοξική δόση για το ανθρώπινο σώμα. Θανατηφόρα έκβαση σε αρουραίους εμφανίζεται από λίγο περισσότερο από 30 mg της ουσίας. Στην ιατρική, πιστεύεται ότι το βολφράμιο δεν έχει μεταβολικές, καρκινογόνες ή τερατογόνες επιδράσεις σε ανθρώπους και ζώα.

Δείκτης της στοιχειακής κατάστασης του βολφραμίου στο ανθρώπινο σώμα: ούρα, πλήρες αίμα. Δεν υπάρχουν δεδομένα για μείωση του επιπέδου του βολφραμίου στο αίμα.

Αυξημένη περιεκτικότητα σε βολφράμιο στο σώμα εμφανίζεται συχνότερα σε εργάτες μεταλλουργικών εργοστασίων που ασχολούνται με την παραγωγή πυρίμαχων και ανθεκτικών στη θερμότητα υλικών, κραματοποιημένων χάλυβων, καθώς και σε άτομα που έχουν έρθει σε επαφή με καρβίδιο βολφραμίου.

Το κλινικό σύνδρομο «νόσος των βαρέων μετάλλων» ή η πνευμονιοκονίαση μπορεί να προκύψει από χρόνια έκθεση σε σκόνη βολφραμίου. Τα σημάδια μπορεί να περιλαμβάνουν την εμφάνιση βήχα, αναπνευστικά προβλήματα, την ανάπτυξη ατοπικού άσθματος και αλλαγές στο εσωτερικό των πνευμόνων. Τα παραπάνω σύνδρομα συνήθως υποχωρούν μετά από πολύωρη ανάπαυση, και απλώς απουσία άμεσης επαφής με το βανάδιο. Στις πιο σοβαρές περιπτώσεις, όταν η νόσος διαγιγνώσκεται πολύ αργά, αναπτύσσεται η παθολογία «πνευμονική κόλλα», το εμφύσημα και η πνευμονική ίνωση.

Οι «ασθένειες των βαρέων μετάλλων» και οι προϋποθέσεις για την εμφάνισή τους εμφανίζονται συνήθως ως αποτέλεσμα της έκθεσης σε διάφορους τύπους μετάλλων και αλάτων (για παράδειγμα, κοβάλτιο, βολφράμιο κ.λπ.). Έχει διαπιστωθεί ότι η συνδυασμένη επίδραση βολφραμίου και κοβαλτίου στο ανθρώπινο σώμα αυξάνει την επιβλαβή επίδραση στο πνευμονικό σύστημα. Ο συνδυασμός καρβιδίων βολφραμίου και κοβαλτίου μπορεί να προκαλέσει τοπική φλεγμονή και δερματίτιδα εξ επαφής.

Στο παρόν στάδιο της ιατρικής ανάπτυξης, δεν υπάρχουν αποτελεσματικοί τρόποι για την επιτάχυνση του μεταβολισμού ή την εξάλειψη μιας ομάδας μεταλλικών ενώσεων που μπορεί να προκαλέσουν την εμφάνιση «ασθένειας των βαρέων μετάλλων». Γι' αυτό είναι τόσο σημαντικό να λαμβάνονται συνεχώς προληπτικά μέτρα και να εντοπίζονται έγκαιρα άτομα με υψηλή ευαισθησία στα βαρέα μέταλλα και να γίνεται διάγνωση στο αρχικό στάδιο της νόσου. Όλοι αυτοί οι παράγοντες καθορίζουν τις περαιτέρω πιθανότητες επιτυχίας στη θεραπεία της παθολογίας. Αλλά σε ορισμένες περιπτώσεις, εάν είναι απαραίτητο, χρησιμοποιείται θεραπεία με συμπλοκοποιητικό παράγοντα και συμπτωματική θεραπεία.

Περισσότερο από το μισό (58% για την ακρίβεια) του συνόλου του παραγόμενου βολφραμίου χρησιμοποιείται για την παραγωγή καρβιδίου βολφραμίου και σχεδόν το ένα τέταρτο (για την ακρίβεια 23%) χρησιμοποιείται για την παραγωγή διαφόρων χάλυβων και κραμάτων. Η κατασκευή προϊόντων «έλασης» βολφραμίου (σε αυτά περιλαμβάνονται νήματα λαμπτήρων πυρακτώσεως, ηλεκτρικές επαφές κ.λπ.) αντιπροσωπεύει περίπου το 8% του βολφραμίου που καταναλώνεται στον κόσμο και το υπόλοιπο 9% χρησιμοποιείται για την παραγωγή καταλυτών και χρωστικών.

Το σύρμα βολφραμίου, το οποίο έχει βρει χρήση σε ηλεκτρικούς λαμπτήρες, απέκτησε πρόσφατα ένα νέο προφίλ: έχει προταθεί η χρήση του ως εργαλείο κοπής κατά την επεξεργασία εύθραυστων υλικών.

Η υψηλή αντοχή και η καλή ολκιμότητα του βολφραμίου καθιστούν δυνατή την κατασκευή μοναδικών αντικειμένων από αυτό. Για παράδειγμα, από αυτό το μέταλλο μπορείτε να τραβήξετε ένα τόσο λεπτό σύρμα που 100 km αυτού του σύρματος θα έχουν μάζα μόνο 250 kg.

Το λιωμένο υγρό βολφράμιο θα μπορούσε να παραμείνει σε αυτή την κατάσταση ακόμη και κοντά στην επιφάνεια του ίδιου του Ήλιου, επειδή το σημείο βρασμού του μετάλλου είναι πάνω από 5500 °C.

Πολλοί άνθρωποι γνωρίζουν ότι ο μπρούντζος αποτελείται από χαλκό, ψευδάργυρο και κασσίτερο. Αλλά ο λεγόμενος μπρούτζος βολφραμίου όχι μόνο δεν είναι εξ ορισμού μπρούτζος, γιατί... δεν περιέχει κανένα από τα παραπάνω μέταλλα· δεν είναι καθόλου κράμα, γιατί Δεν υπάρχουν αμιγώς μεταλλικές ενώσεις σε αυτό και το νάτριο και το βολφράμιο οξειδώνονται.

