Ознайомлення зі статтею дозволить ознайомитися з фізичними та хімічними властивості вольфраму, дізнатися особливості його знаходження в природі, місця видобутку, історію відкриття і багато іншого.

Вольфрам (W)

Вольфрам – це елемент періодичної таблиці Менделєєва Д. І., має сімдесят четвертий атомний номер, що відповідає латинському символу W. В звичайних умовах має сіро-сріблястий колір, блищить, твердий. З усіх відомих металів вольфрам вважається самим тугоплавким. Вище, ніж у W, температура плавлення тільки у неметали – вуглецю. Має високу хімічну стійкість. Валентність вольфраму – мінлива.

Історія відкриття

Хімік з Швеції Карл Вільгельм Шеєле в 1781 р., займаючись обробкою шеелита азотною кислотою, зміг добути триоксид вольфраму – «важкий камінь» жовтого кольору. Через два роки, вже в 1783-му, два брата Елюар, вчені-хіміки родом з Іспанії, повідомили громадськості про те, що змогли отримати з вольфраміту новий метал і його окис – вольфрам. Сучасні США, Франція і Великобританія використовують найменування tungsten для вольфраму, що перекладається з грецької як "важкий камінь". Спочатку слово wolframium позначало мінерал вольфрамит. Пізніше воно перейшло до самого металу.

Вольфрам в природі

За розрахунками Виноградова, кларковое кількість вольфраму в корі землі дорівнює приблизно 13 г/т. Середній показник вмісту в породах гірських масивів, г/т: кислі породи – 19 середні – 12 основні - 07 ультраосновних - 01.


Найбільші запаси цього металу зосереджені в Китаї, США, Канаді та Казахстані, а такі країни, як Болівія, Португалія, Узбекистан, Росія і Південна Корея, мають більш маленькі в порівнянні з вищезгаданими державами запаси. В рік виробляється близько 49-50 тисяч тонн, з них 41 видобувається Китаєм, частка Росії відповідає 35 тонни, Казахстану - 07 і Австралії - 05 т. У промисловості основні ролі віддаються вольфрамиту і шеелиту. Мінерали вольфраміту найчастіше зосереджені в гранітних породах, а їх середня концентрація відповідає одному-двом відсоткам. Більшість видобувних країн експортують вольфрам. Ціна цього металу досить висока і може варіюватися залежно від його марки і виду, в якому він продається (від 2172 до 6250560 руб.) . Головними експортерами вольфраму вважаються ЮК, Китай і Австралія. Імпортують його у великих кількостях Сполучені Штати Америки, Німеччина, Англія і Японія.

Способи отримання

Отримання вольфраму – це процес, що складається з кількох поетапних стадій. Спочатку виділяють триоксид WO 3 з концентратів руди з йдуть слідом процесом відновлення до порошку металу за допомогою водню в умовах близько 700 °C. У зв'язку з надзвичайно високою температурою плавлення кращим способом для отримання цього металу є кошти порошкової металургії. На першій стадії порошок вольфраму пресують, потім поміщають у водневу атмосферу і спекают в умовах близько 1200-1300 °C. Далі піддають впливу електричного струму і розганяють температуру нагрівання до трьох тисяч градусів, цей процес супроводжується спіканням, і метал перетворюється на моноліт. Подальше отримання вольфраму і його очищення з отриманих монолітних матеріалів протікають в умовах зонної плавки. Однак порошок вольфраму – це не єдина форма отримання цього металу. При отриманні W методом піролізу з хлоридів можна отримати його вже в металевій формі, а не в компактній і порошкової.

