Tungsten - vad är det? Oxidationstillståndet för volfram. Tillämpningar av volfram

2024 Författare: Angel Austin | [email protected]. Senast ändrad: 2023-12-17 05:42

Tungsten är ett kemiskt grundämne vars atomnummer är 74. Denna tungmetall från stålgrå till vit är mycket hållbar, vilket gör den helt enkelt oersättlig i många fall. Dess smältpunkt är högre än för någon annan metall, och därför används den som glödtrådar i glödlampor och värmeelement i elektriska ugnar (till exempel zirkonium-volframlegering). Grundämnets kemi gör att det kan användas som en katalysator. Dess exceptionella hårdhet gör den lämplig för användning i "höghastighetsstål" som gör att material kan skäras i högre hastigheter än kolstål och i högtemperaturlegeringar. Volframkarbid, en förening av grundämnet med kol, är ett av de hårdaste ämnena som är kända och används för att tillverka fräs- och svarvverktyg. Kalcium- och magnesiumvolframater används ofta i lysrör, och volframoxider används ofta i färger och keramiska glasyrer.

Upptäcktshistorik

Förekomsten av detta kemiska grundämne föreslogs först 1779 av Peter Woolf, när han undersökte mineralet wolframit och kom tillslutsatsen att den måste innehålla ett nytt ämne. 1781 slog Carl Wilhelm Scheele fast att en ny syra kunde erhållas från volframit. Scheele och Thorburn Bergman föreslog att man skulle överväga möjligheten att erhålla en ny metall genom att reducera denna syra, kallad volframsyra. År 1783 hittade två bröder, José och Fausto Elguiar, en syra i wolframit som var identisk med volframitsyra. Samma år lyckades bröderna isolera volfram från det med träkol.

Under andra världskriget spelade detta kemiska element en stor roll. Metallens motstånd mot höga temperaturer, liksom den extrema styrkan hos dess legeringar, gjorde volfram till den viktigaste råvaran för militärindustrin. De krigförande satte press på Portugal som den huvudsakliga källan till wolframit i Europa.

Att vara i naturen

I naturen förekommer elementet i wolframit (FeWO₄/MnWO₄), scheelite (CaWO_{4)), ferberit och hübnerit. Viktiga fyndigheter av dessa mineral finns i USA i Kalifornien och Colorado, i Bolivia, Kina, Sydkorea, Ryssland och Portugal. Cirka 75 % av världens volframproduktion är koncentrerad till Kina. Metallen erhålls genom att reducera dess oxid med väte eller kol.}

Världsreserverna uppskattas till 7 miljoner ton. Det antas att 30 % av dem är fyndigheter av wolframit och 70 % av scheelit. För närvarande är deras utveckling inte ekonomiskt lönsam. Med nuvarande konsumtionsnivå kommer dessa reserver endast att räcka i 140 år. Ännu en värdefull källavolfram är en skrotåtervinning.

nyckelfunktioner

Volfram är ett kemiskt grundämne som klassificeras som en övergångsmetall. Dess W-symbol kommer från det latinska ordet wolframium. I det periodiska systemet är det i grupp VI mellan tantal och rhenium.

Volfram är i sin renaste form ett hårt material som varierar i färg från stålgrå till tennvit. Med föroreningar blir metallen spröd och svår att arbeta med, men om de är frånvarande kan den skäras med en bågfil. Dessutom kan den smidas, rullas och dras.

Tungsten är ett kemiskt grundämne vars smältpunkt är den högsta av alla metaller (3422 °C). Den har också det lägsta ångtrycket. Den har också den högsta draghållfastheten vid T> 1650 °C. Elementet är extremt motståndskraftigt mot korrosion och angrips endast något av mineralsyror. Vid kontakt med luft bildas ett skyddande oxidskikt på metallytan, men volfram oxideras helt vid höga temperaturer. När det tillsätts i små mängder till stål ökar dess hårdhet dramatiskt.

Isotopes

I naturen består volfram av fem radioaktiva isotoper, men de har så lång halveringstid att de kan anses vara stabila. Alla sönderfaller till hafnium-72 med emission av alfapartiklar (motsvarande helium-4 kärnor). Alfasönderfall observeras endast i ¹⁸⁰W, den lättaste och mest sällsynta av dessaisotoper. I genomsnitt sker två alfasönderfall i 1 g naturlig volfram per år ¹⁸⁰W.

Dessutom har 27 artificiella radioaktiva isotoper av volfram beskrivits. Den mest stabila av dessa är ¹⁸¹W med en halveringstid på 121,2 dagar, ¹⁸⁵W (75,1 dagar), ¹⁸⁸ W (69, 4 dagar) och ¹⁷⁸W (21, 6 dagar). Alla andra konstgjorda isotoper har en halveringstid på mindre än ett dygn, och de flesta av dem är mindre än 8 minuter. Volfram har också fyra "metastabila" tillstånd, varav det mest stabila är ^179mW (6,4 min).

Connections

I kemiska föreningar ändras volframoxidationstillståndet från +2 till +6, varav +6 är det vanligaste. Grundämnet binder vanligtvis med syre för att bilda gul trioxid (WO₃), som löses i vattenh altiga alkaliska lösningar som volframatjoner (WO₄₂₋).

Application

Eftersom volfram har en mycket hög smältpunkt och är formbart (kan dras in i tråd), används det i stor utsträckning som glödtråden i glödlampor och vakuumlampor, såväl som i värmeelementen i elektriska ugnar. Dessutom tål materialet extrema förhållanden. En av dess kända tillämpningar är gasskärmad volframbågsvetsning.

Exceptionellt hårt, volfram är en idealisk komponent för tunga vapenlegeringar. Hög densitet används i kettlebells,motvikter och barlastkölar för yachter, samt i dart (80-97%). Höghastighetsstål, som kan skära material med högre hastigheter än kolstål, innehåller upp till 18 % av detta ämne. Turbinblad, slitdelar och beläggningar använder "superlegeringar" som innehåller volfram. Dessa är värmebeständiga, mycket resistenta legeringar som fungerar vid förhöjda temperaturer.

Den termiska expansionen av ett kemiskt element liknar borosilikatglas, så det används för att tillverka glas-till-metall tätningar. Kompositer som innehåller volfram är ett utmärkt substitut för bly i kulor och hagel. I legeringar med nickel, järn eller kobolt tillverkas stötprojektiler av det. Liksom en kula används dess kinetiska energi för att träffa ett mål. I integrerade kretsar används volfram för att göra anslutningar till transistorer. Vissa typer av musikinstrumentsträngar är gjorda av volframtråd.

Användar anslutningar

Volframkarbidens exceptionella hårdhet (W₂C, WC) gör det till det vanligaste materialet för fräs- och svarvverktyg. Det används inom metallurgisk, gruv-, olje- och byggnadsindustri. Volframkarbid används också vid smyckestillverkning eftersom det är allergivänligt och inte tenderar att tappa sin lyster.

Glasyr är gjord av dess oxider. Volfram "brons" (så kallad på grund av färgen på oxiderna) används i färger. Magnesium och kalciumvolframater används i fluorescerandelampor. Kristallint volframat fungerar som en scintillationsdetektor inom nuklearmedicin och fysik. S alter används inom kemi- och läderindustrin. Volframdisulfid är ett högtemperaturfett som tål 500°C. Vissa föreningar som innehåller volfram används inom kemin som katalysatorer.