Вольфрам — самый тугоплавкий из металлов. Более высокую температуру плавления имеет только неметаллический элемент — углерод. При стандартных условиях химически стоек. Название Wolframium перешло на элемент с минерала вольфрамит, известного ещё в XVI в. под названием лат. Spuma lupi («волчья пена») или нем. Wolf Rahm («волчьи сливки», «волчий крем»). Название было связано с тем, что вольфрам, сопровождая оловянные руды, мешал выплавке олова, переводя его в пену шлаков («пожирает олово как волк овцу»).
СТРУКТУРА
Кристалл вольфрама имеет объемноцентрированную кубическую решетку. Кристаллы вольфрама на холоду отличаются малой пластичностью, поэтому в процессе прессования порошка они практически почти не изменяют своей основной формы и размеров и уплотнение порошка происходит главным образом путем относительного перемещения частиц.
В объемно-центрированной кубической ячейке вольфрама атомы располагаются по вершинам и в центре ячейки, т.е. на одну ячейку приходится два атома. ОЦК-структура не является плотнейшей упаковкой атомов. Коэффициент компактности равен 0,68. Пространственная группа вольфрама Im3m.
СВОЙСТВА
Вольфрам является одним из наиболее тяжелых, твердых и самых тугоплавких металлов. В чистом виде представляет собой металл серебристо-белого цвета, похожий на платину, при температуре около 1600 °C хорошо поддается ковке и может быть вытянут в тонкую нить.
Запасы и добыча
Кларк вольфрама земной коры составляет (по Виноградову) 1,3 г/т (0,00013 % по содержанию в земной коре). Его среднее содержание в горных породах, г/т: ультраосновных — 0,1, основных — 0,7, средних — 1,2, кислых — 1,9.
Процесс получения вольфрама проходит через подстадию выделения триоксида WO3 из рудных концентратов и последующем восстановлении до металлического порошка водородом при температуре около 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.
ПРОИСХОЖДЕНИЕ
Вольфрам встречается в природе главным образом в виде окисленных сложных соединений, образованных трехокисью вольфрама WO3 с оксидами железа и марганца или кальция, а иногда свинца, меди, тория и редкоземельных элементов. Промышленное значение имеют вольфрамит (вольфрамат железа и марганца nFeWO4 * mMnWO4 — соответственно, ферберит и гюбнерит) и шеелит (вольфрамат кальция CaWO4). Вольфрамовые минералы обычно вкраплены в гранитные породы, так что средняя концентрация вольфрама составляет 1—2 %.
Наиболее крупными запасами обладают Казахстан, Китай, Канада и США; известны также месторождения в Боливии, Португалии, России, Узбекистане и Южной Корее.
Мировое производство вольфрама составляет 49—50 тысяч тонн в год, в том числе в Китае 41, России 3,5; Казахстане 0,7, Австрии 0,5. Основные экспортёры вольфрама: Китай, Южная Корея, Австрия.
Главные импортёры: США, Япония, Германия, Великобритания.
Также есть месторождения вольфрама в Армении и других странах.
ПРИМЕНЕНИЕ
Вольфрам используют в качестве электродов для аргоно-дуговой сварки. Сплавы, содержащие вольфрам, отличаются жаропрочностью, кислотостойкостью, твердостью и устойчивостью к истиранию. Из них изготовляют хирургические инструменты (сплав «амалой»), танковую броню, оболочки торпед и снарядов, наиболее важные детали самолетов и двигателей, контейнеры для хранения радиоактивных веществ. Вольфрам — важный компонент лучших марок инструментальных сталей. Вольфрам применяется в высокотемпературных вакуумных печах сопротивления в качестве нагревательных элементов. Сплав вольфрама и рения применяется в таких печах в качестве термопары.
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). Широко используется в качестве легирующего элемента (часто совместно с молибденом) в сталях и сплавах на основе железа. Высоколегированная сталь, относящаяся к классу «быстрорежущая», с маркировкой, начинающейся на букву Р, практически всегда содержит вольфрам. ( Р18, Р6М5. от rapid — быстрый, скорость).
Сульфид вольфрама WS2 применяется как высокотемпературная (до 500 °C) смазка. Некоторые соединения вольфрама применяются как катализаторы и пигменты. Монокристаллы вольфраматов (вольфраматы свинца, кадмия, кальция) 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). Искусственный радионуклид 185W используется в качестве радиоактивной метки при исследованиях вещества.
