Valence tungsten. Hartanah dan aplikasi tungsten

Pengenalan dengan artikel ini akan membolehkan anda membiasakan diri dengan ciri-ciri fizikal dan kimia tungsten, untuk mengetahui ciri-ciri lokasinya di alam, tempat pengekstrakan, sejarah penemuan dan banyak lagi.

Tungsten (W)

Tungsten adalah unsur Jadual Berkala DI Mendeleev, ia mempunyai nombor atom tujuh puluh empat, bersamaan dengan simbol Latin W. Di bawah keadaan biasa ia mempunyai warna kelabu-perak, bersinar, pepejal. Daripada semua logam yang diketahui, tungsten dianggap sebagai yang paling tahan api. Lebih tinggi daripada di W, titik lebur hanya untuk nonmetal - karbon. Mempunyai ketahanan kimia yang tinggi. Valensi tungsten adalah berubah-ubah.

Sejarah penemuan

Seorang ahli kimia dari Sweden Karl Wilhelm Scheele pada tahun 1781, yang sedang menjalani rawatan scheelite dengan asid nitrik, mampu mengekstrak tungsten trioxide - "batu berat" warna kuning. Dua tahun kemudian, pada awal 1783, dua saudara lelaki Eluard, ahli kimia dari Sepanyol, memberitahu orang ramai bahawa mereka dapat memperoleh logam baru dan tungsten oksida dari wolframite.

Modern Amerika Syarikat, Perancis dan Great Britain menggunakan nama tungsten untuk tungsten, yang diterjemahkan dari bahasa Sweden sebagai "batu berat". Pada mulanya kata wolframium menandakan wolframite mineral. Kemudian ia diluluskan kepada logam itu sendiri.

Tungsten dalam alam semula jadi

Menurut pengiraan Vinogradov, jumlah bintang tungsten di kerak bumi adalah kira-kira 1.3 g / t. Indeks purata di dalam batu-batu massif gunung, g / t: batu asid - 1.9, purata - 1.2, utama - 0.7, ultrabasic - 0.1.

Rizab terbesar logam ini tertumpu di China, Amerika Syarikat, Kanada dan Kazakhstan, dan negara-negara seperti Bolivia, Portugal, Uzbekistan, Rusia dan Korea Selatan mempunyai rizab yang lebih kecil berbanding dengan negeri yang disebutkan di atas. Sekitar 49-50 ribu tan dihasilkan setiap tahun, 41 daripadanya diekstrak oleh China, bahagian Rusia bersamaan dengan 3.5 tan, Kazakhstan - 0.7 dan Australia - 0.5 tan.

Dalam industri, peranan utama diberikan kepada wolframite dan scheelite. Mineral wolframit paling sering tertumpu dalam batuan granit, dan kepekatan purata mereka adalah satu hingga dua peratus. Kebanyakan negara pengeluar tungsten eksport. . Harga logam ini agak tinggi dan boleh berbeza-beza bergantung pada jenamanya dan jenis yang dijual (dari 2,172 hingga 6,250,560 rubel) . Pengeksport utama tungsten adalah UK, China dan Australia. Ia diimport dalam jumlah besar oleh Amerika Syarikat, Jerman, England dan Jepun.

Kaedah mendapatkan

Mendapat tungsten adalah proses yang terdiri daripada beberapa peringkat berperingkat. Pertama, trioksida WO ₃ diperolehi dari bijih bijih dengan proses pemulihan berikutnya untuk serbuk logam menggunakan hidrogen pada kira-kira 700 ° C Disebabkan titik lebur yang sangat tinggi, cara terbaik untuk menghasilkan logam ini ialah metalurgi serbuk. Pada peringkat pertama, serbuk tungsten dimampatkan, kemudian diletakkan dalam atmosfera hidrogen dan disinter pada sekitar 1200-1300 ° C. Lebih jauh terdedah kepada arus elektrik dan mempercepatkan suhu pemanasan hingga tiga ribu darjah, proses ini disertai dengan sintering, dan logam menjadi monolit. Pengeluaran tungsten seterusnya dan pemurniannya dari bahan-bahan monolitik yang diperoleh terus di bawah keadaan leburan zon. Walau bagaimanapun, serbuk tungsten bukan satu-satunya bentuk untuk mendapatkan logam ini. Apabila memperoleh W oleh pirolisis dari klorida, ia mungkin dapat memperolehnya dalam bentuk logam, dan bukannya dalam bentuk padat dan serbuk.

Ciri-ciri kualiti kimia

Valensi tungsten berubah dalam watak, dari dua hingga enam. Bentuk yang paling stabil memerlukan nilai keenam. Bentuk dua dan trivalen sebatian adalah tidak stabil dan tidak mempunyai maksud khusus, dalam praktiknya tidak digunakan. Tungsten sangat tahan terhadap kakisan logam. Suhu bilik membolehkan ia mengekalkan kedudukan yang tetap tanpa berkarat; Selepas mencapai suhu pembakaran mula mengoksidakan, membentuk oksida tungsten (VI). Ia mengambil tempat kedua dalam siri tekanan dan berdiri di belakang hidrogen. Hampir nerastvorim dalam asid sulfurik hidrofluorik dan cair. Asid nitrat dan vodka diraja menyebabkan pengoksidaan permukaan. Pembubaran mungkin dalam hidrogen peroksida.

