Valence de tungsten. Proprietăți și aplicații ale tungstenului

O introducere la articol vă va permite să vă familiarizați cu fizic și chimic proprietăți ale tungstenului,

Tungsten (W)

Tungstenul este un element al tabelului periodic al DI Mendeleev, are numărul atomic de șaptezeci și patru, corespunde simbolului latin W. În condiții normale, are o culoare gri-argint, strălucește, solid. Dintre toate metalele cunoscute, tungstenul este considerat cel mai refractar. Mai mare decât în ​​W, punctul de topire este numai pentru carbonul nemetal. Are rezistență chimică ridicată. Valența tungstenului este variabilă.

Istoria descoperirii

Un chimist din Suedia, Karl Wilhelm Scheele, în 1781, care lucra la tratarea scheelită cu acid azotic, a reușit să extragă trioxidul de tungsten - o "piatră grea" de culoare galbenă. Doi ani mai târziu, încă din 1783, doi frați Eluard, chimiști din Spania, au informat publicul că ar putea obține un metal nou și oxidul său de tungsten de la wolframite.

Statele Unite moderne, Franța și Marea Britanie folosesc numele tungsten pentru tungsten, care se traduce din suedeză ca "piatră grea". Inițial cuvântul wolframium denumiți wolframite minerale. Mai târziu a trecut la metalul în sine.

Tungsten în natură

Conform calculelor lui Vinogradov, numărul clarke al tungstenului din scoarța pământului este de aproximativ 1,3 g / t. Indicele mediu al rocilor de munte, g / t: roci acide - 1,9, medii - 1,2, principal - 0,7, ultrabazic - 0,1.

Cele mai mari rezerve din acest metal sunt concentrate în China, SUA, Canada și Kazahstan, iar țări precum Bolivia, Portugalia, Uzbekistan, Rusia și Coreea de Sud au rezerve mai mici în comparație cu statele menționate mai sus. În jur de 49-50 mii tone sunt produse pe an, dintre care 41 sunt produse de China, cota Rusiei corespunde la 3,5 tone, Kazahstan - 0,7 și Australia - 0,5 tone.

În industrie, rolul principal este dat la wolframite și scheelite. Mineralele de wolframite sunt cel mai adesea concentrate în roci granitice, iar concentrația lor medie corespunde cu 1-2%. Majoritatea țărilor producătoare exportă tungsten. Pretul acestui metal este destul de ridicat si poate varia in functie de brandul sau de tipul in care acesta este vandut (de la 2172 până la 6 250 560 ruble). Principalii exportatori de tungsten sunt Marea Britanie, China și Australia. Este importat în cantități mari de către Statele Unite ale Americii, Germania, Anglia și Japonia.

Metode de obținere

Obținerea tungstenului este un proces constând în mai multe etape etapizate. Mai întâi, un trioxid WO₃ de la concentratele de minereu cu procesul de recuperare ulterioară la pulberea de metal cu ajutorul hidrogenului la aproximativ 700 ° C. Datorită punctului de topire extrem de ridicat, cel mai bun mod de a produce acest metal este metalurgia pulberilor. În prima etapă, pudra de tungsten este comprimată, apoi plasată într-o atmosferă de hidrogen și sinterizată la aproximativ 1200-1300 ° C. În continuare supus curentului electric și temperatura de încălzire este distilată până la trei mii de grade, acest proces este însoțit de sinterizare, iar metalul se transformă într-un monolit. Producția ulterioară a tungstenului și purificarea acestuia din materialele monolitice obținute se desfășoară în condiții de topire a zonei. Cu toate acestea, pulberea de tungsten nu este singura formă de obținere a acestui metal. Atunci când se obține W prin piroliză din cloruri, este posibil să se obțină deja în formă metalică, mai degrabă decât într-o formă compactă și pulverizată.

Caracteristicile de calitate chimică

Valența tungstenului este variabilă, de la doi la șase. Forma cea mai stabilă este cea de-a șasea valență. Formele două- și trivalente ale compușilor sunt instabile și nu au o semnificație specială, în practică acestea nu sunt aplicate. Tungsten este foarte rezistent la coroziunea metalelor. Temperatura camerei îi permite să mențină o poziție constantă fără corodare, după ce ajunge la temperatura de ardere începe să se oxideze, formând oxid de tungsten (VI). Este pe locul al doilea în seria de stres și se află în spatele hidrogenului. Practic nu se formează în acid sulfuric fluorhidric și diluat. Acidul nitric și vodca regală provoacă oxidarea suprafeței. Este posibilă dizolvarea în peroxidul de hidrogen.