Η απόκτηση ροδακινί χρώματος ήταν πολύ δύσκολη και συχνά εντελώς αδύνατη. Αυτό δεν είναι ούτε κόκκινο ούτε ροζ, αλλά κάποιο είδος ενδιάμεσου χρώματος, ακόμη και με πρασινωπή απόχρωση. Ο θρύλος λέει ότι χρειάστηκαν περισσότερες από 8.000 προσπάθειες για να αποκτηθεί αυτό το χρώμα. Τον 17ο αιώνα, μόνο τα πιο ακριβά προϊόντα πορσελάνης ήταν διακοσμημένα με ροδακινί χρώμα για τον τότε Κινέζο αυτοκράτορα σε ένα ειδικό εργοστάσιο στην επαρχία Shanxi. Όταν όμως, μετά από κάποιο χρονικό διάστημα, ανακαλύφθηκε το μυστικό της σπάνιας βαφής, αποδείχθηκε ότι δεν βασιζόταν σε τίποτα περισσότερο από το οξείδιο του βολφραμίου.

Αυτό συνέβη το 1911. Ένας μαθητής ήρθε στην επαρχία Γιουνάν από το Πεκίνο, το όνομά του ήταν Λι. Μέρα με τη μέρα εξαφανιζόταν στα βουνά, προσπαθώντας να βρει κάποια πέτρα, όπως εξήγησε, ήταν μια τσίγκινο πέτρα. Αλλά τίποτα δεν του λειτούργησε. Ο ιδιοκτήτης του σπιτιού στο οποίο ζούσε ο φοιτητής Λι ζούσε με μια μικρή κόρη που ονομαζόταν Xiao-mi. Το κορίτσι λυπήθηκε πολύ για τον άτυχο μαθητή και το βράδυ, κατά τη διάρκεια του δείπνου, του είπε απλές ιστορίες. Μια ιστορία αφηγήθηκε μια ασυνήθιστη σόμπα που χτίστηκε από μερικές σκούρες πέτρες που σκίστηκαν κατευθείαν από τον γκρεμό και τοποθετήθηκαν στην πίσω αυλή του σπιτιού τους. Αυτή η σόμπα αποδείχθηκε αρκετά επιτυχημένη και, κυρίως, ανθεκτική· εξυπηρέτησε καλά τους ιδιοκτήτες της για πολλά χρόνια. Ο νεαρός Xiao-mi μάλιστα χάρισε στον μαθητή έστω και μια τέτοια πέτρα ως δώρο. Ήταν μια τυλιγμένη καφέ πέτρα με βαρύ μόλυβδο. Αργότερα αποδείχθηκε ότι αυτή η πέτρα ήταν καθαρός βολφραμίτης...

Το 1900, στα εγκαίνια της Παγκόσμιας Μεταλλουργικής Έκθεσης στο Παρίσι, παρουσιάστηκαν για πρώτη φορά εντελώς νέα δείγματα χάλυβα υψηλής ταχύτητας (κράμα χάλυβα και βολφραμίου). Κυριολεκτικά αμέσως μετά από αυτό, το βολφράμιο άρχισε να χρησιμοποιείται ευρέως στη μεταλλουργική βιομηχανία όλων των πολύ ανεπτυγμένων χωρών. Αλλά υπάρχει ένα αρκετά ενδιαφέρον γεγονός: ο χάλυβας βολφραμίου εφευρέθηκε για πρώτη φορά στη Ρωσία το 1865 στο εργοστάσιο Motovilikha στα Ουράλια.

Στις αρχές του 2010, ένα ενδιαφέρον τεχνούργημα έπεσε στα χέρια των ουφολόγων του Περμ. Πιστεύεται ότι είναι ένα κομμάτι διαστημικού σκάφους. Μια ανάλυση του θραύσματος έδειξε ότι το αντικείμενο αποτελείται σχεδόν εξ ολοκλήρου από καθαρό βολφράμιο. Μόνο το 0,1% της σύνθεσης αποτελείται από σπάνιες ακαθαρσίες. Σύμφωνα με τους επιστήμονες, τα ακροφύσια πυραύλων είναι κατασκευασμένα από καθαρό βολφράμιο. Αλλά ένα γεγονός δεν μπορεί ακόμη να εξηγηθεί. Στον αέρα, το βολφράμιο οξειδώνεται γρήγορα και σκουριάζει. Αλλά για κάποιο λόγο αυτό το θραύσμα δεν διαβρώνεται.

Ιστορία

Η ίδια η λέξη «βολφράμιο» είναι γερμανικής προέλευσης. Προηγουμένως, το βολφράμιο δεν ονομαζόταν το ίδιο το μέταλλο, αλλά το κύριο ορυκτό του, δηλ. να βολφραμίτη. Κάποιοι προτείνουν ότι η λέξη χρησιμοποιήθηκε τότε σχεδόν ως βρισιά. Από τις αρχές του 16ου αιώνα έως το δεύτερο μισό του 17ου αιώνα, το βολφράμιο θεωρούνταν ορυκτό κασσίτερου. Αν και αρκετά συχνά συνοδεύει μεταλλεύματα κασσίτερου. Αλλά από μεταλλεύματα που περιελάμβαναν βολφραμίτη, τήχθηκε πολύ λιγότερος κασσίτερος. Ήταν σαν κάποιος ή κάτι να «έτρωγε» το χρήσιμο τενεκέ. Από εδώ προέρχεται το όνομα του νέου στοιχείου. Στα γερμανικά, Wolf σημαίνει λύκος και Ram σημαίνει κριός στα αρχαία γερμανικά. Εκείνοι. Η έκφραση «ο κασσίτερος τρώει τον κασσίτερο όπως ο λύκος τρώει ένα αρνί» έγινε το όνομα του μετάλλου.

Το γνωστό χημικό περιοδικό περίληψης των ΗΠΑ ή δημοσιεύσεις αναφοράς για όλα τα χημικά στοιχεία από τον Mellor (Αγγλία) και τον Pascal (Γαλλία) δεν περιέχουν καν αναφορά σε ένα τέτοιο στοιχείο όπως το βολφράμιο. Το χημικό στοιχείο με αριθμό 74 ονομάζεται βολφράμιο. Το σύμβολο W, που σημαίνει βολφράμιο, έχει γίνει ευρέως διαδεδομένο τα τελευταία χρόνια. Στη Γαλλία και την Ιταλία, μέχρι πολύ πρόσφατα, το στοιχείο ονομαζόταν με τα γράμματα Tu, δηλ. τα πρώτα γράμματα της λέξης βολφράμιο.

