W temperaturze pokojowej wolfram jest odporny na korozję atmosferyczną, ale po podgrzaniu do 750 K utlenia się do WO 3 i reaguje z halogenami: z fluorem w temperaturze pokojowej i z jodem w temperaturze około 900 K.
Po podgrzaniu do wysokich temperatur reaguje z węglem, krzemem i borem, tworząc odpowiednio węgliki, krzemki i borki. Siarka i fosfor nie mają wpływu na wolfram w normalnych warunkach. W powietrzu rozpuszcza się w gorących wodnych roztworach zasad, ale po podgrzaniu jest słabo podatny na działanie kwasów, z wyjątkiem kwasu fluorowodorowego i azotowego.
Wodór i azot nie wytwarzają związków chemicznych z wolframem, aż do
3000 0 C, chociaż niektóre źródła wskazują na możliwość powstania wodorku WH 2.
Z tlenem wolfram tworzy trzy stabilne tlenki:
WO 2 – kolor brązowy;
WO 3 – żółty;
W 2 O 5 – barwa niebieskawa.
Wszystkie te tlenki powstają w temperaturze około 800 K w powietrzu lub tlenie i wszystkie są bardzo lotne i mają niską temperaturę topnienia. Na przykład WO 3 topi się w temperaturze 1645 K.
W praktyce, aby odróżnić drut wolframowy od drutu molibdenowego, stosuje się prostą technikę: końcówkę drutu podpala się zapałką. Jeśli zaobserwowano żółty lub brązowy dym, jest to drut wolframowy, jeśli jest biały, jest to molibden.
Węgiel redukuje tlenki W:
W temperaturze 825 K;
W temperaturze 1325 K;
W temperaturze 1425 K.
Wraz z azotem wolfram tworzy azotki w temperaturach powyżej 1600 K, ale powyżej 2275 K ulegają rozkładowi.
Podczas interakcji z węglem i temperaturami powyżej 1800 K wolfram tworzy węgliki W 2 Cu i WC. Gęstość W 2 C - 16000 kg/m 3, WC - 9000 kg/m 3, twardość około 9 jednostek Mohsa. W temperaturze 2875 K kabina WC rozkłada się w wyniku reakcji
Rysunek 73 przedstawia diagram fazowy W–C.
Jak widać na schemacie, węgliki wolframu mają temperaturę topnienia znacznie niższą niż sam metal. Zatem WC topi się w temperaturze około 2875 K, W 2 C - 3065 K. Ponadto węgliki mogą tworzyć stopy eutektyczne z wolframem o temperaturze topnienia znacznie niższej niż metal, który topi się w temperaturze 3683 K. Dlatego też konieczne jest zwrócenie uwagi naukowców zajmujących się rakietami na niebezpieczeństwo reakcji tworzenia się węglików na granicy faz grafit-wolfram, która zachodzi po podgrzaniu powyżej 2675 K. Ostrzeżenie wynika z faktu, że konstrukcja dyszy o przekroju krytycznym silnika na paliwo stałe łączy w sobie wolframową okładzinę wewnętrzną z grafitowym uchwytem.
Aby uniknąć tej reakcji, pomiędzy okładziną wolframową a grafitem oprawki nakłada się tak zwaną warstwę „barierową” z tantalu lub węglika tytanu (TaC, TiC).
Ze względu na dużą gęstość wolframu i jego niedobór projektanci i technolodzy starają się zastąpić go lżejszymi i mniej rzadkimi materiałami, co zostanie omówione poniżej.
Ryż. 73. Diagram stanu W-C
Ryż. 74. Schemat przenoszenia masy w lampie
rozżarzony: 1 – ścianka kolby, w której powstaje WJ 2; 2 – helisa, gdzie WJ 2 rozkłada się na W i J
Chociaż reakcja wolframu z jodem nie ma nic wspólnego z technologią rakietową, nadal chciałbym się nad nią krótko zatrzymać.
W temperaturach powyżej 850 K wolfram z parami jodu tworzy jodek, który jest łatwo sublimującą solą kwasu jodkowego:
W temperaturze 2475 K jodek rozkłada się:
Te dwie reakcje służą do przenoszenia wolframu, na przykład w lampach żarowych: pomimo panującej w nich niskiej prężności pary, wolfram nadal odparowuje w próżni. Jego opary osadzają się na ściankach szklanej bańki lampy i zmniejsza się jej przezroczystość. Jeśli kolbę napełni się parami jodu, ten ostatni zareaguje z wolframem na gorącej ściance lampy i utworzy WJ 2, który w wyniku dyfuzji przedostaje się do ogrzanej spirali wolframowej i ulega rozkładowi. Wolny jod ponownie przesunie się do ściany, a wolfram pozostanie na spirali i tak dalej w nieskończoność. Efektem końcowym jest zwiększona jasność i trwałość lamp jodowych.
Tę samą reakcję wykorzystuje się w technologii wytwarzania czystych metali ogniotrwałych: wolframu, tantalu, molibdenu, hafnu itp.
Reakcję tę można również zastosować do wytworzenia cienkich powłok wolframowych. Oprócz metody jodkowej można w tym celu zastosować metodę karbonylową, czyli tzw. rozkład WCO 2 . W silnikach na paliwo odrzutowe wolframu w czystej postaci z reguły nie stosuje się ze względu na jego niską stabilność termiczną, ale stosuje się go w postaci tzw. Pseudostopów z miedzią. Zostanie to omówione poniżej.
Już w XVI wieku znany był minerał wolframit, który został przetłumaczony z języka niemieckiego ( Wolfa Rahma) oznacza „wilczy krem”. Minerał otrzymał tę nazwę ze względu na swoje właściwości. Faktem jest, że wolfram, który towarzyszył rudom cyny, podczas wytapiania cyny zamienił ją po prostu w pianę żużlową, dlatego mówiono: „cynę pożera jak wilk owcę”. Z biegiem czasu to od wolframitu nazwę wolfram odziedziczył 74. pierwiastek chemiczny układu okresowego.
Charakterystyka wolframu
Wolfram jest jasnoszarym metalem przejściowym. Zewnętrznie przypomina stal. Pierwiastek ten ze względu na swoje dość unikalne właściwości jest bardzo cennym i rzadkim materiałem, którego czysta postać nie występuje w przyrodzie. Wolfram ma:
- dość duża gęstość, która wynosi 19,3 g/cm3;
- wysoka temperatura topnienia 3422 0 C;
- wystarczający opór elektryczny - 5,5 μOhm*cm;
- normalny wskaźnik współczynnika parametru rozszerzalności liniowej równy 4,32;
- najwyższa temperatura wrzenia spośród wszystkich metali, równa 5555 0 C;
- niska szybkość parowania, nawet pomimo temperatur przekraczających 200 0 C;
- stosunkowo niska przewodność elektryczna. Nie przeszkadza to jednak wolframowi pozostać dobrym przewodnikiem.