Un amestec de acid fluorhidric și acid azotic dizolvă puțul de tungsten:

2W + 4HNO₃ + 10HF à WF₆ + WOF₄ + 4NO (evoluție de gaz) + 7H₂O.

În prezența oxidanților se poate reacționa cu alcaline topite:

2W + 4NaOH₃ + 3O₂ à 2Na₂WO₄ + 2H₂O.

Exemplele de reacții de mai sus se desfășoară foarte încet, dar după ce au atins un punct de 400 ° C, încălzirea cu tungsten se auto-încălzește și procesul de reacție accelerează, generând simultan o cantitate mare de căldură. Reacțiile care implică oxigen necesită atingerea unei marcă de 500 ° C pentru ca metalul să înceapă să se încălzească.

Dizolvarea într-un amestec de acizi fluorhidrici și azotați conduce la formarea acidului hexafluorolfungstic - H₂[WF₆]. Dintre toți compușii de tungsten cunoscuți, cele mai importante sunt anhidrida de tungsten sau trioxid de tungsten, tungstate, un compus de peroxid cu Me₂WO_X, substanțe formate cu S, C și elemente ale grupului de halogen.

Proprietăți de natură fizică

Tungstenul este un metal strălucitor de gri. Temperatura tungstenului în timpul topirii și fierbere atinge cele mai înalte niveluri de Celsius comparativ cu alte metale. Există o ipoteză că syborgy are temperaturi chiar mai mari de topire și fierbere, dar pentru că "trăiește" foarte puțin, acest lucru nu poate fi confirmat cu certitudine, deoarece acest lucru nu a fost dovedit experimental. Topirea tungstenului începe la 3695 K și se fierbe, ajungând la o marcă de 5828 K. Densitatea pură W este aproape de aur - 19,25 grame pe centimetru cub. El se caracterizează prin calități paramagnetice. În conformitate cu parametrii de măsurare Brinell, duritatea este de 488 kg / mm². La douăzeci de grade Celsius are un UES de 55 * 10^-9 Ohm * m, iar în condiții de temperatură de 2700 ° C, indicele UES crește la 904 * 10^-9 Ohm * m. Sunetul reflectat de tungsten se mișcă la o viteză de 4290 m / s.

Unul dintre cele mai grele metale cu un indice de duritate ridicat și un punct de topire uriaș este tungstenul. Proprietățile care sunt inerente în ea determină valoarea sa pe piața mondială și permit utilizarea pe scară largă. Abilitatea de a rezista temperaturilor ridicate permite aplicarea pe scară largă a tungstenului. Sârmă, foi și mult mai mult permite crearea de mecanisme care servesc de mulți ani. Extern similar cu platina. În forma sa pură, când este încălzită la 1600 ° C, poate fi bine falsificată.

Utilizarea metalei pure

Principala metodă de utilizare a tungstenului este baza ca material refractar în industria metalurgică.

Proprietățile din plastic și refractar - este ceea ce este renumit pentru tungsten. Un fir fabricat din acest metal este indispensabil în dispozitivele proiectate pentru iluminat. Kinescopes și alte tuburi cu vid sunt, de asemenea, utilizate pe scară largă W.

Sudarea prin arc cu arc nu se poate face fără electrozi realizați cu participarea tungstenului. Vacuum rezistențele îl folosesc și ca element de încălzire, iar un aliaj din acest metal cu reniu este folosit ca termocuplu.

Densitatea mare permite utilizarea ca bază pentru aliaj de tip greu folosit ca o contragreutate pentru străpungerea armura core Sabot și proiectile proiectile de artilerie sagital, miez de muniție străpungerea armură și chiar giroscoapelor stabilizatoare zboară rachete balistice.

Tungsten poate servi ca un remediu excelent pentru radiații de tip ionizant. Deși are o densitate ridicată, mai ales în comparație cu plumbul tradițional, în greutate, cu un nivel egal de protecție, hainele sau aparatele cu utilizarea sa au ieșit mai ușor. Proprietățile Infusibility și duritatea complica prelucrarea și, prin urmare, în astfel de cazuri, de multe ori sunt aliaje de tungsten și nichel, precum și fier, cupru și alte metale.