Η βάση για μια τέτοια σύγχυση βρίσκεται στην ιστορία της ανακάλυψης του στοιχείου. Το 1783, Ισπανοί χημικοί οι αδελφοί Eluard ανέφεραν ότι είχαν ανακαλύψει ένα νέο χημικό στοιχείο. Στη διαδικασία αποσύνθεσης του σαξονικού ορυκτού «βολφραμίου» με νιτρικό οξύ, κατάφεραν να λάβουν «όξινη γη», δηλ. ένα κίτρινο ίζημα οξειδίου ενός άγνωστου μετάλλου· το ίζημα αποδείχθηκε διαλυτό στην αμμωνία. Στο αρχικό υλικό, αυτό το οξείδιο υπήρχε μαζί με οξείδια του μαγγανίου και του σιδήρου. Οι αδελφοί Eluard ονόμασαν αυτό το στοιχείο βολφράμιο και το ορυκτό από το οποίο εξήχθη το μέταλλο βολφραμίτη.

Αλλά οι αδερφοί Eluard δεν μπορούν να αποκαλούνται 100% ανακαλυπτές του βολφραμίου. Φυσικά, ήταν οι πρώτοι που ανέφεραν την ανακάλυψή τους σε έντυπη μορφή, αλλά... Το 1781, δύο χρόνια πριν την ανακάλυψη των αδελφών, ο διάσημος Σουηδός χημικός Carl Wilhelm Scheele βρήκε ακριβώς την ίδια «κίτρινη γη» ενώ επεξεργαζόταν ένα άλλο ορυκτό με νιτρικό οξύ. Ο επιστήμονας το ονόμασε απλώς "βολφράμιο" (μετάφραση από τα σουηδικά tung - heavy, sten - stone, δηλ. "βαριά πέτρα"). Ο Karl Wilhelm Scheele διαπίστωσε ότι η «κίτρινη γη» διαφέρει στο χρώμα, καθώς και σε άλλες ιδιότητες, από παρόμοια μολυβδαίνιο γη. Ο επιστήμονας έμαθε επίσης ότι στο ίδιο το ορυκτό ήταν συνδεδεμένο με οξείδιο του ασβεστίου. Προς τιμήν του Scheele, το όνομα του ορυκτού "βολφράμιο" άλλαξε σε "scheelite". Είναι ενδιαφέρον ότι ένας από τους αδελφούς Eluard ήταν μαθητής του Scheele· το 1781 εργάστηκε στο εργαστήριο του δασκάλου. Ούτε ο Scheele ούτε οι αδερφοί Eluard συμμερίστηκαν την ανακάλυψη. Ο Scheele απλά δεν διεκδίκησε αυτή την ανακάλυψη και οι αδελφοί Eluard δεν επέμειναν στην προτεραιότητα της πρωτοκαθεδρίας τους.

Πολλοί άνθρωποι έχουν ακούσει για τους λεγόμενους «χάλκινους βολφραμίου». Αυτά είναι πολύ όμορφα μέταλλα στην εμφάνιση. Ο μπλε μπρούτζος βολφραμίου έχει την ακόλουθη σύνθεση Na2O · WO2 ·, και χρυσό – 4WO3Na2O · WO2 · WO3; Το βιολετί και το μωβ-κόκκινο καταλαμβάνουν μια ενδιάμεση θέση, σε αυτά η αναλογία WO3 προς WO2 είναι μικρότερη από τέσσερα και μεγαλύτερη από ένα. Όπως δείχνουν οι τύποι, αυτές οι ουσίες δεν περιέχουν ούτε κασσίτερο, ούτε χαλκό, ούτε ψευδάργυρο. Αυτά δεν είναι μπρούτζοι, ούτε καθόλου κράματα, γιατί... δεν περιέχουν καν μεταλλικές ενώσεις και το νάτριο και το βολφράμιο οξειδώνονται εδώ. Τέτοιοι «χάλκινοι» μοιάζουν με πραγματικό μπρούντζο όχι μόνο στην εμφάνιση, αλλά και στις ιδιότητές τους: σκληρότητα, αντοχή σε χημικά αντιδραστήρια και υψηλή ηλεκτρική αγωγιμότητα.

Στην αρχαιότητα, το ροδακινί χρώμα ήταν ένα από τα πιο σπάνια, έλεγαν ότι έπρεπε να γίνουν 8.000 πειράματα για να το αποκτήσουν. Τον 17ο αιώνα, η πιο ακριβή πορσελάνη του Κινέζου αυτοκράτορα ήταν βαμμένη ροδακινί. Αλλά αφού αποκάλυψε το μυστικό αυτού του χρώματος, απροσδόκητα αποδείχθηκε ότι η βάση του ήταν το οξείδιο του βολφραμίου.

Όντας στη φύση

Το βολφράμιο είναι ανεπαρκώς κατανεμημένο στη φύση· η περιεκτικότητα σε μέταλλο στο φλοιό της γης είναι 1,3·10 -4% κατά μάζα. Το βολφράμιο βρίσκεται κυρίως σε σύνθετες οξειδωμένες ενώσεις, οι οποίες σχηματίζονται από το τριοξείδιο του βολφραμίου WO3, καθώς και από οξείδια σιδήρου και ασβεστίου ή μαγγανίου, μερικές φορές χαλκό, μόλυβδο, θόριο και διάφορα στοιχεία σπάνιων γαιών. Το πιο κοινό ορυκτό βολφραμίτη είναι ένα στερεό διάλυμα βολφραμικών, δηλ. άλατα βολφραμικού οξέος, μαγγανίου και σιδήρου (nMnWO 4 mFeWO 4). Το διάλυμα εμφανίζεται ως σκληροί και βαρείς κρύσταλλοι μαύρου ή καφέ χρώματος, ανάλογα με την επικράτηση διαφόρων ενώσεων στο διάλυμα. Εάν υπάρχουν περισσότερες ενώσεις μαγγανίου (Hübnerite), οι κρύσταλλοι θα είναι μαύροι, αλλά εάν κυριαρχούν οι ενώσεις σιδήρου (φερβερίτης), το διάλυμα θα είναι καφέ. Ο βολφραμίτης είναι εξαιρετικός αγωγός του ηλεκτρισμού και είναι παραμαγνητικός.

Όσο για άλλα ορυκτά βολφραμίου, ο σχελίτης είναι βιομηχανικής σημασίας, δηλ. βολφραμικό ασβέστιο (τύπος CaWO 4). Το ορυκτό σχηματίζει γυαλιστερούς κρυστάλλους ανοιχτού κίτρινου και μερικές φορές σχεδόν λευκού χρώματος. Ο Scheelite δεν είναι καθόλου μαγνητικός, αλλά έχει ένα άλλο χαρακτηριστικό - την ικανότητα φωταύγειας. Μετά τον υπεριώδη φωτισμό στο σκοτάδι, θα φθορίσει με ένα έντονο μπλε χρώμα. Η παρουσία ακαθαρσιών από μολυβδαίνιο αλλάζει το χρώμα της λάμψης, αλλάζει σε απαλό μπλε, μερικές φορές σε κρεμ. Χάρη σε αυτή την ιδιότητα, τα γεωλογικά κοιτάσματα του ορυκτού μπορούν εύκολα να ανιχνευθούν.

