Область застосування, формули і властивості вольфраму

Що являє собою вольфрам? Основні властивості даного елемента базуються на особливостях його хімічної будови. Враховуючи затребуваність вольфраму, необхідно детальніше розібрати його будова.

Положення в таблиці Менделєєва

Розглядаючи основні властивості вольфрамам, почнемо з того, що він має 74-й порядковий номер. При нормальних умовах він являє собою перехідний метал, що має сіро-сріблястий колір. Вольфрам твердий, володіє металевим блиском. Це найбільш тугоплавкий елемент, більшою температурою плавлення має тільки вуглець. Електронна формула: KLMN5s25p65d46s2, Еион (Ме => Ме e) = 7,98 ев.

Історія походження

Свого незвичайного назви даний метал зобов\’язаний мінералу вольфрамиту. «Вовча піна» відома з 16 століття. Таке незвичайне назва мінералу пояснюється наявністю в ньому олов\’яних руд. Вольфрам заважав виплавляти олово, перекладав його в піну з шлаків. Які фізичні властивості вольфраму стали основою його широкого застосування в промисловості? У США цей метал називали «важким каменем».

В кінці 18 століття швед Шеєле при обробці мінералу азотною кислотою отримав шеелит, отримавши триоксид вольфраму. Трохи пізніше братам Элиар вдалося отримати окис вольфрамам з саксонського вольфраміту. Саме цими хіміками були виявлені деякі хімічні властивості вольфраму.

Знаходження в природі

Є в природі в чистому вигляді вольфрам? Хімічні властивості цього металу припускають його присутність в земній корі здебільшого у вигляді сполук. Наприклад, є суміш оксидів марганцю, заліза, вольфраму. Для промислового застосування вибирають з\’єднання ферберит і гюбнерит. У них крім вольфраму присутні залізо і марганець. Фізичні властивості вольфраму дозволяють виділяти метал і з вольфрамових мінералів. В них його концентрація не перевищує двох відсотків. Серед найбільших родовищ вольфраму зазначимо Китай, США, Казахстан. Крім того, виявлено значні запаси руд даного металу в Південній Кореї, Болівії, Росії, Португалії. Відмінні фізичні властивості вольфраму припускають його істотне промислове виробництво. У світі щорічно виробляють близько 50 тисяч тонн цього тугоплавкого елемента. Головними експортерами вольфраму вважають Південну Корею, Китай, Австрію. Серед імпортерів тугоплавкого металу пальма лідерства належить Великобританії, Японії, США, Німеччини.

Особливості виробництва

Отримання вольфраму здійснюється через проміжну стадію, що припускає виділення з рудного концентрату триоксиду вольфраму. Далі здійснюється відновлення його до порошкоподібного металу. Подібний етап відбувається при температурі близько 700 градусів Цельсія. Які фізичні властивості вольфраму лежать в основі даної технології? Висока температура його плавлення дозволяє з допомогою порошкоподібної металургії піддавати порошок пресування, спікання в атмосфері водню при температурі близько 1300 градусів Цельсія. Далі через отриманий вольфрам пропускають електричний струм. При нагріванні металу до температури 3000 градусів спостерігається монолітний матеріал. Шляхом зонної плавки здійснюється подальша очищення та отримання монокристалічного металу.

Властивості

Які характеристики має вольфрам? Хімічні властивості його ґрунтуються на високій температурі плавлення. Елемент проявляє валентності від 2 до 6. Найбільш стійким є вольфрам з валентністю шість. Метал характеризується підвищеною корозійною стійкістю. Він не окислюється на повітрі при кімнатній температурі. В оксид вольфраму він перетворюється лише при досягненні температури білого коліна. В електрохімічному ряді напруг металів даний елемент розташовується після водню, тому він не розчиняється в розведеною плавикової і сірчаної кислоти. Вольфрам здатний розчинятися в пероксиде водню, а також в суміші плавикової й азотної кислот.

При наявності окисників даний метал здатний реагувати з розплавленими лугами. Спочатку взаємодія протікає досить повільно, але після досягнення температури 400 градусів спостерігається мимовільне розігрівання металу, яке прискорює реакцію. Вольфрам в суміші плавикової й азотної кислот утворює гексафторвольфрамовую кислоту. У максимальній кількості у промисловості застосовують вольфрамовий ангідрид. У вольфроматов є здатність до створення полімерних аніонів. Цей метал є основою тугоплавких матеріалів у сучасній металургії.

Сфери застосування

Як можна використовувати карбід вольфраму? Властивості цього з\’єднання дозволяють виділяти з нього чистий вольфрам. Пластичність і тугоплавкість металу зробили його основою при створенні ниток розжарювання в численних освітлювальних приладах. Крім того, вольфрам використовують у вакуумних трубках і кинескопах. Так як у цього елемента висока щільність, він став базою для виробництва важких сплавів. Вони незамінні при створенні противаг, підкаліберних і бронебійних сердечників, надшвидкісних роторів гіроскопів для створення балістичних ракет. У великих обсягах вольфрам застосовують при аргонно-дугового зварювання як електрод. Сплави, які у своєму складі містять вольфрам, мають високу жароміцність, кислотостійкість, вони стійкі до механічних деформаціях. Подібні характеристики дозволяють застосовувати їх для виготовлення хірургічних інструментів, броні танків, двигунів літаків, контейнерів для розміщення радіоактивних речовин. Саме вольфрам є важливим компонентом для виготовлення високоякісних марок сталей.

Застосовують його і в високотемпературних вакуумних печах у вигляді нагрівального елемента. В сплаві з ренієм з нього створюють термопари для подібних печей.

Висновок

Саме завдяки високій щільності вольфраму метал зручний для захисту поверхні від іонізуючого випромінювання. Підвищена твердість і тугоплавкість металу створюють суттєві труднощі з його обробкою. Для вирішення проблеми вводять до складу нікель, мідь, залізо. Стійкість вольфраму зробила його популярним при виготовленні конструкційних матеріалів у сучасному машинобудуванні.

Він необхідний при фрезерування, довбання, точінні, бурінні свердловин. Наприклад, переможе складається з карбіду вольфраму. Ця суміш наноситься на свердла, застосовувані при створенні отворів в бетоні. Сульфід вольфраму виступає в якості високотемпературної мастила. Він затребуваний у виробництві. Частина сполук вольфраму використовується у вигляді пігментів і каталізаторів. Застосовують сполуки даного металу і як легирующий елемент в сплавах і сталях на базі заліза. Біологічної цінності металевий вольфрам не має.