Campuran asid hidrofluor dan nitrik membubarkan tungsten dengan baik:

2W + 4HNO ₃ + 10HF à WF ₆ + WOF ₄ + 4NO (evolusi gas) + 7H ₂ O.

Di hadapan oksidan boleh bertindak balas dengan alkali cair:

2W + 4NaOH ₃ + 3O ₂ à 2Na ₂ WO ₄ + 2H ₂ O.

Contoh-contoh tindak balas di atas berjalan perlahan-lahan, tetapi setelah mencapai suhu 400 ° C, tungsten adalah pemanasan sendiri dan proses tindak balas mempercepatkan, pada masa yang sama menjana sejumlah besar haba. Reaksi yang melibatkan oksigen memerlukan mencapai tanda 500 ° C supaya logam mula menjadi panas sendiri.

Pembubaran dalam campuran asid hidrofluorik dan nitrik membawa kepada pembentukan asid heksafluorotungstik - H ₂ [WF ₆ ]. Daripada semua sebatian tungsten yang diketahui, yang paling penting ialah tungsten anhydride atau tungsten trioxide, tungstate, sebatian peroksida dengan Me ₂ WO _X , bahan yang terbentuk dengan S, C dan unsur-unsur kumpulan halogen.

Sifat sifat fizikal

Tungsten adalah logam berkilau kelabu yang terang. Suhu tungsten semasa lebur dan mendidih mencapai paras tertinggi Celsius berbanding dengan logam lain. Terdapat anggapan bahawa syborgy mempunyai suhu mencair dan mendidih yang lebih tinggi, tetapi kerana ia "hidup" sangat sedikit, ini tidak boleh ditegaskan dengan pasti, kerana ini belum dibuktikan secara eksperimen. Tungsten mencairkan pada 3695 K, tetapi bisul, mencapai 5828 K. W murni dalam ketumpatan adalah dekat dengan emas - 19.25 gram per centimeter kubik. Dia dicirikan oleh kualiti paramagnetik. Selaras dengan parameter pengukuran Brinell, kekerasan adalah 488 kg / mm ² . Pada dua puluh darjah Celsius mempunyai UES 55 * 10 ^-9 Ohm * m, dan dalam keadaan suhu 2700 ° C penunjuk loji kuasa meningkat kepada 904 * 10 ^-9 Ohm * m. Bunyi yang dicerminkan dari gerakan tungsten pada kelajuan 4290 m / s.

Salah satu logam paling berat dengan indeks kekerasan tinggi dan titik lebur yang besar adalah tungsten. Sifat-sifat yang wujud di dalamnya, menentukan nilainya di pasaran dunia dan membenarkan penggunaan secara meluas. Keupayaan untuk menahan suhu tinggi membolehkan penggunaan tungsten secara besar-besaran. Wire, lembaran dan banyak lagi membolehkan penciptaan mekanisme yang berkhidmat selama bertahun-tahun. Luaran yang sama dengan platinum. Dalam bentuk tulen, apabila dipanaskan hingga 1600 ° C, ia boleh dipalsukan dengan baik.

Penggunaan logam tulen

Kaedah utama menggunakan tungsten adalah asas sebagai bahan refraktori dalam industri metalurgi.

Ciri-ciri plastik dan refraktori - inilah yang terkenal dengan tungsten. Kawat yang diperbuat daripada logam ini sangat diperlukan dalam peranti yang direka untuk pencahayaan. Kineskop dan tiub lain dengan vakum juga digunakan secara meluas W.

Kimpalan arka argon tidak boleh dilakukan tanpa elektrod yang dibuat dengan penyertaan tungsten. Relau rintangan vakum juga menggunakannya sebagai elemen pemanasan, dan aloi logam ini dengan renium digunakan sebagai termokopel.

Ketumpatan tingginya membolehkan ia digunakan sebagai pangkalan untuk aloi berat berat yang digunakan sebagai teras, menindik perisai peluru untuk peluru projektor sub-berkaliber dan anak panah, teras bagi kartrij menindik perisai dan juga gyroscopes yang menstabilkan peluru berpandu balistik.

Tungsten boleh berfungsi sebagai ubat yang sangat baik untuk radiasi jenis pengion. Walaupun ia mempunyai ketumpatan tinggi, terutamanya jika dibandingkan dengan kepimpinan tradisional, berat badan, dengan tahap perlindungan yang sama, pakaian atau perkakas dengan penggunaannya lebih mudah. Sifat-sifat refractoriness dan kekerasan merumitkan proses pemprosesan, dan dengan itu lebih kerap dalam kes-kes tersebut menggunakan aloi tungsten dan nikel, serta besi, tembaga dan logam lain.