Συνήθως, τα κοιτάσματα μεταλλεύματος βολφραμίου συνδέονται με την περιοχή του γρανίτη. Οι μεγάλοι κρύσταλλοι σχελίτη ή βολφραμίτη είναι πολύ σπάνιοι. Συνήθως τα ορυκτά απλώς ενσωματώνονται σε πετρώματα γρανίτη. Είναι αρκετά δύσκολο να εξαχθεί βολφράμιο από γρανίτη, γιατί... Η συγκέντρωσή του συνήθως δεν υπερβαίνει το 2%. Συνολικά, δεν είναι γνωστά περισσότερα από 20 ορυκτά βολφραμίου. Μεταξύ αυτών, μπορούμε να διακρίνουμε τον stolzite και τον rasoite, που είναι δύο διαφορετικές κρυσταλλικές τροποποιήσεις του βολφραμικού μολύβδου PbWO 4. Τα υπόλοιπα ορυκτά είναι προϊόντα αποσύνθεσης ή δευτερογενείς μορφές κοινών ορυκτών, για παράδειγμα, σχελίτης και βολφραμίτης (υδροτονγκστίτης, που είναι ενυδατωμένο οξείδιο βολφραμίου, που σχηματίζεται από βολφραμίτη· ώχρα βολφραμίου), Ρουσελίτης, ένα ορυκτό που περιέχει οξείδια βολφραμίου και βισμούθου. Το μόνο μη οξείδιο ορυκτό βολφραμίου είναι το βολφραμίου (WS 2) και τα κύρια αποθέματά του βρίσκονται στις Ηνωμένες Πολιτείες. Τυπικά, η περιεκτικότητα βολφραμίου είναι στην περιοχή από 0,3% έως 1,0% WO3.

Όλα τα κοιτάσματα βολφραμίου είναι υδροθερμικής ή μαγματικής προέλευσης. Ο σχελίτης και ο βολφραμίτης απαντώνται αρκετά συχνά με τη μορφή φλεβών, σε μέρη όπου το μάγμα έχει διεισδύσει σε ρωγμές του φλοιού της γης. Το μεγαλύτερο μέρος των κοιτασμάτων βολφραμίου συγκεντρώνεται σε περιοχές νεαρών οροσειρών - στις Άλπεις, στα Ιμαλάια και στη ζώνη του Ειρηνικού. Τα μεγαλύτερα κοιτάσματα βολφραμίτη και σχελίτη βρίσκονται στην Κίνα, τη Βιρμανία, τις ΗΠΑ, τη Ρωσία (Ουράλια, την Υπερβαϊκαλία και τον Καύκασο), την Πορτογαλία και τη Βολιβία. Η ετήσια παραγωγή μεταλλευμάτων βολφραμίου στον κόσμο είναι περίπου 5,95 104 τόνοι μετάλλου, εκ των οποίων οι 49,5 104 τόνοι (ή το 83%) εξορύσσονται στην Κίνα. Στη Ρωσία, περίπου 3.400 τόνοι εξορύσσονται ετησίως, στον Καναδά - 3.000 τόνοι ετησίως.

Η Κίνα παίζει το ρόλο του παγκόσμιου ηγέτη στην ανάπτυξη πρώτων υλών βολφραμίου (το κοίτασμα Jianshi αντιπροσωπεύει το 60 τοις εκατό της κινεζικής παραγωγής, το Χουνάν - 20 τοις εκατό, το Γιουνάν - 8 τοις εκατό, το Γκουαντόνγκ - 6 τοις εκατό, η Εσωτερική Μογγολία και το Γκουαντζί - 2% το καθένα , υπάρχουν και άλλα). Στη Ρωσία, τα μεγαλύτερα κοιτάσματα μεταλλεύματος βολφραμίου βρίσκονται σε 2 περιοχές: στον Βόρειο Καύκασο (Tyrnyauz, Kabardino-Balkaria) και στην Άπω Ανατολή. Οι εγκαταστάσεις του Nalchik επεξεργάζονται το μετάλλευμα βολφραμίου σε παραβολφραμικό αμμώνιο και οξείδιο του βολφραμίου.

Ο μεγαλύτερος καταναλωτής βολφραμίου είναι η Δυτική Ευρώπη (30%). ΗΠΑ και Κίνα - 25% έκαστη, 12%-13% - Ιαπωνία. Περίπου 3000 τόνοι μετάλλου καταναλώνονται ετησίως στην ΚΑΚ.

Εφαρμογή

Συνολικά, ο κόσμος παράγει περίπου 30 χιλιάδες τόνους βολφραμίου ετησίως. Ο χάλυβας βολφραμίου και άλλα κράματα που περιέχουν βολφράμιο και τα καρβίδια του χρησιμοποιούνται στην κατασκευή τεθωρακισμένων δεξαμενών, οβίδων και τορπιλών, των πιο σημαντικών μερών των αεροσκαφών και των κινητήρων εσωτερικής καύσης.

Οι καλύτεροι τύποι χάλυβα εργαλείων περιέχουν σίγουρα βολφράμιο. Η μεταλλουργία γενικά απορροφά περίπου το 95% του συνόλου του παραγόμενου βολφραμίου. Αυτό που είναι χαρακτηριστικό για τη μεταλλουργία, δεν χρησιμοποιείται μόνο καθαρό βολφράμιο, χρησιμοποιείται κυρίως φθηνότερο βολφράμιο - σιδηροτάγκραμι, δηλ. ένα κράμα που περιέχει περίπου 80% βολφράμιο και περίπου 20% σίδηρο. Παράγεται σε φούρνους ηλεκτρικού τόξου.

Τα κράματα βολφραμίου έχουν μια σειρά από αξιόλογες ιδιότητες. Ένα κράμα βολφραμίου, χαλκού και νικελίου, όπως αποκαλείται και «βαρύ» μέταλλο, είναι μια πρώτη ύλη για την κατασκευή δοχείων για την αποθήκευση ραδιενεργών ουσιών. Η προστατευτική δράση ενός τέτοιου κράματος είναι 40% μεγαλύτερη από αυτή του μολύβδου. Αυτό το κράμα χρησιμοποιείται επίσης στην ακτινοθεραπεία, επειδή το σχετικά μικρό πάχος της οθόνης παρέχει επαρκή προστασία.

