Главная

Статьи

вольфрам

  1. Місце народження [ правити | правити код ]
  2. Металевий вольфрам [ правити | правити код ]
  3. З'єднання вольфраму [ правити | правити код ]
  4. Інші сфери застосування [ правити | правити код ]
  5. ринок вольфраму [15] [ правити | правити код ]

вольфрам ← Тантал | реній → Тугоплавкий міцний метал, сталевого кольору або білий вольфрам ← Тантал | реній → Тугоплавкий міцний метал, сталевого кольору або білий Назва, символ, номер Вольфрам / Wolframium (W), 74 атомна маса ( молярна маса ) 183,84 (1) [1] а Назва, символ, номер Вольфрам / Wolframium (W), 74 атомна маса
( молярна маса ) 183,84 (1) [1] а. е. м. ( г / моль ) Електронна конфігурація [Xe] 4f14 5d4 6s2 радіус атома 141 пм ковалентний радіус 170 пм радіус іона (+ 6e) 62 (+ 4e) 70 пм електронегативність 2,3 (шкала Полінга) електродний потенціал W ← W3 + 0,11 В
W ← W6 + 0,68 В ступені окислення 6, 5, 4, 3, 2, 0 енергія іонізації
(Перший електрон) 769,7 (7,98) кДж / моль ( еВ ) щільність (при н. у. ) 19,25 [2] г / см³ Температура плавлення 3695 K (3422 ° C, 6192 ° F) [2] Температура кипіння 5828 K (5555 ° C, 10031 ° F) [2] Уд. теплота плавлення 285,3 кДж / кг
52,31 [3] [4] кДж / моль Уд. теплота випаровування 4482 кДж / кг 824 кДж / моль Питома теплоємність 24,27 [5] Дж / (K моль) молярний об'єм 9,53 см ³ / моль Структура ґратки кубічна
об'емноцентрірованная параметри решітки 3,160 Å температура Дебая 310 K теплопровідність (300 K) 162,8 [6] Вт / (м · К) номер CAS 7440-33-7 74

вольфрам

4f145d46s2

вольфрам - хімічний елемент з атомним номером 74 в Періодичної системі хімічних елементів Д. І. Менделєєва , Позначається символом W ( лат. Wolframium). при нормальних умовах являє собою твердий блискучий сріблясто-сірий перехідний метал [5] .

Вольфрам - найтугоплавкіший з металів . Більш високу температуру плавлення має тільки неметаллический елемент - вуглець , Але він існує в рідкому вигляді тільки при високому тиску. При стандартних умовах вольфрам хімічно стійок.

Назва Wolframium перейшло на елемент з мінералу вольфрамит , Відомого ще в XVI в. під назвою «вовча піна» - лат. spuma lupi або ньому. Wolf Rahm [5] [7] . Назва було пов'язано з тим, що вольфрам, супроводжуючи олов'яні руди, заважав виплавці олова , Переводячи його в піну шлаків ( «пожирав олово як вовк вівцю»).

В англійською і французькому мовах вольфрам називається tungsten (від швед. tung sten - «важкий камінь»). В 1781 році знаменитий шведський хімік Карл Шеєле , Обробляючи азотною кислотою мінерал шеелит , Отримав жовтий «важкий камінь» (триоксид вольфраму) [ Джерело не вказано 2348 днів ]. В 1783 році іспанські хіміки брати Елюар повідомили про отримання з саксонського мінералу вольфраміту як розчинної в аміаку жовтої окису нового металу, так і самого металу [ Джерело не вказано 2348 днів ]. При цьому один з братів, Фаусто, був в Швеції в 1781 році і спілкувався з Шеєле. Шеєле не претендував на відкриття вольфраму, а брати Елюар не наполягали на своєму пріоритеті.

Кларк вольфраму земної кори становить (по Виноградову) 1,3 г / т (0,00013% за вмістом у земній корі). Його середній вміст в гірських породах, г / т: ультраосновних - 0,1, основних - 0,7, середніх - 1,2, кислих - 1,9.

