ВОЛФРАМ: ИСТОРИЈА, СВОЈСТВА, СТРУКТУРА, УПОТРЕБЕ - ХЕМИЈА - 2025

Тешки метал из волфрама , волфрама или волфрама представља транзицију чији је хемијски симбол В. Смјештен у групи 6 групе 6 периодичке табеле, и атомски број 74. Његово име има два етимолошка значења: тврди камен и вунена пена; Други је због тога што је овај метал такође познат као волфрам.

То је сребрно сив метал и иако је ломљив, има велику тврдоћу, густину и високе тачке топљења и кључања. Због тога се користи у свим оним применама које укључују високе температуре, притиске или механичке силе, као што су бушилице, пројектили или зрачења са жарном нити.

Волфрам шипка са делимично оксидисаном површином. Извор: Хи-Рес слике хемијских елемената

Најпознатија употреба овог метала, на културном и популарном нивоу, јесте у жаруљама електричних сијалица. Ко год их је поднио, схватиће колико су крхки; међутим, нису направљени од чистог волфрама који је кобан и пластичан. Поред тога, у металним матрицама као што су легуре, он пружа одличну отпорност и тврдоћу.

Карактерише га и одликује то што је метал са највишом тачком топљења, а такође и гушћи од самог олова, надмашен само другим металима попут осмијума и иридијума. Такође је најтежи метал за који се зна да испуњава неку биолошку улогу у телу.

Анион волфстата, ВО ₄ ^2- , учествује у већини својих јонских једињења , која могу полимеризовати да формирају кластере у киселој средини. С друге стране, волфрам може да формира интерметална једињења или да буде синтерисан са металима или анорганским солима тако да његове чврсте материје добију различите облике или конзистенције.

У земљиној кори није веома богат, са само 1,5 грама овог метала по тони. Надаље, пошто је тежак елемент, његово је поријекло интергалактичко; посебно од експлозија супернове, које су морале бацити „млазове“ атома волфрама према нашој планети током свог формирања.

Историја

Етимологија

Историја волфрама или вукова има два лица баш као и њихова имена: једно Швајцарско, а друго Немачко. У 1600-им, у регионима који су тренутно окупиране од Немачке и Аустрије, рудари су радили на вађењу бакра и калаја за производњу бронза.

До тада су рудари наишли на трн: у току је био изузетно тежак минерал да се растопи; минерал који се састоји од вукрамита, (Фе, Мн, Мг) ВО ₄ , који је задржао или "прождиро" калај као да је вук.

Отуда етимологија овог елемента, „вук“ за вука на шпанском, вук који је јео конзерву; и „ован“ од пене или креме чији кристали су подсећали на дуго црно крзно. Тако је име „волфрам“ или „волфрам“ настало у част ових првих запажања.

Године 1758, на швајцарској страни, сличан минерал, сцхеелит, ЦаВО ₄ , назван је „тунг стен“, што значи „тврди камен“.

Оба имена, вукодлак и волфрам, широко се употребљавају наизменично, зависе искључиво од културе. У Шпанији, на пример, и у западној Европи, овај метал је најпознатији као волфрам; док на америчком континенту превладава назив волфрам.

Препознавање и откриће

Тада се знало да су између седамнаестог и осамнаестог века постојала два минерала: волкрамит и сцхеелит. Али, ко је видео да се у њима налази метал другачији од осталих? Они су се могли окарактерисати само као минерали, а управо је 1779. ирски хемичар Петер Воулфе пажљиво анализирао волфрам и закључио постојање волфрама.

На швајцарској страни је, опет, Царл Вилхелм Сцхееле 1781. године био у стању да изолује волфрам као ВО ₃ ; и још стекао тунгстиц (или тунгстиц) киселина, Х ₂ ВО ₄ и других једињења.

Међутим, ово није било довољно да би се дошло до чистог метала, јер је било потребно да се смањи ова киселина; то јест, подвргавајући се таквом процесу да се одваја од кисеоника и кристализира као метал. Царл Вилхелм Сцхееле није имао одговарајуће пећи или методологију за ову реакцију хемијске редукције.

Овде су у акцију ступила шпанска браћа д'Елхуиар, Фаусто и Јуан Јосе, који су угљенима у граду Бергара смањили оба минерала (вукрамит и шелитит). Њих двоје добијају заслугу и част да буду откривачи металног волфрама (В).

Челици и сијалице

Било која сијалица са волфрамовом нити. Извор: Пкхере.

Као и други метали, и његове употребе дефинишу његову историју. Међу најистакнутијим на крају 19. века биле су легуре челика-волфрама и волфрамове филаменте за замену угљеника унутар електричних сијалица. Може се рећи да су прве сијалице, као што их знамо, пласиране у 1903-1904.