Ένα κράμα καρβιδίου βολφραμίου και 16 τοις εκατό κοβαλτίου έχει τέτοια σκληρότητα που αντικαθιστά εν μέρει το διαμάντι σε γεωτρήσεις. Τα ψευδοκράματα βολφραμίου με ασήμι και χαλκό είναι ένα εξαιρετικό υλικό για διακόπτες και διακόπτες σε συνθήκες υψηλής ηλεκτρικής τάσης. Τέτοια προϊόντα διαρκούν 6 φορές περισσότερο από τις συμβατικές επαφές χαλκού.

Η χρήση καθαρού βολφραμίου ή κραμάτων που περιέχουν βολφράμιο βασίζεται σε μεγάλο βαθμό στη σκληρότητα, την ανθεκτικότητα και τη χημική αντοχή τους. Το βολφράμιο στην καθαρή του μορφή χρησιμοποιείται ευρέως στην παραγωγή νημάτων για ηλεκτρικούς λαμπτήρες πυρακτώσεως, καθώς και σωλήνες καθόδου, που χρησιμοποιούνται στην παραγωγή χωνευτηρίων για την εξάτμιση μετάλλων, που χρησιμοποιούνται σε επαφές διανομέων ανάφλεξης αυτοκινήτων, που χρησιμοποιούνται σε στόχους για Σωλήνες ακτίνων Χ; χρησιμοποιείται ως περιελίξεις και θερμαντικά στοιχεία ηλεκτρικών κλιβάνων, καθώς και ως δομικό υλικό για χώρο και αεροσκάφη που λειτουργούν σε υψηλές θερμοκρασίες.

Το βολφράμιο είναι μέρος των κραμάτων των χάλυβων υψηλής ταχύτητας (περιεκτικότητα σε βολφράμιο 17,5 - 18,5%), των στελλιτών (από κοβάλτιο με προσθήκες Cr, C, W), του hastalloy (ανοξείδωτους χάλυβες με βάση το Ni), καθώς και πολλών άλλων κραμάτων . Το βολφράμιο χρησιμοποιείται ως βάση για την παραγωγή ανθεκτικών στη θερμότητα και κραμάτων εργαλείων, συγκεκριμένα του σιδηροντουγκφράμιου (W 68–86%, Mo και σιδήρου έως 7%), το οποίο λαμβάνεται εύκολα με άμεση αναγωγή του συμπυκνώματος σχελίτη ή βολφραμίτη. Το βολφράμιο χρησιμοποιείται στην παραγωγή pobedit. Αυτό είναι ένα εξαιρετικά σκληρό κράμα που περιέχει 80–85% βολφράμιο, 7–14% κοβάλτιο, 5–6% άνθρακα. Η Pobedit είναι απλώς αναντικατάστατη στη διαδικασία επεξεργασίας μετάλλων, καθώς και στις βιομηχανίες πετρελαίου και εξόρυξης.

Τα βολφραμικά άλατα μαγνησίου και ασβεστίου χρησιμοποιούνται ευρέως σε συσκευές φθορισμού. Άλλα άλατα βολφραμίου χρησιμοποιούνται στη βυρσοδεψία και στη χημική βιομηχανία. Το δισουλφίδιο βολφραμίου είναι ένα ξηρό λιπαντικό υψηλής θερμοκρασίας, σταθερό σε θερμοκρασίες έως 500 ° C. Οι μπρούτζοι βολφραμίου, καθώς και άλλες ενώσεις βολφραμίου, χρησιμοποιούνται για την κατασκευή χρωμάτων. Αρκετές ενώσεις βολφραμίου είναι εξαιρετικοί καταλύτες.

Στην παραγωγή ηλεκτρικών λαμπτήρων, το βολφράμιο είναι απαραίτητο γιατί δεν είναι μόνο ασυνήθιστα πυρίμαχο, αλλά και αρκετά όλκιμο. 1 κιλό βολφραμίου χρησιμεύει ως πρώτη ύλη για την κατασκευή σύρματος μήκους 3,5 χιλιομέτρων. Εκείνοι. Από 1 κιλό βολφραμίου μπορείτε να φτιάξετε νημάτια πυρακτώσεως για 23 χιλιάδες λαμπτήρες 60 watt. Χάρη σε αυτήν την ιδιότητα και μόνο, η ηλεκτρική βιομηχανία σε όλο τον κόσμο καταναλώνει περίπου εκατό τόνους βολφραμίου ετησίως.

Παραγωγή

Το πρώτο στάδιο στην απόκτηση βολφραμίου είναι ο εμπλουτισμός μεταλλεύματος, δηλ. διαχωρισμός πολύτιμων συστατικών από την κύρια μεταλλευτική μάζα, γάγγα. Οι μέθοδοι εμπλουτισμού που χρησιμοποιούνται είναι οι ίδιες όπως και για άλλα μεταλλεύματα βαρέων μετάλλων: άλεση και επίπλευση, ακολουθούμενη από μαγνητικό διαχωρισμό (μεταλλεύματα βολφραμίτη) και οξειδωτική καβούρδισμα. Το συμπύκνωμα που λαμβάνεται με αυτή τη μέθοδο συνήθως καίγεται με περίσσεια σόδας, φέρνοντας έτσι το βολφράμιο σε διαλυτή κατάσταση, δηλ. σε βολφραμίτη νατρίου.

Μια άλλη μέθοδος για τη λήψη αυτής της ουσίας είναι η έκπλυση. Το βολφράμιο εκχυλίζεται χρησιμοποιώντας ένα διάλυμα σόδας σε υψηλή θερμοκρασία και υπό πίεση, ακολουθούμενη από εξουδετέρωση και καθίζηση του βολφραμικού ασβεστίου, δηλ. σχηλίτιδα. Ο Scheelite λαμβάνεται επειδή είναι αρκετά εύκολο να εξαχθεί καθαρό οξείδιο του βολφραμίου.

CaWO 4 → H 2 WO 4 ή (NH 4) 2 WO 4 → WO 3

Το οξείδιο του βολφραμίου λαμβάνεται επίσης μέσω χλωριδίων. Το συμπύκνωμα βολφραμίου επεξεργάζεται με αέριο χλώριο σε υψηλές θερμοκρασίες. Σε αυτή την περίπτωση σχηματίζονται χλωρίδια βολφραμίου, τα οποία διαχωρίζονται εύκολα από άλλα χλωρίδια με εξάχνωση. Το προκύπτον χλωρίδιο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή οξειδίου ή το μέταλλο μπορεί να εξαχθεί απευθείας από αυτό.

