Вольфрам – це хімічний елемент періодичної системи Менделєєва, який належить до VI групі. У природі ванадій зустрічається у вигляді суміші з п'яти ізотопів. У своєму звичайному вигляді і при звичайних умовах він являє собою твердий метал сріблясто-сірого кольору. Він також є самим тугоплавким з усіх металів.

Основні властивості вольфраму

Вольфрам – це метал, що володіє чудовими фізичними і хімічними властивостями. Практично в усіх галузях сучасного виробництва застосовується вольфрам. Формула його зазвичай виражається у вигляді позначення оксиду металу – WO 3 . Вольфрам вважається самим тугоплавким з металів. Передбачається, що лише сиборгий може бути ще більш тугоплавок. Але точно поки цього стверджувати не можна, так як сиборгий має дуже малий час існування.


Цей метал має особливі фізичні та хімічні властивості. Вольфрам має щільність 19300 кг/м 3 , температура плавлення його становить 3410 °С. За цим параметром він займає друге місце після вуглецю – графіту або алмазу. У природі ванадій зустрічається у вигляді п'яти стабільних ізотопів. Їх масові числа знаходяться в інтервалі від 180 до 186. Вольфрам має 6-й валентністю, а в з'єднаннях вона може складати 023 4 і 5. Метал також має досить високий рівень теплопровідності. Для вольфраму цей показник складає 163 Вт/(м*град). По цій властивості він перевищує навіть такі сполуки, як сплави алюмінію. Маса вольфраму обумовлена його щільністю, яка дорівнює 19кг/м 3 . Ступінь окислення вольфраму коливається від +2 до +6. У вищих ступенях свого окислення метал має кислотні властивості, а в нижчих – основні.


При цьому сплави нижчих сполук вольфраму вважаються нестійкими. Найбільш стійкими є сполуки зі ступенем +6. Вони виявляють і найбільш характерні для металу хімічні властивості. Вольфрам має властивість легко утворювати комплекси. Але металевий вольфрам зазвичай є дуже стійким. Він починає взаємодіяти з киснем лише при температурі +400 °С. Кристалічна решітка вольфраму відноситься до типу кубічних объемноцентрированних.

Взаємодія з іншими хімічними речовинами

Якщо вольфрам змішати з сухим фтором, то можна отримати з'єднання під назвою "гексафторид", який плавиться вже при температурі 25 °С, а кипить при 195 °С. Схоже речовину отримують при з'єднанні вольфраму з хлором. Але для такої реакції необхідна досить висока температура – близько 600 °С. Однак речовина легко протистоїть руйнівній дії води і практично не піддається змінам на холоді. Вольфрам – метал, який без кисню не виробляє реакції розчинення в лугах. Проте він легко розчиняється в суміші HNO 3 і HF. Найголовніші з хімічних сполук вольфраму – це його триокис WO 3 , Н 2 WO 4 – вольфрамова кислота, а також її похідні – солі вольфрамати. Можна розглянути деякі хімічні властивості вольфраму з рівняннями реакцій. Наприклад, формула WO 3 + 3H 2 = W+3H 2 O. В ній метал вольфрам відновлюється з оксиду, проявляється його властивість взаємодії з воднем. Це рівняння відображає процес отримання вольфраму з його триоксиду. Наступною формулою позначається така властивість, як практична нерозчинність вольфраму в кислотах: W + 2HNO3 + 6HF = WF6 + 2NO + 4H 2 O. Одним з найбільш примітних речовин, що містять вольфрам, вважається карбоніл. З нього отримують щільні і тонкі покриття з чистого вольфраму.

Історія відкриття

Вольфрам – метал, який отримав свою назву від латинської мови. У перекладі це слово означає «вовча піна». Таке незвичайне назва з'явилася з-за поведінки металу. Супроводжуючи здобуту олов'яну руду, вольфрам заважав виділення олова. З-за нього в процесі виплавки утворювалися тільки шлаки. Про це металі говорили, що він «поїдає олово, як вовк їсть вівцю». Для багатьох цікаво, хто відкрив хімічний елемент вольфрам? Це наукове відкриття було зроблено одночасно в двох місцях різними вченими незалежно один від одного. У 1781 році хімік зі Швеції Шеєле отримав так званий «важкий камінь», проводячи досліди з азотною кислотою і шеелитом. У 1783 році брати-хіміки з Іспанії за прізвищем Елюар також повідомив про відкриття нового елемента. Точніше, ними був відкритий оксид вольфраму, растворявшийся в аміаку.

