Volfram - kaj je to? Oksidacijsko stanje volframa. Uporaba volframa

2024 Avtor: Angel Austin | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2023-12-17 05:41

Volfram je kemični element, katerega atomsko število je 74. Ta težka kovina od jekleno sive do bele je zelo trpežna, zaradi česar je v mnogih primerih preprosto nenadomestljiva. Njeno tališče je višje kot pri kateri koli drugi kovini, zato se uporablja kot žarilne nitke v žarnicah in grelnih elementih v električnih pečeh (na primer zlitina cirkonij-volfram). Kemija elementa omogoča, da se uporablja kot katalizator. Zaradi njegove izjemne trdote je primeren za uporabo v "hitroreznih jeklih", ki omogočajo rezanje materialov pri višjih hitrostih kot ogljikova jekla in v visokotemperaturnih zlitinah. Volframov karbid, spojina elementa z ogljikom, je ena najtrših znanih snovi in se uporablja za izdelavo orodij za rezkanje in struženje. Kalcijev in magnezijev volframat se pogosto uporablja v fluorescenčnih sijalkah, volframovi oksidi pa se pogosto uporabljajo v barvah in keramičnih glazurah.

zgodovina odkritij

Obstoj tega kemičnega elementa je leta 1779 prvič predlagal Peter Woolf, ko je raziskal mineral volframit in prišel dougotovitev, da mora vsebovati novo snov. Leta 1781 je Carl Wilhelm Scheele ugotovil, da je mogoče novo kislino pridobiti iz volstenita. Scheele in Thorburn Bergman sta predlagala, da bi razmislili o možnosti pridobivanja nove kovine z redukcijo te kisline, imenovane volstenska kislina. Leta 1783 sta dva brata, José in Fausto Elguiar, v volframitu našla kislino, ki je bila identična volstenski kislini. Istega leta je bratoma uspelo iz njega izolirati volfram z uporabo oglja.

Med drugo svetovno vojno je imel ta kemični element veliko vlogo. Odpornost kovine na visoke temperature, pa tudi izjemna trdnost njenih zlitin, sta volfram postala najpomembnejša surovina za vojaško industrijo. Vojaške strani pritiskajo na Portugalsko kot glavni vir volframita v Evropi.

Biti v naravi

V naravi se element pojavlja v volframitu (FeWO₄/MnWO₄), šeelitu (CaWO_{4), ferberit in hübnerit. Pomembna nahajališča teh mineralov najdemo v ZDA v Kaliforniji in Koloradu, v Boliviji, na Kitajskem, v Južni Koreji, Rusiji in na Portugalskem. Približno 75 % svetovne proizvodnje volframa je skoncentriranih na Kitajskem. Kovina je pridobljena z redukcijo njenega oksida z vodikom ali ogljikom.}

Svetovne rezerve so ocenjene na 7 milijonov ton Predpostavlja se, da je 30 % nahajališč volframita in 70 % scheelita. Trenutno njihov razvoj ni ekonomsko upravičen. Pri sedanji ravni porabe bodo te zaloge trajale le 140 let. Še en dragocen virvolfram je recikliranje odpadnih kovin.

Ključne funkcije

Volfram je kemični element, ki je razvrščen kot prehodna kovina. Njegov simbol W izvira iz latinske besede wolframium. V periodnem sistemu je v skupini VI med tantalom in renijem.

V svoji najčistejši obliki je volfram trd material, ki sega od jekleno sive do kositrno bele barve. Z nečistočami kovina postane krhka in z njo je težko delati, če pa jih ni, jo je mogoče razrezati z nožno žago. Poleg tega ga je mogoče kovati, valjati in risati.

Volfram je kemični element, katerega tališče je najvišje med vsemi kovinami (3422 °C). Ima tudi najnižji parni tlak. Ima tudi najvišjo natezno trdnost pri T> 1650 °C. Element je izjemno odporen proti koroziji in ga mineralne kisline le rahlo napadajo. Ob stiku z zrakom na kovinski površini nastane zaščitna oksidna plast, vendar se volfram pri visokih temperaturah popolnoma oksidira. Ko ga v majhnih količinah dodamo jeklu, se njegova trdota močno poveča.

