Oblasti odbornosti: Obecná chemie Symbol: W Atomové číslo: 74 Skupina prvků: Přechodné kovy Relativní atomová hmotnost: 183,84a. e.m. Atomový poloměr: 137 pm Elektronegativita: 2,36 jednotek. podle Paulingovy stupnice Fyzikální stav: Hustota pevné látky při n. r.: 19,35 g/cm³ Bod tání: 3420 °C Bod varu: 5680 °C

Wolfram (lat. Wolframium; z němčiny Wolf – vlk a Rahm – pěna, smetana), W, chemický prvek skupiny VI krátké formy (6. skupina dlouhé formy) periodické soustavy prvků; atomové číslo 74, atomová hmotnost 183,84. V přírodě existuje pět stabilních izotopů: 180 W (0,12 % hmotnosti), 182 W (26,5 %), 183 W (14,31 %), 184 W (30,64 %) a 186 W (28,43 %). Radioaktivní izotopy s hmotnostními čísly 158–190 byly uměle získány.

Historické informace

Wolfram je objeven a izolován jako oxid WO3 v roce 1781 K. Scheele při úpravě minerálu nyní zvaného scheelit kyselinami. V roce 1783 španělští chemici bratři de Elujarové izolovali WO3 z minerálu wolframit a redukující WO3 uhlík, nejprve získali kov, který pojmenovali Tungsten (podle názvu původního minerálu). V USA a některých dalších zemích se prvek nazývá wolfram (ze švédštiny – těžký kámen).

Prevalence v přírodě

Obsah wolframu v zemské kůře je 1–10 % hmotnosti. V přírodě se nenachází ve volné formě. Je známo asi 4 původních wolframových minerálů, většina z nich klasifikovaných jako přírodní wolframy; Největší průmyslový význam má wolframit (Fe,Mn)WO4 a scheelit CaWO4.

Wolframový vzorek. Wolframový vzorek.

Vlastnosti

Konfigurace vnějšího elektronového obalu atomu wolframu je 5d 4 6s 2; ve sloučeninách vykazuje oxidační stavy +2, +3, +4, +5, +6 (nejcharakterističtější); Paulingova elektronegativita 2,36, atomový poloměr 137 pm, W 6+ iontový poloměr 65 pm (koordinační číslo 4).

Wolfram je žáruvzdorný těžký kov světle šedé barvy; tpl asi 3420 °C, t.tžok asi 5680 °C; při 293 K je hustota 19350 kg/m3. Stabilní α-modifikace wolframu má kubickou krystalovou mřížku centrovanou na tělo. β-modifikace wolframu s kubickou mřížkou vzniká při redukci tenké vrstvy WO3 suchý H2 při 440–630 °C a při zahřátí nad 630 °C nevratně přechází v modifikaci α alpha α. Při 300 K je elektrický odpor 5,5·10 –8 Ohm m; tepelná vodivost 174 W/(m K). Wolfram je paramagnetický, specifická magnetická susceptibilita 4,0·10 –9 m 3 /kg.

READ
K čemu jsou otáčky oběhového čerpadla?

Mechanické vlastnosti wolframu silně závisí na způsobu jeho přípravy, čistotě a předchozím mechanickém a tepelném zpracování. Technický wolfram je za normálních teplot křehký, při 200–500 °C přechází do plastického stavu; Vysoce čistý monokrystalický wolfram je tažný při teplotách až –196 °C. U slinutého wolframového ingotu je tvrdost podle Brinella 2000–2300 MPa; u drátu je modul pružnosti 380–410 GPa. Wolfram má nižší koeficient stlačitelnosti než všechny ostatní kovy. Z hlediska trvání retence pevnosti při 800–1300 °CW je výrazně lepší než Mo, Ta a Nb.

Kompaktní wolfram začíná oxidovat na vzduchu při teplotě 400–500 °C na trioxid WO3. Oxiduje se vodní párou při teplotách nad 600 °C na WO3, KDE2. Neinteraguje s vodíkem. Při pokojové teplotě, odolný vůči alkalickým roztokům, NH3, kyseliny chlorovodíkové, sírové a dusičné, směsi H2SO4 a HNO3, aktivně interaguje se směsí HNO3 a HF. Při 90–100 °C odolný vůči HF, slabě interaguje s HCl, H2SO4 a H2Cro4, poněkud silnější – s HNO3 a aqua regia. Rychle oxiduje v NaOH nebo KOH taje v přítomnosti vzduchu nebo v přítomnosti oxidačních činidel (např.3) s tvorbou wolframanů. Redukcí wolframanů alkalických kovů se získávají bronzy z oxidu wolframu.

