Proprietăți chimice ale tungstenului. Caracteristici și aplicații ale tungstenului

Tungstenul este un element chimic al sistemului periodic al lui Mendeleev, care aparține grupului VI. În natură, tungsten se găsește sub forma unui amestec de cinci izotopi. În forma obișnuită și în condiții obișnuite, este un metal solid de culoare gri-argintiu. Este, de asemenea, cel mai refractar din toate metalele.

Proprietăți de bază ale tungstenului

Tungsten este un metal care are proprietăți fizice și chimice remarcabile. Aproape toate ramurile producției moderne folosesc tungsten. Formula sa este de obicei exprimată sub forma unui oxid metalic - WO₃. Tungstenul este considerat cel mai rezistent la metale. Se presupune că doar syborgy poate fi chiar mai refractar. Dar cu siguranță acest lucru nu poate fi confirmat încă, deoarece siborgia are un timp foarte scurt de existență.

Acest metal are proprietăți fizice și chimice speciale. Tungsten are o densitate de 19300 kg / m³, punctul său de topire este 3410 ° C. În acest parametru, acesta este al doilea după carbon - grafit sau diamant. În natură, tungstenul are loc sub forma a cinci izotopi stabili. Numerele lor de masă se situează între 180 și 186. Tungsten are valența a 6-a, iar în compuși poate fi 0, 2, 3, 4 și 5. Metalul are de asemenea un nivel suficient de ridicat de conductivitate termică. Pentru tungsten, această cifră este de 163 W / (m * deg). Prin această proprietate depășește chiar și compușii ca aliajele de aluminiu. Masa tungstenului se datorează densității sale, care este egală cu 19 kg / m³. Gradul de oxidare a tungstenului variază de la +2 la +6. În gradele superioare ale oxidării sale, metalul are proprietăți acide, iar în cele mai mici - proprietățile de bază.

În acest caz, aliajele compușilor cu tungsten inferiori sunt considerate instabile. Cele mai persistente sunt compuși cu un grad de +6. Acestea prezintă cele mai multe proprietăți chimice ale metalelor. Tungsten are proprietatea de a forma cu ușurință complexe. Dar tungstenul metalic este de obicei foarte rezistent. Începe să interacționeze cu oxigenul numai la o temperatură de +400 ° C. Câmpul de cristal al tungstenului se referă la tipul de corp cubic centrat.

Interacțiunea cu alte substanțe chimice

Dacă se amestecă tungsten cu fluor uscat, este posibil să se obțină un compus numit "hexafluorid", care se topește deja la o temperatură de 2,5 ° C și se fierbe la temperatura de 19,5 ° C. O substanță similară se obține prin combinarea tungstenului cu clorul. Dar pentru o astfel de reacție este necesară o temperatură suficient de ridicată de aproximativ 600 ° C. Cu toate acestea, substanța rezistă ușor efectului distructiv al apei și practic nu suferă modificări în frig. Tungstenul este un metal care nu produce o reacție de dizolvare în alcalii fără oxigen. Cu toate acestea, se dizolvă rapid într-un amestec de HNO₃ și HF. Cel mai important dintre compușii chimici ai tungstenului este trioxidul său WO₃, H₂WO₄ - acidul tungstic, precum și sărurile derivate ale acestuia - tungstate.

Putem considera unele dintre proprietățile chimice ale tungstenului cu ecuațiile de reacție. De exemplu, formula WO₃ + 3H₂ = W + 3H₂O. În el, metalul de tungsten este redus de oxid, proprietatea lui de interacțiune cu hidrogenul se manifestă. Această ecuație reflectă procesul de obținere a tungstenului din trioxidul său. Formula următoare indică o astfel de proprietate ca insolubilitatea practică a tungstenului în acizi: W + 2HNO3 + 6HF = WF6 + 2NO + 4H2O. Una dintre cele mai remarcabile substanțe care conțin tungsten este carbonilul. Produce acoperiri dense și ultra-subțiri de tungsten pur.