Стабильный 184W используется 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).
Вольфрам (англ. Tungsten) — W
КЛАССИФИКАЦИЯ
Физические свойства
Оптические свойства
Кристаллографические свойства
Вольфрам – полезные свойства и особенности металла
Название этого элемента сразу вызывает ассоциации с электрической лампочкой. Нить накаливания, которая светится внутри стеклянной колбы, сделана из этого материала. Это вольфрам.
Что представляет собой
Вольфрам – это металл, химический элемент, занимающий ячейку периодической системы Менделеева № 74.
По блеску и сероватому цвету схож с платиной.
Относится к металлам «туговскипающей» и «тугоплавкой» групп. По тугоплавкости уступает только жидкому углероду. Данное свойство позволяет отличить его от других металлов.
Международное обозначение – W (Wolframium).
Как был открыт
Знакомство людей с вольфрамом датируется эпохой Средневековья.
Старатели
Вольфрам получали еще европейские старатели при восстановлении олова. Но его считали «мусором», засоряющим ценный элемент. Под влиянием вольфрамовой руды в процессе восстановления часть олова превращалась в шлак, уменьшая долю чистого вещества.
Отсюда присказка, которая появилась у старателей: «Вольфрам сжирает олово, как волк овечку».
Наука
История открытия вольфрама связана с несколькими учеными-химиками:
- В середине 18 века швед Аксель Фредерик Кронштедт открыл тяжелый металл, названый им Tung Sten (по-шведски – тяжелый камень).
- Через 30 лет за дело взялся его соотечественник, член академии наук страны Карл Шееле. Свободное от работы в аптеке время он отдавал экспериментам в домашней лаборатории. Его считают «отцом» не только вольфрама. В списке также барий, марганец, кислород, хлор. Из вольфрамовой руды (тунгстена) он выделил соль кислоты, не числящейся в реестрах.
- Дальнейшую работу над соединением доверил испанским коллегам братьям Элюар. Которые и получили новый элемент.
Название и символ металла – Wolframium и W – предложил Йенс Якоб Берцелиус.
Этимология названия вольфрама имеет немецкие корни: Wolf Rahm («волчий крем/сливки»).
А тунгстен переименовали в честь ученого – в шеелит.
Как представлен в природе
Самородный цветной металл вольфрам на планете не встречается. Он представлен в виде руды либо минералов.
Руды состоят из соединений вольфрама с железом, марганцем, кальцием, иногда другими элементами, включая редкоземельные.
Минералы – это вкрапления в граниты (до 2%). Из них промышленное значение имеют вольфрамит (вольфрам с железом и марганцем) и шеелит (с кальцием).
Каждая тонна земной коры содержит 1,30 г вольфрама.
Физико-химические характеристики
Чистый вольфрам – в числе первых по плотности, твердости, первый по температуре плавления и кипения среди металлов. Эти физические свойства дополняет химическая стойкость даже при запредельных температурах.
| Вольфра́м / Wolframium (W), 74 |
| 183,84(1) а. е. м. (г/моль) |
| [Xe] 4f14 5d4 6s2 |
| 137 пм |
| 170 пм |
| (+6e) 62 (+4e) 70 пм |
| 2,3 (шкала Полинга) |
| W ← W3+ 0,11 В W ← W6+ 0,68 В |
| +2, +3, +4, +5, +6 |
| 769,7 (7,98) кДж/моль (эВ) |
| 19,25 г/см³ |
| 3695 K (3422 °C, 6192 °F) |
| 5828 K (5555 °C, 10031 °F) |
| 285,3 кДж/кг 52,31 кДж/моль |
| 4482 кДж/кг 824 кДж/моль |
| 24,27 Дж/(K·моль) |
| 9,53 см³/моль |
| кубическая объёмноцентрированная |
| 3,160 Å |
| 310 K |
| (300 K) 162,8 Вт/(м·К) |
| 7440-33-7 |
При 1580°C легко куется, вытягивается до тонкой проволоки.
Данные преимущества создает структура вещества.
Тугоплавкий прочный металл, светло-серого цвета – вольфрам
На воздухе с относительной влажностью менее 60% сопротивление металла коррозии стопроцентное.