Хімічні якісні характеристики

Валентність вольфраму носить змінний характер, від двох до шести. Саму стійку форму приймає при шостий валентності. Дво - і тривалентні форми сполук є нестійкими і не мають особливого значення, на практиці не застосовуються. Вольфрам дуже стійкий проти корозії металів. Кімнатна температура дозволяє йому підтримувати постійне положення, не піддається корозії; по досягненні температури розжарювання починає окислюватися, утворюючи оксид вольфраму (VI). Займає друге місце в ряду напруг і стоїть слідом за воднем. Практично не розчиняється в плавикової і розведеної сірчаної кислоти. Азотна кислота і царська горілка викликають процес окислення поверхні. Розчинення можливо в водневої перекису. Суміш плавикової й азотної кислоти добре розчиняє вольфрам: 2W + 4HNO 3 + 10HF a WF 6 + WOF 4 + 4NO (виділення газу) + 7H 2 O. При наявності окисників може реагувати з розплавленої лугом: 2W + 4NaOH 3 + 3O 2 a 2Na 2 WO 4 + 2H 2 O. Вищенаведені приклади реакцій протікають дуже повільно, але після досягнення позначки в 400 °C вольфрам саморазогревается і процес реакції прискорюється, попутно утворюючи велику кількість тепла. Реакції за участю кисню вимагають досягнення позначки в 500 °C, для того щоб метал почав нагріватися. Розчинення в суміші плавикової й азотної кислот призводить до утворення гексафторвольфрамовой кислоти – H 2 [WF6]. З усіх відомих вольфрамових сполук найважливішими вважаються ангідрид вольфраму або триоксид вольфраму, вольфрамат, перекисне з'єднання з Me 2 WO X речовини, утворені з S, C і елементами групи галогенів.

Властивості фізичного характеру

Вольфрам являє собою світло-сірий блискучий метал. Температура вольфраму при плавленні та кипінні досягає найвищих позначок за Цельсієм порівняно з іншими металами. Існує припущення про те, що сиборгий має ще більші показники температур плавлення і кипіння, але в силу того що він «живе» дуже мало, цього не можна стверджувати з упевненістю, так як це не доведено експериментальним шляхом. Плавитися вольфрам починає при 3695 K, а кипить, досягнувши позначки в 5828 K. Чистий W по щільності близький до золота – 1925 грама на кубічний сантиметр. Йому властиві парамагнітні якості. У відповідності з параметрами виміру твердість за Брінеллем дорівнює 488 кг/мм 2 . При двадцяти градусах за Цельсієм має УЕС 55*10 -9 Ом*м, а в умовах температури в 2700 °C показник УЕС зростає до 904*10 -9 Ом*м Відбитий від вольфраму звук рухається при швидкості 4290 м/c. Одним з найбільш важких металів з високим показником твердості і величезною температурою плавлення по праву вважається вольфрам. Властивості, які йому притаманні, зумовлюють його цінність на світовому ринку і дозволяють широко використовувати. Здатність витримувати великі температури дозволяє широкомасштабно застосовувати вольфрам. Дріт, листи і багато іншого дозволяють створювати механізми, що служать довгі роки. Зовні схожий на платину. У чистому вигляді при нагріванні до 1600 °C може добре кувати.

Застосування чистого металу

Основний спосіб застосування вольфраму – це основа як тугоплавкого матеріалу в металургійній промисловості. Пластичні і тугоплавкі властивості – це те, чим славиться вольфрам. Дріт з цього металу незамінна в приладах, призначених для освітлення. Кінескопи та інші трубки з вакуумом також широко використовують W. Аргонно-дугове зварювання не може обійтися без електродів, виготовлених з участю вольфраму. Вакуумні печі опору також використовують його як нагрівальний елемент, а сплав цього металу з ренієм використовується як термопара. Висока щільність дозволяє його застосовувати як основу для сплавів важкого типу, що використовуються в якості противаги, бронебійного сердечника для подкалиберного і стреловидной снаряда артилерійського знаряддя, сердечника для бронебійних патронів і навіть гіроскопів, стабілізуючих політ балістичної ракети. Вольфрам може послужити відмінним засобом від іонізуючого випромінювання типу. Хоч він і має велику щільність, особливо в порівнянні з традиційним свинцем, по вазі при рівному рівні надання захисту одяг або прилади з його застосуванням виходять легше. Властивості тугоплавкости і твердості ускладнюють процес обробки, а тому частіше у подібних випадках користуються сплавами вольфраму і нікелю, а також заліза, міді та інших металів. У промисловості для створення різноманітної міцної продукції використовують вольфрам. Лист, порошок вольфраму, електроди та штабик – одні з найбільш поширених форм випуску продукції з W.