Στο επόμενο βήμα, τα οξείδια και τα χλωρίδια μετατρέπονται σε μέταλλο βολφραμίου. Ο καλύτερος τρόπος για τη μείωση του οξειδίου του βολφραμίου είναι η χρήση υδρογόνου. Με αυτή τη μείωση, το μέταλλο είναι το πιο καθαρό. Η αναγωγή του οξειδίου γίνεται σε ειδικό σωληνωτό κλίβανο, όπου το «βάρκα» του WO 3 κινείται μέσα από διάφορες ζώνες θερμοκρασίας. Ξηρό υδρογόνο ρέει προς το «σκάφος» Η αναγωγή του οξειδίου γίνεται σε θερμές (450-600°C) και ψυχρές ζώνες (750-1100°C). Σε ψυχρές ζώνες, η αναγωγή συμβαίνει στο WO 2 και στη συνέχεια στο μέταλλο. Καθώς ο χρόνος περνά μέσα από την καυτή ζώνη, οι κόκκοι σκόνης βολφραμίου αλλάζουν το μέγεθός τους.

Η μείωση μπορεί να πραγματοποιηθεί όχι μόνο όταν παρέχεται υδρογόνο. Ο άνθρακας χρησιμοποιείται συχνά. Λόγω του στερεού αναγωγικού παράγοντα, η παραγωγή απλοποιείται, αλλά η θερμοκρασία σε αυτή την περίπτωση πρέπει να φτάσει τους 1300°C. Ο ίδιος ο άνθρακας και οι ακαθαρσίες που περιέχει πάντα, αντιδρώντας με το βολφράμιο, σχηματίζουν καρβίδια άλλων ενώσεων. Ως αποτέλεσμα, το μέταλλο μολύνεται. Αλλά στην ηλεκτρική βιομηχανία χρησιμοποιείται μόνο βολφράμιο υψηλής ποιότητας. Ακόμη και 0,1% ακαθαρσίες σιδήρου κάνουν το βολφράμιο για την παραγωγή του λεπτότερου σύρματος, επειδή γίνεται πολύ πιο εύθραυστο.

Ο διαχωρισμός του βολφραμίου από τα χλωρίδια βασίζεται στην πυρόλυση. Το βολφράμιο και το χλώριο σχηματίζουν ορισμένες ενώσεις. Η περίσσεια χλωρίου επιτρέπει σε όλα αυτά να μετατραπούν σε WCl6, το οποίο με τη σειρά του αποσυντίθεται σε θερμοκρασία 1600°C σε χλώριο και βολφράμιο. Εάν υπάρχει υδρογόνο, η διαδικασία ξεκινά στους 1000°C.

Έτσι λαμβάνεται το βολφράμιο σε μορφή σκόνης, η οποία στη συνέχεια συμπιέζεται σε υψηλή θερμοκρασία σε ένα ρεύμα υδρογόνου. Το πρώτο στάδιο συμπίεσης (θέρμανση στους περίπου 1100-1300°C) παράγει ένα εύθραυστο, πορώδες πλινθίο. Στη συνέχεια το πάτημα συνεχίζεται και η θερμοκρασία αρχίζει να αυξάνεται σχεδόν στο σημείο τήξης του βολφραμίου. Σε ένα τέτοιο περιβάλλον, το μέταλλο αρχίζει να γίνεται στερεό και σταδιακά αποκτά τις ιδιότητες και τις ιδιότητές του.

Κατά μέσο όρο, το 30% του βολφραμίου που παράγεται στη βιομηχανία είναι βολφράμιο από ανακυκλωμένα υλικά. Τα θραύσματα βολφραμίου, το πριονίδι, τα ροκανίδια και η σκόνη οξειδώνονται και μετατρέπονται σε παραβολφραμικό αμμώνιο. Κατά κανόνα, οι χάλυβες κοπής σκραπ απορρίπτονται σε μια επιχείρηση που παράγει τους ίδιους χάλυβες. Τα σκραπ από ηλεκτρόδια, λαμπτήρες πυρακτώσεως και χημικά αντιδραστήρια δεν ανακυκλώνονται σχεδόν ποτέ.

Στη Ρωσική Ομοσπονδία, τα προϊόντα βολφραμίου παράγονται σε: Skopino Hydrometallurgical Plant "Metallurg", Vladikavkaz Plant "Pobedit", Nalchik Hydrometallurgical Plant, Kirovgrad Hard Alloy Plant, Elektrostal, Chelyabinsk Electrometallurgical Plant.

Φυσικές ιδιότητες

Το βολφράμιο είναι ένα ανοιχτό γκρι μέταλλο. Έχει το υψηλότερο σημείο τήξης από οποιοδήποτε γνωστό στοιχείο εκτός από τον άνθρακα. Η τιμή αυτού του δείκτη κυμαίνεται από περίπου 3387 έως 3422 βαθμούς Κελσίου. Το βολφράμιο έχει εξαιρετικές μηχανικές ιδιότητες όταν φτάνει σε υψηλές θερμοκρασίες· μεταξύ όλων των μετάλλων, το βολφράμιο έχει τη χαμηλότερη τιμή ενός τέτοιου δείκτη όπως ο συντελεστής διαστολής.

Το βολφράμιο είναι ένα από τα βαρύτερα μέταλλα, η πυκνότητά του είναι 19250 kg/m3. Το μέταλλο έχει κυβικό πλέγμα με κέντρο το σώμα με παράμετρο a = 0,31589 nm. Σε θερμοκρασία 0 βαθμών Κελσίου, η ηλεκτρική αγωγιμότητα του βολφραμίου είναι μόνο το 28% της τιμής του ίδιου δείκτη για το ασήμι (το ασήμι μεταφέρει το ρεύμα καλύτερα από οποιοδήποτε άλλο μέταλλο). Το καθαρό βολφράμιο είναι πολύ εύκολο στην επεξεργασία, αλλά σπάνια βρίσκεται στην καθαρή του μορφή· πιο συχνά έχει ακαθαρσίες άνθρακα και οξυγόνου, λόγω των οποίων αποκτά τη γνωστή σκληρότητά του. Η ηλεκτρική αντίσταση του μετάλλου σε θερμοκρασία 20 βαθμών Κελσίου είναι 5,5 * 10 -4, σε θερμοκρασία 2700 βαθμών Κελσίου - 90,4 * 10 -4.