Својства

Физичка присутност

То је сјајан сребрно-сиви метал. Фрагилна, али врло тврда (да се не меша са жилавошћу). Ако је комад високе чистоће, постаје кобан и тврд, колико-толико више челика.

Атомски број

74.

Моларна маса

183,85 г / мол.

Тачка топљења

3422 ° Ц.

Тачка кључања

5930 ° Ц

Густина

19,3 г / мЛ.

Топлина фузије

52,31 кЈ / мол.

Топлина испаравања

774 кЈ / мол.

Моларни топлотни капацитет

24,27 кЈ / мол.

Мохова тврдоћа

7.5.

Електронегативност

2,36 по Паулинг скали.

Атомски радио

139 пм

Електрична отпорност

52,8 нΩ · м на 20 ° Ц.

Изотопи

У природи се јавља претежно као пет изотопа: ¹⁸² В, ¹⁸³ В, ¹⁸⁴ В, ¹⁸⁶ В и ¹⁸⁰ В. Према моларној маси од 183 г / мол, која представља просек атомске масе ових изотопа (и осталих тридесет радиоизотопа), сваки атом волфрама или волфрама има око сто и десет неутрона (74 + 110 = 184).

Хемија

То је метал врло отпоран на корозију, јер га танки слој ВО ₃ штити од напада кисеоника, киселине и алкалија. Једном када се растворе и исталоже са другим реагенсима, добијају се њене соли, које се називају волфрам или волфрамати; у њима волфрам обично има оксидационо стање +6 (под претпоставком да има В ⁶⁺ катиона ).

Кластерирање у киселинама

Декунгенстат, пример полиоксометалата из волфрама. Извор: Сцифанз

Хемијски волфрам је прилично јединствен јер се њени јони теже удруживати у формирање хетерополних киселина или полиоксометалата. Шта су они? То су групе или гроздови атома који се састају да би одредили тродимензионално тело; Углавном, једна са сферном структуром у облику кавеза у коју „затварају“ још један атом.

Све започиње из анион-а из волфста, ВО ₄ ^2- , који се у киселом медијуму брзо протонира (ХВО ₄ ^- ) и веже са суседним анионом да би формирао ^2- ; а то се заузврат спаја са другим ^2- да би настало ^4- . И тако све док не постоји неколико политунгстата у раствору.

Паратунгстати А и Б, ^6- и Х ₂ В ₁₂ О ₄₂ ^10- , респективно, један су од најистакнутијих ових полиана.

Може бити изазовно пронаћи вашу скицу и структуре Левиса; али у принципу је довољно да их визуелно представите као скупове ВО ₆ октаедра (горња слика).

Имајте на уму да ови сивкасто октаедри завршавају дефинирајући децатунгстат, политунгстат; Ако би се хетероатом (на пример, фосфор) налазио у њему, тада би то био полиоксометалат.

Структура и електронска конфигурација

Кристалне фазе

Атоми волфрама дефинирају кристал с кубичном (бцц) структуром у средишту тијела. Овај кристални облик познат је као α фаза; док је β фаза такође кубична, али мало гушћа. Обе фазе или кристални облици, α и β, могу постојати у равнотежи под нормалним условима.

Кристална зрна α фазе су изометријска, док β фаза личе на ступове. Без обзира на то како је кристал, он се управља металним везама које чврсто држе В атоме заједно. Иначе, високе талиште и врелиште или велика тврдоћа и густина волфрама не могу се објаснити.

Метална веза

Атоми волфрама морају бити некако чврсто везани. Да бисмо направили претпоставку, прво се мора поштовати електронска конфигурација овог метала:

4ф ¹⁴ 5д ⁴ 6с ²

5д орбитале су врло велике и нејасне, што би значило да између два оближња В атома постоје ефективна орбитална преклапања. Такође, орбитале 6с доприносе резултирајућим опсезима, али у мањој мери. Док су орбите 4ф „дубоко у позадини“, па је њихов допринос металној вези мањи.

Ова величина атома и кристална зрна су варијабле које одређују тврдоћу волфрама и његову густину.

Оксидациона стања

У металном волфраму или вуку, В атоми имају нулте оксидационо стање (В ⁰ ). Враћајући се електронској конфигурацији, 5д и 6с орбитале могу се „испразнити“ електрони, зависно од тога да ли је В у друштву високоенергетских атома, као што су кисеоник или флуор.

Када се изгубе два електрона од 6с, волфрам има +2 оксидационо стање (В2 ⁺ ), због чега се његов атом сажима.