Вольфрам зустрічається в природі головним чином у вигляді окислених складних з'єднань, утворених трехокиси вольфраму WO3 з оксидами заліза і марганцю або кальцію, а іноді свинцю, міді, торію і рідкісноземельних елементів. Промислове значення мають вольфрамит (вольфрамат заліза і марганцю n FeWO4 · m MnWO4 - відповідно, ферберит і Гюбнера ) і шеелит ( вольфрамат кальцію CaWO4). Вольфрамові мінерали зазвичай вкраплені в гранітні породи, так що середня концентрація вольфраму становить 1-2%.

Місце народження [ правити | правити код ]

Найбільш великими запасами володіють Казахстан , Китай , Канада і США ; відомі також родовища в Болівії , Португалії , Росії , Узбекистані і Південній Кореї . Світове виробництво вольфраму становить 49-50 тисяч тонн на рік, в тому числі в Китаї 41, Росії 3,5; Казахстані 0,7, Австрії 0,5. Основні експортери вольфраму: Китай, Південна Корея, Австрія . Головні імпортери: США, Японія , Німеччина , Великобританія .
Також є родовища вольфраму в Вірменії та інших країнах.

Процес отримання вольфраму проходить через підстадій виділення триоксиду WO3 з рудних концентратів і подальшому відновленні до металевого порошку воднем при температурі бл. 700 ° C. Через високу температуру плавлення вольфраму для отримання компактної форми використовуються методи порошкової металургії : Отриманий порошок пресують, спекают в атмосфері водню при температурі 1200-1300 ° C, потім пропускають через нього електричний струм . Метал нагрівається до 3000 ° C, при цьому відбувається спікання в монолітний матеріал. Для подальшого очищення і отримання монокристаллической форми використовується зонне плавлення .

Вольфрам - блискучий світло-сірий метал , Який має найвищі доведені температури плавлення і кипіння (передбачається, що Сиборгом ще більш тугоплавок, але поки що про це твердо стверджувати не можна - час існування Сиборгом дуже мало). Температура плавлення - 3695 K (3422 ° C), кипить при 5828 K (5555 ° C) [2] . Щільність чистого вольфраму становить 19,25 г / см³ [2] . володіє парамагнітним властивостями ( магнітна сприйнятливість 0,32⋅10-9). Твердість по Брінеллю 488 кг / мм, питомий електричний опір при 20 ° C - 55⋅10-9 Ом · м, при 2700 ° C - 904⋅10-9 Ом · м. Швидкість звуку в відпаленого вольфрамі 4290 м / с.

Вольфрам є одним з найбільш важких, твердих і тугоплавких металів [5] . У чистому вигляді являє собою метал сріблясто-білого кольору, схожий на платину, при температурі близько 1600 ° C добре піддається куванні і може бути витягнуть в тонку нитку. Метал має високу стійкість у вакуумі [8] .

виявляє валентність від 2 до 6. Найбільш стійкий 6-валентний вольфрам. 3- і 2-валентні з'єднання вольфраму нестійкі і практичного значення не мають.

Вольфрам має високу корозійну стійкість: при кімнатній температурі не змінюється на повітрі; при температурі червоного розжарювання повільно окислюється в оксид вольфраму (VI). Вольфрам в ряді напруг варто відразу після водню , І в соляній, розведеної сірчаної і плавикової кислотах майже нерозчинний. В азотній кислоті і царській горілці окислюється з поверхні. Розчиняється в перекису водню.