| Charakterystyka | Oznaczający |
|---|---|
| Właściwości atomu | |
| Nazwa, symbol, numer | Wolfram / Wolfram (W), 74 |
| Masa atomowa (masa molowa) | 183,84(1) e.m. (g/mol) |
| Elektroniczna Konfiguracja | 4f14 5k4 6s2 |
| Promień atomowy | 141 po południu |
| Właściwości chemiczne | |
| Promień kowalencyjny | 170:00 |
| Promień jonów | (+6e) 62 (+4e) 19:00 |
| Elektroujemność | 2,3 (skala Paulinga) |
| Potencjał elektrody | W ← W3+ 0,11 VW ← W6+ 0,68 V |
| Stany utlenienia | 6, 5, 4, 3, 2, 0 |
| Energia jonizacji (pierwszy elektron) | 769,7 (7,98) kJ/mol (eV) |
| Właściwości termodynamiczne prostej substancji | |
| Gęstość (w normalnych warunkach) | 19,25 g/cm3 |
| Temperatura topnienia | 3695 K (3422°C, 6192°F) |
| Temperatura wrzenia | 5828 K (5555 °C, 10031 °F) |
| Ud. ciepło topnienia |
285,3 kJ/kg 52,31 kJ/mol |
| Ud. ciepło parowania | 4482 kJ/kg 824 kJ/mol |
| Molowa pojemność cieplna | 24,27 J/(K mol) |
| Objętość molowa | 9,53 cm3/mol |
| Sieć krystaliczna prostej substancji | |
| Struktura kratowa | sześcienny, skupiony na ciele |
| Parametry sieci | 3,160 Å |
| Temperatura Debye'a | 310 tys |
| Inne cechy | |
| Przewodność cieplna | (300 K) 162,8 W/(mK) |
| numer CAS | 7440-33-7 |
Wszystko to sprawia, że wolfram jest metalem bardzo wytrzymałym i niepodatnym na uszkodzenia mechaniczne. Ale obecność tak unikalnych właściwości nie wyklucza obecności wad, które ma również wolfram. Obejmują one:
- wysoka kruchość pod wpływem bardzo niskich temperatur;
- duża gęstość, co utrudnia jej przetwarzanie;
- niska odporność na kwasy w niskich temperaturach.
Produkcja wolframu
Wolfram wraz z molibdenem, rubidem i szeregiem innych substancji należy do grupy metali rzadkich, które charakteryzują się bardzo niskim rozpowszechnieniem w przyrodzie. Z tego powodu nie można go wydobywać w tradycyjny sposób, jak wiele minerałów. Zatem przemysłowa produkcja wolframu składa się z następujących etapów:
- ekstrakcja rudy zawierającej pewną ilość wolframu;
- zorganizowanie odpowiednich warunków oddzielania metalu od obrabianej masy;
- stężenie substancji w postaci roztworu lub osadu;
- oczyszczanie powstałego związku chemicznego z poprzedniego etapu;
- izolacja czystego wolframu.
Zatem czystą substancję z wydobytej rudy zawierającej wolfram można wyizolować na kilka sposobów.
- W wyniku wzbogacania rudy wolframu za pomocą grawitacji, flotacji, separacji magnetycznej lub elektrycznej. W procesie tym powstaje koncentrat wolframu składający się z 55-65% bezwodnika wolframu (trójtlenku) WO 3. W koncentratach tego metalu monitoruje się zawartość zanieczyszczeń, do których można zaliczyć fosfor, siarkę, arsen, cynę, miedź, antymon i bizmut.
- Jak wiadomo, trójtlenek wolframu WO 3 jest głównym materiałem do oddzielania metalicznego wolframu lub węglika wolframu. Produkcja WO 3- następuje w wyniku rozkładu koncentratów, ługowania stopu lub spieku itp. W tym przypadku produktem wyjściowym jest materiał składający się z 99,9% WO 3.
- Z bezwodnika wolframu WO 3. To właśnie poprzez redukcję tej substancji wodorem lub węglem otrzymuje się proszek wolframu. Rzadziej stosuje się drugi składnik do reakcji redukcji. Wynika to z nasycenia WO 3 węglikami podczas reakcji, w wyniku czego metal traci swoją wytrzymałość i staje się trudniejszy w obróbce. Proszek wolframu wytwarzany jest specjalnymi metodami, dzięki którym możliwa jest kontrola jego składu chemicznego, wielkości i kształtu ziaren oraz rozkładu wielkości cząstek. Zatem frakcję cząstek proszku można zwiększyć poprzez szybkie zwiększenie temperatury lub zmniejszenie szybkości dostarczania wodoru.
- Produkcja wolframu kompaktowego, który ma postać sztabek lub wlewków i stanowi półfabrykat do dalszej produkcji półproduktów - drutu, prętów, taśm itp.
Ta ostatnia metoda z kolei obejmuje dwie możliwe opcje. Jedna z nich związana jest z metodami metalurgii proszków, druga zaś z wytapianiem w elektrycznych piecach łukowych z elektrodą topliwą.
Metoda metalurgii proszków
Ze względu na to, że dzięki tej metodzie możliwe jest bardziej równomierne rozprowadzenie dodatków nadających wolframowi jego szczególne właściwości, jest ona coraz bardziej popularna.
Obejmuje kilka etapów:
- Proszek metalu jest prasowany w sztabki;
- Półfabrykaty spiekane są w niskich temperaturach (tzw. spiekanie wstępne);
- Spawanie detali;
- Uzyskiwanie półproduktów poprzez obróbkę półfabrykatów. Realizacja tego etapu odbywa się poprzez kucie lub obróbkę skrawaniem (szlifowanie, polerowanie). Należy zauważyć, że mechaniczna obróbka wolframu staje się możliwa tylko pod wpływem wysokich temperatur, w przeciwnym razie nie można go przetwarzać.
Jednocześnie proszek musi być dobrze oczyszczony z maksymalnym dopuszczalnym procentem zanieczyszczeń do 0,05%.
Metoda ta umożliwia otrzymanie prętów wolframowych o przekroju kwadratowym od 8x8 do 40x40 mm i długości 280-650 mm. Należy zauważyć, że w temperaturach pokojowych są dość mocne, ale mają zwiększoną kruchość.
Bezpiecznik
Metodę tę stosuje się, jeśli konieczne jest uzyskanie półfabrykatów wolframowych o wystarczająco dużych wymiarach - od 200 kg do 3000 kg. Takie półfabrykaty są z reguły niezbędne do walcowania, ciągnienia rur i wytwarzania produktów przez odlewanie. Do topienia konieczne jest stworzenie specjalnych warunków - próżni lub rozrzedzonej atmosfery wodoru. Na wyjściu powstają wlewki wolframu, które mają gruboziarnistą strukturę, a także dużą kruchość ze względu na obecność dużej ilości zanieczyszczeń. Zawartość zanieczyszczeń można zmniejszyć poprzez wstępne stopienie wolframu w piecu elektronowym. Jednak struktura pozostaje niezmieniona. W związku z tym, aby zmniejszyć wielkość ziaren, wlewki poddaje się dalszemu stapianiu, ale w elektrycznym piecu łukowym. Jednocześnie podczas procesu wytapiania do wlewków dodawane są substancje stopowe, nadające wolframowi szczególne właściwości.
Aby uzyskać wlewki wolframu o drobnoziarnistej strukturze, stosuje się topienie łukowe czaszki z odlewaniem metalu do formy.
Sposób otrzymywania metalu determinuje obecność w nim dodatków i zanieczyszczeń. Dlatego obecnie produkuje się kilka gatunków wolframu.
Gatunki wolframu
- HF - czysty wolfram, w którym nie ma żadnych dodatków;
- VA to metal zawierający dodatki glinu i krzemionki, które nadają mu dodatkowe właściwości;
- VM - metal zawierający dodatki toru i krzemu i alkaliów;
- VT - wolfram, który zawiera tlenek toru jako dodatek, który znacznie zwiększa właściwości emisyjne metalu;
- VI - metal zawierający tlenek itru;
- VL - wolfram z tlenkiem lantanu, który również zwiększa właściwości emisyjne;
- VR - stop renu i wolframu;
- VРН - w metalu nie ma żadnych dodatków, jednak zanieczyszczenia mogą występować w dużych ilościach;
- MV jest stopem wolframu z molibdenem, który po wyżarzaniu znacznie zwiększa wytrzymałość przy zachowaniu plastyczności.