Istoria descoperirii

Tungsten este un metal care a primit numele din limba latină. În traducere, acest cuvânt înseamnă "spumă lup". Un nume neobișnuit a apărut din cauza comportamentului metalului. Însoțind minereul de staniu extras, tungstenul a împiedicat eliberarea de staniu. Din cauza procesului de topire s-au format numai zguri. Despre acest metal a spus că "mănâncă staniu, ca un lup mănâncă o oaie". Pentru mulți, mă întreb cine a descoperit elementul chimic al tungstenului?

Această descoperire științifică a fost făcută simultan în două locuri de către diverși oameni de știință, independent unul de celălalt. În 1781 un chimist din Suedia Scheele a primit așa-numita "piatră grea", efectuând experimente cu acid azotic și scheelit. În 1783, frații de chimie din Spania, numit Eluar, au anunțat, de asemenea, descoperirea unui nou element. Mai exact, au descoperit oxid de wolfram, dizolvat în amoniac.

Aliaje cu alte metale

În prezent se disting aliajele de tungsten monofazate și multifazate. Ele conțin unul sau mai multe elemente străine. Cel mai cunoscut compus este un aliaj de tungsten și molibden. Adăugarea de molibden dă rezistență la tungsten atunci când este întinsă. De asemenea, la categoria aliajelor monofazate fac parte compușii de tungsten cu titan, hafniu, zirconiu. Cea mai mare plasticitate a tungstenului este dată de reniu. Cu toate acestea, practic utilizarea unui astfel de aliaj este un proces destul de laborios, deoarece reniul este foarte greu de extras.

Deoarece tungstenul este unul dintre materialele cele mai refractare, nu este o sarcină ușoară de a obține aliaje de tungsten. Când metalul începe să fiarbă, ceilalți deja trec în stare lichidă sau gazoasă. Dar oamenii de știință moderni știu cum să facă aliajele cu ajutorul procesului de electroliză. Aliajele care conțin tungsten, nichel și cobalt sunt folosite pentru a aplica un strat de protecție materialelor instabile.

În industria metalurgică modernă, aliajele sunt obținute și cu ajutorul unei pulberi de tungsten. Pentru ao crea, sunt necesare condiții speciale, inclusiv crearea unui mediu de vid. Datorită anumitor caracteristici ale interacțiunii tungstenului cu alte elemente, metalurgiștii preferă să creeze aliaje care nu au caracteristici în două faze, ci cu utilizarea a 3, 4 sau mai multe componente. Aceste aliaje sunt deosebit de puternice, dar cu respectarea strictă a formulelor. Cu cea mai mică deviere a componentelor procentuale, aliajul poate fi fragil și impropriu utilizării.

Tungsten este un element utilizat în inginerie

Din acest metal, filamentele sunt fabricate din becuri obișnuite. La fel ca tuburile pentru mașinile cu raze X, componentele cuptoarelor cu vid, care ar trebui utilizate la temperaturi extrem de ridicate. Oțelul, care include tungsten, are un nivel foarte ridicat de rezistență. Astfel de aliaje sunt utilizate pentru fabricarea sculelor într-o varietate de domenii: pentru puțuri de foraj, în medicină și în construcții de mașini.

Principalul avantaj al îmbinării oțelului și tungstenului este rezistența la uzură, probabilitatea scăzută de deteriorare. Cel mai renumit în construcția aliajului de tungsten se numește "câștiga". De asemenea, acest element este utilizat pe scară largă în industria chimică. Prin adăugarea sa, creați vopsele, pigmenți. Oxidul de tungsten 6 a fost utilizat în special în acest domeniu, fiind utilizat pentru producerea de carburi și halogenuri de tungsten. Un alt nume pentru această substanță este trioxidul tungsten. Oxid de tungsten 6 este utilizat ca pigment galben în vopselele pentru ceramică și produse din sticlă.

