Вольфрам

Вольфра́м/Wolframium (W)
Атомный номер 74
Внешний вид Тугоплавкий прочный
металл, стального
цвета или белый
Свойства атома
Атомная масса
(молярная масса)
183,84 а. е. м. (г/моль)
Радиус атома 141 пм
Энергия ионизации
(первый электрон)
769,7 (7,98) кДж/моль (эВ)
Электронная конфигурация [Xe] 4f14 5d4 6s2
Химические свойства
Ковалентный радиус 130 пм
Радиус иона (+6e) 62 (+4e) 70 пм
Электроотрицательность
(по Полингу)
1,7
Электродный потенциал W ← W3+ 0,11 В
W ← W6+ 0,68 В
Степени окисления 6, 5, 4, 3, 2, 0
Термодинамические свойства
Плотность 19,3 г/см³
Удельная теплоёмкость 0,133 Дж/(K·моль)
Теплопроводность 173 Вт/(м·K)
Температура плавления 3680 K
Теплота плавления (35) кДж/моль
Температура кипения 5930 K
Теплота испарения 824 кДж/моль
Молярный объём 9,53 см³/моль
Кристаллическая решётка
Структура решётки кубическая
объёмноцентрированая
Период решётки 3,160 Å
Отношение c/a n/a
Температура Дебая 310,00 K

Вольфрамхимический элемент с атомным номером 74 в периодической системе, обозначается символом W (лат. Wolframium), твёрдый серый переходный металл. Главное применение — как основа тугоплавких материалов в металлургии. Крайне тугоплавок, при стандартных условиях химически стоек.

Содержание

История и происхождение названия

В 14-16 веках немецкие металлурги при выплавке олова сталкивались с тем, что в ряде случаев при прокаливании оловянной руды с углем большая часть олова оказывается в составе пенистого шлака. Позднее это было объяснено присутствием в оловянной руде SnO2 (касситерите), примеси вольфрамита OsO4(Fe,Mn)WO4. Оксид вольфрама WO3 впервые был выделен в 1781 шведским исследователем К. Шееле. Металлический вольфрам был получен через несколько лет испанскими химиками — братьями д'Элуяр.

Название Wolframium перешло на элемент с минерала вольфрамит, известного ещё в XVI в. под названием «волчья пена» — «Spuma lupi» на латыни, или «Wolf Rahm» по-немецки. Название было связано с тем, что вольфрам, сопровождая оловянные руды, мешал выплавке олова, переводя его в пену шлаков («пожирает олово как волк овцу»).

В настоящее время в США, Великобритании и Франции для вольфрама используют название «tungsten» (швед. tung sten - «тяжелый камень»).


Нахождение в природе

Вольфрам мало распространён в природе, содержание в земной коре 1,3·10−4% по массе. Основные минералы — природные вольфраматы вольфрамит (Fe, Mn)WO4 и шеелит СaWO4, который первоначально и назывался тунгстен.

Получение

Месторождения вольфрама найдены в Боливии, Китае (который обеспечивает 75% мирового производства вольфрама), Португалии, России, США и Южной Корее.

Процесс получения вольфрама проходит через стадию выделения триоксида WO3 из рудных концентратов и последующем восстановлении до металлического порошка водородом при температуре ок. 700°C. Из-за высокой температуры плавления вольфрама для получения компактной формы используются методы порошковой металлургии: полученный порошок прессуют, спекают в атмосфере водорода при температуре 1200 — 1300°C, затем пропускают через него электрический ток. Металл нагревается до 3000°C, при этом происходит спекание в монолитный материал. Для последующей очистки и получения монокристаллической формы используется зонная плавка.

Физические свойства

Вольфрам — светло-серый металл.

Некоторые физические свойства приведены в таблице (см. выше).

Химические свойства

В атмосфере сухого воздуха вольфрам устойчив до 400°C, при дальнейшем нагревании образуется оксид WO3.

При комнатной температуре реагирует только со фтором. Взаимодействуя со фтором при 300-400°C, вольфрам образует WF6.

Существуют также образующиеся при нагревании высшие хлорид (WCl6) и бромид (WBr6) вольфрама.

Получены устойчивые галогениды WHal5. Устойчивые иодиды в степенях окисления +5 и +6 не получены.