Сплави з іншими металами

В даний час розрізняють однофазні і багатофазні вольфрамові сплави. Вони містять один або кілька сторонніх елементів. Найвідоміше з'єднання – це сплав вольфраму і молібдену. Додавання молібдену надає вольфраму міцність при розтягуванні. Також до категорії однофазних сплавів належать сполуки вольфраму з титану, гафнію, цирконієм. Найбільшу пластичність вольфраму надає реній. Однак практично застосовувати такий сплав – досить трудомісткий процес, так як реній дуже важко добути. Так як вольфрам є одним з найбільш тугоплавких матеріалів, то отримувати вольфрамові сплави – непросте завдання. Коли цей метал тільки починає закипати, інші вже переходять у рідину або стан газу. Але сучасні вчені вміють отримувати сплави за допомогою процесу електролізу. Сплави, що містять вольфрам, нікель і кобальт, використовуються для нанесення захисного шару на неміцні матеріали.
У сучасній металургійній промисловості також отримують сплави, використовуючи вольфрамовий порошок. Для його створення необхідні особливі умови, включаючи створення вакуумної обстановки. Із-за деяких особливостей взаємодії вольфраму з іншими елементами металурги воліють створювати сплави не двофазної характеристики, а з застосуванням 3 4 і більше складових. Ці сплави особливо міцні, але при чіткому дотриманні формул. При найменших відхиленнях процентних складових сплав може вийти крихким і непридатним до використання.

Вольфрам – елемент, що застосовується в техніці

З цього металу виготовляють нитки розжарювання звичайних лампочок. А також трубки для рентгенівських апаратів, складові вакуумних печей, які повинні використовуватися при дуже високих температурах. Сталь, до складу якої входить вольфрам, має дуже високий рівень міцності. Такі сплави використовуються для виготовлення інструментів в самих різних областях: для буріння свердловин, в медицині, машинобудуванні. Головна перевага з'єднання сталі і вольфраму – зносостійкість, малоймовірність пошкоджень. Найвідоміший у будівництві вольфрамовий сплав носить назву «переможе». Також цей елемент широко використовується в хімічній промисловості. З його додаванням створюють фарби, пігменти. Особливо широке застосування у цій сфері отримав оксид вольфраму 6. Його застосовують для виготовлення карбідів і галогенідів вольфраму. Інша назва цього речовини – триоксид вольфраму. Оксид вольфраму 6 використовується як жовтий пігмент у фарбах для кераміки та виробів з скла.

Що таке важкі сплави?

Всі сплави на основі вольфраму, які володіють високим показником щільності, називають важкими. Їх отримують тільки за допомогою методів порошкової металургії. Вольфрам завжди є основою важких сплавів, де його вміст може становити до 98 %. Крім цього металу, у важкі сплави додається нікель, мідь і залізо. Проте в них можуть входити і хром, срібло, кобальт, молібден. Найбільшу популярність отримали сплави ВМЖ (вольфрам – нікель – залізо) і ВНМ (вольфрам – нікель – мідь). Високий рівень щільності таких сплавів дозволяє їм поглинати небезпечне гамма-випромінювання. З них виготовляють маховики коліс, електричні контакти, ротори для гіроскопів.

Карбід вольфраму

Близько половини всього вольфраму застосовується для виготовлення міцних металів, особливо вольфрамового карбіду, який має температуру плавлення 2770 С. Карбід вольфраму являє собою хімічне з'єднання, в якому міститься однакова кількість атомів вуглецю й вольфраму. Цей сплав має особливі хімічні властивості. Вольфрам надає йому таку міцність, що за цим показником він перевершує сталь в два рази. Карбід вольфраму широко використовується в промисловості. З нього виготовляють ріжучі предмети, які повинні бути дуже стійкі до високих температур і стирання. Також з цього елементу виготовляють:

Деталі літаків, двигуни автомобілів.

Деталі для космічних кораблів.

Медичні хірургічні інструменти, які застосовуються у сфері порожнинної хірургії. Такі інструменти дорожче звичайної медичної сталі, проте вони більш продуктивні.

Ювелірні вироби, особливо обручки. Така популярність вольфраму пов'язана з його міцністю, яка для вінчаються символізує міцність взаємин, а також зовнішнім виглядом. Характеристики вольфраму в відполірованому вигляді такі, що він протягом дуже тривалого часу зберігає дзеркальний, блискучий вигляд.

Кульки для кулькових ручок класу люкс.

Переможе – сплав вольфраму

Приблизно у другій половині 1920-х років в багатьох країнах почали випускатися сплави для різальних інструментів, які отримували з карбідів вольфраму і металевого кобальту. У Німеччині такий сплав називався видиа, в Штатах – карбола. У Радянському Союзі такий сплав отримав назву «переможе». Ці сплави виявилися прекрасними для обробки чавунної продукції. Переможе є металокерамічних сплавом з надзвичайно високим рівнем міцності. Він виготовляється у вигляді пластинок різних форм і розмірів. Процес виготовлення побідиту зводиться до наступного: береться порошок карбіду вольфраму, дрібний порошок нікелю або кобальту, і все перемішується і пресується в спеціальних формах. Спресовані таким чином пластини піддаються подальшій температурній обробці. Це дає дуже твердий сплав. Ці пластини використовуються не тільки для різання чавуну, але і для виготовлення бурильних інструментів. Платівки з побідиту напаиваются на бурильне обладнання за допомогою міді.

