Вальфрам - гэта што такое? Ступень акіслення вальфраму. Сферы ўжывання вальфраму

Вальфрам - хімічны элемент, атамны нумар якога роўны 74. Гэты цяжкі метал ад шэра-стальнога да белага колеру, які адрозніваецца высокай трываласцю, што робіць яго ў многіх выпадках проста незаменным. Тэмпература плаўлення ў яго вышэй, чым у любога іншага металу, і таму ён выкарыстоўваецца ў якасці нітак у лямпах напальвання і награвальных элементаў у электрычных печах (напрыклад, сплаў цырконій-вальфрам). Хімія элемента дазваляе ўжываць яго ў якасці каталізатара. Выключная цвёрдасць робіць яго прыдатным для выкарыстання ў «хуткарэзнай сталі», якая дазваляе рэзаць матэрыялы з больш высокай хуткасцю, чым вугляродзістыя сталі, і ў гарачатрывалых сплавах. Карбід вальфраму, злучэнне элемента з вугляродам, з'яўляецца адным з самых цвёрдых вядомых рэчываў і ўжываецца для вырабу фрэзерных і такарных інструментаў. Вольфраматы кальцыя і магнію шырока выкарыстоўваюцца ў люмінесцэнтных лямпах, а аксіды вальфраму - у фарбах і керамічнай глазуры.

Гісторыя адкрыцця

Здагадка пра існаванне гэтага хімічнага элемента ўпершыню было выказана ў 1779 годзе Пітэр Вульф, калі ён даследаваў мінерал вальфраму і прыйшоў да высновы, што ён павінен змяшчаць новае рэчыва. У 1781 годзе Карл Вільгельм Шэель усталяваў, што з тунгстенита можа быць атрымана новая кіслата. Шэель і Торберн Бергман прапанавалі разгледзець магчымасць атрымання новага металу шляхам аднаўлення гэтай кіслаты, якая атрымала назву тунгстеновой. У 1783 годзе два брата, Хасэ і Фаўста Эльгуяр, знайшлі ў вальфраму кіслату, якая была ідэнтычная тунгстеновой. У тым жа годзе братам атрымалася вылучыць з яе вальфрам, выкарыстоўваючы драўняны вугаль.

Падчас Другой сусветнай вайны гэты хімічны элемент адыграў вялікую ролю. Ўстойлівасць металу да высокіх тэмператур, а таксама экстрэмальная трываласць яго сплаваў зрабіла вальфрам найважнейшым сыравінай для ваеннай прамысловасці. Ваюючыя бакі аказвалі ціск на Партугалію як на галоўны крыніца вольфрамита ў Еўропе.

Знаходжанне ў прыродзе

У прыродзе элемент сустракаецца ў вальфраму (FeWO ₄ / MnWO _4), Шэель (CaWO _4), Фербер і гюбнерите. Важныя радовішча гэтых карысных выкапняў знойдзены ў ЗША ў Каліфорніі і Каларада, у Балівіі, Кітаі, Паўднёвай Карэі, Расіі і Партугаліі. У Кітаі засяроджана каля 75% сусветнай вытворчасці вальфраму. Метал атрымліваюць шляхам аднаўлення яго аксіду вадародам або вугляродам.

Сусветныя запасы ацэньваюцца ў 7 млн т. Мяркуецца, што 30% з іх - паклады вольфрамита і 70% - шеелита. У дадзены час іх распрацоўка эканамічна не выгадная. Пры бягучым узроўні спажывання гэтых запасаў хопіць толькі на 140 гадоў. Іншым каштоўным крыніцай вальфраму з'яўляецца перапрацоўка металалому.

асноўныя характарыстыкі

Вальфрам - хімічны элемент, які класіфікуецца як пераходны метал. Яго сімвал W паходзіць ад лацінскага слова wolframium. У перыядычным табліцы, ён знаходзіцца ў VI групе паміж танталом і караўся.

У чыстым выглядзе вальфрам - гэта цвёрды матэрыял, колер якога вар'іруецца ад шэра-стальнога да алавяна-белага. З прымешкамі метал становіцца далікатным і з ім цяжка працаваць, але калі іх няма, то яго можна рэзаць ножовкой. Акрамя таго, яго можна каваць, пракатваць і выцягваць.

Вальфрам - хімічны элемент, тэмпература плаўлення якога з'яўляецца самай высокай сярод усіх металаў (3422 ° C). Таксама ў яго самае нізкі ціск пара. Трываласць на разрыў пры T> 1650 ° C у яго таксама самая вялікая. Элемент надзвычай устойлівы да карозіі і толькі трохі паддаецца ўздзеянню мінеральных кіслот. У выпадку кантакту з паветрам на паверхні металу утвараецца ахоўны аксіднай пласт, але цалкам вальфрам акісляецца пры высокай тэмпературы. Пры яго даданні ў невялікіх колькасцях у сталь яе цвёрдасць рэзка ўзрастае.

