Волфрам - какво е това? Степента на окисление на волфрама. Приложения на волфрам

2024 Автор: Angel Austin | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-17 05:17

Волфрамът е химичен елемент, чийто атомен номер е 74. Този тежък метал от стоманено-сив до бял е много издръжлив, което го прави просто незаменим в много случаи. Неговата точка на топене е по-висока от тази на всеки друг метал и затова се използва като нишки в лампи с нажежаема жичка и нагревателни елементи в електрически пещи (например циркониево-волфрамова сплав). Химията на елемента позволява да се използва като катализатор. Изключителната му твърдост го прави подходящ за използване в "високоскоростни стомани", които позволяват на материалите да се режат с по-високи скорости от въглеродните стомани и при високотемпературни сплави. Волфрамовият карбид, съединение на елемента с въглерод, е едно от най-твърдите известни вещества и се използва за направата на инструменти за фрезоване и струговане. Калциевите и магнезиевите волфрамати са широко използвани във флуоресцентни лампи, а волфрамовите оксиди се използват широко в бои и керамични глазури.

История на откриването

Съществуването на този химичен елемент е предложено за първи път през 1779 г. от Питър Улф, когато той изследва минерала волфрамит и стига дозаключението, че трябва да съдържа ново вещество. През 1781 г. Карл Вилхелм Шееле установява, че от волфрам може да се получи нова киселина. Scheele и Thorburn Bergman предложиха да се разгледа възможността за получаване на нов метал чрез намаляване на тази киселина, наречена волфранова киселина. През 1783 г. двама братя, Хосе и Фаусто Елгиар, откриват киселина във волфрамит, която е идентична с волфрамовата киселина. През същата година братята успяват да изолират волфрам от него с помощта на въглен.

По време на Втората световна война този химичен елемент играе огромна роля. Устойчивостта на метала на високи температури, както и изключителната здравина на неговите сплави, направиха волфрама най-важната суровина за военната индустрия. Воюващите страни оказват натиск върху Португалия като основен източник на волфрамит в Европа.

Да бъдеш сред природата

В природата елементът се среща във волфрамит (FeWO₄/MnWO₄), шеелит (CaWO_{4), ферберит и хюбнерит. Важни находища на тези минерали се намират в САЩ в Калифорния и Колорадо, в Боливия, Китай, Южна Корея, Русия и Португалия. Около 75% от световното производство на волфрам е съсредоточено в Китай. Металът се получава чрез редуциране на неговия оксид с водород или въглерод.}

Световните резерви се оценяват на 7 млн. т. Предполага се, че 30% от тях са находища на волфрамит и 70% на шеелит. В момента тяхното развитие не е икономически изгодно. При сегашното ниво на потребление тези запаси ще издържат само 140 години. Друг ценен източникволфрамът е рециклиран метален скрап.

Точка на топене на волфрамов химичен елемент

Основни характеристики

Волфрамът е химичен елемент, който е класифициран като преходен метал. Символът му W идва от латинската дума wolframium. В периодичната таблица той е в група VI между тантал и рений.

В най-чистата си форма волфрамът е твърд материал, вариращ на цвят от стоманено сиво до калайно бяло. С примеси металът става крехък и труден за работа, но ако те липсват, тогава той може да бъде нарязан с ножовка. Освен това може да се кове, валцува и тегли.

Волфрамът е химичен елемент, чиято точка на топене е най-високата сред всички метали (3422 °C). Освен това има най-ниско налягане на парите. Той също така има най-висока якост на опън при T> 1650 °C. Елементът е изключително устойчив на корозия и е слабо атакуван от минерални киселини. При контакт с въздуха върху металната повърхност се образува защитен оксиден слой, но волфрамът се окислява напълно при високи температури. Когато се добавя в малки количества към стоманата, нейната твърдост се увеличава драстично.

Изотопи

В природата волфрамът се състои от пет радиоактивни изотопа, но те имат толкова дълъг полуживот, че могат да се считат за стабилни. Всички те се разпадат до хафний-72 с излъчване на алфа-частици (съответстващи на ядрата на хелий-4). Алфа разпад се наблюдава само в ¹⁸⁰W, най-лекият и най-редкият от тяхизотопи. Средно два алфа разпада се случват в 1 g естествен волфрам годишно ¹⁸⁰W.

Освен това са описани 27 изкуствени радиоактивни изотопа на волфрам. Най-стабилният от тях е ¹⁸¹W с полуживот от 121,2 дни, ¹⁸⁵W (75,1 дни), ¹⁸⁸ W (69, 4 дни) и ¹⁷⁸W (21, 6 дни). Всички други изкуствени изотопи имат полуживот по-малко от един ден, а повечето от тях са по-малко от 8 минути. Волфрамът също има четири "метастабилни" състояния, от които най-стабилното е ^179mW (6,4 мин).

Връзки

В химическите съединения степента на окисление на волфрама се променя от +2 до +6, от които +6 е най-често. Елементът обикновено се свързва с кислорода, за да образува жълт триоксид (WO₃), който се разтваря във водни алкални разтвори като волфраматни йони (WO₄₂₋).

Заявление

Тъй като волфрамът има много висока точка на топене и е пластичен (може да бъде изтеглен в тел), той се използва широко като нажежаема жичка на лампи с нажежаема жичка и вакуумни лампи, както и в нагревателните елементи на електрически пещи. Освен това материалът издържа на екстремни условия. Едно от известните му приложения е волфрамова дъгова заварка, защитена с газ.

Изключително твърд, волфрамът е идеален компонент за тежки оръжейни сплави. Висока плътност се използва в kettlebells,противотежести и баластни кили за яхти, както и в дартс (80-97%). Високоскоростната стомана, която може да реже материал с по-високи скорости от въглеродната стомана, съдържа до 18% от това вещество. Перките на турбините, износващите се части и покритията използват „суперсплави“, съдържащи волфрам. Това са топлоустойчиви, високоустойчиви сплави, които работят при повишени температури.

Термичното разширение на химически елемент е подобно на боросиликатното стъкло, така че се използва за направата на уплътнения от стъкло към метал. Композитите, съдържащи волфрам, са отличен заместител на оловото в куршуми и сачми. В сплави с никел, желязо или кобалт от него се правят ударни снаряди. Подобно на куршум, кинетичната му енергия се използва за поразяване на цел. В интегралните схеми волфрамът се използва за свързване към транзистори. Някои видове струни на музикални инструменти са направени от волфрамова тел.

Използване на връзки

Изключителната твърдост на волфрамовия карбид (W₂C, WC) го прави най-разпространеният материал за фрезови и стругови инструменти. Прилага се в металургичната, минната, петролната и строителната промишленост. Волфрамовият карбид също се използва в производството на бижута, тъй като е хипоалергичен и не губи блясъка си.

Глазурата е направена от неговите оксиди. Волфрамовият "бронз" (наричан така заради цвета на оксидите) се използва в боите. Магнезиевите и калциевите волфрамати се използват във флуоресцентнилампи. Кристалният волфрамат служи като сцинтилационен детектор в ядрената медицина и физиката. Солите се използват в химическата и кожарската промишленост. Волфрамов дисулфид е високотемпературна грес, която издържа на 500°C. Някои съединения, съдържащи волфрам, се използват в химията като катализатори.