Το βολφράμιο διαφέρει από όλα τα άλλα μέταλλα ως προς την ιδιαίτερη ανθεκτικότητα, τη βαρύτητα και τη σκληρότητά του. Η πυκνότητα αυτού του μετάλλου είναι σχεδόν διπλάσια από αυτή του ίδιου μολύβδου, ή ακριβέστερα 1,7 φορές. Αλλά η ατομική μάζα του στοιχείου, αντίθετα, είναι μικρότερη και είναι 184 έναντι 207.

Το βολφράμιο έχει ασυνήθιστα υψηλές τιμές συντελεστή εφελκυσμού και συμπίεσης, τεράστια αντίσταση στον ερπυσμό της θερμοκρασίας και το μέταλλο έχει υψηλή ηλεκτρική και θερμική αγωγιμότητα. Το βολφράμιο έχει αρκετά υψηλό συντελεστή εκπομπής ηλεκτρονίων, ο οποίος μπορεί να βελτιωθεί σημαντικά με το κράμα του στοιχείου με οξείδια ορισμένων άλλων μετάλλων.

Το χρώμα του προκύπτοντος βολφραμίου εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τη μέθοδο παραγωγής του. Το λιωμένο βολφράμιο είναι ένα γυαλιστερό, γκρι μέταλλο που μοιάζει πολύ με πλατίνα. Η σκόνη βολφραμίου μπορεί να είναι γκρι, σκούρο γκρι ακόμα και μαύρη: όσο μικρότερος είναι ο κόκκος της σκόνης, τόσο πιο σκούρος θα είναι.

Το βολφράμιο είναι εξαιρετικά ανθεκτικό: σε θερμοκρασία δωματίου δεν αλλάζει στον αέρα. Όταν η θερμοκρασία φτάσει σε κόκκινη θερμότητα, το μέταλλο αρχίζει να οξειδώνεται αργά, απελευθερώνοντας βολφραμικό ανυδρίτη. Το βολφράμιο είναι σχεδόν αδιάλυτο σε θειικό, υδροφθορικό και υδροχλωρικό οξύ. Στο aqua regia και στο νιτρικό οξύ, το μέταλλο οξειδώνεται από την επιφάνεια. Όταν βρίσκεται σε ένα μείγμα υδροφθορικού και νιτρικού οξέος, το βολφράμιο διαλύεται, σχηματίζοντας έτσι βολφραμικό οξύ. Από όλες τις ενώσεις βολφραμίου, τα μεγαλύτερα πρακτικά οφέλη είναι: ανυδρίτης ή τριοξείδιο του βολφραμίου, υπεροξείδια με γενικό τύπο ME2WOX, βολφραμικά άλατα, ενώσεις με άνθρακα, θείο και αλογόνα.

Το βολφράμιο, που βρίσκεται στη φύση, αποτελείται από 5 σταθερά ισότοπα των οποίων οι μαζικοί αριθμοί είναι 186.184, 183, 182, 181. Το πιο κοινό ισότοπο με αριθμό μάζας 184, το μερίδιό του είναι 30,64%. Από τη σχετική ποικιλία τεχνητών ραδιενεργών ισοτόπων του στοιχείου 74, μόνο τρία έχουν πρακτική σημασία: βολφράμιο-181 (ο χρόνος ημιζωής του είναι 145 ημέρες), βολφράμιο-185 (ο χρόνος ημιζωής του είναι 74,5 ημέρες), βολφράμιο-187 ( ο χρόνος ημιζωής του είναι 23,85 ώρες). Όλα αυτά τα ισότοπα σχηματίζονται μέσα σε πυρηνικούς αντιδραστήρες κατά τη διαδικασία βομβαρδισμού ισοτόπων βολφραμίου με νετρόνια από ένα φυσικό μείγμα.

Το σθένος του βολφραμίου είναι μεταβλητό - από 2 έως 6, το πιο σταθερό είναι το εξασθενές βολφράμιο· οι τρισθενείς και δισθενείς ενώσεις του χημικού στοιχείου είναι ασταθείς και δεν έχουν πρακτική σημασία. Η ακτίνα ενός ατόμου βολφραμίου είναι 0,141 nm.

Το βολφράμιο Clarke του φλοιού της γης σύμφωνα με τον Vinogradov είναι 0,00013 g/t. Η μέση περιεκτικότητά του σε πετρώματα, γραμμάρια/τόνο: υπερβασικό - 0,00001, βασικό - 0,00007, ενδιάμεσο - 0,00012, όξινο - 0,00019.

Χημικές ιδιότητες

Το βολφράμιο δεν επηρεάζεται από: aqua regia, θειικό, υδροχλωρικό, υδροφθορικό και νιτρικό οξύ, υδατικό διάλυμα υδροξειδίου του νατρίου, υδράργυρο, ατμούς υδραργύρου, αμμωνία (έως 700°C), αέρα και οξυγόνο (έως 400°C), υδρογόνο, νερό, υδροχλώριο (έως 600° C), μονοξείδιο του άνθρακα (έως 800° C), άζωτο.

Μετά από λίγη θέρμανση, το ξηρό φθόριο αρχίζει να συνδυάζεται με λεπτά αλεσμένο βολφράμιο. Ως αποτέλεσμα, σχηματίζεται εξαφθόριο (τύπος WF 6) - αυτή είναι μια πολύ ενδιαφέρουσα ουσία που έχει σημείο τήξης 2,5 ° C και σημείο βρασμού 19,5 ° C. Μετά από αντίδραση με χλώριο, σχηματίζεται μια παρόμοια ένωση, αλλά η Η αντίδραση είναι δυνατή μόνο σε θερμοκρασία 600 ° C. Το WC16, κρύσταλλοι μπλε-ατσάλι, αρχίζει να λιώνει σε θερμοκρασία 275 °C και βράζει όταν φτάσει τους 347 °C. Το βολφράμιο σχηματίζει ασθενώς σταθερές ενώσεις με ιώδιο και βρώμιο: τετρα- και διιωδίδιο, πεντα- και διβρωμίδιο.

Σε υψηλές θερμοκρασίες, το βολφράμιο μπορεί να συνδυαστεί με σελήνιο, θείο, άζωτο, βόριο, τελλούριο, πυρίτιο και άνθρακα. Ορισμένες από αυτές τις ενώσεις χαρακτηρίζονται από εκπληκτική σκληρότητα, καθώς και από άλλες εξαιρετικές ιδιότητες.

Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει το καρβονύλιο (τύπος W(CO) 6). Το βολφράμιο εδώ συνδυάζεται με μονοξείδιο του άνθρακα και, επομένως, έχει μηδενικό σθένος. Το καρβονύλιο βολφραμίου παράγεται υπό ειδικές συνθήκες, γιατί είναι εξαιρετικά ασταθής. Σε θερμοκρασία 0° απελευθερώνεται από ένα ειδικό διάλυμα με τη μορφή άχρωμων κρυστάλλων· αφού φτάσει τους 50°C, το καρβονύλιο εξαχνώνεται· στους 100°C αποσυντίθεται πλήρως. Αλλά ακριβώς χάρη σε αυτή τη σύνδεση μπορούν να ληφθούν πυκνές και σκληρές επικαλύψεις βολφραμίου (από καθαρό βολφράμιο). Πολλές ενώσεις βολφραμίου, όπως το ίδιο το βολφράμιο, είναι πολύ δραστικές. Για παράδειγμα, το οξείδιο του βολφραμίου το οξείδιο του βολφραμίου WO 3 έχει την ικανότητα να πολυμερίζεται. Στην περίπτωση αυτή, σχηματίζονται οι λεγόμενες ετεροπολυενώσεις (τα μόριά τους μπορεί να περιέχουν περισσότερα από 50 άτομα) και ισοπολυενώσεις.

Το οξείδιο του βολφραμίου (VI)WO 3 είναι μια κρυσταλλική ουσία με ανοιχτό κίτρινο χρώμα που γίνεται πορτοκαλί όταν θερμαίνεται. Το οξείδιο έχει σημείο τήξης 1473 °C και σημείο βρασμού 1800 °C. Το βολφραμικό οξύ, που αντιστοιχεί σε αυτό, δεν είναι σταθερό· σε ένα υδατικό διάλυμα, το διένυδρο κατακρημνίζεται και χάνει ένα μόριο νερού σε θερμοκρασίες από 70 έως 100 ° C και το δεύτερο μόριο σε θερμοκρασίες από 180 έως 350 ° C.

Τα ανιόντα βολφρικού οξέος τείνουν να σχηματίζουν πολυενώσεις. Ως αποτέλεσμα της αντίδρασης με πυκνά οξέα, σχηματίζονται μικτοί ανυδρίτες:

12WO3 + H3PO4 = H3.

Η αντίδραση του οξειδίου του βολφραμίου και του μετάλλου νατρίου παράγει μη στοιχειομετρικό βολφραμικό νάτριο, το οποίο ονομάζεται «χάλκινο βολφραμίου»:

WO 3 + xNa = Na x WO 3.

Κατά τη διαδικασία αναγωγής του οξειδίου του βολφραμίου με υδρογόνο, κατά τον διαχωρισμό, λαμβάνονται ενυδατωμένα οξείδια που έχουν μικτή κατάσταση οξείδωσης, ονομάζονται "μπλουζ βολφραμίου":

WO3-n(OH)n, n = 0,5-0,1.

WO 3 + Zn + HCl = ("μπλε"), W 2 O 5 (OH) (καφέ)

Το οξείδιο του βολφραμίου (VI) είναι ένα ενδιάμεσο στη διαδικασία παραγωγής του βολφραμίου, καθώς και των ενώσεων του. Αποτελεί συστατικό επιλεγμένων κεραμικών χρωστικών και βιομηχανικά σημαντικών καταλυτών υδρογόνωσης.

WCl 6 – Ανώτερο χλωριούχο βολφράμιο, που σχηματίζεται ως αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης μεταλλικού βολφραμίου ή οξειδίου του βολφραμίου με χλώριο, φθόριο ή τετραχλωράνθρακα. Μετά την αναγωγή του χλωριούχου βολφραμίου με αλουμίνιο, σχηματίζεται καρβονύλιο βολφραμίου μαζί με μονοξείδιο του άνθρακα:

WCl 6 + 2Al + 6CO = + 2AlCl 3 (σε αιθέρα)

Το βολφράμιο (αγγλικά Tungsten, γαλλικά Tungstene, γερμανικά Wolfram) ελήφθη για πρώτη φορά από τους Ισπανούς αδελφούς de Elguiar, μαθητές του Bergman το 1783. Το όνομα tungsten υπήρχε, ωστόσο, πολύ πριν την ανακάλυψη του στοιχείου. Οι μεταλλωρύχοι και οι μεταλλουργοί του 14ου - 16ου αιώνα, που ασχολούνταν με την εξόρυξη κασσίτερου, παρατήρησαν ότι όταν ένα από τα μεταλλεύματα κασσίτερου φρύχθηκε, μια σημαντική ποσότητα κασσίτερου χάθηκε, πηγαίνοντας στη σκωρία. Σε αυτό το μετάλλευμα δόθηκε το όνομα Wolf, ή Wolfert, το οποίο με την πάροδο του χρόνου άλλαξε σε βολφράμιο. Έτσι άρχισε να ονομάζεται το ορυκτό που περιείχε το μετάλλευμα. Ο Agricola δίνει το λατινικό όνομα για αυτό το ορυκτό - Spuma Lupi, ή Lupus spuma, που σημαίνει αφρός του λύκου, δηλ. αφρός στο στόμα ενός θυμωμένου λύκου. Μεταλλωρύχοι του 16ου αιώνα Είπαν για το βολφράμιο: «κλέβει τον κασσίτερο και τον καταβροχθίζει όπως ο λύκος τρώει ένα πρόβατο». Το 1781, ο Scheele έλαβε τριοξείδιο του βολφραμίου WO 3 από ένα ορυκτό που αργότερα ονομάστηκε scheelite (CaWO 4) προς τιμήν του. Η ανακάλυψη του Scheele επιβεβαιώθηκε από τον Bergman, ο οποίος αποκάλεσε το ορυκτό "βαριά πέτρα" (Λατινικά: Lapis ponderosus). μεταφρασμένο στα σουηδικά είναι Tungsten (Tung Sten - βαριά πέτρα). Λίγο αργότερα, προτάθηκε να ονομαστεί το νεοανακαλυφθέν μέταλλο Scheelium προς τιμήν του Scheele, αλλά ο Berzelius, ο οποίος αρχικά υποστήριξε αυτό το όνομα, σύντομα προτίμησε τη λέξη Tungsten. Στα λατινικά (Syuma lupi) και στα γερμανικά (Wolf Rahm) tungsten σημαίνει σάλιο λύκου. Το όνομα βολφράμιο βρίσκεται στο Lomonosov και μετά στο Scherer. Οι Soloviev και Hess (1824) το αποκαλούν γαϊδουράγκαθο, Dvigubsky (1824) - βολφράμιο. Υπάρχουν επίσης ονόματα sheelia, sheel metal (κάνθαρος βολφραμίου).