ізатопы

У прыродзе вальфрам складаецца з пяці радыеактыўных ізатопаў, але ў іх такі доўгі перыяд паўраспаду, што іх можна лічыць стабільнымі. Усе яны распадаюцца на гафнія-72 з выпусканнем альфа-часціц (адпаведных ядрам гелія-4). Альфа-распад назіраецца толькі ў ¹⁸⁰ W, найбольш лёгкім і рэдкім з гэтых ізатопаў. У сярэднім, у 1 г прыроднага вальфраму у год адбываецца два альфа-распаду ¹⁸⁰ W.

Акрамя таго, апісаны 27 штучных радыеактыўных ізатопаў вальфраму. Найбольш стабільным з іх з'яўляецца ¹⁸¹ W з перыядам паўраспаду 121,2 дня, ¹⁸⁵ W (75,1 дня), ¹⁸⁸ W (69,4 дня) і ¹⁷⁸ W (21,6 дня). Ва ўсіх іншых штучных ізатопаў перыяд паўраспаду не перавышае сутак, і большасць з іх - менш за 8 мін. Вальфрам таксама мае чатыры «метастабільным» стану, з якіх найбольш устойлівае - ^179m W (6,4 мін).

злучэння

У хімічных злучэннях вальфрам ступень акіслення змяняе ад +2 да +6, з якіх найбольш распаўсюджанай з'яўляецца +6. Элемент, як правіла, ўступае ў сувязь з кіслародам, утворачы жоўты триоксид (WO _3), які раствараецца ў водных шчолачных растворах ў выглядзе іёнаў вольфрамата (WO ₄ ^2-).

прымяненне

Так як вальфрам валодае вельмі высокай тэмпературай плаўлення і пластычны (можа быць выцягнуты ў провад), ён шырока выкарыстоўваецца ў якасці нітак лямпаў напальвання і вакуумных лямпаў, а таксама ў награвальных элементах электрычных печаў. Акрамя таго, матэрыял вытрымлівае экстрэмальныя ўмовы. Адно з вядомых яго ужыванняў - дугавая зварка вальфрамавым электродам ў ахоўным газе.

Выключна цвёрды вальфрам - гэта ідэальны кампанент цяжкіх зброевых сплаваў. Вялікая шчыльнасць выкарыстоўваецца ў гирях, процівагу і баластных килях для яхт, а таксама ў дартс (80-97%). Хуткарэзнай сталі, якая можа рэзаць матэрыял на больш высокіх хуткасцях, чым вугляродзістай, утрымлівае да 18% гэтага рэчывы. У турбінных лапатках, зносастойкіх дэталях і пакрыццях выкарыстоўваюцца «суперсплавы», якія змяшчаюць вальфрам. Гэта гарачатрывалыя высокостойкие сплавы, якія функцыянуюць пры падвышаных тэмпературах.

Цеплавое пашырэнне хімічнага элемента падобна боросиликатному шкле, таму яго ўжываюць для вырабу ўшчыльнення шкло-метал. Кампазіты, якія змяшчаюць вальфрам, - гэта выдатны заменнік свінцу ў пулях і дробу. У сплавах з нікелем, жалезам або кобальтам з яго робяць снарады ўдарнага дзеяння. Падобна пуле, для паразы мэты выкарыстоўваецца яго кінэтычная энергія. У інтэгральных схемах з вальфраму робяць злучэння з транзістарамі. Некаторыя тыпы струн для музычных інструментаў вырабляюцца з вальфрамавай дроту.

выкарыстанне злучэнняў

Выключная цвёрдасць карбіду вальфраму (W ₂ C, WC) робіць яго самым распаўсюджаным матэрыялам для вырабу фрэзерных і такарных інструментаў. Ён ужываецца ў металургічнай, горназдабыўной, нафтавай і будаўнічай прамысловасці. Карбід вальфраму таксама выкарыстоўваецца пры стварэнні ювелірных вырабаў, так як ён з'яўляецца гіпоаллергенные і не схільны губляць свой бляск.

З яго аксідаў робяць глазуру. Вальфрамавая «бронза» (званая так з-за колеру аксідаў) выкарыстоўваюцца ў фарбах. Вольфраматы магнію і кальцыя прымяняюцца ў люмінесцэнтных лямпах. Крышталічны вольфрамат служыць сцинтилляционным дэтэктарам у ядзернай медыцыне і фізіцы. Солі знаходзяць прымяненне ў хімічнай і гарбарнай прамысловасці. Дисульфид вальфраму з'яўляецца высокатэмпературнай змазкай, якая вытрымлівае 500 ° C. Некаторыя злучэнні, якія змяшчаюць вальфрам, у хіміі выкарыстоўваюцца як каталізатары.

ўласцівасці

Асноўныя фізічныя ўласцівасці W наступныя:

• Атамная лік: 74.
• Атамная маса: 183,85.
• Тэмпература плаўленьня: 3410 ° C.
• Кропка кіпення: 5660 ° C.
• Шчыльнасць: 19,3 г / см ³ пры 20 ° C.
• Стану акіслення: +2, +3, 4, 5 цяпла, +6.
• Электронная канфігурацыя: [Xe] 4 f ¹⁴ 5 d ⁴ 6 s ^2.