Ако такође изгуби све електроне у својој 5д орбитали, његово оксидационо стање ће постати +6 (В ⁶⁺ ); Одавде не може постати позитивније (у теорији), јер би 4ф орбитале, које су интерне, захтевале велике енергије да би уклониле своје електроне. Другим речима, најпозитивније стање оксидације је +6, при чему је волфрам још мањи.

Овај волфрам (ВИ) је веома стабилан у киселим условима или у многим једињењима са кисеоником или халогеном. Остала могућа и позитивна оксидациона стања су: +1, +2, +3, +4, +5 и +6.

Волфрам такође може да добије електроне ако се комбинује са атомима мање електронегативним од себе. У овом случају, њени атоми постају већи. Може да добије највише четири електрона; то значи да има оксидационо стање -4 (В ^4- ).

Прибављање

Раније је поменуто да се волфрам налази у минералима волфрамит и сцхеелит. У зависности од процеса два једињења су добијена од њих: волфрама оксид, ВО ₃ , или амонијум паратунгстате, (НХ ₄ ) ₁₀ (Х ₂ П ₁₂ О ₄₂ ) · 4Х ₂ О (или АТП). Било који од њих може се смањити на метални В са угљеником изнад 1050 ° Ц.

Производити волфрамове инготе није економски исплативо јер ће им требати много топлоте (и новца) да би их растопили. Због тога је преферирано да се производи у облику праха да би се истовремено обрађивао са другим металима ради добијања легура.

Вреди напоменути да је Кина земља са највећом производњом волфрама у свету. А на америчком континенту, Канада, Боливија и Бразил такође заузимају листу највећих произвођача овог метала.

Апликације

Прстен направљен од волфрамовог карбида - пример како се тврдоћа овог метала може користити за бесмртност и очвршћивање материјала. Извор: СолитариАнгел (СолитариАнгел)

Ево неких познатих примена овог метала:

-Ове соли су коришћене за обојење памука из одеће старих позоришта.

-У комбинацији са челиком то још више отврдњава, чак и када може да одоли механичким резовима при великим брзинама.

-Замењена волфрамова влакна користе се више од сто година у електричним сијалицама и халогеним лампама. Такође, због високог талишта служио је као материјал за катодне цеви и млазнице ракетних мотора.

-Замењује олово у производњи пројектила и радиоактивног штита.

-Тунгстен нановирес може да се користи у пХ и гас осетљивим нано уређајима.

-Тунгстен катализатори су коришћени да се баве производњом сумпора у нафтној индустрији.

-Тунгстен-карбид се најчешће користи од свих његових једињења. Од јачања алата за сечење и бушења, или израде комада војног наоружања, до машинске обраде дрвета, пластике и керамике.

Ризици и мере предострожности

Биолошки

Будући да је релативно редек метал у земљиној кори, његови негативни ефекти су мали. У киселим земљиштима, полигнгстати не могу да утичу на ензиме који користе молибдатне анионе; али у основним тлима, ВО ₄ ^2- интервенише (позитивно или негативно) у метаболичким процесима МоО ₄ ^2- и бакра.

Биљке, на пример, могу да апсорбују растворљива једињења волфрама, и када их животиња поједе, а након конзумирања меса, В атоми уђу у наша тела. Већина се избацује мокраћом и изметом, а мало се зна шта се дешава са њима.

Студије на животињама показале су да када удишу високу концентрацију волфрама у праху, настају симптоми слични онима код рака плућа.

Узимањем, одрасли човек би требао попити хиљаде галона воде обогаћене волфрамовим солима да би показао значајну инхибицију ензима холинестеразе и фосфатазе.

Физички

Опћенито говорећи, волфрам је слабо токсични елемент и зато постоји мали ризик од штетног утицаја на здравље.

Што се тиче металног волфрама, избегавајте удисање његове прашине; и ако је узорак чврст, мора се имати на уму да је врло густ и да може пасти на физичку штету ако падне или погоди друге површине.

Референце

1. Белл Теренце. (сф) Волфрам (Волфрам): Својства, производња, апликације и легуре. Равнотежа. Опоравак од: тхебаланце.цом
2. Википедиа. (2019). Волфрам. Опоравак од: ен.википедиа.орг
3. Леннтецх БВ (2019). Волфрам. Опоравак од: леннтецх.цом
4. Јефф Десјардинс. (1. маја 2017.). Историја волфрама, најјачи природни метал на земљи. Опоравак од: висуалцапиталист.цом
5. Доуг Стеварт. (2019). Чињенице елемента волфрама. Опоравак од: цхемицоол.цом
6. Арт Фисхер и Пам Повелл. (сф) Волфрам. Универзитет у Невади. Опоравак од: унце.унр.еду
7. Хелменстине, др Анне Марие (02. марта 2019). Чињенице о волфраму или Волфрам. Опоравак од: тхинкцо.цом