Вольфрам - це що таке? Ступінь окислення вольфраму. Сфери застосування вольфраму

Вольфрам - хімічний елемент, атомний номер якого дорівнює 74. Цей важкий метал від сіро-сталевого до білого кольору, що відрізняється високою міцністю, що робить його в багатьох випадках просто незамінним. Температура плавлення у нього вище, ніж у будь-якого іншого металу, і тому він використовується в якості ниток в лампах розжарювання і нагрівальних елементів в електричних печах (наприклад, сплав цирконій-вольфрам). Хімія елемента дозволяє застосовувати його в якості каталізатора. Виняткова твердість робить його придатним для використання в «швидкорізальної сталі», яка дозволяє різати матеріали з більш високою швидкістю, ніж вуглецеві сталі, і в жароміцних сплавах. Карбід Вольфрама, з`єднання елемента з вуглецем, є одним з найбільш твердих відомих речовин і застосовується для виготовлення фрезерних і токарних інструментів. Вольфрамати кальцію і магнію широко використовуються в люмінесцентних лампах, а оксиди вольфраму - у фарбах і керамічної глазурі.

Історія відкриття

Припущення про існування цього хімічного елемента вперше було висловлено в 1779 році Пітером Вульфом, коли він досліджував мінерал вольфрамит і прийшов до висновку, що він повинен містити нову речовину. У 1781 році Карл Вільгельм Шеєле встановив, що з тунгстеніта може бути отримана нова кислота. Шеєле і Торберн Бергман запропонували розглянути можливість отримання нового металу шляхом відновлення цієї кислоти, що отримала назву тунгстеновой. У 1783 році два брата, Хосе і Фаусто Ельгуяр, знайшли в вольфраму кислоту, яка була ідентична тунгстеновой. У тому ж році братам вдалося виділити з неї вольфрам, використовуючи деревне вугілля.

Під час Другої світової війни цей хімічний елемент зіграв величезну роль. Стійкість металу до високих температур, а також екстремальна міцність його сплавів зробила вольфрам найважливішим сировиною для військової промисловості. Воюючі сторони чинили тиск на Португалію як на головне джерело вольфраміту в Європі.

Знаходження в природі

У природі елемент зустрічається в вольфраму (FeWO₄/ MnWO₄), Шеєліт (CaWO₄), Фербер і Гюбнера. Важливі родовища цих корисних копалин знайдені в США в Каліфорнії і Колорадо, в Болівії, Китаї, Південній Кореї, Росії та Португалії. У Китаї зосереджено близько 75% світового виробництва вольфраму. Метал отримують шляхом відновлення його оксиду воднем або вуглецем.

Світові запаси оцінюються в 7 млн т. Передбачається, що 30% з них - поклади вольфраміту і 70% - шеелита. В даний час їх розробка економічно не вигідна. При поточному рівні споживання цих запасів вистачить лише на 140 років. Іншим цінним джерелом вольфраму є переробка металобрухту.

Основні характеристики

Вольфрам - хімічний елемент, який класифікується як перехідний метал. Його символ W походить від латинського слова wolframium. У періодичній таблиці, він знаходиться в VI групі між танталом і ренієм.

У чистому вигляді вольфрам - це твердий матеріал, колір якого варіюється від сіро-сталевого до олов`яно-білого. З домішками метал стає крихким і з ним важко працювати, але якщо їх немає, то його можна різати ножівкою. Крім того, його можна кувати, прокатувати і витягати.

Вольфрам - хімічний елемент, температура плавлення якого є найвищою серед усіх металів (3422 ° C). Також у нього найнижчий тиск пара. Міцність на розрив при Tgt; 1650 ° C у нього також найбільша. Елемент надзвичайно стійкий до корозії і лише трохи піддається впливу мінеральних кислот. При контакті з повітрям на поверхні металу утворюється захисний оксидний шар, але повністю вольфрам окислюється при високій температурі. При його додаванні в невеликих кількостях в сталь її твердість різко зростає.