Při teplotách nad 2300 °C tvoří s dusíkem nitrid WN2, nad 1400 °C s křemíkovými silicidy (včetně WSi2, která vytváří ochranné povlaky na wolframových výrobcích, které jsou stabilní na vzduchu do 2000 °C), s boridy boridů (W2B, WB, W2B5 atd.). S halogeny za vysokých teplot tvoří halogenidy, za přítomnosti kyslíku a vlhkosti – oxyhalogenidy. S páry S a Se, stejně jako s H2S a H2Se nad 400 °C tvoří disulfid WS2 a diselenid WSe2 (polovodič typu p; používá se jako tuhé mazivo). Zahřívání wolframu nad 1400 °C v atmosféře CO, stejně jako interakce wolframu s uhlíkem nebo uhlovodíky při teplotách nad 1100–1200 °C vede ke vzniku pevných žáruvzdorných karbidů WC a W2C. WC monokarbid je základem nástrojových karbidových slitin. Při 200–300 °C a tlaku CO 20 MPa tvoří wolfram s CO hexakarbonyl W(CO)6, používaný jako katalyzátor pro polymeraci alkenů, pro nanášení wolframových povlaků na kovovou keramiku nebo grafit, pro syntézu organowolframových sloučenin. S mnoha kovy tvoří wolfram slitiny wolframu a intermetalické sloučeniny.

READ
Jak kombinovat tekuté tapety?

Příjem

Hlavními surovinami pro výrobu wolframu a jeho sloučenin jsou koncentráty wolframitových nebo scheelitových rud (55–65 % WO3), získané obohacováním wolframových rud, jakož i wolframového šrotu (druhotné suroviny). V nejběžnějších alkalických metodách výroby wolframu se koncentrát slinuje s Na2CO3 při 800–900 °C nebo ošetřené roztokem Na2CO3 v autoklávu při 200–225 °C. Z vodného roztoku výsledného Na2WO4 vysrážet CaWO4, který se pak rozkládá kyselinami (HNO3, HCl) a uvolní kyselinu wolframovou WO3· NH2O. Kyselina se kalcinuje za vzniku WO3nebo rozpuštěné ve vodném roztoku NH3, ze kterého parawolframan amonný (NH4)10[H2W12O42] · 4H2O. Posledně jmenované lze izolovat běžnějším a jednodušším způsobem – extrakcí vodnými roztoky aminových solí nebo kvartérních amoniových sloučenin s následnou reextrakce roztoky NH3. Slibná metoda pro získání parawolframanu amonného z roztoků Na2WO4 pomocí iontoměničových pryskyřic.

Podle kyselé metody se koncentráty scheelitu rozkládají kyselinami (HNO3, HCXNUMX); výsledná kyselina wolframová se čistí rozpuštěním ve vodném roztoku NH3 a krystalizace ve formě parawolframanu amonného.

Hlavní produkty zpracování wolframových koncentrátů – WO3, získaný tepelným rozkladem WO3· NH2O nebo (NH4)10[H2W12O42] · 4H2O a ferotwolfram – slitina W (65–80 %) a Fe. Obnovení WO3 Vodíkem při 700–900 °C v trubkových pecích vzniká práškový wolfram, ale i wolfram s přísadami oxidů Th, La, Y, Al aj. Kompaktní kov se vyrábí především metodami práškové metalurgie (lisováním prášku nebo slinováním wolframových polotovarů ve vodíkové atmosféře). Výsledný wolfram se dobře hodí k tlakovému zpracování (kování, tažení, válcování atd.) při zahřátí pod teplotu rekrystalizace. Pomocí metody bezkelímkového zónového tavení se získávají monokrystaly wolframu, vyznačující se vysokou čistotou a tažností.

přihláška

Až 30 % výsledného wolframu se používá při výrobě legovaných (především nástrojových) ocelí, z nichž nejdůležitější – rychlořezné – obsahují 8-20 % W. Přibližně 50-60 % wolframu se spotřebuje na výrobu z otěruvzdorných, žáruvzdorných a tvrdých slitin (druhé obvykle obsahují WC, stejně jako Co). Čistý wolfram se používá v elektrotechnice, radioelektronice, rentgenové technice (pro výrobu vláken elektrických lamp, elektrod rentgenových trubic, ohřívačů vysokoteplotních pecí, katod generátorových lamp, mřížek, katodových ohřívačů atd. .).

READ
Jak otevřít víno bez vývrtky 7krát?

N. N. Raková. První publikace: Velká ruská encyklopedie, 2006.

Publikováno 28. září 2022 ve 12:39 (GMT+3). Poslední aktualizace 28. září 2022 v 12:39 (GMT+3). Zpětná vazba

wolfram

Ze všech dnes známých kovů je wolfram nejvíce žáruvzdorný. Zaujímá 74. pozici periodické tabulky a má řadu podobných vlastností s molybdenem a chromem, které jsou s ním ve stejné skupině. Vzhled wolframu je šedá pevná látka s charakteristickým stříbřitým leskem.

Hlavní vlastnosti wolframu

Pro praktické použití jsou nejdůležitější vysoké úrovně následujících vlastností:

  • elektrický odpor;
  • koeficient lineární roztažnosti;
  • teplota tání.