Месторождения, добыча
Месторождения вольфрамовой руды на планете не редкость, запасы оцениваются миллионами тонн.
Крупнейшими залежами располагают КНР, Казахстан, Канада, США. Меньше сырья у России, Португалии, Узбекистана, других стран.
Глобальные объемы производства – 48-51 тысяча тонн вольфрама ежегодно. Безусловный лидер Китай (80%).
Добыча ведется закрытым либо карьерным способом.
Технология получения
Вольфрамовые руды из разных мест добычи содержат 0,3-2,5% оксида металла. Поэтому промышленное получение продукта из руды начинается на обогатительных предприятиях.
Это многоступенчатый процесс:
- Дробление руды.
- Шлифовка.
- Флотация.
- Обжиг.
Содержание полезных компонентов увеличивается до 60%:
- Чистоту концентрата повышают, расщепляя примеси гидроксидом натрия и задействуя метод ионообменной экстракции.
- До порошка восстанавливают при 650-700°C в водородистой среде.
Тугоплавкость оказалась недостатком, исключающим классическую плавку.
Твердые формы создают методом порошковой металлургии:
- Порошок спрессовывают.
- Спекание проводят при 1250-1300°C в водороде.
- Воздействуют электричеством.
- Нагревают до 3000°C, добиваясь монолитного спекания.
Вольфрамовый порошок
- Дополнительно металл очищают зонной плавкой.
- На основе вольфрама или с его участием металлурги выплавляют продукт десятков наименований и марок.
- Среди самых распространенных – чистый вольфрам (ВЧ) и сплав с рением (ВР).
- Классификация марок вольфрама основывается на составе присадок:
| Название марки | Вид присадки |
| ВА | Алюминий + кремнистая щелочь |
| ВМ | Торий + кремнистая щелочь |
| ВИ | Окись иттрия |
| ВТ | Окись тория |
| ВЛ | Окись лантана |
Как используется
Свойства вольфрама обозначили главного потребителя. Это металлургия. Она создает конечный продукт и исходники для других отраслей промышленности.
Порошковый вольфрам – основа либо компонент твердых, жаропрочных износоустойчивых сплавов, премиальных марок сталей.
Из тугоплавкого металла и сплавов создают широкий ассортимент продукции:
- Узлы и детали авиационных, ракетных двигателей.
- Элементы электровакуумных приборов (кинескопы, нити накаливания).
Нить накаливания из вольфрама - Нагреватели вакуумных печей.
- Электроды для аргонно-дуговой сварки. Они не плавятся, создают прочный сварной шов. Пригодны для материалов любого состава (цветные металлы, легированные стали, другие).
- Емкости для радиоактивных продуктов. Здесь решающими оказались преимущества металла перед свинцом.
- Хирургический инструментарий.
Характеристики металла подошли оборонному комплексу: танковая, торпедная броня, крупнокалиберные снаряды, пули. А также суперскоростные роторы гироскопов, контролирующих траекторию полета баллистических ракет.
Вольфрам в слитках
Соединения
Обширен спектр применения вольфрамовых соединений:
- Без дителлурида невозможно преобразование тепла в электричество.
- Карбид – основа сплавов и композитов для механической обработки металлов и неметаллов. У горнодобытчиков, нефтяников, газовиков – для бурения скважин.
- Сульфид – термостойкая (до 500°C) смазка.
- Трехокись – материал для создания электролита топливных элементов, работающих при повышенных температурах.
Соединения вольфрама закупают производители лаков, красок, текстиля.
Другие формы
Изотоп W184 – компонент сплавов с изотопами урана. Из них делают ракетные двигатели на ядерном топливе.
Радионуклид искусственного происхождения (W185) востребован как детектор излучений (включая рентгеновское) ядерным сегментом физики и медицины.
Значение для человека
Тугоплавкий металл не имеет значения для человека как биологического организма.
Опасность представляет лишь вдыхание вольфрамовой пыли.
Цены
На рынке торгуют металлическим вольфрамом (чистота 99%) и полуфабрикатами (пруток, проволока, полоска).
Порядок цены на металл – 50 500$ за тонну. Полуфабрикаты дороже вдвое-втрое.
Проверить совместимость мужчины и женщины по Знаку Зодиака
Свойства и температура плавления вольфрама
Вольфрам — самый тугоплавкий металл. Известны разные марки этого материала, которые обладают своим особенностями, свойствами. Температура плавления вольфрама — одна из главных характеристик этого металла. По ней специалисты определяют в каких отраслях промышленности его лучше использовать.
