Tungsten - hvad er det? Wolframs oxidationstilstand. Anvendelser af wolfram

2024 Forfatter: Angel Austin | [email protected]. Sidst ændret: 2023-12-17 05:21

Tungsten er et kemisk grundstof, hvis atomnummer er 74. Dette tungmetal fra stålgrå til hvid er meget holdbart, hvilket gør det simpelthen uerstatteligt i mange tilfælde. Dets smeltepunkt er højere end for noget andet metal, og derfor bruges det som filamenter i glødelamper og varmeelementer i elektriske ovne (for eksempel zirkonium-wolframlegering). Grundstoffets kemi gør det muligt at bruge det som katalysator. Dens exceptionelle hårdhed gør den velegnet til brug i "højhastighedsstål", som gør det muligt at skære materialer ved højere hastigheder end kulstofstål og i højtemperaturlegeringer. Wolframcarbid, en sammensætning af grundstoffet med kulstof, er et af de hårdeste stoffer, man kender, og bruges til fremstilling af fræse- og drejeværktøjer. Calcium- og magnesiumwolframater er meget udbredt i lysstofrør, og wolframoxider er meget udbredt i maling og keramiske glasurer.

Opdagelseshistorik

Eksistensen af dette kemiske grundstof blev først foreslået i 1779 af Peter Woolf, da han undersøgte mineralet wolframit og kom tilkonklusionen om, at det skal indeholde et nyt stof. I 1781 slog Carl Wilhelm Scheele fast, at en ny syre kunne fås fra wolframit. Scheele og Thorburn Bergman foreslog at overveje muligheden for at opnå et nyt metal ved at reducere denne syre, kaldet wolframthensyre. I 1783 fandt to brødre, José og Fausto Elguiar, en syre i wolframit, der var identisk med wolframthensyre. Samme år lykkedes det brødrene at isolere wolfram fra det ved hjælp af trækul.

Under Anden Verdenskrig spillede dette kemiske element en stor rolle. Metalets modstandsdygtighed over for høje temperaturer, såvel som den ekstreme styrke af dets legeringer, gjorde wolfram til det vigtigste råmateriale til militærindustrien. De krigsførende lagde pres på Portugal som den vigtigste kilde til wolframit i Europa.

At være i naturen

I naturen forekommer grundstoffet i wolframit (FeWO₄/MnWO₄), scheelite (CaWO_{4)), ferberit og hübnerit. Vigtige forekomster af disse mineraler findes i USA i Californien og Colorado, i Bolivia, Kina, Sydkorea, Rusland og Portugal. Omkring 75% af verdens wolframproduktion er koncentreret i Kina. Metallet opnås ved at reducere dets oxid med brint eller kulstof.}

Verdensreserver anslås til 7 millioner tons. Det antages, at 30 % af dem er forekomster af wolframit og 70 % af scheelite. I øjeblikket er deres udvikling ikke økonomisk bæredygtig. På det nuværende forbrugsniveau vil disse reserver kun vare 140 år. Endnu en værdifuld kildewolfram er en genanvendelse af metalskrot.

Nøglefunktioner

Wolfram er et kemisk grundstof, der er klassificeret som et overgangsmetal. Dens W-symbol kommer fra det latinske ord wolframium. I det periodiske system er det i gruppe VI mellem tantal og rhenium.

I sin reneste form er wolfram et hårdt materiale, der varierer i farve fra stålgrå til tinhvid. Med urenheder bliver metallet skørt og svært at arbejde med, men hvis de er fraværende, kan det skæres med en hacksav. Derudover kan den smedes, rulles og tegnes.