Gdzie stosuje się wolfram?
Dzięki swoim unikalnym właściwościom pierwiastek chemiczny 74 stał się niezbędny w wielu gałęziach przemysłu.
- Głównym zastosowaniem wolframu jest podstawa do produkcji materiałów ogniotrwałych w metalurgii.
- Przy obowiązkowym udziale wolframu produkowane są włókna żarowe, które są głównym elementem urządzeń oświetleniowych, kineskopów i innych lamp próżniowych.
- Metal ten jest również podstawą produkcji stopów ciężkich stosowanych jako przeciwwagi, rdzenie przeciwpancerne podkalibrów i pociski o skośnych żebrach do dział artyleryjskich.
- Wolfram jest elektrodą stosowaną przy spawaniu łukiem argonowym;
- Jego stopy charakteryzują się dużą odpornością na różne temperatury, środowiska kwaśne, a także twardością i odpornością na ścieranie, dlatego wykorzystywane są do produkcji narzędzi chirurgicznych, opancerzenia czołgów, łusek torped i pocisków, części samolotów i silników, a także pojemników do przechowywania broni nuklearnej odpady;
- Piece próżniowe oporowe, w których temperatura osiąga niezwykle wysokie wartości, są wyposażone w elementy grzejne również wykonane z wolframu;
- Popularne jest stosowanie wolframu w celu zapewnienia ochrony przed promieniowaniem jonizującym.
- Związki wolframu stosowane są jako pierwiastki stopowe, smary wysokotemperaturowe, katalizatory, pigmenty, a także do przetwarzania energii cieplnej na energię elektryczną (ditellurek wolframu).
Posiadający jasnoszary kolor. W układzie okresowym Mendelejewa ma on 74. numer seryjny. Pierwiastek chemiczny jest ogniotrwały. Zawiera 5 stabilnych izotopów.
Właściwości chemiczne wolframu
Odporność chemiczna wolframu w powietrzu i wodzie jest dość wysoka. Po podgrzaniu jest podatny na utlenianie. Im wyższa temperatura, tym większa szybkość utleniania pierwiastka chemicznego. W temperaturach przekraczających 1000°C wolfram zaczyna parować. W temperaturze pokojowej kwasy solny, siarkowy, fluorowodorowy i azotowy nie mogą mieć żadnego wpływu na wolfram. Wolfram rozpuszcza się w mieszaninie kwasu azotowego i kwasu fluorowodorowego. Ani w stanie ciekłym, ani stałym, wolfram miesza się ze złotem, srebrem, sodem, litem. Nie ma również interakcji z cynkiem, magnezem, wapniem i rtęcią. Wolfram jest rozpuszczalny w tantalu i niobu, a wraz z chromem i molibdenem może tworzyć roztwory zarówno w stanie stałym, jak i ciekłym.
Zastosowania wolframu
Wolfram jest stosowany w nowoczesnym przemyśle zarówno w czystej postaci, jak i w stopach. Wolfram jest metalem odpornym na zużycie. Często stopy zawierające wolfram są używane do produkcji łopatek turbin i zaworów silników lotniczych. Ten pierwiastek chemiczny znalazł również zastosowanie do produkcji różnych części w inżynierii rentgenowskiej i elektronice radiowej. Wolfram jest używany do żarników lamp elektrycznych.
Związki chemiczne wolframu znalazły ostatnio swoje praktyczne zastosowanie. Heteropolikwas fosforowo-wolframowy stosowany jest do produkcji jasnych farb i lakierów stabilnych w świetle. Wolframian pierwiastków ziem rzadkich, metali ziem alkalicznych i kadmu wykorzystuje się do produkcji farb luminescencyjnych i produkcji laserów.
Obecnie tradycyjne złote obrączki zaczęto zastępować wyrobami wykonanymi z innych metali. Popularne stały się obrączki wykonane z węglika wolframu. Takie produkty charakteryzują się dużą trwałością. Lustrzane polerowanie pierścionka nie blaknie z upływem czasu. Produkt zachowa swój pierwotny stan przez cały okres użytkowania.
Wolfram jest stosowany jako dodatek stopowy do stali. Nadaje to stali wytrzymałość i twardość w wysokich temperaturach. Dzięki temu narzędzia wykonane ze stali wolframowej są w stanie wytrzymać bardzo intensywne procesy obróbki metali.
Wolfram jest pierwiastkiem chemicznym czwartej grupy, mającym w układzie okresowym Dmitrija Iwanowicza Mendelejewa liczbę atomową 74, oznaczoną jako W (Wolframium). Metal został odkryty i wyizolowany przez dwóch hiszpańskich chemików, braci d'Eluyard, w 1783 roku. Sama nazwa „Wolframium” została przeniesiona do pierwiastka ze znanego wcześniej minerału wolframitu, który był znany już w XVI wieku, nazywano go wtedy „wilczą pianką”, czyli po łacinie „Spuma lupi”, po niemiecku to określenie brzmi jak „Wilk Rahm” (wolfram). Nazwa kojarzona była z faktem, że wolfram towarzyszący rudom cyny znacząco zakłócał wytapianie cyny, gdyż. przełożył cynę na pianę żużlową (zaczęli mówić o tym procesie: „Cyna pożera jak wilk owcę!”). Obecnie w USA, Francji, Wielkiej Brytanii i niektórych innych krajach na określenie wolframu używa się nazwy „wolfram” (od szwedzkiego tungstenu, co tłumaczy się jako „ciężki kamień”).
Wolfram to twardy, szary metal przejściowy. Głównym zastosowaniem wolframu jest rola zasady w materiałach ogniotrwałych w metalurgii. Wolfram jest wyjątkowo ogniotrwały, w normalnych warunkach metal jest odporny chemicznie.
Wolfram różni się od wszystkich innych metali niezwykłą twardością, ciężkością i ogniotrwałością. Od czasów starożytnych ludzie używali wyrażeń „ciężki jak ołów” lub „cięższy od ołowiu”, „ołowiane powieki” itp. Ale bardziej poprawne byłoby użycie w tych alegoriach słowa „wolfram”. Gęstość tego metalu jest prawie dwukrotnie większa od ołowiu, a dokładniej 1,7 razy. Przy tym wszystkim masa atomowa wolframu jest niższa i ma wartość 184 w porównaniu z 207 dla ołowiu.
Wolfram jest jasnoszarym metalem, którego temperatury topnienia i wrzenia są najwyższe. Ze względu na plastyczność i ogniotrwałość wolframu można go stosować jako włókna do urządzeń oświetleniowych, w lampach obrazowych, a także w innych lampach próżniowych.
Znanych jest dwadzieścia minerałów wolframu. Najczęściej: minerały z grupy scheelitowo-wolframitowe, które mają znaczenie przemysłowe. Rzadziej spotykany jest siarczek wolframitu, tj. wolframyt (WS2) i związki tlenkowe - żelazo - oraz miedziotungstyt, wolfram, hydrowolfram. Vady, psilomelany o wysokiej zawartości wolframu, są szeroko rozpowszechnione.
W zależności od warunków występowania, morfologii i rodzaju złóż wolframu do ich zagospodarowania stosuje się metody odkrywkowe, podziemne i kombinowane.