Вольфрам
Краткое описание
Вольфрам — тугоплавкий металл. В таблице Менделеева его можно найти под номером 74. Характерные качества — серый цвет, естественный металлический блеск.
Во Франции, Великобритании и США этот материал называется tungsten, что переводится как «тяжелый камень».
Структура и характеристики
Кристаллы вольфрама имеют объемноцентрированную кубическую решетку. Основная форма, размеры кристаллов не изменяются, если порошок прессуется при низких температурах.
Атомы в кубической ячейке металла расположены по всем вершинам и внутри самой ячейки. Коэффициент компактности вольфрама — 0,68.
История открытия и изучения
Свое название металл получил от минерала вольфрамит. Его начали добывать в XVI веке. Тогда его называли «волчьей пеной». Вольфрам часто встречался в оловянных рудах, мешал выплавлять этот металл. Он переводил его в пену шлаков.
Первое научное упоминание о нахождении нового химического элемента появилось в 1781 году. Тогда знаменитый химик из Швеции Карл Шееле работал с минералом шеелит. Он обрабатывал его азотной кислотой, в ходе чего получил новый химический элемент с желтым оттенком. Он назвал его «тяжелым камнем». Через два года, братья Элюар получили из саксонского минерала новый металл.
Если сравнивать защиту от ионизирующего излучения из свинца или вольфрама, второй вид металла выигрывает. Готовый защитный слой будет задерживать больше частиц при меньшем весе.
Вольфрамит ( Instagram / lopatkin_oleg)
Получение из руды и месторождения
В природе вольфрам можно встретить окисленными отложениями. Они образуются из трехокиси этого металла, которая соединяется с кальцием, марганцем, железом. Иногда в составе можно встретить медь, свинец, торий, некоторые редкоземельные элементы.
Минералы, насыщенные вольфрамом, чаще встречаются в грунтовых породах небольшими вкраплениями. В таком случае средняя концентрация тяжелого металла — до 2%.
Самые крупные месторождения вольфрама находятся в США, Китае, Канаде. Среднее мировое производство за год — 50 тысяч тонн.
Критическая отметка температуры для этого металла — 13610°C. При нагревании до таких показателей он превращается в газ.
Промышленное получение
Получение вольфрама промышленными предприятиями начинается с добычи руды, ее доставки на производство. Следующий этап — выделение триоксида из расходного материала.
После этого он проходит процесс восстановления для получения очищенного металлического порошка. Процедуру восстановления проводят под воздействием водорода. При этом сырье нагревается до 700°C.
Готовый порошок прессуется, спекается при температуре 1300°C в защитной атмосфере из водорода.
Марки
Марки вольфрама:
- ВР — соединение вольфрама с рением.
- ВТ, ВИ, ВЛ — к основе добавляется присадка окиси лантана, тория, иттрия.
- ВРН — металл без присадок. Допускается наличие небольшого количества разных примесей.
- ВМ — к основе добавляются разные присадки. Основные — кремнещелочные, алюминиевые.
- МВ — соединение молибдена с вольфрамом. Сохраняется пластичность одновременно с повышением прочности.
- ВЧ — чистый металл без примесей, присадок.
- ВА — соединение основы с алюминием, кремнещелочными присадками.
Лампы накаливания не просто так имеют стеклянную герметичную капсулу. Поскольку вольфрам быстро окисляется на открытом воздухе, капсула заполняется инертным газом.
Лампа накаливания ( Instagram / climberam)
Свойства
Чтобы понять, где лучше применять вольфрам, нужно знать свойства этого металла. Сейчас про этот материал известно достаточно информации, чтобы определить сферы его применения.
Химические
Свойства:
- Валентность чистого металла — 6. У соединений на его основе она может изменяться от 2 до 5.
- Молярная масса химического элемента —183,84.
- Элемент имеет орбиту, состоящую из двух ярусов.
Вольфрам — химически активный металл. Он вступает в реакции с разными веществами с образованием сложных, простых соединений. При нагревании реакции протекают быстрее. Для дополнительного ускорения реакции можно добавить водяные пары.
Физические
Свойства:
- Цвет — серый.
- Прозрачность — отсутствует.
