Volfram - što je to? Oksidacijsko stanje volframa. Primjena volframa

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Zadnja promjena: 2023-12-17 05:28

Volfram je kemijski element čiji je atomski broj 74. Ovaj teški metal od čeličnosive do bijele je vrlo izdržljiv, što ga čini jednostavno nezamjenjivim u mnogim slučajevima. Njegova je točka taljenja viša od bilo kojeg drugog metala, pa se stoga koristi kao žarna niti u žaruljama sa žarnom niti i grijaćim elementima u električnim pećima (na primjer, legura cirkonij-volfram). Kemija elementa omogućuje da se koristi kao katalizator. Njegova iznimna tvrdoća čini ga prikladnim za upotrebu u "brzoreznim čelicima" koji omogućavaju rezanje materijala većim brzinama od ugljičnih čelika i u legurama na visokim temperaturama. Volfram karbid, spoj elementa s ugljikom, jedna je od najtvrđih poznatih tvari i koristi se za izradu alata za glodanje i tokarenje. Kalcijev i magnezijev volframat naširoko se koriste u fluorescentnim svjetiljkama, a volframovi oksidi se široko koriste u bojama i keramičkim glazurama.

Povijest otkrića

Postojanje ovog kemijskog elementa prvi je sugerirao Peter Woolf 1779., kada je istraživao mineral volframit i došao dozaključak da mora sadržavati novu tvar. Carl Wilhelm Scheele je 1781. ustanovio da se iz volstenita može dobiti nova kiselina. Scheele i Thorburn Bergman predložili su da se razmotri mogućnost dobivanja novog metala redukcijom ove kiseline, nazvane volstenska kiselina. Godine 1783., dva brata, José i Fausto Elguiar, pronašli su kiselinu u volframitu koja je bila identična volstenskoj kiselini. Iste godine, braća su uspjela iz njega izolirati volfram pomoću drvenog ugljena.

Tijekom Drugog svjetskog rata, ovaj kemijski element igrao je veliku ulogu. Otpornost metala na visoke temperature, kao i ekstremna čvrstoća njegovih legura, učinili su volfram najvažnijom sirovinom za vojnu industriju. Zaraćene strane vrše pritisak na Portugal kao glavni izvor vulframita u Europi.

Biti u prirodi

U prirodi, element se javlja u volframitu (FeWO₄/MnWO₄), šeelitu (CaWO_{4), ferberit i hübnerit. Važna ležišta ovih minerala nalaze se u SAD-u u Kaliforniji i Koloradu, u Boliviji, Kini, Južnoj Koreji, Rusiji i Portugalu. Oko 75% svjetske proizvodnje volframa koncentrirano je u Kini. Metal se dobiva redukcijom njegovog oksida s vodikom ili ugljikom.}

Svjetske rezerve procjenjuju se na 7 milijuna tona. Pretpostavlja se da su 30% nalazišta volframita, a 70% scheelita. Trenutno njihov razvoj nije ekonomski isplativ. Na sadašnjoj razini potrošnje, te će rezerve trajati samo 140 godina. Još jedan vrijedan izvorvolfram je recikliranje starog metala.

točka taljenja kemijskog elementa volframa

Ključne značajke

Volfram je kemijski element koji je klasificiran kao prijelazni metal. Njegov simbol W dolazi od latinske riječi wolframium. U periodnom sustavu nalazi se u grupi VI između tantala i renija.

U svom najčišćem obliku, volfram je tvrdi materijal u rasponu boja od čelično sive do kositar bijele. S nečistoćama, metal postaje krhak i težak za rad, ali ako ih nema, onda se može rezati nožnom pilom. Osim toga, može se kovati, valjati i crtati.

Volfram je kemijski element čija je točka taljenja najviša među svim metalima (3422 °C). Također ima najniži tlak pare. Također ima najveću vlačnu čvrstoću na T> 1650 °C. Element je izrazito otporan na koroziju i samo je blago napadnut mineralnim kiselinama. U dodiru sa zrakom na površini metala stvara se zaštitni oksidni sloj, ali volfram se na visokim temperaturama potpuno oksidira. Kada se u malim količinama doda čeliku, njegova se tvrdoća dramatično povećava.