Izotopi

V naravi je volfram sestavljen iz petih radioaktivnih izotopov, vendar imajo tako dolgo razpolovno dobo, da jih lahko štejemo za stabilne. Vsi razpadejo v hafnij-72 z emisijo alfa delcev (ki ustrezajo jedru helija-4). Alfa razpad je opažen samo v ¹⁸⁰W, najlažjem in najredkejšem od tehizotopi. V povprečju pride do dveh alfa razpada v 1 g naravnega volframa na leto ¹⁸⁰W.

Poleg tega je bilo opisanih 27 umetnih radioaktivnih izotopov volframa. Najbolj stabilen od teh je ¹⁸¹W z razpolovno dobo 121,2 dni, ¹⁸⁵W (75,1 dni), ¹⁸⁸ W (69, 4 dni) in ¹⁷⁸W (21, 6 dni). Vsi drugi umetni izotopi imajo razpolovno dobo manj kot en dan, večina pa je manjša od 8 minut. Volfram ima tudi štiri "metastabilna" stanja, od katerih je najbolj stabilno ^179mW (6,4 min).

Povezave

V kemičnih spojinah se oksidacijsko stanje volframa spremeni od +2 do +6, od tega je +6 najpogostejši. Element se običajno veže s kisikom in tvori rumeni trioksid (WO₃), ki se raztopi v vodnih alkalnih raztopinah kot volframatovi ioni (WO₄₂₋).

Prijava

Ker ima volfram zelo visoko tališče in je duktilen (lahko se vleče v žico), se pogosto uporablja kot žarilna nitka žarnic in vakuumskih sijalk, pa tudi v grelnih elementih električnih peči. Poleg tega material vzdrži ekstremne pogoje. Ena od njegovih znanih aplikacij je obločno varjenje z volframovim plinom.

Izjemno trd, volfram je idealna komponenta za težke zlitine orožja. Visoka gostota se uporablja v kettlebellih,protiuteži in balastne kobilice za jahte, pa tudi v pikadu (80-97%). Hitrorezno jeklo, ki lahko reže material pri višjih hitrostih kot ogljikovo jeklo, vsebuje do 18 % te snovi. Turbinske lopatice, obrabni deli in premazi uporabljajo "superzlitine", ki vsebujejo volfram. To so toplotno odporne, zelo odporne zlitine, ki delujejo pri povišanih temperaturah.

Toplotno raztezanje kemičnega elementa je podobno borosilikatnemu steklu, zato se uporablja za izdelavo tesnil med steklom in kovino. Kompoziti, ki vsebujejo volfram, so odličen nadomestek za svinec v nabojih in nabojih. V zlitinah z nikljem, železom ali kob altom so iz njega izdelani udarni projektili. Kot krogla se njegova kinetična energija uporablja za zadetek cilja. V integriranih vezjih se volfram uporablja za povezovanje s tranzistorji. Nekatere vrste strun za glasbila so narejene iz volframove žice.

Uporaba povezav

Izjemna trdota volframovega karbida (W₂C, WC) ga naredi najpogostejši material za orodja za rezkanje in struženje. Uporablja se v metalurški, rudarski, naftni in gradbeni industriji. Volframov karbid se uporablja tudi pri izdelavi nakita, saj je hipoalergen in ne izgubi sijaja.

Glazura je narejena iz njegovih oksidov. Volframov "bron" (tako imenovan zaradi barve oksidov) se uporablja v barvah. Magnezijev in kalcijev volframat se uporabljata pri fluorescencisvetilke. Kristalni volframat služi kot scintilacijski detektor v nuklearni medicini in fiziki. Soli se uporabljajo v kemični in usnjarski industriji. Volframov disulfid je visokotemperaturna mast, ki zdrži 500°C. Nekatere spojine, ki vsebujejo volfram, se uporabljajo v kemiji kot katalizatorji.