- Металлический блеск — есть.
- Твердость — 7,5 (показатель указан согласно шкале Мооса).
- Плотность — 19,3 г/см3.
- Радиоактивность — 0.
- Теплопроводность — 173 Вт/(м·К).
- Электропроводность — 55·10−9 Ом·м.
- Показатель твердости по Бринеллю — 488 кгс/мм².
- Теплоемкость — 134,4 Дж/(кг·град).
- Температура плавления — 3380 °C (показатель зависит от количества примесей).
- Сопротивление электричеству — 55·10−9 Ом·м (при условии соблюдения температурного режима в 20°C).
- Температура кипения — около 5555 °C.
Лучше всего металл куется при нагревании до 1600°C.
На основе вольфрама изготавливают тяжелые сплавы. Общее содержание основы может достигать 97%. Готовые сплавы применяются для изготовления контейнеров, в которых будут храниться, переноситься радиоактивные вещества. Главная особенность емкости — возможность поглощения части гамма-излучения.
Вольфрам ( Instagram / chemical_language)
Сферы применения
Вольфрам применяется при изготовлении:
- нити накаливания;
- электродов для аргонодуговой сварки;
- хирургических инструментов;
- танковой брони, оболочек для снарядов, торпед;
- защитных костюмов, емкостей, листов от проникающего ионизирующего излучения;
- ювелирных украшений.
Преимущества и недостатки
Положительные стороны:
- тугоплавкость;
- высокая прочность;
- применение в разных сферах промышленности;
- стойкость к большим нагрузкам после сильного нагревания;
- экологичность.
Из главных недостатков можно выделить низкую пластичность, окисляемость при нагревании свыше 700°, высокую цену.
Сплавы
Известно множество соединений на основе этого металла. Они применяются в разных сферах промышленности. Виды и сферы их применения:
- Карбиды — добыча горных пород, бурение скважин.
- Сульфиды — изготовление высокотемпературной смазки.
- Дителлурид — производство преобразователей тепла в электричество.
Монокристаллы применяются в ядерной физике.
Остальные соединения используются в качестве пигментов, катализаторов. Они используются при изготовлении высоколегированных сталей, которые нужны для производства рабочих частей разных инструментов.
Чистый вольфрам по плотности можно сравнить с золотом 999 пробы. Раньше мошенники вкладывали стержни этого металла в золотые слитки. Определить подлинность золота без распиливания было невозможно.
Продукция из вольфрама выделяется высоким качеством, уникальными свойствами. Она применяется в разных сферах деятельности, не имеет аналогов среди похожих материалов.
Вольфрам — это… Что такое Вольфрам?
| 74 | Вольфрам |
| 4f145d46s2 |
Вольфра́м — химический элемент с атомным номером 74 в периодической системе, обозначается символом W (лат. Wolframium), твёрдый серый переходный металл.
Вольфрам — самый тугоплавкий металл (элемент) среди природных элементов. При стандартных условиях химически стоек.
История и происхождение названия
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»).
В 1781 знаменитый шведский химик Шееле , обрабатывая азотной кислотой минерал шеелит, получил жёлтый «тяжелый камень».
В 1783 испанские химики братья Элюар сообщили о получении из саксонского минерала вольфрамита жёлтой окиси нового металла, растворимой в аммиаке. При этом один из братьев, Фаусто, был в Швеции в 1781 и общался с Шееле.
Шееле не претендовал на открытие вольфрама, а братья Элюар не настаивали на своём приоритете.
Нахождение в природе
Кларк вольфрама земной коры составляет (по Виноградову) 1,3 г/т(0.0013 % по содержанию в земной коре). Его среднее содержание в горных породах, г/т: ультраосновных — 0,1, основных — 0,7, средних — 1,2, кислых — 1,9.
Вольфрам встречается в природе главным образом в виде окисленных сложных соединений, образованных трехокисью вольфрама WO3 с оксидами железа и марганца или кальция, а иногда свинца, меди, тория и редкоземельных элементов.
Промышленное значение имеют вольфрамит (вольфрамат железа и марганца nFeWO4 * mMnWO4 — соответственно, ферберит и гюбнерит) и шеелит (вольфрамат кальция CaWO4).
Вольфрамовые минералы обычно вкраплены в гранитные породы, так что средняя концентрация вольфрама составляет 1-2 %.
