Tungsten - hva er det? Oksydasjonstilstanden til wolfram. Bruk av wolfram

2024 Forfatter: Angel Austin | [email protected]. Sist endret: 2023-12-17 05:37

Tungsten er et kjemisk grunnstoff med atomnummer 74. Dette tungmetallet fra stålgrå til hvitt er svært slitesterkt, noe som gjør det rett og slett uerstattelig i mange tilfeller. Smeltepunktet er høyere enn for noe annet metall, og derfor brukes det som filamenter i glødelamper og varmeelementer i elektriske ovner (for eksempel zirkonium-wolframlegering). Grunnstoffets kjemi gjør at det kan brukes som katalysator. Den eksepsjonelle hardheten gjør den egnet for bruk i "høyhastighetsstål" som gjør at materialer kan kuttes ved høyere hastigheter enn karbonstål og i høytemperaturlegeringer. Wolframkarbid, en forbindelse av grunnstoffet med karbon, er et av de hardeste stoffene som er kjent og brukes til å lage frese- og dreieverktøy. Kalsium- og magnesiumwolframater er mye brukt i fluorescerende lamper, og wolframoksider er mye brukt i maling og keramiske glasurer.

Oppdagelseshistorikk

Eksistensen av dette kjemiske elementet ble først antydet i 1779 av Peter Woolf, da han undersøkte mineralet wolframitt og kom tilkonklusjonen om at den må inneholde et nytt stoff. I 1781 slo Carl Wilhelm Scheele fast at en ny syre kunne fås fra wolframitt. Scheele og Thorburn Bergman foreslo å vurdere muligheten for å få et nytt metall ved å redusere denne syren, k alt wolframsyre. I 1783 fant to brødre, José og Fausto Elguiar, en syre i wolframitt som var identisk med wolframsyre. Samme år klarte brødrene å isolere wolfram fra den ved å bruke trekull.

Under andre verdenskrig spilte dette kjemiske elementet en stor rolle. Metallets motstand mot høye temperaturer, så vel som den ekstreme styrken til legeringene, gjorde wolfram til det viktigste råmaterialet for militærindustrien. De krigførende legger press på Portugal som hovedkilden til wolframitt i Europa.

Å være i naturen

I naturen forekommer elementet i wolframitt (FeWO₄/MnWO₄), scheelite (CaWO_{4)), ferberitt og hübneritt. Viktige forekomster av disse mineralene finnes i USA i California og Colorado, i Bolivia, Kina, Sør-Korea, Russland og Portugal. Omtrent 75 % av verdens wolframproduksjon er konsentrert i Kina. Metallet oppnås ved å redusere oksidet med hydrogen eller karbon.}

Verdensreserver er estimert til 7 millioner tonn. Det antas at 30 % av dem er forekomster av wolframitt og 70 % av scheelitt. Foreløpig er utviklingen deres ikke økonomisk levedyktig. På dagens forbruksnivå vil disse reservene vare bare 140 år. Nok en verdifull kildewolfram er en gjenvinning av skrapmetall.

Nøkkelfunksjoner

Wolfram er et kjemisk grunnstoff som er klassifisert som et overgangsmetall. W-symbolet kommer fra det latinske ordet wolframium. I det periodiske systemet er det i gruppe VI mellom tantal og rhenium.

I sin reneste form er wolfram et hardt materiale som varierer i farge fra stålgrå til tinnhvitt. Med urenheter blir metallet sprøtt og vanskelig å jobbe med, men hvis de er fraværende, kan det kuttes med en baufil. I tillegg kan den smides, rulles og tegnes.

Tungsten er et kjemisk grunnstoff hvis smeltepunkt er det høyeste blant alle metaller (3422 °C). Den har også det laveste damptrykket. Den har også den høyeste strekkfastheten ved T> 1650 °C. Elementet er ekstremt motstandsdyktig mot korrosjon og angripes kun i liten grad av mineralsyrer. Ved kontakt med luft dannes et beskyttende oksidlag på metalloverflaten, men wolfram oksideres fullstendig ved høye temperaturer. Når det tilsettes i små mengder til stål, øker hardheten dramatisk.