Izotopi

U prirodi, volfram se sastoji od pet radioaktivnih izotopa, ali oni imaju toliko dugo vrijeme poluraspada da se mogu smatrati stabilnim. Svi se raspadaju u hafnij-72 emisijom alfa čestica (što odgovara jezgri helija-4). Alfa raspad je uočen samo u ¹⁸⁰W, najlakšim i najrjeđim od njihizotopi. U prosjeku, dva alfa raspada se javljaju u 1 g prirodnog volframa godišnje ¹⁸⁰W.

Osim toga, opisano je 27 umjetnih radioaktivnih izotopa volframa. Najstabilniji od njih je ¹⁸¹W s poluživotom od 121,2 dana, ¹⁸⁵W (75,1 dana), ¹⁸⁸ W (69, 4 dana) i ¹⁷⁸W (21, 6 dana). Svi ostali umjetni izotopi imaju poluživot kraći od jednog dana, a većina ih je kraća od 8 minuta. Volfram također ima četiri "metastabilna" stanja, od kojih je najstabilnije ^179mW (6,4 min).

Veze

U kemijskim spojevima, oksidacijsko stanje volframa se mijenja od +2 do +6, od kojih je +6 najčešće. Element se obično veže s kisikom da tvori žuti trioksid (WO₃), koji se otapa u vodenim alkalnim otopinama kao ioni volframata (WO₄₂₋).

Prijava

Budući da volfram ima vrlo visoku točku taljenja i duktilan (može se uvući u žicu), naširoko se koristi kao filament žarulja sa žarnom niti i vakuumskih žarulja, kao i u grijaćim elementima električnih peći. Osim toga, materijal izdržava ekstremne uvjete. Jedna od njegovih poznatih primjena je zavarivanje volframovim lukom zaštićeno plinom.

Izuzetno čvrst, volfram je idealna komponenta za legure teškog oružja. Visoka gustoća se koristi u girjama,protuutezi i balastne kobilice za jahte, kao i u pikadu (80-97%). Brzorezni čelik, koji može rezati materijal većim brzinama od ugljičnog čelika, sadrži do 18% ove tvari. Lopatice turbina, dijelovi koji se troše i premazi koriste "superlegure" koje sadrže volfram. To su toplinski otporne, vrlo otporne legure koje funkcioniraju na povišenim temperaturama.

Terminsko širenje kemijskog elementa slično je borosilikatnom staklu, pa se koristi za izradu brtvi od stakla do metala. Kompoziti koji sadrže volfram izvrsna su zamjena za olovo u mecima i sačmi. U legurama s niklom, željezom ili kob altom od njega se izrađuju udarni projektili. Poput metka, njegova se kinetička energija koristi da pogodi metu. U integriranim krugovima volfram se koristi za spajanje na tranzistori. Neke vrste žica glazbenih instrumenata izrađene su od volframove žice.

Upotreba veza

Izuzetna tvrdoća volframovog karbida (W₂C, WC) čini ga najčešćim materijalom za alate za glodanje i tokarenje. Primjenjuje se u metalurškoj, rudarskoj, naftnoj i građevinskoj industriji. Volfram karbid se također koristi u izradi nakita jer je hipoalergen i ne gubi svoj sjaj.

Glazura se pravi od njegovih oksida. Volframova "bronca" (tako se zove zbog boje oksida) koristi se u bojama. Magnezij i kalcij volframati se koriste u fluorescentnom radusvjetiljke. Kristalni volframat služi kao scintilacijski detektor u nuklearnoj medicini i fizici. Soli se koriste u kemijskoj i kožnoj industriji. Volfram disulfid je visokotemperaturna mast koja može podnijeti 500°C. Neki spojevi koji sadrže volfram koriste se u kemiji kao katalizatori.