Dalam industri, tungsten digunakan untuk menghasilkan pelbagai produk yang kukuh. Helaian, serbuk tungsten, elektrod dan barbell - salah satu bentuk output yang paling biasa dari W.

Pemakaian sebatian

Pemprosesan mekanikal pelbagai logam, serta bahan yang merupakan sebahagian daripada struktur kejuruteraan bukan logam, proses penggerudian telaga dan industri perlombongan menggunakan aloi yang kuat dan bahan komposit berdasarkan tungsten carbide, campuran karbida titanium, karbida tantalum dan tungsten karbida. Gred tungsten yang dibuat daripada bahan-bahan ini dibahagikan kepada T30K4, T5K10, VK25, VK8, VK15, T15K4, VK2, VK6 dan VK4. Jenama kumpulan TT hanya digunakan untuk pemprosesan yang sangat kompleks dalam keadaan peningkatan kerumitan. Contoh yang menarik dapat berfungsi sebagai proses kejutan pengeboran bahan tahan lama dengan perforator atau membuat pemalsuan yang terbuat dari keluli dengan rintangan panas yang tinggi. W digunakan sebagai unsur pengalo untuk keluli dan dalam aloi berdasarkan besi. Keluli berkelajuan tinggi dengan penanda huruf bermula dengan P, lebih daripada 90% kes, mengandungi bahagian tungsten.

Kadang-kadang pelbagai sebatian tungsten digunakan sebagai pemangkin atau pigmen, pelincir suhu tinggi, untuk penukaran bentuk terma tenaga ke dalam tenaga elektrik.

Tungsten dan Biologi

Tungsten tidak dianggap sebagai logam penting dalam biologi, tetapi beberapa bakteria dan arakbakteri dalam enzim mereka mempunyai komponen ini terletak di pusat aktif. Berhampiran sumber air dalam jenis hidroterma, terdapat archebacteria-hyperthermophiles, yang dianggap bergantung kepada tungsten. Kehadiran logam ini dalam komposisi enzimatik dianggap sebagai relik arkeologi pada masa awal, dengan kata lain, ia boleh membenarkan seseorang untuk menganggap bahawa kejadian awal kehidupan di bumi berlaku dengan penyertaan W.

Seperti bahagian utama logam lain, debu tungsten menyebabkan kerengsaan sistem pernafasan.

Bentuk isotop

¹⁸² W (26,41 %), ¹⁸³ W (14,4 %), ¹⁸⁴ W (30,64 %) и ¹⁸⁶ W (28,41 %) . Tungsten asal semula jadi termasuk campuran lima bentuk isotop yang berbeza iaitu ¹⁸⁰ W (0.135 wt%), ¹⁸² W (26.41%), ¹⁸³ W (14.4%), ¹⁸⁴ W (30.64%) Dan ¹⁸⁶ W (28.41%) . Valensi tungsten adalah berubah-ubah dan sentiasa bersesuaian dengan nombor 2 hingga 6 dalam bentuk isotop apa pun.

Pada tahun 2016, tiga puluh enam buatan bentuk buatan radionuklida tungsten yang dikenal pasti dengan nombor massa telah diketahui: 157 ... 179, 181, 185, 187 ... 197. Radioaktiviti tungsten asal semulajadi telah ditemui pada tahun 2003, tetapi nilainya adalah sangat kecil, yang sepadan dengan kira-kira Dua peluntur setiap gram setahun, dan keadaan peluruhan ini adalah aktiviti logam.

Kesimpulannya

Yang paling tahan terhadap logam yang sedia ada adalah tungsten. Properties yang wujud di dalamnya, dapat mencari tempatnya dalam pelbagai aktiviti perindustrian manusia, bermula dengan kejuruteraan dan berakhir dengan perlindungan daripada pendedahan. Logam dibuka, kira-kira bercakap, dua kali, dengan perbezaan dua tahun, tetapi Scheele atau saudara-saudara Eluard tidak sepatutnya mendapat kredit untuk penemuannya. Valensi tungsten berubah dan mengambil nilai dari dua hingga enam, tetapi, seperti yang disebutkan sebelumnya, bentuk yang paling stabil mempunyai valensi keenam. Sangat tahan kakisan, boleh bertindak balas dengan alkali dan larut dalam campuran asid hydrofluoric dan nitrik.

Gred tungsten dibahagikan kepada banyak spesies mengikut kaedah pelaksanaan, bentuk di mana logam terletak, dan kawasan permohonannya. Terdapat banyak bentuk isotopnya, dan sifatnya mempunyai sifat radioaktif yang lemah dan sangat perlahan. Asas bagi banyak bahagian dan alat ganti, peralatan dan peralatan yang paling pelbagai digunakan oleh manusia, adalah tepat tungsten. Harga walaupun untuk satu kilogram logam agak tinggi, namun ia tidak mengurangkan permintaan untuk itu, kerana kualitinya sesuai dengan kos yang diminta.