Tungsten er et kemisk grundstof, hvis smeltepunkt er det højeste blandt alle metaller (3422 °C). Det har også det laveste damptryk. Den har også den højeste trækstyrke ved T> 1650 °C. Elementet er ekstremt modstandsdygtigt over for korrosion og er kun let angrebet af mineralsyrer. Ved kontakt med luft dannes et beskyttende oxidlag på metaloverfladen, men wolfram oxideres fuldstændigt ved høje temperaturer. Når det tilsættes i små mængder til stål, øges dets hårdhed dramatisk.

isotoper

I naturen består wolfram af fem radioaktive isotoper, men de har så lang en halveringstid, at de kan betragtes som stabile. Alle henfalder til hafnium-72 med emission af alfapartikler (svarende til helium-4 kerner). Alfa-henfald observeres kun i ¹⁸⁰W, den letteste og mest sjældne af disseisotoper. I gennemsnit forekommer to alfa-henfald i 1 g naturlig wolfram om året ¹⁸⁰W.

Derudover er 27 kunstige radioaktive isotoper af wolfram blevet beskrevet. Den mest stabile af disse er ¹⁸¹W med en halveringstid på 121,2 dage, ¹⁸⁵W (75,1 dage), ¹⁸⁸ W (69, 4 dage) og ¹⁷⁸W (21, 6 dage). Alle andre kunstige isotoper har en halveringstid på mindre end et døgn, og de fleste af dem er mindre end 8 minutter. Wolfram har også fire "metastabile" tilstande, hvoraf den mest stabile er ^179mW (6,4 min).

Forbindelser

I kemiske forbindelser ændres wolframoxidationstilstanden fra +2 til +6, hvoraf +6 er den mest almindelige. Grundstoffet binder sig typisk med oxygen og danner gult trioxid (WO₃), som opløses i vandige alkaliske opløsninger som wolframationer (WO₄₂₋).

Application

Fordi wolfram har et meget højt smeltepunkt og er duktilt (kan trækkes ind i tråd), er det meget brugt som glødetråden i glødelamper og vakuumlamper samt i varmeelementerne i elektriske ovne. Derudover tåler materialet ekstreme forhold. En af dens kendte anvendelser er gasafskærmet wolframbuesvejsning.

Exceptionelt hårdt, wolfram er en ideel komponent til tunge våbenlegeringer. Høj densitet bruges i kettlebells,kontravægte og ballastkøle til lystbåde, samt i dart (80-97%). Højhastighedsstål, som kan skære materiale ved højere hastigheder end kulstofstål, indeholder op til 18 % af dette stof. Turbineblade, sliddele og belægninger bruger "superlegeringer", der indeholder wolfram. Disse er varmebestandige, meget modstandsdygtige legeringer, der fungerer ved høje temperaturer.

Den termiske udvidelse af et kemisk grundstof ligner borosilikatglas, så det bruges til at fremstille glas-til-metal-forseglinger. Kompositmaterialer indeholdende wolfram er en glimrende erstatning for bly i kugler og hagl. I legeringer med nikkel, jern eller kobolt fremstilles stødprojektiler af det. Som en kugle bruges dens kinetiske energi til at ramme et mål. I integrerede kredsløb bruges wolfram til at lave forbindelser til transistorer. Nogle typer musikinstrumentstrenge er lavet af wolframtråd.

Bruger forbindelser

Den exceptionelle hårdhed af wolframcarbid (W₂C, WC) gør det til det mest almindelige materiale til fræse- og drejeværktøjer. Det anvendes i metallurgisk, minedrift, olie- og byggeindustrien. Wolframcarbid bruges også til fremstilling af smykker, da det er allergivenligt og ikke har en tendens til at miste sin glans.

Glaze er lavet af dets oxider. Wolfram "bronze" (såkaldt på grund af oxidernes farve) bruges i maling. Magnesium og calcium wolframater bruges i fluorescerendelamper. Krystallinsk wolframat fungerer som en scintillationsdetektor i nuklearmedicin og fysik. S alte bruges i den kemiske industri og læderindustrien. Wolframdisulfid er et højtemperaturfedt, der kan modstå 500°C. Nogle forbindelser, der indeholder wolfram, bruges i kemi som katalysatorer.