Wolfram | ||||
---|---|---|---|---|
← Tantal | Rhenium → | ||||
| ||||
Udseende af et simpelt stof | ||||
Ildfast slidstærkt metal, lysegrå [1] | ||||
Wolframkrystaller aflejret fra gasfasen | ||||
Atom egenskaber | ||||
Navn, symbol, nummer | Wolfram / Wolframium (W), 74 | |||
Gruppe , punktum , blok |
6, 6, d-element |
|||
Atommasse ( molær masse ) |
183.84(1) [2] a. e. m. ( g / mol ) | |||
Elektronisk konfiguration | [Xe] 4f 14 5d 4 6s 2 | |||
Atomradius | 137 [1] kl | |||
Kemiske egenskaber | ||||
kovalent radius | 170 kl | |||
Ion radius | (+6e) 62 (+4e) 70 kl | |||
Elektronegativitet | 2.3 (Pauling-skala) | |||
Elektrodepotentiale |
W ← W 3+ 0,11 V W ← W 6+ 0,68 V |
|||
Oxidationstilstande | +2, +3, +4, +5, +6 [1] | |||
Ioniseringsenergi (første elektron) |
769,7 (7,98) kJ / mol ( eV ) | |||
Termodynamiske egenskaber af et simpelt stof | ||||
Tæthed ( i.a. ) | 19,25 [3] g/cm³ | |||
Smeltetemperatur | 3695K ( 3422 °C, 6192 °F) [3] | |||
Kogetemperatur | 5828 K (5555 °C, 10.031 °F) [3] | |||
Oud. fusionsvarme |
285,3 kJ/kg 52,31 [4] [5] kJ/mol |
|||
Oud. fordampningsvarme | 4482 kJ/kg 824 kJ/mol | |||
Molær varmekapacitet | 24,27 [6] J/(K mol) | |||
Molært volumen | 9,53 cm³ / mol | |||
Krystalgitteret af et simpelt stof | ||||
Gitterstruktur |
Kubisk krop centreret |
|||
Gitterparametre | 3.160Å _ | |||
Debye temperatur | 310K _ | |||
Andre egenskaber | ||||
Varmeledningsevne | (300 K) 162,8 [7] W/(m K) | |||
CAS nummer | 7440-33-7 |
74 | Wolfram |
W183,84 | |
4f 14 5d 4 6s 2 |
Wolfram ( kemisk symbol - W, fra lat. Wolframium ) er et kemisk grundstof af den 6. gruppe (ifølge den forældede klassifikation - en sideundergruppe af den sjette gruppe, VIB) i den sjette periode af det periodiske system af kemiske grundstoffer af D. I. Mendeleev , med atomnummer 74.
Under normale forhold er wolfram et hårdt, tungt, skinnende metal [1] [6] med en sølvgrå farve. Det har en lidt højere densitet end metallisk uran .
Wolfram er det mest ildfaste metal i det periodiske system. Henviser til overgangsmetaller .
Navnet Wolframium blev overført til grundstoffet fra mineralet wolframit , kendt så langt tilbage som i det 16. århundrede. under navnet "ulveskum" - lat. spuma lupi eller tysk. Wolf Rahm [6] [8] [ tjek link (33 dage allerede) ] . Navnet skyldtes det faktum, at wolfram, der fulgte med tinmalme, forstyrrede smeltningen af tin og overførte det til slaggeskum ("det slugte tin som en ulv et får").
På engelsk og fransk hedder wolfram wolfram (fra svensk tungsten - "tung sten"). I 1781 opnåede den berømte svenske kemiker Karl Scheele , der behandlede mineralet scheelite med salpetersyre , en gul "tung sten" (wolframtrioxid WO 3 ) [9] . I 1783 rapporterede de spanske kemikere, brødrene Eluard, at de opnåede fra det saksiske mineral wolframit både et gult oxid af et nyt metal opløseligt i ammoniak og selve metallet [10] . Samtidig var en af brødrene, Fausto, i Sverige i 1781 og kommunikerede med Scheele. Scheele hævdede ikke at opdage wolfram, og Eluard-brødrene insisterede ikke på deres prioritet.
Klarken af wolfram i jordskorpen er (ifølge Vinogradov) 1,3 g/t (0,00013% af indholdet i jordskorpen). Dens gennemsnitlige indhold i sten, g/t: ultrabasisk - 0,1, basisk - 0,7, medium - 1,2, sur - 1,9.
Wolfram forekommer i naturen hovedsageligt i form af oxiderede komplekse forbindelser dannet af wolframtrioxid WO 3 med oxider af jern og mangan eller calcium, og nogle gange bly, kobber, thorium og sjældne jordarters grundstoffer. Wolframit (jern- og manganwolframat n FeWO 4 · m MnWO 4 - henholdsvis ferberit og hübnerit ) og scheelite ( calciumwolframat CaWO 4 ) er af industriel betydning . Wolframmineraler er sædvanligvis indblandet i granitiske bjergarter, således at den gennemsnitlige koncentration af wolfram er 1-2%.