Ce sunt aliajele grele?

Toate aliajele bazate pe tungsten, care au o densitate mare, se numesc grele. Ele sunt obținute numai prin metodele de metalurgie pulberi. Tungstenul este întotdeauna baza aliajelor grele, unde conținutul său poate fi de până la 98%. În plus față de acest metal, nichelul, cuprul și fierul sunt adăugate la aliajele grele. Cu toate acestea, ele pot include crom, argint, cobalt, molibden. Cele mai populare au fost aliajele VMZ (fierul-wolfram-nichel-fier) ​​și VNM (tungsten-nichel-copper). Nivelul ridicat de densitate al acestor aliaje le permite să absoarbă radiații gamma periculoase. Dintre acestea, sunt fabricate volante de roți, contacte electrice, rotoare pentru giroscoape.

Carbură de tungsten

Aproximativ jumătate din tungsten este utilizat pentru fabricarea metalelor puternice, în special a carburii de tungsten, care are un punct de topire de 2770 ° C. Carbura de tungsten este un compus chimic care conține un număr egal de atomi de carbon și tungsten. Acest aliaj are proprietăți chimice speciale. Tungsten îi conferă o rezistență care, conform acestui indice, depășește jumătate din oțel.

Carbura de tungsten este utilizată pe scară largă în industrie. Produce obiecte de tăiere, care trebuie să fie foarte rezistente la temperaturi ridicate și abraziune. De asemenea, din acest element sunt fabricate:

• Detalii despre aeronave, motoare de autoturisme.
• Detalii pentru nave spațiale.
• Instrumente medicale chirurgicale utilizate în domeniul chirurgiei cavitare. Astfel de instrumente sunt mai scumpe decât oțelul medical convențional, dar ele sunt mai productive.
• Bijuterii, in special inele de logodna. O astfel de popularitate a tungstenului este asociată cu puterea sa, care pentru nunta simbolizează forța relației, precum și aspectul. Caracteristicile tungstenului într-o formă lustruită sunt de așa natură încât păstrează un aspect oglindă, strălucitor pentru o perioadă foarte lungă de timp.
• Bile pentru pixuri de lux.

Win aliaj de tungsten

În cea de-a doua jumătate a anilor 1920, aliajele au început să fie produse în multe țări pentru tăierea uneltelor realizate din carburi de tungsten și cobalt metalic. În Germania, un astfel de aliaj era numit vidia, în Statele - carbol. În Uniunea Sovietică un astfel de aliaj era numit "câștig". Aceste aliaje s-au dovedit a fi excelente pentru prelucrarea produselor din fontă. Câștigătorul este un aliaj metal-ceramic cu un nivel extrem de ridicat de rezistență. Este realizat sub formă de plăci de diferite forme și mărimi.

Procesul de fabricație este câștigat de următoarele: luați o pulbere de carbură de tungsten, o pulbere fină de nichel sau cobalt și totul este amestecat și presat în forme speciale. Plăcile astfel comprimate sunt supuse unui tratament suplimentar de temperatură. Acest lucru oferă un aliaj foarte dur. Aceste plăci sunt utilizate nu numai pentru tăierea fontei, ci și pentru fabricarea uneltelor de foraj. Plăcile de la cei câștigați sunt sudați la echipamentul de foraj folosind cupru.

Prevalența tungstenului în natură

Acest metal este foarte rar în mediul înconjurător. După toate elementele, ocupă locul 57 și este conținut sub formă de tungsten clark. De asemenea, metalul formează minerale - scheelită și wolframite. Tungstenul migrează în apele subterane fie sub forma ionului său propriu, fie sub forma tuturor compușilor. Dar concentrația sa cea mai mare în apele subterane este neglijabilă. Ea reprezintă sute de mg / l și practic nu își modifică proprietățile chimice. Tungsten poate intra, de asemenea, în rezervoarele naturale din scurgerile de fabrici și fabrici.