Легко розчиняється в суміші азотної і плавикової кислот [9] :

2 W + 4 HNO 3 + 10 HF ⟶ WF 6 + WOF 4 + 4 NO ↑ + 7 H 2 O {\ displaystyle {\ mathsf {2W + 4HNO_ {3} + 10HF \ longrightarrow WF_ {6} + WOF_ {4} + 4NO \ uparrow + 7H_ {2} O}}} 2 W + 4 HNO 3 + 10 HF ⟶ WF 6 + WOF 4 + 4 NO ↑ + 7 H 2 O {\ displaystyle {\ mathsf {2W + 4HNO_ {3} + 10HF \ longrightarrow WF_ {6} + WOF_ {4} + 4NO \ uparrow + 7H_ {2} O}}}

Реагує з розплавленими лугами в присутності окислювачів [10] :

2 W + 4 N a OH + 3 O 2 ⟶ 2 N a 2 WO 4 + 2 H 2 O {\ displaystyle {\ mathsf {2W + 4NaOH + 3O_ {2} \ longrightarrow 2Na_ {2} WO_ {4} + 2H_ {2} O}}} 2 W + 4 N a OH + 3 O 2 ⟶ 2 N a 2 WO 4 + 2 H 2 O {\ displaystyle {\ mathsf {2W + 4NaOH + 3O_ {2} \ longrightarrow 2Na_ {2} WO_ {4} + 2H_ {2} O}}} W + 2 N a OH + 3 N a NO 3 ⟶ N a 2 WO 4 + 3 N a NO 2 + H 2 O {\ displaystyle {\ mathsf {W + 2NaOH + 3NaNO_ {3} \ longrightarrow Na_ {2} WO_ {4} + 3NaNO_ {2} + H_ {2} O}}} W + 2 N a OH + 3 N a NO 3 ⟶ N a 2 WO 4 + 3 N a NO 2 + H 2 O {\ displaystyle {\ mathsf {W + 2NaOH + 3NaNO_ {3} \ longrightarrow Na_ {2} WO_ {4} + 3NaNO_ {2} + H_ {2} O}}}

Спочатку дані реакції йдуть повільно, проте при досягненні 400 ° C (500 ° C для реакції за участю кисню) вольфрам починає саморазогреваться, і реакція протікає досить бурхливо, з утворенням великої кількості тепла.

Розчиняється в суміші азотної і плавикової кислоти, утворюючи гексафторвольфрамовую кислоту H2 [WF6]. З сполук вольфраму найбільше значення мають: триоксид вольфраму або вольфрамовий ангідрид, вольфрамати, перекисні сполуки із загальною формулою Me2WOX, а також сполуки з галогенами, сіркою і вуглецем. Вольфрамати схильні до утворення полімерних аніонів , В тому числі гетерополисоединений з включенням інших перехідних металів.

Головне застосування вольфраму - як основа тугоплавких матеріалів в металургії.

Металевий вольфрам [ правити | правити код ]

  • Тугоплавкість і пластичність вольфраму роблять його незамінним для ниток розжарювання в освітлювальних приладах , А також в кинескопах та інших вакуумних трубках.
  • Завдяки високій щільності вольфрам є основою важких сплавів , Які використовуються для противаг, бронебійних сердечників подкалиберних і стреловидних оперених снарядів артилерійських знарядь, сердечників бронебійних куль і надшвидкісних роторів гіроскопів для стабілізації польоту балістичних ракет (До 180 тис. Об / хв).
  • Вольфрам використовують в якості електродів для аргонно-дугового зварювання .
  • Сплави вольфраму, з огляду на його високу температуру плавлення, отримують методом порошкової металургії. Сплави, що містять вольфрам, відрізняються жароміцних, кислотостойкостью, твердістю і стійкістю до стирання. З них виготовляють хірургічні інструменти (сплав « Амалія »), Танкову броню, оболонки торпед і снарядів, найбільш важливі деталі літаків і двигунів, контейнери для зберігання радіоактивних речовин. Вольфрам - важливий компонент кращих марок інструментальних сталей .
  • Вольфрам застосовується у високотемпературних вакуумних печах опору в якості нагрівальних елементів. Сплав вольфраму та ренію застосовується в таких печах в якості термопари .
  • Висока щільність вольфраму робить його зручним для захисту від іонізуючого випромінювання. Незважаючи на велику щільність в порівнянні з традиційним і більш дешевим свинцем, захист з вольфраму виявляється менш важкою при рівних захисні властивості [11] або більш ефективною при рівній вазі [12] . Через тугоплавкости і твердості вольфраму, що ускладнюють його обробку, в таких випадках використовуються більш пластичні сплави вольфраму з додаванням нікелю , заліза , міді та ін. [13] або суспензія порошкоподібного вольфраму (або його з'єднань) в полімерній основі [14] .