Оксигалогениды WOHal4 (Hal = F, Cl, Br) получают взаимодействием вольфрама с галогеном при нагревании в присутствии паров воды:

W + H2O + 3Cl2 → WOCl4 + 2HCl.

При взаимодействии вольфрама с пара́ми серы или с сероводородом H2S при температуре 400°C образуется дисульфид WS2, так же получают диселенид WSe2. Нагревая вольфрам в присутствии азота при температуре 1400-1500°C, получают нитрид вольфрама WN2. Синтезированы карбид вольфрама WC и существующий только при высоких температурах карбид W2C, дисилицид WSi2 и пентаборид вольфрама W2B5.

Вольфрам не реагирует с минеральными кислотами. Для перевода его в раствор используют смесь азотной HNO3 и плавиковой HF кислот или электрохимические процессы.

Оксид вольфрама WO3 обладает кислотными свойствами. Ему отвечает слабая нерастворимая вольфрамовая кислота, WO3·H2O (H2WO4). Её соли — вольфраматы (Na2WO4, CaWO4, CdWO4). Известны высокомолекулярные поливольфраматы (изополивольфраматы, гетерополивольфраматы), анионы которых содержат связанные между собой группировки WO3.

Применение

Металлический вольфрам

  • Тугоплавкость и пластичность вольфрама делают его незаменимым для нитей накаливания в осветительных приборах, а также в кинескопах и других вакуумных трубках.
  • Благодаря высокой плотности вольфрам используется для противовесов, артиллерийских снарядов, пуль и сверхскоростных роторов гироскопов для стабилизации полёта баллистических ракет (до 180 тыс. об/мин). Соединения вольфрама применяются как катализаторы и пигменты. Монокристаллы вольфраматов используются как сцинтилляционные детекторы рентгеновского излучения и других ионизирующих излучений в ядерной физике и ядерной медицине. Дителлурид вольфрама WTe2 применяется для преобразования тепловой энергии в электрическую (термо-ЭДС около 57 мкВ/К).
  • Вольфрам используют в качестве электродов для аргоно-дуговой сварки.

Соединения вольфрама

  • Для механической обработки металлов и неметаллических конструкционных материалов в машиностроении (точение, фрезерование, строгание, долбление), бурения скважин, в горнодобывающей промышленности широко используются твёрдые сплавы и композитные материалы на основе карбида вольфрама (например, победит, состоящий из кристаллов WC в кобальтовой матрице; широко применяемые в России марки — ВК2, ВК4, ВК6, ВК8, ВК15, ВК25, Т5К10, Т15К6, Т30К4), а также смесей карбида вольфрама, карбида титана, карбида тантала (марки ТТ для особо тяжёлых условий обработки, например, долбление и строгание поковок из жаропрочных сталей и перфораторное ударно-поворотное бурение крепкого материала).
  • Сульфид вольфрама WS2 применяется как высокотемпературная (до 500 °C) смазка.
  • Трехокись вольфрама находит применение для производства твердого электролита высокотемпературных топливных элементов.

Другие сферы применения

Искусственный радиоизотоп 185W используется в качестве радиоактивной метки при исследованиях вещества. Стабильный 184W применяется как компонент сплавов с ураном-235, применяемых в твердофазных ядерных ракетных двигателях, поскольку это единственный из распространённых изотопов вольфрама, имеющий низкое сечение захвата тепловых нейтронов (около 2 барн).

Рынок вольфрама

Цены на металлический вольфрам в штабиках чистотой 99% в 2006 году составили в среднем 45—50 долларов США за килограмм.

Биологическая роль

Вольфрам не играет биологической роли. Пыль вольфрама, как и большинство металлических пылей, раздражает органы дыхания.

Изотопы

Природный вольфрам состоит из пяти изотопов (180W, 182W, 183W, 184W и 186W). Искусственно созданы и идентифицированы ещё 27 радиоизотопов. В 2003 открыта чрезвычайно слабая радиоактивность природного вольфрама (примерно два распада на грамм элемента в год), обусловленная α-активностью 180W, имеющего период полураспада 1,8×1018 лет.

Ссылки


Периодическая система элементов
H He
Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra ** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Uub Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo
* La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
** Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
 
Начальная страница  » 
А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ы Э Ю Я
A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Home