Kasakhstan , Kina , Canada og USA har de største reserver ; aflejringer er også kendt i Bolivia , Portugal , Rusland , Usbekistan og Sydkorea . Verdensproduktionen af wolfram er 49-50 tusinde tons om året, herunder 41 i Kina, 3,5 i Rusland; Kasakhstan 0,7, Østrig 0,5. De vigtigste eksportører af wolfram: Kina, Sydkorea, Østrig . Hovedimportører: USA, Japan , Tyskland , Storbritannien .
Der er også aflejringer af wolfram i Armenien og andre lande.
Den komplette elektroniske konfiguration af wolframatomet er: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 6 4f 14 5d 4 6s 2 .
Wolfram er et skinnende, lysegråt metal , der har de højeste dokumenterede smelte- og kogepunkter (det antages, at seaborgium er endnu mere ildfast, men det kan indtil videre ikke fastslås med sikkerhed - levetiden for seaborgium er meget kort). Wolfram har en Mohs-hårdhed på 7,5 og er næstefter chrom (Mohs-hårdhed på 8,5) med hensyn til hårdhed blandt rene metaller. Smeltepunkt - 3695 K (3422 °C), koger ved 5828 K (5555 °C) [3] . Densiteten af ren wolfram under normale forhold er 19,25 g/cm³ [3] , flydende wolfram ved et smeltepunkt på 16,65 g/cm³ [6] . Det har paramagnetiske egenskaber ( magnetisk modtagelighed 0,32⋅10 −9 ). Brinell hårdhed 488 kg/mm². Elektrisk resistivitet ved 25 °C — 55⋅10 −9 Ohm m, ved 2700 °C — 904⋅10 −9 Ohm m; temperaturkoefficient for modstand 5,0 10 −3 K −1 (0—200 °C) [6] . Lydhastigheden i udglødet wolfram er 4290 m/s. Temperaturkoefficient for lineær udvidelse 4,1 10 −6 K −1 (298 K), 6,5 10 −6 K −1 (2273 K), 7,1 10 −6 K −1 (2673 K) [6] . Termisk ledningsevne 153 W/(m K) ved 298 K, 105 W/(m K) ved 1873 K [6] . Termisk diffusivitet 3,17 10 3 m 2 /s ved 1873 K, 2,3 10 3 m 2 /s ved 2873 K [6] .
Wolfram er et af de tungeste, hårdeste og mest ildfaste metaller [6] . I sin rene form er det et sølv-hvidt metal, der ligner platin, ved en temperatur på omkring 1600 ° C egner det sig godt til smedning og kan trækkes ind i en tynd tråd. Metallet er meget stabilt i vakuum [11] . Kompressibilitetskoefficienten er den mindste blandt alle metaller (henholdsvis er bulk-elasticitetsmodulet det største blandt metaller) [6] .
Wolfram findes under normale forhold i to krystallinske modifikationer. Den stabile modifikation (α-wolfram) danner krystaller af det kubiske system (kropscentreret gitter), rumgruppe Im 3 m , celleparametre a = 0,31589 nm , Z = 2 [6] . Metastabil modifikation (β-wolfram) - kubiske krystaller , rumgruppe Pm 3 n , celleparametre a = 0,5036 nm , Z = 8 , d = 19,0 g/cm 3 (trichrom silicid type struktur Cr 3 Si, også kendt som fase A15 ). Den metastabile modifikation dannes under reduktionen af wolframtrioxid med brint ved temperaturer fra 440 til 520 °C [12] , såvel som under elektrolysen af en smelte af wolframat [13] omdannes den til alfa-W, når den opvarmes over 520 °C [12] [6] . Selvom β-fasen af wolfram først blev opnået tilbage i 1931, mente mange forfattere, at det i virkeligheden er wolframsuboxid med formlen W 14 ... 20 O eller en fase stabiliseret af en ilturenhed; der er også en antagelse om, at denne fase kan beskrives som en ionisk forbindelse W 3 W, "wolfram wolfram amid", med wolfram atomer i forskellige oxidationstilstande. Det var først i 1998, at det blev vist, at β-wolfram også eksisterer i fravær af ilttilsætning [13] .
Nogle fysiske egenskaber ved α-wolfram og β-wolfram adskiller sig væsentligt. Overgangstemperaturen til den superledende tilstand af α-wolfram er 0,0160 K [6] , for betafasen varierer denne temperatur fra 1 til 4 K; en blanding af faser kan blive superledende ved mellemtemperaturer, afhængigt af fasernes relative indhold [14] . Den specifikke modstand af β-wolfram er tre gange højere end den for α-wolfram [15]
Viser valens fra 2 til 6. Den mest stabile er 6-valent wolfram. 3- og 2-valente wolframforbindelser er ustabile og har ingen praktisk betydning.
