Вольфрам

74 ТанталВольфрамРений
Внешний вид простого вещества
Wolfram evaporated crystals and 1cm3 cube.jpg
Тугоплавкий прочный металл, стального цвета или белый
Свойства атома
Имя, символ, номер

Вольфра́м/Wolframium (W), 74

Атомная масса
(молярная масса)

183, 84 а. е. м. (г/моль

)
Электронная конфигурация

[Xe] 4f14 5d4 6s2

Радиус атома

141 пм

Химические свойства
Ковалентный радиус

170 пм

Радиус иона

(+6e) 62 (+4e) 70 пм

Электроотрицательность

2.3 (шкала Полинга

)
Электродный потенциал

W ← W3+ 0, 11 В
W ← W6+ 0, 68 В

Степени окисления

6, 5, 4, 3, 2, 0

Энергия ионизации
(первый электрон)

769, 7 (7, 98) кДж/моль (эВ

)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.)

19300 кг/м³ 19, 3 г/см³

Температура плавления

3380  °C, 3653 K

Температура кипения

5555  °C, 5828 K

Теплота плавления

191 кДж/кг 35 кДж/моль

Теплота испарения

4482 кДж/кг 824 кДж/моль

Молярная теплоёмкость

24, 27[1] Дж/(K·моль

)
Молярный объём

9, 53 см³/моль

Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки

кубическая
объёмноцентрированая

Параметры решётки

3, 160 Å

Температура Дебая

310, 00 K

Прочие характеристики
Теплопроводность

(300 K) 173 Вт/(м·К

)
74
Вольфрам
W
183, 84
4f145d46s2

Вольфра́м — химический элемент с атомным номером 74 в периодической системе, обозначается символом W (латWolframium), твёрдый серый переходный металл

.

Вольфрам — самый тугоплавкий металл (элемент) среди природных элементов. При стандартных условиях химически стоек

.

Содержание

История и происхождение названия

Название Wolframium перешло на элемент с минерала вольфрамит, известного ещё в XVI в. под названием «волчья пена» — «Spuma lupi» на латыни, или «Wolf Rahm» по-немецки. Название было связано с тем, что вольфрам, сопровождая оловянные руды, мешал выплавке олова, переводя его в пену шлаковпожирает олово как волк овцу»

).

В настоящее время в США, Великобритании и Франции для вольфрама используют название «tungsten» (швед. tung sten — «тяжелый камень»

).

В 1781 знаменитый шведский химик Шееле , обрабатывая азотной кислотой минерал шеелит, получил жёлтый «тяжелый камень». В 1783 испанские химики братья Элюар сообщили о получении из саксонского минерала вольфрамита жёлтой окиси нового металла, растворимой в аммиаке. При этом один из братьев, Фаусто, был в Швеции в 1781 и общался с Шееле. Шееле не претендовал на открытие вольфрама, а братья Элюар не настаивали на своём приоритете

.

Нахождение в природе

Кларк вольфрама земной коры составляет (по Виноградову) 1, 3 г/т(0.0013 % по содержанию в земной коре). Его среднее содержание в горных породах, г/т: ультраосновных — 0, 1, основных — 0, 7, средних — 1, 2, кислых — 1, 9

.

Вольфрам встречается в природе главным образом в виде окисленных сложных соединений, образованных трехокисью вольфрама WO3 с оксидами железа и марганца или кальция, а иногда свинца, меди, тория и редкоземельных элементов. Промышленное значение имеют вольфрамит (вольфрамат железа и марганца nFeWO4 * mMnWO4 — соответственно, ферберит и гюбнерит) и шеелит (вольфрамат кальция CaWO4). Вольфрамовые минералы обычно вкраплены в гранитные породы, так что средняя концентрация вольфрама составляет 1-2 %

.

Месторождения

Наиболее крупными запасами обладают Казахстан, Китай, Канада и США; известны также месторождения в Боливии, Португалии, России и Южной Корее. Мировое производство вольфрама составляет 49-50 тысяч тонн в год, в том числе в Китае 41, России 3, 5; Казахстане 0, 7, Австрии 0, 5. Основные экспортёры вольфрама: Китай, Южная Корея, Австрия. Главные импортёры: США, Япония, Германия, Великобритания.
Также есть месторождения вольфрама в Армении и других странах

.

Получение

Вольфрамовый порошок

Процесс получения вольфрама проходит через подстадию выделения триоксида WO3 из рудных концентратов и последующем восстановлении до металлического порошка водородом при температуре ок. 700 °C. Из-за высокой температуры плавления вольфрама для получения компактной формы используются методы порошковой металлургии: полученный порошок прессуют, спекают в атмосфере водорода при температуре 1200—1300 °C, затем пропускают через него электрический ток. Металл нагревается до 3000 °C, при этом происходит спекание в монолитный материал. Для последующей очистки и получения монокристаллической формы используется зонная плавка

.

Физические свойства

Вольфрам — светло-серый металл, имеющий самые высокие доказанные температуры плавления и кипения (предполагается, что сиборгий ещё более тугоплавок, но пока что об этом твёрдо утверждать нельзя — время существования сиборгия очень мало

).

Некоторые физические свойства приведены в таблице (См. выше). Другие физические свойства вольфрама

:

Вольфрам является одним из наиболее тяжелых, твердых и самым тугоплавким металлом. В чистом виде представляет собой металл серебристо-белого цвета, похожий на платину, при температуре около 1600 °C хорошо поддается ковке и может быть вытянут в тонкую нить

.

