Область застосування, формула і властивості вольфраму

Що являє собою вольфрам? Основні властивості даного елемента базуються на особливостях його хімічної будови. З огляду на затребуваність вольфраму, необхідно детальніше розібрати його будова.

Становище в таблиці Менделєєва

Розглядаючи основні властивості вольфраму, почнемо з того, що він має 74-й порядковий номер. При нормальних умовах він собою являє перехідний метал, який має сіро-сріблястий колір. Вольфрам твердий, володіє металевим блиском. Це найтугоплавкіший елемент, більшою температурою плавлення має тільки вуглець. Електронна формула: KLMN5s²5p⁶5d⁴6s², E_іон (Ме = gt; Ме⁺ + e) = 7,98 еВ.

Історія походження

Своєму незвичайному назвою даний метал зобов`язаний мінералу вольфрамітом. «Вовча піна» відома з 16 століття. Таке незвичайне найменування мінералу пояснюється наявністю в ньому олов`яних руд. Вольфрам заважав виплавляти олово, перекладав його в піну з шлаків. Які фізичні властивості вольфраму стали основою його широкого застосування в промисловості? У США даний метал називали «важким каменем».

В кінці 18 століття швед Шеєле при обробці мінералу азотною кислотою отримав шеелит, отримавши триоксид вольфраму. Трохи пізніше братам Еліар вдалося отримати окис вольфраму з саксонського вольфраміту. Саме цими хіміками були виявлені деякі хімічні властивості вольфраму.

Відео: Видобуток рідкоземельних металів

Знаходження в природі

Чи є в природі в чистому вигляді вольфрам? Хімічні властивості даного металу припускають його присутність в земній корі здебільшого у вигляді сполук. Наприклад, є суміш оксидів марганцю, заліза, вольфраму. Для промислового застосування вибирають сполуки ферберит і Гюбнера. У них крім вольфраму присутні залізо і марганець. Фізичні властивості вольфраму дозволяють виділяти метал і з вольфрамових мінералів. У них його концентрація не перевищує двох відсотків. Серед найбільших родовищ вольфраму відзначимо Китай, США, Казахстан. Крім того, виявлено і суттєві запаси руд даного металу в Південній Кореї, Болівії, Росії, Португалії. Відмінні фізичні властивості вольфраму припускають його істотне промислове виробництво. У світі щорічно виробляють близько 50 тисяч тонн цього тугоплавкого елемента. Головними експортерами вольфраму вважають Південну Корею, Китай, Австрію. Серед імпортерів тугоплавкого металу пальма лідерства належить Великобританії, Японії, США, Німеччини.

Відео: Computing a theory of everything | Stephen Wolfram

особливості виробництва

Отримання вольфраму здійснюється через проміжну стадію, що передбачає виділення з рудного концентрату триоксида вольфраму. Далі здійснюється відновлення його до порошкоподібного металу. Подібний етап відбувається при температурі близько 700 градусів Цельсія. Які фізичні властивості вольфраму лежать в основі даної технології? Висока температура його плавлення дозволяє за допомогою порошкоподібної металургії піддавати порошок пресування, спікання в атмосфері водню при температурі близько 1300 градусів Цельсія. Далі через отриманий вольфрам пропускають електричний струм. При нагріванні металу до температури в 3000 градусів спостерігається монолітний матеріал. Шляхом зонного плавлення здійснюється подальша очистка та отримання монокристалічного металу.

властивості

Які характеристики має вольфрам? Хімічні властивості його ґрунтуються на високій температурі плавлення. Елемент проявляє валентності від 2 до 6. Найстійкішим є вольфрам з валентністю шість. Метал характеризується підвищеною корозійною стійкістю. Він не окислюється на повітрі при кімнатній температурі. В оксид вольфраму він перетворюється лише при досягненні температури білого коліна. В електрохімічному ряді напруг металів даний елемент розташовується після водню, тому він не розчиняється в розведеною плавиковою та сірчаної кислотах. Вольфрам здатний розчинятися в пероксид водню, а також в суміші плавикової і азотної кислот.

При наявності окислювачів даний метал здатний реагувати з розплавленими лугами. Спочатку взаємодія протікає досить повільно, але після досягнення температури 400 градусів спостерігається мимовільне розігрівання металу, яке прискорює реакцію. Вольфрам в суміші плавикової і азотної кислот утворює гексафторвольфрамовую кислоту. У максимальній кількості в промисловості застосовують вольфрамовий ангідрид. У вольфроматов є здатність до створення полімерних аніонів. Цей метал є основою тугоплавких матеріалів в сучасній металургії.

Сфера застосування

Як можна використовувати карбід Вольфрама? Властивості даного з`єднання дозволяють виділяти з нього чистий вольфрам. Пластичність і тугоплавкость металу зробили його основою при створенні ниток розжарювання в численних освітлювальних приладах. Крім того, вольфрам використовують у вакуумних трубках і кинескопах. Так як у цього елемента висока щільність, він став базою для виробництва важких сплавів. Вони незамінні при створенні противаг, подкалиберних і бронебійних сердечників, надшвидкісних роторів гіроскопів для створення балістичних ракет. У великих обсягах вольфрам застосовують при аргонно-дугового зварювання як електрод. Сплави, які в своєму складі містять вольфрам, мають високу жароміцність, кислотостійкість, вони стійкі до механічних деформаціях. Подібні характеристики дозволяють застосовувати їх для виробництва хірургічних інструментів, броні танків, двигунів літаків, контейнерів для розміщення радіоактивних речовин. Саме вольфрам є важливим компонентом для виготовлення високоякісних марок сталей.

Застосовують його і в високотемпературних вакуумних печах у вигляді нагрівального елементу. У сплаві з ренієм з нього створюють термопари для подібних печей.

висновок

Саме завдяки високій щільності вольфраму метал зручний для захисту поверхні від іонізуючого випромінювання. Підвищена твердість і тугоплавкость металу створюють істотні труднощі з його обробкою. Для вирішення проблеми вводять до складу нікель, мідь, залізо. Стійкість вольфраму зробила його затребуваним при виготовленні конструкційних матеріалів в сучасному машинобудуванні.

Він необхідний при фрезеруванні, долбленії, точіння, бурінні свердловин. Наприклад, переможе складається з карбіду вольфраму. Ця суміш наноситься на свердла, що застосовуються при створенні отворів в бетоні. Сульфід вольфраму виступає в якості високотемпературної мастила. Він затребуваний у виробництві. Частина сполук вольфраму використовується у вигляді пігментів і каталізаторів. Застосовують сполуки даного металу і як легуючий елемент у сплавах і сталях на базі заліза. Біологічної цінності металевий вольфрам не має.