Застосування сполук

Механічна обробка різноманітних металів, а також матеріалів, що входять до складу машинобудівних конструкцій неметалевої природи, процес буріння свердловини і гірничодобувна промисловість використовують міцні сплави і матеріали композитного типу, засновані на карбіду вольфраму, суміші карбід титану, карбід танталу і карбід вольфраму. Марки вольфраму, виготовлені з цих матеріалів, діляться на Т30К4 Т5К10 ВК25 ВК8 ВК 15 Т15К4 ВК2 ВК6 і ВК4. Марки групи ТТ використовуються лише для дуже складної обробки в умовах підвищеної складності. Яскравим прикладом можуть послужити ударно-поворотний процес буріння міцного матеріалу перфоратором або виготовлення поковки зі сталі з високою жароміцністю. Використовується W як легирующий елемент для сталі та сплавах, заснованих на залозі. «Швидкорізальна» сталь з буквеною маркуванням, що починається з P, більш ніж у 90 % випадків містить частку вольфраму. Іноді різні сполуки вольфраму застосовують в якості каталізаторів або пігментів, високотемпературної мастила, для переходу теплового виду енергії в електричну.

Вольфрам і біологія

Вольфрам не вважається значним металом в біології, проте деякі бактерії і архебактерії у складі своїх ферментів мають цей компонент, що знаходиться в активному центрі. Близько глибоководних джерел гідротермального типу мешкають архебактерії-гипертермофили, які вважаються облігатно-залежними від вольфраму. Наявність цього металу в ферментативному складі розглядається як релікт раннього архею періоду, інакше кажучи, це може дозволити припускати, що раннє виникнення життя на землі проходило з участю W. Як і переважна частина інших металів, пил вольфраму викликає подразнення органів дихання.

Форми ізотопів

Вольфрам природного походження включає в себе суміш п'яти різних форм ізотопів, а саме: 180 W (0135 мас. %), 182 W (2641 %), 183 W (144 %), 184 W (3064 %) і 186 W (2841 %) . Валентність вольфраму мінлива і завжди відповідає кількості від 2 до 6 в будь-якій формі ізотопу. До 2016 року вже було відомо тридцять шість створених людиною штучних форм ідентифікованих вольфрамових радіонуклідів з масовими числами: 157179181185 187 197. Відкрита радіоактивність вольфраму природного походження була в 2003 році, проте її показник надзвичайно малий, що відповідає приблизно двом розпаду на один грам в рік, а умовою цього розпаду служить ?-активність металу.

На закінчення

Самим тугоплавким з нині існуючих металів є вольфрам. Властивості, притаманні йому, дозволяють знаходити своє місце в широкому спектрі індустріальної діяльності людини, починаючи з машинобудування і закінчуючи захистом від опромінення. Метал був відкритий, грубо кажучи, двічі з різницею в два роки, але ні Шеєле, ні брати Елюар не особливо претендували на заслуги в честь його виявлення. Валентність вольфраму є змінною і приймає значення від двох до шести, але, як і мовилося раніше, найбільш стійка форма має шосту валентність. Дуже стійкий до впливу корозії, може реагувати з лугами і розчинятися в суміші плавикових і азотної кислот. Марки вольфраму діляться на величезну кількість видів у відповідності зі способом виконання, формою, в якій знаходиться метал, і областю його застосування. Існує безліч форм його ізотопу, а сам елемент в природі має слабо виражену радіоактивне властивість і надзвичайно повільно розпадається. Основою для безлічі деталей і запчастин, найрізноманітнішої техніки та апаратури, використовуваної людиною, служить саме вольфрам. Ціна навіть за кілограм металу досить висока, але тим не менш це не знижує попит на нього, адже його якості відповідають тій вартості, яку за нього просять.