З'єднання вольфраму [ правити | правити код ]

  • Для механічної обробки металів та неметалевих конструкційних матеріалів в машинобудуванні ( точіння , фрезерування , стругання , довбання ), буріння свердловин, в гірничодобувній промисловості широко використовуються тверді сплави і композитні матеріали на основі карбіду вольфраму (Наприклад, переможе , Що складається з кристалів WC в кобальтовою матриці; широко застосовуються в Росії марки - ВК2, ВК4, ВК6, ВК8, ВК15, ВК25, Т5К10, Т15К6, Т30К4), а також сумішей карбіду вольфраму , карбіду титану , карбіду танталу (Марки ТТ для особливо важких умов обробки, наприклад, довбання і стругання поковок з жароміцних сталей і перфораторное ударно-поворотне буріння міцного матеріалу). Широко використовується як легуючий елемент (часто спільно з молібденом) в сталях і сплавах на основі заліза. Високолегована сталь, що відноситься до класу «швидкоріжуча», з маркуванням, що починається на букву Р, практично завжди містить вольфрам.
  • сульфід вольфраму WS2 застосовується як високотемпературна (до 500 ° C) мастило .

Інші сфери застосування [ правити | правити код ]

штучний радіонуклід 185W використовується в якості радіоактивності при дослідженнях речовини. Стабільний 184W використовується як компонент сплавів з ураном-235 , Що застосовуються в твердофазних ядерних ракетних двигунах , Оскільки це єдиний з поширених ізотопів вольфраму, що має низький перетин захоплення теплових нейтронів (Близько 2 барн ).

ринок вольфраму [15] [ правити | правити код ]

Ціни на металевий вольфрам (вміст елемента близько 99%) на кінець 2010 року становили близько 40-42 доларів США за кілограм, в травні 2011 року становили близько 53-55 доларів США за кілограм. Напівфабрикати від 58 USD (прутки) до 168 (тонка смуга). У 2014 році ціни на вольфрам коливалися в діапазоні від 55 до 57 USD.

Вольфрам не відіграє значної біологічної ролі. У деяких архей і бактерій є ферменти , Що включають вольфрам в своєму активному центрі. Існують облігатно-залежні від вольфраму форми архей-гіпертермофіли, що мешкають навколо глибоководних гідротермальних джерел. Присутність вольфраму в складі ферментів може розглядатися як фізіологічний релікт раннього архею - існують припущення, що вольфрам грав роль в ранніх етапах виникнення життя [16] .

пил вольфраму, як і більшість інших видів металевого пилу, дратує органи дихання.

відомі ізотопи вольфраму з масовими числами від 158 до 192 (кількість протонів 74, нейтронів від 84 до 118), і більше 10 ядерних ізомерів . [17]

Природний вольфрам складається з суміші п'яти ізотопів (180W - 0,12 (1)%, 182W - 26,50 (16)%, 183W - 14,31 (4)%, 184W - 30,64 (2)% і 186W - 28,43 (19)% ) [17] . В 2003 відкрита [18] надзвичайно слабка радіоактивність природного вольфраму (приблизно два розпаду на грам елемента в рік), обумовлена α-активністю 180W, що має період напіврозпаду 1,8⋅1018 років [19] .