ізотопи

У природі вольфрам складається з п`яти радіоактивних ізотопів, але у них такий тривалий період напіврозпаду, що їх можна вважати стабільними. Всі вони розпадаються на гафній-72 з випусканням альфа-частинок (відповідних ядер гелію-4). Альфа-розпад спостерігається тільки у ¹⁸⁰W, найбільш легкому і рідкісному з цих ізотопів. В середньому, в 1 г природного вольфраму в рік відбувається два альфа-розпаду ¹⁸⁰W.

Крім того, описані 27 штучних радіоактивних ізотопів вольфраму. Найбільш стабільним з них є ¹⁸¹W з періодом напіврозпаду 121,2 дня, ¹⁸⁵W (75,1 дня), ¹⁸⁸W (69,4 дня) і ¹⁷⁸W (21,6 дня). У всіх інших штучних ізотопів період напіврозпаду не перевищує доби, і більшість з них - менше 8 хв. Вольфрам також має чотири «метастабільних» стану, з яких найбільш стійке - ^179mW (6,4 хв).

з`єднання

У хімічних сполуках вольфрам ступінь окислення змінює від +2 до +6, у тому числі найбільш поширеною є +6. Елемент, як правило, вступає в зв`язок з киснем, утворюючи жовтий триоксид (WO₃), Який розчиняється в водних лужних розчинах у вигляді іонів вольфрамату (WO₄^2&minus-).

застосування

Так як вольфрам володіє дуже високою температурою плавлення і пластичний (може бути витягнуть в провід), він широко використовується в якості ниток ламп розжарювання і вакуумних ламп, а також в нагрівальних елементах електричних печей. Крім того, матеріал витримує екстремальні умови. Одне з відомих його застосувань - дугова зварка вольфрамовим електродом в захисному газі.

Виключно твердий вольфрам - це ідеальний компонент важких збройових сплавів. Велика щільність використовується в гирях, противовесах і баластних кілях для яхт, а також в дартс (80-97%). Швидкорізальна сталь, яка може різати матеріал на більш високих швидкостях, ніж вуглецева, містить до 18% цієї речовини. У турбінних лопатках, зносостійких деталях і покриттях використовуються «суперсплави», що містять вольфрам. Це жароміцні високостійкі сплави, які функціонують при підвищених температурах.

Теплове розширення хімічного елемента подібно боросилікатного скла, тому його застосовують для виготовлення ущільнення скло-метал. Композити, що містять вольфрам, - це прекрасний замінник свинцю в кулях і дробу. У сплавах з нікелем, залізом або кобальтом з нього роблять снаряди ударної дії. Подібно пулі, для ураження цілі використовується його кінетична енергія. В інтегральних схемах з вольфраму роблять з`єднання з транзисторами. Деякі типи струн для музичних інструментів виробляються з вольфрамової дроту.

Відео: Conrad Wolfram: Teaching kids real math with computers

Використання сполук

Виняткова твердість карбіду вольфраму (W₂C, WC) робить його найпоширенішим матеріалом для виготовлення фрезерних і токарних інструментів. Він застосовується в металургійній, гірничодобувній, нафтовій та будівельної промисловості. Карбід вольфраму також використовується при створенні ювелірних виробів, так як він є гіпоалергенним і не схильний втрачати свій блиск.

Відео: Electrod Welding of Stainless Steel. Electrod Welding of Stainless and Dissimilar Steels. DIY CAM

З його оксидів роблять глазур. Вольфрамова «бронза» (звана так через колір оксидів) використовуються у фарбах. Вольфрамати магнію і кальцію застосовуються в люмінесцентних лампах. Кристалічний вольфрамат служить сцинтиляційним детектором в ядерній медицині та фізиці. Солі знаходять застосування в хімічній і шкіряної промисловості. Дисульфід вольфраму є високотемпературної мастилом, яка витримує 500 ° C. Деякі сполуки, що містять вольфрам, в хімії використовуються як каталізатори.