Поширеність вольфраму в природі

Цей метал дуже мало розповсюджений у навколишньому середовищі. Після всіх елементів він займає 57-е місце і міститься у вигляді кларка вольфраму. Також метал утворює мінерали – шеелит і вольфрамит. Вольфрам мігрують у підземні води або у вигляді власного іона, або у вигляді різноманітних сполук. Але його найбільша концентрація у підземних водах мізерно мала. Вона складає соті частки мг/л і практично не змінює їх хімічні властивості. Вольфрам також може потрапляти в природні водойми стоків з заводів і фабрик.

Вплив на людський організм

Вольфрам практично не надходить в організм з водою чи їжею. Може існувати небезпека вдихання вольфрамових часток разом з повітрям на виробництві. Однак, незважаючи на приналежність до категорії важких металів, вольфрам не токсичний. Отруєння вольфрамом трапляються лише у тих, хто пов'язаний з вольфрамовим виробництвом. При цьому ступінь впливу металу на організм буває різною. Наприклад, вольфрамовий порошок, карбід вольфраму і така речовина, як ангідрит вольфрамової кислоти, можуть викликати ураження легень. Його головні симптоми – загальне нездужання, лихоманка. Більш сильні симптоми виникають при отруєнні сплавами вольфраму. Це відбувається при вдиханні пилу сплавів і призводить до бронхіту, пневмосклерозу. Металевий вольфрам, потрапляючи всередину людського організму, не всмоктується в кишечнику і поступово виводиться. Велику небезпеку можуть представляти вольфрамові сполуки, що відносяться до розчинним. Вони відкладаються в селезінці, кістках і шкірі. При тривалому впливі вольфрамових сполук можуть виникати такі симптоми, як ламкість нігтів, лущення шкіри, дерматити різного роду.

Запаси вольфраму в різних країнах

Найбільші ресурси вольфраму знаходяться в Росії, Канаді та Китаї. За прогнозами вчених, на вітчизняних теренах розташовується близько 943 тисяч тонн цього металу. Якщо вірити цим оцінками, то переважна частина запасів розташована в Південній Сибіру і на Далекому Сході. Дуже незначною є частка розвіданих ресурсів – вона складає всього лише близько 7 %. За кількістю розвіданих покладів вольфраму Росія поступається лише Китаю. Велика їх частина розташована в районах Кабардино-Балкарії і Бурятії. Але в цих родовищах видобувається не чистий вольфрам, а його руди містять також молібден, золото, вісмут, телур, скандій та інші речовини. Дві третини обсягів одержуваних вольфраму з розвіданих джерел укладені в труднообогатимих рудах, де головним вольфрамосодержащим мінералом є шеелит. На частку легкообогатимих руд припадає лише третина всієї видобутку. Характеристики вольфраму, що видобувається на території Росії, нижча, ніж за кордоном. Руди містять великий відсоток триоксиду вольфраму. В Росії дуже мало розсипних родовищ металу. Вольфрамові піски також є низькоякісними, з великою кількістю оксидів.

Вольфрам в економіці

Глобальне виробництво вольфраму початок свій зріст приблизно з 2009 року, коли стала відновлюватися азіатська промисловість. Найбільшим виробником вольфраму залишається Китай. Наприклад, в 2013 році на частку виробництва цієї країни припадало 81 % від світового пропозиції. Близько 12 % попиту на вольфрам пов'язано з виробництвом освітлювальних приладів. За прогнозами експертів, використання вольфраму в цій сфері буде скорочуватися на тлі застосування світлодіодних і люмінесцентних ламп як у побутових умовах, так і на виробництві. Вважається, що зростатиме попит на вольфрам у сфері виробництва електронної техніки. Висока зносостійкість вольфраму та його здатність витримувати електрика роблять цей метал найбільш підходящим для виробництва регуляторів напруги. Однак за обсягом цей попит поки залишається досить незначним, і вважається, що до 2018 року він зросте лише на 2 %. Однак згідно з прогнозами вчених, найближчим часом має відбутися зростання попиту на цементований карбід. Це пов'язано з зростанням автомобільного виробництва в США, Китаї, Європі, а також збільшенням гірничодобувної промисловості. Вважається, що до 2018 року попит на вольфрам збільшиться на 36 %.