Obecnie nie ma metod otrzymywania wolframu bezpośrednio z koncentratów. W związku z tym najpierw z koncentratu wyodrębnia się związki pośrednie, a następnie otrzymuje się z nich metaliczny wolfram. Izolacja wolframu obejmuje: rozkład koncentratów, następnie przejście metalu w związki, z których oddziela się go od pozostałych pierwiastków mu towarzyszących. Uwolnienie kwasu wolframowego, tj. czysty wolfram będący związkiem chemicznym, kontynuuje późniejszą produkcję wolframu w postaci metalicznej.
Wolfram wykorzystywany jest do produkcji maszyn i urządzeń dla przemysłu metalowego, budowlanego i górniczego, do produkcji opraw oświetleniowych i lamp, w transporcie i przemyśle elektronicznym, w przemyśle chemicznym i innych dziedzinach.
Wykonane ze stali wolframowej narzędzie jest w stanie wytrzymać ogromne prędkości najbardziej intensywnych procesów obróbki metali. Prędkość skrawania takim narzędziem mierzona jest najczęściej w dziesiątkach metrów na sekundę.
Wolfram występuje dość rzadko w przyrodzie. Masowa zawartość metali w skorupie ziemskiej wynosi około 1,3·10−4%. Głównymi minerałami zawierającymi wolfram są naturalne wolframiany: scheelit, pierwotnie nazywany wolframem, i wolframit.
Właściwości biologiczne
Biologiczna rola wolframu jest niewielka. Wolfram ma bardzo podobne właściwości do molibdenu, ale w przeciwieństwie do tego ostatniego wolfram nie jest pierwiastkiem niezbędnym. Mimo to wolfram jest w stanie całkowicie zastąpić molibden u zwierząt i roślin w składzie bakterii, hamując jednocześnie aktywność enzymów zależnych od Mo, na przykład oksydazy ksantynowej. W wyniku akumulacji soli wolframu u zwierząt zmniejsza się poziom kwasu moczowego, a wzrasta poziom hipoksantyny i ksantyny. Pył wolframu, podobnie jak inne pyły metali, działa drażniąco na drogi oddechowe.
Ciało ludzkie otrzymuje średnio około 0,001-0,015 miligrama wolframu dziennie z pożywieniem. Strawność samego pierwiastka, a także soli wolframu w przewodzie pokarmowym człowieka wynosi 1-10%, słabo rozpuszczalnych kwasów wolframowych - do 20%. Wolfram gromadzi się głównie w tkance kostnej i nerkach. Kości zawierają około 0,00025 mg/kg, a ludzka krew zawiera około 0,001 mg/l wolframu. Metal jest zwykle wydalany z organizmu w sposób naturalny, poprzez mocz. Ale 75% radioaktywnego izotopu wolframu 185W jest wydalane z kałem.
Nie zbadano jeszcze źródeł wolframu w żywności ani jego dziennego zapotrzebowania. Nie ustalono jeszcze dawki toksycznej dla organizmu człowieka. Śmierć u szczurów następuje po podaniu nieco ponad 30 mg substancji. W medycynie uważa się, że wolfram nie ma działania metabolicznego, rakotwórczego ani teratogennego na ludzi i zwierzęta.
Wskaźnik stanu pierwiastkowego wolframu w organizmie człowieka: mocz, krew pełna. Brak danych dotyczących zmniejszenia poziomu wolframu we krwi.
Zwiększona zawartość wolframu w organizmie najczęściej występuje u pracowników zakładów metalurgicznych zajmujących się produkcją materiałów ogniotrwałych i żaroodpornych, stali stopowych, a także u osób, które miały kontakt z węglikiem wolframu.
Zespół kliniczny „choroba metali ciężkich” lub pylica płuc może być wynikiem przewlekłego przyjmowania pyłu wolframu do organizmu. Objawy mogą obejmować kaszel, problemy z oddychaniem, astmę atopową i zmiany w płucach. Powyższe objawy zwykle ustępują po długim odpoczynku i po prostu przy braku bezpośredniego kontaktu z wanadem. W najcięższych przypadkach, gdy choroba zostanie rozpoznana zbyt późno, rozwija się patologia „serca płucnego”, rozedma płuc i zwłóknienie płuc.
„Choroby metali ciężkich” i przesłanki ich wystąpienia zwykle pojawiają się w wyniku narażenia na kilka rodzajów metali i soli (na przykład kobalt, wolfram itp.). Ustalono, że łączny wpływ wolframu i kobaltu na organizm ludzki zwiększa szkodliwy wpływ na układ płucny. Łączenie węglików wolframu i kobaltu może powodować miejscowy stan zapalny i kontaktowe zapalenie skóry.
Na obecnym etapie rozwoju medycyny nie ma skutecznych sposobów na przyspieszenie metabolizmu lub wyeliminowanie grupy związków metali, które mogą powodować pojawienie się „choroby metali ciężkich”. Dlatego tak ważne jest, aby stale prowadzić działania profilaktyczne i szybko identyfikować osoby z dużą wrażliwością na metale ciężkie oraz prowadzić diagnostykę w początkowej fazie choroby. Wszystkie te czynniki determinują dalsze szanse powodzenia w leczeniu patologii. Ale w niektórych przypadkach, jeśli to konieczne, stosuje się terapię środkami kompleksującymi i leczenie objawowe.
Ponad połowa (dokładnie 58%) całego wyprodukowanego wolframu jest wykorzystywana do produkcji węglika wolframu, a prawie jedna czwarta (dokładnie 23%) jest wykorzystywana do produkcji różnych stali i stopów. Produkcja „walcowanych” wyrobów wolframowych (w tym żarników żarówek, styków elektrycznych itp.) stanowi około 8% wolframu zużywanego na świecie, a pozostałe 9% wykorzystuje się do produkcji katalizatorów i pigmentów.
Drut wolframowy, który znalazł zastosowanie w lampach elektrycznych, zyskał ostatnio nowy profil: zaproponowano wykorzystanie go jako narzędzia tnącego podczas obróbki kruchych materiałów.
Wysoka wytrzymałość i dobra ciągliwość wolframu umożliwiają wytwarzanie z niego unikalnych przedmiotów. Na przykład z tego metalu można wyciągnąć tak cienki drut, że 100 km tego drutu będzie miało masę zaledwie 250 kg.
Stopiony ciekły wolfram może pozostać w tym stanie nawet w pobliżu powierzchni samego Słońca, ponieważ temperatura wrzenia metalu przekracza 5500 °C.
Wiele osób wie, że brąz składa się z miedzi, cynku i cyny. Ale tak zwany brąz wolframowy nie tylko z definicji nie jest brązem, ponieważ... nie zawiera żadnego z powyższych metali, w ogóle nie jest stopem, ponieważ nie ma w nim związków czysto metalicznych, a sód i wolfram ulegają utlenieniu.
Uzyskanie brzoskwiniowej farby było bardzo trudne, a często wręcz niemożliwe. To nie jest ani czerwony, ani różowy, ale jakiś kolor pośredni, a nawet z zielonkawym odcieniem. Legenda głosi, że zdobycie tej farby wymagało ponad 8 000 prób. W XVII wieku farbą brzoskwiniową dla ówczesnego chińskiego cesarza w specjalnej fabryce w prowincji Shanxi dekorowano brzoskwiniową farbą jedynie najdroższe wyroby porcelanowe. Kiedy jednak po pewnym czasie odkryto tajemnicę rzadkiej farby, okazało się, że opierała się ona wyłącznie na tlenku wolframu.