Influența asupra corpului uman

Tungsten practic nu intră în corp cu apă sau alimente. Este posibil să existe riscul inhalării particulelor de tungsten împreună cu aerul la locul de muncă. Cu toate acestea, în ciuda apartenenței la categoria metalelor grele, tungstenul nu este toxic. Tunderea otrăvurilor se produce numai la cei care sunt asociați cu producția de tungsten. În acest caz, gradul de influență al metalului asupra corpului este diferit. De exemplu, pudra de tungsten, carbură de tungsten și o substanță cum ar fi anhidritul acidului tungstic poate provoca leziuni pulmonare. Simptomele sale principale sunt stare generală de rău, febră. Mai multe simptome severe apar atunci când aliajele de tungsten sunt otrăvite. Aceasta se întâmplă când se inhalează praful de aliaje și duce la bronșită, pneumococroză.

Tungstenul metalic, care intră în corpul uman, nu este absorbit în intestin și este eliminat treptat. Compușii de wolfram, solubili, pot prezenta un pericol major. Ele sunt depuse în splină, oase și piele. Cu expunerea prelungită la compușii de tungsten, pot apărea simptome precum unghiile fragile, peelingul pielii, diverse tipuri de dermatită.

Rezervele de tungsten din diferite țări

Cele mai mari resurse de tungsten se găsesc în Rusia, Canada și China. Conform previziunilor oamenilor de știință, aproximativ 943 mii tone de metal sunt situate pe teritoriile naționale. Dacă credeți că aceste estimări, marea majoritate a rezervelor se află în Siberia de Sud și Orientul Îndepărtat. Foarte puțin este cota resurselor dovedite - este doar aproximativ 7%.

În funcție de numărul depozitelor explorate de tungsten, Rusia este a doua doar în China. Cele mai multe dintre acestea sunt situate în regiunile Kabardino-Balkaria și Buryatia. Dar în aceste depozite nu se produce tungsten pur, dar minereurile sale conțin și molibden, aur, bismut, telur, scandiu și alte substanțe. Două treimi din volumul de tungsten obținut din sursele recunoscute sunt închise în minereurile îmbogățite cu duritate, în care mineralul care conține tungsten principal este scheelitul. Ponderea minereurilor care îmbogățesc lumina reprezintă doar o treime din producția totală. Caracteristicile tungstenului produse în Rusia sunt mai mici decât în ​​alte țări. Minerele conțin un procent mare de trioxid de tungsten. În Rusia există foarte puține depozite metalice. Nisipurile de tungsten sunt, de asemenea, de calitate scăzută, cu un număr mare de oxizi.

Tungsten în economie

Producția globală de tungsten a început să crească aproximativ în 2009, când industria asiatică a început să se redreseze. Cel mai mare producător de tungsten rămâne China. De exemplu, în 2013, ponderea producției din această țară a reprezentat 81% din oferta mondială. Aproximativ 12% din cererea de tungsten este asociată cu producția de echipamente de iluminat. Conform previziunilor experților, utilizarea tungstenului în această sferă va fi redusă pe fondul aplicării lămpilor cu LED și a lămpilor fluorescente, atât în ​​condiții interne, cât și în producție.

Se crede că va exista o cerere tot mai mare de tungsten în producția de echipamente electronice. Rezistența ridicată la uzură a tungstenului și capacitatea sa de a rezista la electricitate fac acest metal cel mai potrivit pentru producția de regulatoare de tensiune. Cu toate acestea, din punct de vedere al volumului, această cerere rămâne nesemnificativă și se crede că până în 2018 va crește cu numai 2%. Cu toate acestea, în conformitate cu previziunile oamenilor de știință, în viitorul apropiat ar trebui să existe o creștere a cererii de carbură cimentată. Acest lucru se datorează creșterii producției auto din SUA, Chinei, Europei, precum și creșterii industriei miniere. Se crede că până în 2018 cererea de tungsten va crește cu 3,6%.