Čistý wolfram má vysokou tažnost a nerozpouští se ve speciálním kyselém roztoku bez předehřátí alespoň na 500 0 C. Snadno reaguje s uhlíkem, což má za následek vznik karbidu wolframu, známého svou vysokou pevností. Kov je také známý pro své oxidy, z nichž nejběžnější je anhydrid wolframu. Jeho hlavní výhodou oproti ostatním je schopnost obnovit prášek do stavu kompaktního kovu, přičemž jako vedlejší produkt vznikají nižší oxidy.

Destičky z karbidu wolframu Sandvik Coromant

Řezné břitové destičky Sandvik Coromant využívající karbid wolframu

Mezi hlavní vlastnosti, které ztěžují použití wolframu, jsou následující:

  • vysoká hustota;
  • křehkost a sklon k oxidaci při nízkých teplotách.

Kromě toho vysoký bod varu a také bod odpařování znesnadňují extrakci kompaktního materiálu.

Slitiny obsahující wolfram

Dnes se rozlišují jednofázové slitiny wolframu. To zahrnuje zavedení jednoho nebo více prvků. Nejznámějšími sloučeninami jsou wolfram a molybden. Legování tímto prvkem zvyšuje pevnost wolframu v tahu. Mezi jednofázové slitiny patří také následující systémy: wolfram-titan/zirkonium, niob, hafnium.

Rhenium však dává wolframu větší tažnost, zatímco ostatní ukazatele si zachovává na své charakteristické vysoké úrovni. Ale praktické použití takových sloučenin je omezeno obtížemi při extrakci Re.

Protože wolfram je nejvíce žáruvzdorný materiál, je obtížné získat jeho slitiny tradiční metodou. Při bodu tání wolframu se jiné kovy již vaří nebo dokonce přecházejí do plynné fáze. Moderní technologie umožňují vyrábět řadu slitin pomocí elektrolýzy. Například wolfram – nikl – kobalt, který se nepoužívá pro výrobu celých dílů, ale za účelem nanesení ochranné vrstvy na méně odolné kovy.

READ
Co je Knauf Insulation?

Také v průmyslu je stále aktuální způsob výroby slitin wolframu metodami práškové metalurgie. To vyžaduje vytvoření speciálních podmínek pro technologický proces, který zahrnuje přítomnost vakua. Zvláštnosti interakce kovů s wolframem činí sloučeniny výhodnějšími ne ve dvojicích, ale s použitím 3, 4 nebo více složek. Takové slitiny jsou obzvláště tvrdé, ale sebemenší odchylka od procenta jednoho nebo druhého prvku vede ke zvýšení křehkosti hotové slitiny.

Výroba wolframu: práškový a kompaktní kov

Wolfram se stejně jako mnoho dalších vzácných prvků v přírodě nevyskytuje. Těžbu kovů proto nedoprovází výstavba velkých průmyslových komplexů. Proces získávání materiálu je konvenčně rozdělen do následujících fází:

  1. Těžba rudy obsahující vzácný kov.
  2. Vytváření podmínek pro možné uvolňování wolframu ze zpracovávané hmoty.
  3. Koncentrace materiálu do roztoku nebo sraženiny.
  4. Čištění výsledné chemické sloučeniny.
  5. Získání čisté látky.

wolframová ruda

Proces výroby kompaktního kovu, například wolframového drátu, je složitější. Hlavním problémem je, že není možné dovolit ani nejmenší vniknutí nečistot, které prudce zhoršují tavitelnost a pevnostní vlastnosti.

Oblast použití wolframu

Tento kov se používá k výrobě vláken, rentgenových trubic, ohřívačů a sít pro vakuové pece určené pro použití při vysokých teplotách.

Rentgenová trubice s wolframovým vláknem

Rentgenová trubice s wolframovým vláknem

Ocel legovaná wolframem má vlastnosti vysoké pevnosti. Výrobky vyrobené z těchto typů slitin se používají k výrobě nástrojů pro širokou škálu účelů: lékařství, vrtání studní, výrobky pro zpracování materiálů ve strojírenství (řezné vložky, jako na fotografii výše). Výhodou spoje je odolnost proti oděru a pravděpodobnost vzniku trhlin během provozu. Nejznámější třída oceli využívající wolfram ve stavebnictví se nazývá „Pobedit“.

Wolframový šrot

Chemický průmysl také našel využití pro wolfram. Vyrábějí se z něj barvy, katalyzátory a pigmenty.

Jaderný průmysl používá kelímky vyrobené z tohoto kovu a také speciální kontejnery pro skladování radioaktivního odpadu.

Wolframový povlak již byl krátce zmíněn. Používá se pro aplikaci na materiály pracující při vysokých teplotách v redukčním a neutrálním prostředí jako ochranný film.

Jsou také známé tyče používané při obloukovém svařování. Vzhledem k tomu, že wolfram vždy zůstává žáruvzdorným kovem, používá se při svařovacích pracích s přídavnými dráty.