Stało się to w roku 1911. Do prowincji Yunnan przyjechał z Pekinu student, nazywał się Li. Dzień po dniu znikał w górach, próbując znaleźć jakiś kamień, jak wyjaśnił, był to kamień cynowy. Ale nic na niego nie działało. Właścicielka domu, w którym mieszkał student Li, mieszkała z małą córką o imieniu Xiao-mi. Dziewczynie bardzo współczuło nieszczęsnemu uczniowi i wieczorem podczas kolacji opowiadała mu proste historie. Jedna z historii opowiadała o niezwykłym piecu, który został zbudowany z ciemnych kamieni wyrwanych prosto z klifu i ułożonych na podwórku ich domu. Piec ten okazał się całkiem udany, a co najważniejsze trwały, służył swoim właścicielom przez wiele lat. Młoda Xiao-mi podarowała uczniowi nawet jeden taki kamień w prezencie. Był to zwinięty, ciężki, ołowiany brązowy kamień. Później okazało się, że ten kamień to czysty wolframit...
W 1900 roku podczas otwarcia Światowej Wystawy Metalurgicznej w Paryżu po raz pierwszy zaprezentowano zupełnie nowe egzemplarze stali szybkotnącej (stop stali z wolframem). Dosłownie natychmiast po tym wolfram zaczął być szeroko stosowany w przemyśle metalurgicznym wszystkich krajów wysoko rozwiniętych. Ale jest dość interesujący fakt: stal wolframowa została po raz pierwszy wynaleziona w Rosji w 1865 roku w fabryce Motovilikha na Uralu.
Na początku 2010 roku w ręce permskich ufologów wpadł ciekawy artefakt. Uważa się, że jest to fragment statku kosmicznego. Analiza fragmentu wykazała, że obiekt składa się prawie w całości z czystego wolframu. Tylko 0,1% składu stanowią rzadkie zanieczyszczenia. Według naukowców dysze rakiet są wykonane z czystego wolframu. Ale jednego faktu nie da się jeszcze wyjaśnić. W powietrzu wolfram szybko utlenia się i rdzewieje. Ale z jakiegoś powodu ten fragment nie koroduje.
Fabuła
Samo słowo „wolfram” ma pochodzenie niemieckie. Wcześniej wolframu nie nazywano samym metalem, ale jego głównym minerałem, czyli tzw. do wolframitu. Niektórzy sugerują, że tego słowa używano wówczas niemal jako przekleństwa. Od początku XVI wieku do drugiej połowy XVII wieku wolfram był uważany za minerał cyny. Chociaż dość często towarzyszy rudom cyny. Ale z rud zawierających wolframit wytopiono znacznie mniej cyny. To było tak, jakby ktoś lub coś „zjadało” użyteczną puszkę. Stąd wzięła się nazwa nowego elementu. W języku niemieckim Wolf oznacza wilka, a Ram w starożytnym języku niemieckim oznacza barana. Te. nazwą metalu stało się wyrażenie „cyna zjada cynę, jak wilk zjada baranka”.
Znane czasopismo chemiczne z USA lub publikacje referencyjne na temat wszystkich pierwiastków chemicznych autorstwa Mellora (Anglia) i Pascala (Francja) nie zawierają nawet wzmianki o takim pierwiastku jak wolfram. Pierwiastek chemiczny numer 74 nazywany jest wolframem. Symbol W, oznaczający wolfram, stał się powszechny dopiero w ciągu ostatnich kilku lat. We Francji i Włoszech do niedawna pierwiastek ten oznaczano literami Tu, czyli tzw. pierwsze litery słowa wolfram.
Podstawą takiego zamieszania jest historia odkrycia pierwiastka. W 1783 roku hiszpańscy chemicy bracia Eluard donieśli, że odkryli nowy pierwiastek chemiczny. W procesie rozkładu saksońskiego minerału „wolfram” kwasem azotowym udało się uzyskać „ziemię kwaśną”, czyli tzw. żółty osad tlenku nieznanego metalu, który okazał się rozpuszczalny w amoniaku. W materiale źródłowym tlenek ten występował łącznie z tlenkami manganu i żelaza. Bracia Eluard nazwali ten pierwiastek wolframem, a minerał, z którego wydobyto metal, wolframitem.
Ale braci Eluard nie można w 100% nazwać odkrywcami wolframu. Oczywiście oni jako pierwsi ogłosili drukiem swoje odkrycie, ale... W 1781 roku, dwa lata przed odkryciem braci, słynny szwedzki chemik Carl Wilhelm Scheele znalazł dokładnie tę samą „żółtą ziemię” podczas traktowania innego minerału azotem kwas. Naukowiec nazwał go po prostu „wolframem” (w tłumaczeniu ze szwedzkiego tung – ciężki, sten – kamień, czyli „ciężki kamień”). Karl Wilhelm Scheele odkrył, że „żółta ziemia” różni się kolorem i innymi właściwościami od podobnej ziemi molibdenowej. Naukowiec dowiedział się także, że w samym minerałze był on związany z tlenkiem wapnia. Na cześć Scheele nazwę minerału „wolfram” zmieniono na „scheelite”. Co ciekawe, jednym z braci Eluardów był uczeń Scheele, który w 1781 roku pracował w pracowni nauczycielskiej. Ani Scheele, ani bracia Eluard nie podzielili się tym odkryciem. Scheele po prostu nie rościł sobie pretensji do tego odkrycia, a bracia Eluard nie nalegali na priorytet swojego prymatu.
Wiele osób słyszało o tak zwanych „brązach wolframowych”. Są to metale o bardzo pięknym wyglądzie. Brąz wolframowy niebieski ma następujący skład Na2O · WO2 ·, a złoty – 4WO3Na2O · WO2 · WO3; fiolet i fioletowo-czerwony zajmują pozycję pośrednią, w nich stosunek WO3 do WO2 jest mniejszy niż cztery i większy niż jeden. Jak pokazują wzory, substancje te nie zawierają ani cyny, ani miedzi, ani cynku. To nie są brązy, ani wcale stopy, bo... nie zawierają nawet związków metali, a sód i wolfram ulegają tutaj utlenieniu. Takie „brązy” przypominają prawdziwy brąz nie tylko wyglądem, ale także właściwościami: twardością, odpornością na odczynniki chemiczne i wysoką przewodnością elektryczną.
W starożytności kolor brzoskwiniowy należał do najrzadszych, mówiono, że aby go uzyskać, trzeba było przeprowadzić 8000 eksperymentów. W XVII wieku najdroższą porcelaną chińskiego cesarza malowano na brzoskwiniowo. Jednak po ujawnieniu tajemnicy tej farby nieoczekiwanie okazało się, że jej podstawą był tlenek wolframu.
Będąc w naturze
Wolfram jest słabo rozpowszechniony w przyrodzie, zawartość metalu w skorupie ziemskiej wynosi 1,3·10 -4% masowych. Wolfram występuje głównie w złożonych utlenionych związkach, które tworzą trójtlenek wolframu WO3, a także tlenki żelaza i wapnia lub manganu, czasem miedzi, ołowiu, toru i różnych pierwiastków ziem rzadkich. Najpopularniejszym minerałem wolframitem jest stały roztwór wolframianów, tj. sole kwasu wolframowego, manganu i żelaza (nMnWO 4 mFeWO 4). Roztwór ma postać twardych i ciężkich kryształów o kolorze czarnym lub brązowym, w zależności od przewagi różnych związków w roztworze. Jeśli będzie więcej związków manganu (Hübnerite), kryształy będą czarne, natomiast jeśli będą przeważać związki żelaza (ferberyt), roztwór będzie brązowy. Wolframit jest doskonałym przewodnikiem prądu elektrycznego i jest paramagnetykiem.