În industrie, tungsten este folosit pentru a crea o varietate de produse puternice. Sheet, pulbere de tungsten, electrozi și marmură - una dintre cele mai comune forme de ieșire de la W.

Aplicarea compușilor

Prelucrare de diferite metale, precum și materialele care alcătuiesc natura nemetalic construcțiilor inginerești, de foraj și a procesului de minerit folosind aliaje puternice și materiale de tip compozit pe bază de carbură de wolfram, un amestec de carbură de titan, carbură de tantal și carbura de tungsten. Timbrelor de tungsten din aceste materiale sunt împărțite în T30K4, T5K10, VK25, VK8, VC 15 T15K4, BK2 și VK6 VK4. Marcile grupului TT sunt folosite doar pentru prelucrarea foarte complexa, in conditii de complexitate crescuta. Un prim exemplu poate servi ca un șoc proces perforator de foraj rotativ sau material durabil de fabricație forjare oțel cu rezistență ridicată la căldură. W este utilizat ca element de aliere pentru oțel și aliaje pe bază de fier. „De mare viteză“ oțel lettered etichetă care începe cu P, mai mult de 90% din cota cuprinde tungsten.

Uneori diferiți compuși de tungsten sunt utilizați ca catalizatori sau pigmenți, unsoare la temperaturi ridicate, pentru transformarea formei termice de energie în energie electrică.

Tungsten și biologie

Tungstenul nu este considerat un metal semnificativ în biologie, dar unele bacterii și arhebacterii în enzimele lor au această componentă localizată în centrul activ. În apropierea surselor de apă de adâncime de tip hidrotermal se află arhebacterii-hipertermofili, care sunt considerați obligați-dependenți de tungsten. Prezența acestui metal în compoziția enzimatică este considerată ca o relicvă a arhiei timpurii timpurii, cu alte cuvinte, poate permite să se presupună că apariția timpurie a vieții pe pământ a avut loc cu participarea lui W.

Ca majoritatea celorlalte metale, praful de tungsten provoacă iritarea respiratorie.

Forme de izotopi

Tungsten de origine naturală include un amestec de cinci forme diferite de izotopi, și anume: ¹⁸⁰W (0,135% în greutate), ¹⁸²W (26,41%), ¹⁸³W (14,4%), ¹⁸⁴W (30,64%) și ¹⁸⁶W (28,41%). Valența tungstenului este variabilă și corespunde întotdeauna unui număr de la 2 la 6 în orice formă de izotop.

Până în 2016 era deja cunoscut treizeci și șase de om forme artificiale de radionuclizi identificate tungsten cu numere de masă: 157hellip-179, 181, 185, 187hellip- 197. Deschideți tungsten radioactivitatea în mod natural a fost în 2003, dar rata este extrem de scăzută, ceea ce corespunde la aproximativ două descompuneri pe gram pe an, iar starea acestei degradări servește activitate alfa - metal.

În concluzie

Cel mai refractar dintre metalele existente în prezent este tungstenul. Proprietățile inerente pot să-și găsească locul într-o gamă largă de activități industriale umane, începând cu ingineria și încheind cu protecție împotriva expunerii. Metalul a fost deschis, aproximativ, de două ori, cu o diferență de doi ani, dar nici frații Scheele, nici frații Eluard nu au meritat în mod special creditul pentru descoperirea lui. Valența tungstenului este variabilă și are o valoare de la doi la șase, dar, așa cum am menționat mai devreme, forma cea mai stabilă are o a șasea valență. Foarte rezistent la coroziune, poate să reacționeze cu alcaline și să se dizolve într-un amestec de acizi fluorhidric și azotic.

Formele de wolfram sunt împărțite într-un număr mare de specii, în conformitate cu metoda de execuție, forma în care se află metalul și zona de aplicare a acestuia. Există multe forme ale izotopului său, iar elementul însuși în natură are o proprietate radioactivă slab exprimată și se descompune foarte încet. Baza pentru multe detalii și piese de schimb, cele mai diverse echipamente și echipamente folosite de om, este tocmai tungstenul. Prețul chiar și pentru un kilogram de metal este destul de ridicat, dar totuși nu reduce cererea pentru el, deoarece calitățile acestuia corespund costului pe care îl solicită.