Месторождения
Наиболее крупными запасами обладают Казахстан, Китай, Канада и США; известны также месторождения в Боливии, Португалии, России и Южной Корее.
Мировое производство вольфрама составляет 49-50 тысяч тонн в год, в том числе в Китае 41, России 3,5; Казахстане 0,7, Австрии 0,5. Основные экспортёры вольфрама: Китай, Южная Корея, Австрия.
Главные импортёры: США, Япония, Германия, Великобритания.
Также есть месторождения вольфрама в Армении и других странах.
Получение
Вольфрамовый порошок
Процесс получения вольфрама проходит через подстадию 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, имеющий самые высокие доказанные температуры плавления и кипения (предполагается, что сиборгий ещё более тугоплавок, но пока что об этом твёрдо утверждать нельзя — время существования сиборгия очень мало).
Некоторые физические свойства приведены в таблице (см. выше). Другие физические свойства вольфрама:
Вольфрам является одним из наиболее тяжелых, твердых и самым тугоплавким металлом. В чистом виде представляет собой металл серебристо-белого цвета, похожий на платину, при температуре около 1600 °C хорошо поддается ковке и может быть вытянут в тонкую нить.
Химические свойства
Проявляет валентность от 2 до 6. Наиболее устойчив 6-валентный вольфрам. 3- и 2-валентные соединения вольфрама неустойчивы и практического значения не имеют.
Вольфрам имеет высокую коррозионную стойкость: при комнатной температуре не изменяется на воздухе; при температуре красного каления медленно окисляется в оксид вольфрама (VI). Вольфрам в ряду напряжений стоит сразу после водорода, и в соляной, разбавленной серной и плавиковой кислотах почти не растворим. В азотной кислоте и царской водке окисляется с поверхности.
Легко растворяется в смеси азотной и плавиковой кислот[2]:
Реагирует с расплавленными щелочами в присутствии окислителей[3]:
Поначалу, данные реакции идут медленно, однако при достижении 400 °C (500 °C для реакции с участием кислорода) вольфрам начинает саморазогреваться и реакция протекает достаточно бурно, с образованием большого количества тепла.
В смеси азотной и плавиковой кислоты растворяется, образуя гексафторвольфрамовую кислоту H2[WF6].
Из соединений вольфрама наибольшее значение имеют: триоксид вольфрама или вольфрамовый ангидрид, вольфраматы, перекисные соединения с общей формулой Me2WOX, а также соединения с галогенами, серой и углеродом.
Вольфраматы склонны к образованию полимерных анионов, в том числе гетерополисоединений с включением других переходных металлов.
Применение
Главное применение вольфрама — как основа тугоплавких материалов в металлургии.
Металлический вольфрам
Нить накаливания
- 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 является основой тяжёлых сплавов, которые используются для противовесов, бронебойных сердечников подкалиберных и стреловидных оперенных снарядов артиллерийских орудий, сердечников бронебойных пуль и сверхскоростных роторов гироскопов для стабилизации полёта баллистических ракет (до 180 тыс. об/мин).
- Вольфрам используют в качестве электродов для аргоно-дуговой сварки.
- Сплавы вольфрама, ввиду его высокой температуры плавления, получают методом порошковой металлургии. Сплавы, содержащие вольфрам, отличаются жаропрочностью, кислотостойкостью, твердостью и устойчивостью к истиранию. Из них изготовляют хирургические инструменты (сплав «амалой»), танковую броню, оболочки торпед и снарядов, наиболее важные детали самолетов и двигателей, контейнеры для хранения радиоактивных веществ. Вольфрам — важный компонент лучших марок инструментальных сталей.
- Карбид вольфрама (зачастую наряду или вместо карбида титана) используют как наполнитель в твёрдых сплавах — керметах (победит), где матрицей служит кобальт (5-16 %).
- Вольфрам применяется в высокотемпературных вакуумных печах сопротивления в качестве нагревательных элементов. Сплав вольфрама и рения применяется в таких печах в качестве термопары.
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). Широко используется в качестве легирующего элемента (часто совместно с молибденом) в сталях и сплавах на основе железа. Высоколегированная сталь, относящаяся к классу «быстрорежущая», с маркировкой, начинающейся на букву Р, практически всегда содержит вольфрам.
- Сульфид вольфрама WS2 применяется как высокотемпературная (до 500 °C) смазка.