Jeśli chodzi o inne minerały wolframu, scheelit ma znaczenie przemysłowe, tj. wolframian wapnia (wzór CaWO 4). Minerał tworzy błyszczące kryształy o jasnożółtej, a czasem prawie białej barwie. Scheelite w ogóle nie jest magnetyczny, ale ma inną cechę - zdolność do luminescencji. Po naświetleniu ultrafioletowym w ciemności będzie fluoryzował jasnoniebieskim kolorem. Obecność zanieczyszczeń molibdenowych powoduje zmianę koloru poświaty na bladoniebieski, czasem kremowy. Dzięki tej właściwości można łatwo wykryć złoża geologiczne tego minerału.
Zazwyczaj złoża rudy wolframu są związane z obszarem granitu. Duże kryształy scheelitu lub wolframitu są bardzo rzadkie. Zwykle minerały są po prostu osadzone w granitowych skałach. Wydobycie wolframu z granitu jest dość trudne, ponieważ... jego stężenie wynosi zwykle nie więcej niż 2%. W sumie znanych jest nie więcej niż 20 minerałów wolframu. Wśród nich możemy wyróżnić stolzyt i rasoit, które są dwiema różnymi krystalicznymi modyfikacjami wolframianu ołowiu PbWO 4. Pozostałe minerały to produkty rozkładu lub wtórne formy zwykłych minerałów, na przykład szeelit i wolframit (hydrotungstytu, który jest uwodnionym tlenkiem wolframu powstałym z wolframitu; ochra wolframowa), Rousselit, minerał zawierający tlenki wolframu i bizmutu. Jedynym nietlenkowym minerałem wolframu jest wolframit (WS 2), a jego główne zasoby znajdują się w Stanach Zjednoczonych. Zazwyczaj zawartość wolframu mieści się w zakresie od 0,3% do 1,0% WO3.
Wszystkie złoża wolframu mają pochodzenie hydrotermalne lub magmowe. Scheelit i wolframit dość często spotyka się w postaci żył, w miejscach, gdzie magma przedostała się do szczelin w skorupie ziemskiej. Większość złóż wolframu koncentruje się na obszarach młodych pasm górskich - Alpach, Himalajach i pasie Pacyfiku. Największe złoża wolframitu i scheelitu znajdują się w Chinach, Birmie, USA, Rosji (Ural, Zabaikalia i Kaukaz), Portugalii i Boliwii. Roczna produkcja rud wolframu na świecie wynosi około 5,95 104 ton metalu, z czego 49,5 104 ton (czyli 83%) wydobywa się w Chinach. W Rosji wydobywa się około 3400 ton rocznie, w Kanadzie - 3000 ton rocznie.
Chiny pełnią rolę światowego lidera w rozwoju surowców wolframu (złoża Jianshi stanowią 60 proc. chińskiej produkcji, Hunan – 20 proc., Yunnan – 8 proc., Guandong – 6 proc., Mongolia Wewnętrzna i Guanzhi – po 2 proc. , są inni). W Rosji największe złoża rudy wolframu znajdują się w 2 regionach: na Kaukazie Północnym (Tyrnyauz, Kabardyno-Bałkaria) i na Dalekim Wschodzie. Zakład w Nalczyku przetwarza rudę wolframu na parawolframian amonu i tlenek wolframu.
Największym konsumentem wolframu jest Europa Zachodnia (30%). USA i Chiny – po 25%, 12%-13% – Japonia. W WNP zużywa się rocznie około 3000 ton metalu.
Aplikacja
W sumie świat produkuje około 30 tysięcy ton wolframu rocznie. Stal wolframowa i inne stopy zawierające wolfram i jego węgliki są wykorzystywane do produkcji opancerzenia czołgów, pocisków i torped, najważniejszych części samolotów i silników spalinowych.
Najlepsze rodzaje stali narzędziowych z pewnością zawierają wolfram. Ogólnie rzecz biorąc, metalurgia pochłania około 95% całego produkowanego wolframu. Co charakterystyczne dla hutnictwa, wykorzystuje się nie tylko czysty wolfram, ale głównie wolfram tańszy – ferrotungsten, czyli tzw. stop zawierający około 80% wolframu i około 20% żelaza. Produkowany jest w elektrycznych piecach łukowych.
Stopy wolframu mają wiele niezwykłych właściwości. Stop wolframu, miedzi i niklu, bo nazywany jest także metalem „ciężkim”, jest surowcem do produkcji pojemników do przechowywania substancji radioaktywnych. Efekt ochronny takiego stopu jest o 40% większy niż ołowiu. Stop ten ma także zastosowanie w radioterapii, gdyż stosunkowo niewielka grubość ekranu zapewnia wystarczającą ochronę.
Stop węglika wolframu i 16% kobaltu ma taką twardość, że częściowo zastępuje diament w wierceniu studni. Pseudostopy wolframu ze srebrem i miedzią są doskonałym materiałem na przełączniki i przełączniki pracujące w warunkach wysokiego napięcia elektrycznego. Takie produkty wytrzymują 6 razy dłużej niż konwencjonalne styki miedziane.
Stosowanie czystego wolframu lub stopów zawierających wolfram opiera się w dużej mierze na ich twardości, ogniotrwałości i odporności chemicznej. Wolfram w czystej postaci jest szeroko stosowany do produkcji włókien do żarówek elektrycznych, a także lamp elektronopromieniowych, stosowanych do produkcji tygli do odparowania metali, stosowanych w stykach rozdzielaczy zapłonu samochodowego, stosowanych w tarczach Lampy rentgenowskie; stosowane jako uzwojenia i elementy grzejne pieców elektrycznych, a także materiał konstrukcyjny statków kosmicznych i samolotów pracujących w wysokich temperaturach.
Wolfram wchodzi w skład stopów stali szybkotnących (zawartość wolframu 17,5 - 18,5%), stellitów (wykonanych z kobaltu z dodatkami Cr, C, W), hastalloyu (stale nierdzewne na bazie niklu), a także wielu innych stopów . Wolfram stosowany jest jako baza do produkcji stopów żaroodpornych i narzędziowych, a mianowicie ferrotungstenu (W 68–86%, Mo i żelaza do 7%), który łatwo otrzymać poprzez bezpośrednią redukcję koncentratu szeelitu lub wolframitu. Wolfram jest używany do produkcji pobeditu. Jest to super twardy stop zawierający 80–85% wolframu, 7–14% kobaltu i 5–6% węgla. Pobedit jest po prostu niezastąpiony w procesie obróbki metali, a także w przemyśle naftowym i wydobywczym.
Wolframiany magnezu i wapnia są szeroko stosowane w urządzeniach fluorescencyjnych. Inne sole wolframu są stosowane w przemyśle garbarskim i chemicznym. Dwusiarczek wolframu to suchy smar wysokotemperaturowy, stabilny w temperaturach do 500 ° C. Brązy wolframowe, a także inne związki wolframu są wykorzystywane do produkcji farb. Sporo związków wolframu to doskonałe katalizatory.
W produkcji lamp elektrycznych wolfram jest niezbędny, ponieważ jest nie tylko niezwykle ogniotrwały, ale także dość plastyczny. 1 kg wolframu służy jako surowiec do produkcji 3,5 km drutu. Te. Z 1 kg wolframu można wyprodukować żarniki na 23 tysiące 60-watowych lamp. Tylko dzięki tej właściwości przemysł elektryczny na całym świecie zużywa około stu ton wolframu rocznie.