  1. ↑ Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg, Glenda O'Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang-Kun Zhu. Atomic weights of the elements 2011 року (IUPAC Technical Report) (Англ.) // Pure and Applied Chemistry . - 2013. - Vol. 85, no. 5. - P. 1047-1078. - DOI : 10.1351 / PAC-REP-13-03-02 .
  2. ↑ 1 2 3 4 5 Tungsten: physical properties (Англ.). WebElements. Дата звернення 17 серпня 2013.
  3. ↑ CRC Handbook of Chemistry and Physics / DR Lide (Ed.). - 90th edition. - CRC Press; Taylor and Francis, 2009. - P. 6-134. - 2828 p. - ISBN 1420090844 .
  4. ↑ Див. Огляд вимірювань в: Tolias P. (2017), "Analytical expressions for thermophysical properties of solid and liquid tungsten relevant for fusion applications", arΧiv : 1703.06302
  5. ↑ 1 2 3 4 Редкол.: Кнунянц І. Л. (гл. Ред.). Хімічна енциклопедія: у 5 т . - Москва: Радянська енциклопедія, 1988. - Т. 1. - С. 418. - 623 с. - 100 000 прим.
  6. ↑ Теплофізичні властивості вольфраму
  7. ↑ Велика Радянська Енциклопедія Гл. ред. А. М. Прохоров. - 3-е изд. - М.: Сов. енциклопедії., 1969 - 1978
  8. ↑ Титан - метал майбутнього (Рос.).
  9. ↑ Ріпа Р., Четяну І. Неорганическая хімія. Хімія металів. - М.: Мир, 1972. - Т. 2. - С. 347.
  10. ↑ Ріпа Р., Четяну І. Неорганическая хімія. Хімія металів. - М.: Мир, 1972. - Т. 2. - С. 348.
  11. ↑ Brian Wheeler. Tungsten Shielding Helps at Fukushima Daiichi (неопр.). Power Engineering Magazine (1 липня 2011).
  12. ↑ Murata Taisuke, Miwa Kenta, Matsubayashi Fumiyasu, Wagatsuma Kei, Akimoto Kenta, Fujibuchi Toshioh, Miyaji Noriaki, Takiguchi Tomohiro, Sasaki Masayuki, Koizumi Mitsuru. Optimal radiation shielding for beta and bremsstrahlung radiation emitted by 89Sr and 90Y: validation by empirical approach and Monte Carlo simulations // Annals of Nuclear Medicine. - 2014. - 10 травня (т. 28, № 7). - С. 617-622. - ISSN 0914-7187 . - DOI : 10.1007 / s12149-014-0853-6 . [ виправити ]
  13. ↑ Kobayashi S., Hosoda N., Takashima R. Tungsten alloys as radiation protection materials // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. - 1997. - Травень (т. 390, № 3). - С. 426-430. - ISSN 0168-9002 . - DOI : 10.1016 / S0168-9002 (97) 00392-6 . [ виправити ]
  14. ↑ Soylu HM, Yurt Lambrecht F., Ersöz OA Gamma radiation shielding efficiency of a new lead-free composite material // Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry. - 2015. - 17 березня (т. 305, № 2). - С. 529-534. - ISSN 0236-5731 . - DOI : 10.1007 / s10967-015-4051-3 . [ виправити ]
  15. ↑ за даними "Ціни на вольфрам"
  16. ↑ Федонкін М. А. Звуження геохімічного базису життя і евкаріотізація біосфери: причинний зв'язок // Палеонтологічний журнал. - 2003. - № 6. - С. 33-40
  17. ↑ 1 2 Audi G., Kondev FG, Wang M., Huang WJ, Naimi S. The Nubase2016 evaluation of nuclear properties (Англ.) // Chinese Physics C . - 2017. - Vol. 41, iss. 3. - P. 030001-1-030001-138. - DOI : 10.1088 / 1674-1137 / 41/3/030001 . - Bibcode : 2017ChPhC..41c0001A .
  18. ↑ FA Danevich et al. α activity of natural tungsten isotopes (Англ.) // Phys. Rev. C : Journal. - 2003. - Vol. 67. - P. 014 310. - DOI : 10.1103 / PhysRevC.67.014310 .
  19. ↑ C. Cozzini et al. Detection of the natural α decay of tungsten (Англ.) // Phys. Rev. C : Journal. - 2004. - Vol. 70. - P. 064 606. - DOI : 10.1103 / PhysRevC.70.064606 .

Новости