Wolfram har en høj korrosionsbestandighed: det ændrer sig ikke i luft ved stuetemperatur; ved en rød varmetemperatur oxiderer den langsomt til wolfram (VI) oxid . Imidlertid er det reducerede fine pulver af wolfram pyrofor [12] . Wolfram i rækken af spændinger er umiddelbart efter brint og er næsten uopløseligt i saltsyre, fortyndet svovlsyre og flussyre. I salpetersyre og aqua regia oxiderer det fra overfladen. Opløselig i hydrogenperoxid.
Letopløseligt i en blanding af salpetersyre og flussyre [16] :
Reagerer med smeltede alkalier i nærværelse af oxidationsmidler [16] :
Til at begynde med er disse reaktioner langsomme, men når de når 400 °C (500 °C for en reaktion, der involverer oxygen), begynder wolfram at selvopvarme, og reaktionen forløber ret hurtigt med dannelsen af en stor mængde varme.
Det opløses i en blanding af salpetersyre og flussyre og danner hexafluorwolframsyre H 2 [WF 6 ]. Af wolframforbindelserne er de vigtigste: wolframtrioxid eller wolframanhydrid, wolframater, peroxidforbindelser med den almene formel Me 2 WO X , samt forbindelser med halogener, svovl og kulstof. Wolframater har tendens til at danne polymere anioner , herunder heteropolyforbindelser med indeslutninger af andre overgangsmetaller.
Processen med at opnå wolfram passerer gennem undertrinnet med adskillelse af trioxid WO 3 fra malmkoncentrater og efterfølgende reduktion til et metalpulver med hydrogen ved en temperatur på ca. 700°C. På grund af wolframs høje smeltepunkt bruges pulvermetallurgiske metoder til at opnå en kompakt form : det resulterende pulver presses, sintres i en hydrogenatmosfære ved en temperatur på 1200-1300 ° C , hvorefter en elektrisk strøm ledes gennem det . Metallet opvarmes til 3000 °C, og der sker sintring til et monolitisk materiale. Til efterfølgende oprensning og opnåelse af en enkeltkrystalform anvendes zonesmeltning [17] .
Den vigtigste anvendelse af wolfram er som grundlag for ildfaste materialer i metallurgi.
Det kunstige radionuklid 185 W bruges som et radioaktivt mærke i studiet af stof. Stabil 184 W bruges som en komponent af uranium-235 legeringer, der anvendes i fastfase nukleare raketmotorer , da det er den eneste almindelige wolframisotop , der har et lavt termisk neutronfangst tværsnit (ca. 2 stald ).
Priserne for metallisk wolfram (elementindhold på ca. 99%) ved udgangen af 2010 var omkring 40-42 US-dollars per kilogram, i maj 2011 var de omkring 53-55 US-dollars per kilogram. Halvfabrikata fra 58 USD (stænger) til 168 (tynd strimmel). I 2014 varierede wolframpriserne fra 55 til 57 USD [23] .
Wolfram spiller ikke en væsentlig biologisk rolle. Nogle arkæbakterier og bakterier har enzymer , der inkluderer wolfram i deres aktive center. Der er obligatoriske wolfram-afhængige former for hypertermofile arkæbakterier, der lever omkring dybhavshydrotermiske ventilationsåbninger. Tilstedeværelsen af wolfram i sammensætningen af enzymer kan betragtes som et fysiologisk levn fra det tidlige arkæiske område - der er forslag om, at wolfram spillede en rolle i de tidlige stadier af livet [24] .
Wolframstøv irriterer, ligesom de fleste andre typer metalstøv , åndedrætssystemet.
Kendte isotoper af wolfram med massetal fra 158 til 192 (antal protoner 74, neutroner fra 84 til 118) og mere end 10 nukleare isomerer [25] .
Naturlig wolfram består af en blanding af fem isotoper ( 180 W - 0,12 (1) %, 182 W - 26,50 (16) %, 183 W - 14,31 (4) %, 184 W - 30,64 (2) % og 186 W - 28,43 (19) % [25] . I 2003 blev der opdaget en ekstremt svag radioaktivitet af naturlig wolfram [26] (ca. to henfald pr. gram grundstof pr. år), på grund af α-aktiviteten på 180 W, som har en halveringstid på 1,8⋅10 18 år [ 27] .
![]() |
| |||
---|---|---|---|---|
|
Periodisk system af kemiske elementer af D. I. Mendeleev | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
Elektrokemisk aktivitet serie af metaller | |
---|---|
Eu , Sm , Li , Cs , Rb , K , Ra , Ba , Sr , Ca , Na , Ac , La , Ce , Pr , Nd , Pm , Gd , Tb , Mg , Y , Dy , Am , Ho , Er , Tm , Lu , Sc , Pu , |