Produkcja
Pierwszym etapem otrzymywania wolframu jest wzbogacanie rudy, tj. oddzielenie cennych składników od głównej masy rudy, skały płonnej. Stosowane metody wzbogacania są takie same jak w przypadku innych rud metali ciężkich: mielenie i flotacja, a następnie separacja magnetyczna (rudy wolframitowe) i prażenie oksydacyjne. Otrzymany tą metodą koncentrat spala się zwykle z nadmiarem sody, doprowadzając w ten sposób wolfram do stanu rozpuszczalnego, tj. w wolframicie sodu.
Inną metodą otrzymywania tej substancji jest ługowanie. Wolfram ekstrahuje się roztworem sody w podwyższonej temperaturze i pod ciśnieniem, a następnie neutralizuje i wytrąca wolframian wapnia, tj. zapalenie szpiku. Scheelit otrzymuje się, ponieważ dość łatwo jest wyekstrahować oczyszczony tlenek wolframu.
CaWO 4 → H 2 WO 4 lub (NH 4) 2 WO 4 → WO 3
Tlenek wolframu otrzymuje się również przez chlorki. Koncentrat wolframu poddaje się działaniu gazowego chloru w podwyższonych temperaturach. W tym przypadku powstają chlorki wolframu, które można łatwo oddzielić od innych chlorków poprzez sublimację. Powstały chlorek można wykorzystać do produkcji tlenku lub można z niego bezpośrednio wyekstrahować metal.
W następnym etapie tlenki i chlorki przekształcane są w metaliczny wolfram. Najlepszym sposobem na redukcję tlenku wolframu jest użycie wodoru. Dzięki tej redukcji metal jest najczystszy. Redukcja tlenku odbywa się w specjalnym piecu rurowym, gdzie „łódź” WO 3 przepływa przez kilka stref temperaturowych. Suchy wodór przepływa w stronę „łódki”.Redukcja tlenku zachodzi w strefach gorącej (450-600°C) i zimnej (750-1100°C). W strefach zimnych następuje redukcja do WO 2, a następnie do metalu. W miarę upływu czasu przez gorącą strefę ziarna proszku wolframu zmieniają swoją wielkość.
Redukcja może zachodzić nie tylko przy dostawie wodoru. Często wykorzystuje się węgiel. Dzięki stałemu czynnikowi redukującemu produkcja jest uproszczona, ale temperatura w tym przypadku musi osiągnąć 1300°C. Sam węgiel i zawarte w nim zanieczyszczenia, reagując z wolframem, tworzą węgliki innych związków. W rezultacie metal zostaje zanieczyszczony. Ale w przemyśle elektrycznym stosuje się wyłącznie wolfram wysokiej jakości. Nawet 0,1% zanieczyszczeń żelazem sprawia, że wolfram jest używany do produkcji najcieńszego drutu, ponieważ staje się znacznie bardziej kruchy.
Oddzielenie wolframu od chlorków opiera się na pirolizie. Wolfram i chlor tworzą pewne związki. Nadmiar chloru pozwala na przekształcenie ich wszystkich w WCl6, który z kolei w temperaturze 1600°C rozkłada się na chlor i wolfram. Jeżeli obecny jest wodór, proces rozpoczyna się w temperaturze 1000°C.
W ten sposób otrzymuje się wolfram w postaci proszku, który następnie prasuje się w wysokiej temperaturze w strumieniu wodoru. W pierwszym etapie prasowania (ogrzewanie do temperatury około 1100-1300°C) powstaje kruchy, porowaty wlewek. Następnie prasowanie jest kontynuowane, a temperatura zaczyna rosnąć prawie do temperatury topnienia wolframu. W takim środowisku metal zaczyna twardnieć i stopniowo zyskuje swoje właściwości i właściwości.
Średnio 30% wolframu produkowanego w przemyśle to wolfram z materiałów pochodzących z recyklingu. Złom wolframu, trociny, wióry i proszek są utleniane i przekształcane w parawolframian amonu. Z reguły złom stali do cięcia jest usuwany w przedsiębiorstwie produkującym tę samą stal. Złom z elektrod, żarówek i odczynników chemicznych prawie nigdy nie jest poddawany recyklingowi.
W Federacji Rosyjskiej wyroby wolframowe produkowane są w: Zakładach Hydrometalurgicznych Skopino „Metallurg”, Zakładach Władykaukaz „Pobedit”, Zakładach Hydrometalurgicznych Nalczyk, Zakładach Twardych Stopów w Kirowgradzie, Elektrostal, Zakładach Elektrometalurgicznych w Czelabińsku.
Właściwości fizyczne
Wolfram jest jasnoszarym metalem. Ma najwyższą temperaturę topnienia ze wszystkich znanych pierwiastków z wyjątkiem węgla. Wartość tego wskaźnika waha się od około 3387 do 3422 stopni Celsjusza. Wolfram ma doskonałe właściwości mechaniczne po osiągnięciu wysokich temperatur, wśród wszystkich metali wolfram ma najniższą wartość takiego wskaźnika, jak współczynnik rozszerzalności.
Wolfram jest jednym z najcięższych metali, jego gęstość wynosi 19250 kg/m3. Metal ma sześcienną siatkę skupioną wokół ciała o parametrze a = 0,31589 nm. W temperaturze 0 stopni Celsjusza przewodność elektryczna wolframu wynosi tylko 28% wartości tego samego wskaźnika dla srebra (srebro przewodzi prąd lepiej niż jakikolwiek inny metal). Czysty wolfram jest bardzo łatwy w obróbce, jednak rzadko spotykany jest w czystej postaci, częściej zawiera domieszki węgla i tlenu, dzięki czemu uzyskuje swoją dobrze znaną twardość. Opór elektryczny metalu w temperaturze 20 stopni Celsjusza wynosi 5,5 * 10 -4, w temperaturze 2700 stopni Celsjusza - 90,4 * 10 -4.
Wolfram różni się od wszystkich innych metali swoją szczególną ogniotrwałością, ciężkością i twardością. Gęstość tego metalu jest prawie dwukrotnie większa od tego samego ołowiu, a dokładniej 1,7 razy. Przeciwnie, masa atomowa pierwiastka jest niższa i wynosi 184 w porównaniu do 207.
Wolfram ma niezwykle wysokie wartości modułu rozciągania i ściskania, ogromną odporność na pełzanie temperaturowe, a metal ma wysoką przewodność elektryczną i cieplną. Wolfram ma dość wysoki współczynnik emisji elektronów, który można znacznie poprawić, dodając pierwiastek stopowy z tlenkami innych metali.
Kolor powstałego wolframu w dużej mierze zależy od metody jego produkcji. Topiony wolfram to błyszczący, szary metal, który wyglądem przypomina platynę. Proszek wolframowy może być szary, ciemnoszary, a nawet czarny: im mniejsze ziarno proszku, tym będzie ciemniejszy.
Wolfram jest bardzo odporny: w temperaturze pokojowej nie zmienia się w powietrzu; Kiedy temperatura osiągnie czerwony poziom, metal zaczyna powoli się utleniać, uwalniając bezwodnik wolframowy. Wolfram jest prawie nierozpuszczalny w kwasach siarkowym, fluorowodorowym i solnym. W wodzie królewskiej i kwasie azotowym metal utlenia się z powierzchni. W mieszaninie kwasu fluorowodorowego i azotowego wolfram rozpuszcza się, tworząc w ten sposób kwas wolframowy. Ze wszystkich związków wolframu największymi praktycznymi korzyściami są: bezwodnik wolframu lub trójtlenek wolframu, nadtlenki o ogólnym wzorze ME2WOX, wolframian, związki z węglem, siarką i halogenami.