- Некоторые соединения вольфрама применяются как катализаторы и пигменты.
- Дителлурид вольфрама WTe2 применяется для преобразования тепловой энергии в электрическую (термо-ЭДС около 57 мкВ/К).
Другие сферы применения
Искусственный радионуклид 185W используется в качестве радиоактивной метки при исследованиях вещества. Стабильный 184W используется 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 чистотой около 99 % на конец 2010 года составляли около 40-42 долларов США за килограмм, в мае 2011 года составляли около 53-55 долларов США за килограмм. Полуфабрикаты от 58 USD (прутки) до 168 (тонкая полоса)[4].
Биологическая роль
Вольфрам не играет значительной биологической роли. У некоторых архебактерий и бактерий имеются ферменты, включающие вольфрам в своем активном центре.
Существуют облигатно-зависимые от вольфрама формы архебактерий-гипертермофилов, обитающие вокруг глубоководных гидротермальных источников.
Присутствие вольфрама в составе ферментов может рассматриваться как физиологический реликт раннего архея — существуют предположения, что вольфрам играл роль в ранних этапах возникновения жизни[5].
Пыль вольфрама, как и большинство других видов металлической пыли, раздражает органы дыхания.
Изотопы
Основная статья: Изотопы вольфрама
Природный вольфрам состоит из пяти изотопов (180W, 182W, 183W, 184W и 186W). Искусственно созданы и идентифицированы ещё 30 радионуклидов. В 2003 открыта[6] чрезвычайно слабая радиоактивность природного вольфрама (примерно два распада на грамм элемента в год), обусловленная α-активностью 180W, имеющего период полураспада 1,8·1018 лет[7].
Интересные факты
Вольфрам — самый тугоплавкий металл. Температура плавления 3380 °C, кипения 5900 °C. Примерно такую же температуру имеет фотосфера Солнца[8].
Плотность вольфрама почти равняется плотности золота: 19,30 г/см³ против 19,32 г/см³ соответственно.
Примечания
- ↑ Редкол.:Кнунянц И. Л. (гл. ред.) Химическая энциклопедия: в 5 т. — Москва: Советская энциклопедия, 1988. — Т. 1. — С. 418. — 623 с. — 100 000 экз.
- ↑ Рипан Р., Четяну И. Неорганическая химия. Химия металлов. — М.: Мир, 1972. — Т. 2. — С. 347.
- ↑ Рипан Р., Четяну И. Неорганическая химия. Химия металлов. — М.: Мир, 1972. — Т. 2. — С. 348.
- ↑ Цены на вольфрам
- ↑ Федонкин М. А. Сужение геохимического базиса жизни и эвкариотизация биосферы: причинная связь — Палеонтологический журнал — 2003 — № 6 — с. 33-40
- ↑ F. A. Danevich et al. (2003). «α activity of natural tungsten isotopes». Phys. Rev. C 67. DOI:10.1103/PhysRevC.67.014310.
- ↑ C. Cozzini et al. (2004). «Detection of the natural α decay of tungsten». Phys. Rev. C 70. DOI:10.1103/PhysRevC.70.064606.
- ↑ Справочник химика / Редкол.: Никольский Б.П. и др.. — 3-е изд., испр. — Л.: Химия, 1971. — Т. 2. — 1168 с.
Тугоплавкий металл вольфрам
Калькулятор металлопроката С высоким эл. сопротивлением
| Вольфрам является одним из самых тугоплавких металлов, что делает его применение незаменимым в областях, связанных с высокими температурами. На странице представлено описание данного металла: физические, химические свойства, области применения, марки, виды продукции. |
Вольфрам (W) (Wolframium) — химический элемент VI группы периодической системы, атомный номер 74, атомная масса 183,85. Название от немецкого Wolf волк и Rahm сливки («волчья пена»). Светло-серый металл, наиболее тугоплавкий из металлов. На воздухе при обычной температуре устойчив. Главные минералы — вольфрамит и шеелит. Вольфрам — компонент жаропрочных сверхтвердых сталей (инструментальные, быстрорежущие) и сплавов (победит, стеллит и др.); чистый W используется в электротехнике (нити ламп накаливания) и радиоэлектронике (катоды и аноды электронных приборов).