Химические свойства

Проявляет валентность от 2 до 6. Наиболее устойчив 6-валентный вольфрам. 3- и 2-валентные соединения вольфрама неустойчивы и практического значения не имеют

.

Вольфрам имеет высокую коррозионную стойкость: при комнатной температуре не изменяется на воздухе; при температуре красного каления медленно окисляется в оксид вольфрама (VI). Вольфрам в ряду напряжений стоит сразу после водорода, и в соляной, разбавленной серной и плавиковой кислотах почти не растворим. В азотной кислоте и царской водке окисляется с поверхности

.

Легко растворяется в смеси азотной и плавиковой кислот[2]

:
~\mathsf{ 2W + 4HNO_3 + 10HF \longrightarrow WF_6 + WOF_4 + 4NO \uparrow + 7H_2O }

Реагирует с расплавленными щелочами в присутствии окислителей[3]

:
~\mathsf{2W + 4NaOH + 3O_2 \longrightarrow 2Na_2WO_4 + 2H_2O}
~\mathsf{W + 2NaOH + 3NaNO_3 \longrightarrow Na_2WO_4 + 3NaNO_2 + H_2O}

Поначалу, данные реакции идут медленно, однако при достижении 400 °C (500 °C для реакции с участием кислорода) вольфрам начинает саморазогреваться и реакция протекает достаточно бурно, с образованием большого количества тепла

.

В смеси азотной и плавиковой кислоты растворяется, образуя гексафторвольфрамовую кислоту H2[WF6]. Из соединений вольфрама наибольшее значение имеют: триоксид вольфрама или вольфрамовый ангидрид, вольфраматы, перекисные соединения с общей формулой Me2WOX, а также соединения с галогенами, серой и углеродом. Вольфраматы склонны к образованию полимерных анионов, в том числе гетерополисоединений с включением других переходных металлов

.

Применение

Главное применение вольфрама — как основа тугоплавких материалов в металлургии

.

Металлический вольфрам

Нить накаливания

Соединения вольфрама

  • Дителлурид вольфрама WTe2 применяется для преобразования тепловой энергии в электрическую (термо-ЭДС около 57 мкВ/К).

Другие сферы применения

Искусственный радионуклид 185W используется в качестве радиоактивной метки при исследованиях вещества. Стабильный 184W используется как компонент сплавов с ураном-235, применяемых в твердофазных ядерных ракетных двигателях, поскольку это единственный из распространённых изотопов вольфрама, имеющий низкое сечение захвата тепловых нейтронов (около 2 барн

).

Рынок вольфрама

Цены на металлический вольфрам чистотой около 99 % на конец 2010 года составляли около 40-42 долларов США за килограмм, в мае 2011 года составляли около 53-55 долларов США за килограмм. Полуфабрикаты от 58 USD (прутки) до 168 (тонкая полоса)[4]

.

Биологическая роль

Вольфрам не играет значительной биологической роли. У некоторых архебактерий и бактерий имеются ферменты, включающие вольфрам в своем активном центре. Существуют облигатно-зависимые от вольфрама формы архебактерий-гипертермофилов, обитающие вокруг глубоководных гидротермальных источников. Присутствие вольфрама в составе ферментов может рассматриваться как физиологический реликт раннего архея — существуют предположения, что вольфрам играл роль в ранних этапах возникновения жизни[5]

.

Пыль вольфрама, как и большинство других видов металлической пыли, раздражает органы дыхания

.

Изотопы

Природный вольфрам состоит из пяти изотопов (180W, 182W, 183W, 184W и 186W). Искусственно созданы и идентифицированы ещё 30 радионуклидов. В 2003 открыта[6] чрезвычайно слабая радиоактивность природного вольфрама (примерно два распада на грамм элемента в год), обусловленная α-активностью 180W, имеющего период полураспада 1, 8·1018 лет[7]

.

Интересные факты

Вольфрам — самый тугоплавкий металл. Температура плавления 3380 °C, кипения 5900 °C. Примерно такую же температуру имеет фотосфера Солнца[8]

.

Плотность вольфрама почти равняется плотности золота: 19, 30 г/см³ против 19, 32 г/см³ соответственно

.

Примечания

  1. Редкол.:Кнунянц И. Л. (гл. ред.) Химическая энциклопедия: в 5 т. — Москва: Советская энциклопедия, 1988. — Т. 1. — С. 418. — 623 с. — 100 000 экз.
  2. Рипан Р., Четяну И. Неорганическая химия. Химия металлов. — М.: Мир, 1972. — Т. 2. — С. 347.
  3. Рипан Р., Четяну И. Неорганическая химия. Химия металлов. — М.: Мир, 1972. — Т. 2. — С. 348.
  4. Цены на вольфрам
  5. Федонкин М. А. Сужение геохимического базиса жизни и эвкариотизация биосферы: причинная связь — Палеонтологический журнал — 2003 — № 6 — с. 33-40
  6. F. A. Danevich et al. (2003). «α activity of natural tungsten isotopes». Phys. Rev. C 67. DOI:10.1103/PhysRevC.67.014310.
  7. C. Cozzini et al. (2004). «Detection of the natural α decay of tungsten». Phys. Rev. C 70. DOI:10.1103/PhysRevC.70.064606.
  8. Справочник химика/ Редкол.: Никольский Б.П. и др.. — 3-е изд., испр. — Л.: Химия, 1971. — Т. 2. — 1168 с.

Ссылки

Логотип Викисловаря
В Викисловаре есть статья «вольфрам»


Wikimedia Foundation. 2010.