Wolfram występujący w przyrodzie składa się z 5 stabilnych izotopów, których liczby masowe wynoszą 186 184, 183, 182, 181. Najpopularniejszy izotop o liczbie masowej 184, jego udział wynosi 30,64%. Ze względnej różnorodności sztucznych izotopów promieniotwórczych pierwiastka nr 74 tylko trzy mają praktyczne znaczenie: wolfram-181 (jego okres półtrwania wynosi 145 dni), wolfram-185 (jego okres półtrwania wynosi 74,5 dnia), wolfram-187 ( jego okres półtrwania wynosi 23,85 godziny). Wszystkie te izotopy powstają wewnątrz reaktorów jądrowych w procesie bombardowania izotopów wolframu neutronami z naturalnej mieszaniny.
Wartościowość wolframu jest zmienna - od 2 do 6, najbardziej stabilny jest wolfram sześciowartościowy, trój- i dwuwartościowe związki pierwiastka chemicznego są nietrwałe i nie mają praktycznego znaczenia. Promień atomu wolframu wynosi 0,141 nm.
Wolfram Clarke'a w skorupie ziemskiej według Winogradowa wynosi 0,00013 g/t. Jego średnia zawartość w skałach, gramy/tonę: ultrazasadowy – 0,00001, zasadowy – 0,00007, pośredni – 0,00012, kwaśny – 0,00019.
Właściwości chemiczne
Na wolfram nie mają wpływu: woda królewska, kwasy siarkowy, solny, fluorowodorowy i azotowy, wodny roztwór wodorotlenku sodu, rtęć, pary rtęci, amoniak (do 700°C), powietrze i tlen (do 400°C), wodór, woda, chlorowodór (do 600°C), tlenek węgla (do 800°C), azot.
Już po niewielkim podgrzaniu suchy fluor zaczyna łączyć się z drobno zmielonym wolframem. W rezultacie powstaje sześciofluorek (wzór WF 6) - jest to bardzo ciekawa substancja, która ma temperaturę topnienia 2,5°C i temperaturę wrzenia 19,5°C. Po reakcji z chlorem powstaje podobny związek, ale reakcja jest możliwa tylko w temperaturze 600°C. WC16, stalowoniebieskie kryształy, zaczyna się topić w temperaturze 275°C i wrze, gdy osiągnie 347°C. Wolfram tworzy z jodem i bromem słabo trwałe związki: tetra- i dijodek, penta- i dibromek.
W wysokich temperaturach wolfram może łączyć się z selenem, siarką, azotem, borem, tellurem, krzemem i węglem. Niektóre z tych związków charakteryzują się niesamowitą twardością, a także innymi doskonałymi właściwościami.
Szczególnie interesujący jest karbonyl (wzór W(CO)6). Wolfram łączy się tutaj z tlenkiem węgla i dlatego ma zerową wartościowość. Karbonyl wolframu jest wytwarzany w specjalnych warunkach, ponieważ jest wyjątkowo niestabilny. W temperaturze 0°C wydziela się ze specjalnego roztworu w postaci bezbarwnych kryształów, po osiągnięciu 50°C karbonyl sublimuje, w temperaturze 100°C ulega całkowitemu rozkładowi. Ale to właśnie dzięki temu połączeniu można uzyskać gęste i twarde powłoki wolframowe (z czystego wolframu). Wiele związków wolframu, podobnie jak sam wolfram, jest bardzo aktywnych. Na przykład tlenek wolframu tlenek wolframu WO 3 ma zdolność polimeryzacji. W tym przypadku powstają tak zwane heteropolizwiązki (ich cząsteczki mogą zawierać więcej niż 50 atomów) i izopolizwiązki.
Tlenek wolframu (VI)WO 3 jest substancją krystaliczną o jasnożółtej barwie, która po podgrzaniu zmienia kolor na pomarańczowy. Tlenek ma temperaturę topnienia 1473°C i temperaturę wrzenia 1800°C. Odpowiadający mu kwas wolframowy nie jest stabilny, w roztworze wodnym dihydrat wytrąca się i traci jedną cząsteczkę wody w temperaturach od 70 do 100 ° C, a drugą cząsteczkę w temperaturach od 180 do 350 ° C.
Aniony kwasu wolframowego mają tendencję do tworzenia polizwiązków. W wyniku reakcji ze stężonymi kwasami powstają mieszane bezwodniki:
12WO3 + H3PO4 = H3.
W wyniku reakcji tlenku wolframu i metalicznego sodu powstaje niestechiometryczny wolframian sodu, zwany „brązem wolframowym”:
WO 3 + xNa = Na x WO 3.
W procesie redukcji tlenku wolframu wodorem podczas izolacji otrzymuje się uwodnione tlenki, mające mieszany stopień utlenienia, nazywane są „błękitem wolframu”:
WO3–n(OH)n, n = 0,5–0,1.
WO 3 + Zn + HCl = („niebieski”), W 2 O 5 (OH) (brązowy)
Tlenek wolframu (VI) jest półproduktem w procesie produkcji wolframu i jego związków. Jest składnikiem niektórych pigmentów ceramicznych i ważnych przemysłowo katalizatorów uwodornienia.
WCl 6 - Najwyższy chlorek wolframu, powstaje w wyniku oddziaływania metalicznego wolframu lub tlenku wolframu z chlorem, fluorem lub czterochlorkiem węgla. Po redukcji chlorku wolframu glinem powstaje karbonyl wolframu wraz z tlenkiem węgla:
WCl 6 + 2Al + 6CO = + 2AlCl 3 (w eterze)
Wolfram (angielski Tungsten, francuski Tungstene, niemiecki Wolfram) został po raz pierwszy uzyskany przez Hiszpanów braci de Elguiar, uczniów Bergmana w 1783 roku. Nazwa wolfram istniała jednak na długo przed odkryciem pierwiastka. Górnicy i hutnicy z XIV-XVI wieku, zajmujący się wydobyciem cyny, zauważyli, że podczas kalcynacji jednej z rud cyny znaczna ilość cyny została utracona, przechodząc w żużel. Rudę tę nazwano wilkiem (Wilk lub Wolfert), który z czasem zmienił się w wolfram; Tak zaczęto nazywać minerał zawarty w rudzie. Agricola nadaje temu minerałowi łacińską nazwę – Spuma Lupi, czyli Lupus spuma, co oznacza wilczą pianę, czyli tzw. piana w pysku wściekłego wilka. Górnicy z XVI wieku O wolframie mówili: „kradnie cynę i pożera ją, jak wilk zjada owcę”. W 1781 roku Scheele uzyskał trójtlenek wolframu WO 3 z minerału, który później na jego cześć nazwano scheelitem (CaWO 4). Odkrycie Scheele zostało potwierdzone przez Bergmana, który nazwał ten minerał „ciężkim kamieniem” (łac. Lapis ponderosus); w języku szwedzkim jest to wolfram (Tung Sten – ciężki kamień). Nieco później zaproponowano nazwanie nowo odkrytego metalu Scheelium na cześć Scheele, ale Berzelius, który początkowo poparł tę nazwę, wkrótce wolał od niego słowo wolfram. W języku łacińskim (Syuma lupi) i niemieckim (Wolf Rahm) wolfram oznacza wilczą ślinę. Nazwę wolfram można znaleźć u Łomonosowa, następnie u Scherera; Sołowiew i Hess (1824) nazywają go osetem, Dvigubsky (1824) - wolframem. Istnieją również nazwy sheelii, chrząszcza wolframowego.