Isotopes

I naturen består wolfram av fem radioaktive isotoper, men de har så lang halveringstid at de kan anses som stabile. Alle av dem forfaller til hafnium-72 med utslipp av alfapartikler (tilsvarende helium-4-kjerner). Alfa-forfall observeres bare i ¹⁸⁰W, den letteste og sjeldneste av disseisotoper. I gjennomsnitt forekommer to alfa-forfall i 1 g naturlig wolfram per år ¹⁸⁰W.

I tillegg er 27 kunstige radioaktive isotoper av wolfram beskrevet. Den mest stabile av disse er ¹⁸¹W med en halveringstid på 121,2 dager, ¹⁸⁵W (75,1 dager), ¹⁸⁸ W (69, 4 dager) og ¹⁷⁸W (21, 6 dager). Alle andre kunstige isotoper har en halveringstid på mindre enn en dag, og de fleste av dem er under 8 minutter. Tungsten har også fire "metastabile" tilstander, hvorav den mest stabile er ^179mW (6,4 min).

Connections

I kjemiske forbindelser endres wolframoksidasjonstilstanden fra +2 til +6, hvorav +6 er den vanligste. Grunnstoffet binder seg typisk med oksygen for å danne gult trioksid (WO₃), som løses opp i vandige alkaliske løsninger som wolframationer (WO₄₂₋).

Application

Fordi wolfram har et veldig høyt smeltepunkt og er formbart (kan trekkes inn i tråd), er det mye brukt som glødetråden til glødelamper og vakuumlamper, samt i varmeelementene i elektriske ovner. I tillegg tåler materialet ekstreme forhold. En av de kjente bruksområdene er gassskjermet wolframbuesveising.

Eksepsjonelt hardt, wolfram er en ideell komponent for tunge våpenlegeringer. Høy tetthet brukes i kettlebells,motvekter og ballastkjøler for yachter, samt i dart (80-97%). Høyhastighetsstål, som kan kutte materiale ved høyere hastigheter enn karbonstål, inneholder opptil 18 % av dette stoffet. Turbinblader, slitedeler og belegg bruker "superlegeringer" som inneholder wolfram. Dette er varmebestandige, svært motstandsdyktige legeringer som fungerer ved høye temperaturer.

Den termiske utvidelsen av et kjemisk element ligner på borosilikatglass, så det brukes til å lage glass-til-metall-forseglinger. Kompositter som inneholder wolfram er en utmerket erstatning for bly i kuler og hagl. I legeringer med nikkel, jern eller kobolt lages slagprosjektiler av det. Som en kule brukes kinetisk energi til å treffe et mål. I integrerte kretser brukes wolfram for å lage forbindelser til transistorer. Noen typer musikkinstrumentstrenger er laget av wolframtråd.

Bruker tilkoblinger

Den eksepsjonelle hardheten til wolframkarbid (W₂C, WC) gjør det til det vanligste materialet for frese- og dreieverktøy. Det brukes i metallurgisk, gruvedrift, olje- og konstruksjonsindustri. Wolframkarbid brukes også til å lage smykker, da det er allergivennlig og ikke har en tendens til å miste glansen.

Glasur er laget av oksidene. Tungsten "bronse" (såk alt på grunn av fargen på oksidene) brukes i maling. Magnesium og kalsium wolframater brukes i fluorescerendelamper. Krystallinsk wolfram fungerer som en scintillasjonsdetektor innen nukleærmedisin og fysikk. S alter brukes i kjemisk industri og lærindustri. Tungstendisulfid er et høytemperaturfett som tåler 500°C. Noen forbindelser som inneholder wolfram brukes i kjemi som katalysatorer.