Вольфрам был открыт знаменитым шведским химиком Карлом Шееле. Аптекарь по профессии, Шееле в своей маленькой лаборатории провел много замечательных исследований. Он открыл кислород, хлор, барий, марганец. Незадолго до смерти, в 1781 году, Шееле — к этому времени уже член Стокгольмской Академии наук — обнаружил, что минерал тунгстен (впоследствии названный шеелитом) представляет собой соль неизвестной тогда кислоты. Спустя два года испанские химики братья д'Элуяр, работавшие под руководством Шееле, сумели выделить из этого минерала новый элемент — вольфрам, которому суждено было произвести переворот в промышленности. Однако это произошло через целое столетие.
Свойства вольфрама
Физические свойства
| Атомный номер | 74 |
| Атомная масса, а.е.м | 183,84 |
| Атомный диаметр, пм | 282 |
| Плотность, г/см³ | 19,3 |
| Молярная теплоемкость, Дж/(K·моль) | 24,27 |
| Теплопроводность, Вт/(м·K) | 173 |
| Температура плавления, °С | 3422 |
| Температура кипения, °С | 5900 |
| Теплота плавления, кДж/моль | 35 |
| Теплота испарения, кДж/моль | 824 |
| Молярный объем, см³/моль | 9,53 |
| Твердость, HB | 350 |
| Цвет искры | Короткий желтый прерывистый пучок искр |
| Группа металлов | Тугоплавкий металл |
Химические свойства
| Ковалентный радиус, пм | 170 |
| Радиус иона, пм | (+6e) 62 (+4e) 70 |
| Электроотрицательность (по Полингу) | 2,3 |
| Электродный потенциал, В | W ← W3+ 0,11; W ← W6+ 0,68 |
| Степени окисления | 6, 5, 4, 3, 2, 0 |
Марки вольфрама и сплавов
Среди наиболее распространенных в промышленности марок можно выделить ВЧ, ВА, ВМ, ВТ, ВИ, ВЛ, ВР. Бывает чистый W, с присадками и сплавы W с другими металлами.
- ВЧ — чистый вольфрам без присадок.
- ВА — содержит кремнещелочную и алюминиевую присадки.
- ВМ — содержит кремнещелочную и присадку тория.
- ВТ — в качестве присадки используется окись тория.
- ВИ — содержит окись иттрия в качестве присадки.
- ВЛ — содержит окись лантана в качестве присадки.
- ВР — сплав вольфрама с рением.
Вольфрам — основа твердых сплавов и многих жаропрочных сплавов, входит в состав износоустойчивых сплавов и инструментальных сталей. Из него и сплавов изготавливают: детали авиационных двигателей, нити накаливания и детали в электровакуумных приборах. Также благодаря высокой плотности данный металл используется для противовесов, артиллерийских снарядов, пуль и сверхскоростных роторов гироскопов для стабилизации полёта баллистических ракет (до 180 тыс. об/мин).
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). Стоит отметить, что W используют в качестве электродов для аргоно-дуговой сварки.
Широкий спектр применения имеют соединения данного металла.
Так, например, твёрдые сплавы и композитные материалы на основе карбида вольфрама WC используются для механической обработки металлов и неметаллических конструкционных материалов в машиностроении (точение, фрезерование, строгание, долбление), бурения скважин, в горнодобывающей промышленности.
Сульфид вольфрама WS2 применяется как высокотемпературная (до 500 °C) смазка. При производстве твердого электролита высокотемпературных топливных элементов применяется трехокись вольфрама WO3. Также соединения данного металла применяют в лакокрасочной, текстильной промышленности и в качестве катализатора и пигмента при органическом синтезе.
Промышленностью выпускается большое разнообразие продукции из данного тугоплавкого материала. Наиболее распространены вольфрамовые электроды, проволока, вольфрамовый порошок, штабик, лист.
Электроды являются неплавящимися и используются для сварки цветных металлов, высоколегированных сталей, материалов разного химического состава. Они обеспечивают высокую прочность сварного шва. Из вольфрамовой проволоки изготовляют нагреватели, спирали для ламп накаливания.
Термоэлектродная проволока из сплава W-Re применяется для изготовления термопар, с помощью которых можно измерять высокие температуры. Порошок вольфрама является основой многих жаропрочных сталей и сплавов и твердых сплавов.
Так, например, данный порошок является основой твердого сплава ВК8.
Загрузка...
