Tungsten – co to je? Oxidační stav wolframu. Aplikace wolframu

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-12-17 05:20

Tungsten je chemický prvek, jehož atomové číslo je 74. Tento těžký kov od ocelově šedé po bílou je vysoce odolný, díky čemuž je v mnoha případech jednoduše nenahraditelný. Jeho bod tání je vyšší než u kteréhokoli jiného kovu, a proto se používá jako vlákna v žárovkách a topných prvcích v elektrických pecích (například slitina zirkonia a wolframu). Chemie prvku umožňuje jeho použití jako katalyzátoru. Jeho mimořádná tvrdost ho předurčuje pro použití v "rychlořezných ocelích", které umožňují řezání materiálů vyššími rychlostmi než uhlíkové oceli a ve vysokoteplotních slitinách. Karbid wolframu, sloučenina prvku s uhlíkem, je jednou z nejtvrdších známých látek a používá se k výrobě frézovacích a soustružnických nástrojů. Wolframany vápníku a hořčíku jsou široce používány ve fluorescenčních lampách a oxidy wolframu jsou široce používány v barvách a keramických glazurách.

Historie objevů

Existence tohoto chemického prvku byla poprvé navržena v roce 1779 Peterem Woolfem, když zkoumal minerál wolframit a dospěl kzávěr, že musí obsahovat novou látku. V roce 1781 Carl Wilhelm Scheele zjistil, že z wolframu lze získat novou kyselinu. Scheele a Thorburn Bergman navrhli zvážit možnost získání nového kovu redukcí této kyseliny, nazývané kyselina wolframová. V roce 1783 našli dva bratři José a Fausto Elguiarové ve wolframitu kyselinu, která byla totožná s kyselinou wolframovou. Ve stejném roce se z něj bratřím podařilo izolovat wolfram pomocí dřevěného uhlí.

Během druhé světové války sehrál tento chemický prvek obrovskou roli. Odolnost kovu vůči vysokým teplotám, stejně jako extrémní pevnost jeho slitin, učinily z wolframu nejdůležitější surovinu pro vojenský průmysl. Bojující strany vyvíjejí tlak na Portugalsko jako hlavní zdroj wolframitu v Evropě.

Být v přírodě

V přírodě se prvek vyskytuje ve wolframitu (FeWO₄/MnWO₄), scheelitu (CaWO_{4), ferberit a hübnerit. Významná naleziště těchto nerostů se nacházejí v USA v Kalifornii a Coloradu, v Bolívii, Číně, Jižní Koreji, Rusku a Portugalsku. Asi 75 % světové produkce wolframu je soustředěno v Číně. Kov se získává redukcí jeho oxidu vodíkem nebo uhlíkem.}

Světové zásoby se odhadují na 7 milionů t. Předpokládá se, že 30 % z nich tvoří ložiska wolframitu a 70 % scheelitu. V současné době není jejich rozvoj ekonomicky únosný. Při současné úrovni spotřeby tyto zásoby vydrží pouze 140 let. Další cenný zdrojwolfram je recyklace kovového šrotu.

Klíčové funkce

Wolfram je chemický prvek, který je klasifikován jako přechodný kov. Jeho symbol W pochází z latinského slova wolframium. V periodické tabulce je ve skupině VI mezi tantalem a rheniem.

Ve své nejčistší formě je wolfram tvrdý materiál v rozmezí barev od ocelově šedé po cínově bílou. S nečistotami se kov stává křehkým a obtížně se s ním pracuje, ale pokud chybí, lze jej řezat pilkou na železo. Navíc se dá kovat, válcovat a kreslit.

Tungsten je chemický prvek, jehož bod tání je nejvyšší ze všech kovů (3422 °C). Má také nejnižší tlak par. Má také nejvyšší pevnost v tahu při T> 1650 °C. Prvek je extrémně odolný vůči korozi a je jen málo napadán minerálními kyselinami. Při kontaktu se vzduchem se na kovovém povrchu vytvoří ochranná oxidová vrstva, ale wolfram je při vysokých teplotách zcela oxidován. Když se do oceli přidá v malých množstvích, její tvrdost se dramaticky zvýší.

Izotopy

V přírodě se wolfram skládá z pěti radioaktivních izotopů, které však mají tak dlouhý poločas rozpadu, že je lze považovat za stabilní. Všechny se rozpadají na hafnium-72 s emisí alfa částic (odpovídajících jádrům helia-4). Alfa rozpad je pozorován pouze u ¹⁸⁰W, nejlehčí a nejvzácnější z nichizotopy. V průměru dochází ke dvěma rozpadům alfa na 1 g přírodního wolframu za rok ¹⁸⁰W.

Kromě toho bylo popsáno 27 umělých radioaktivních izotopů wolframu. Nejstabilnější z nich je ¹⁸¹W s poločasem rozpadu 121,2 dne, ¹⁸⁵W (75,1 dne), ¹⁸⁸ W (69, 4 dny) a ¹⁷⁸W (21, 6 dní). Všechny ostatní umělé izotopy mají poločas rozpadu kratší než jeden den a většina z nich je kratší než 8 minut. Wolfram má také čtyři "metastabilní" stavy, z nichž nejstabilnější je ^179mW (6,4 min).

Připojení

V chemických sloučeninách se oxidační stav wolframu mění z +2 na +6, z nichž +6 je nejběžnější. Prvek se obvykle váže s kyslíkem za vzniku žlutého trioxidu (WO₃), který se rozpouští ve vodných alkalických roztocích jako wolframanové ionty (WO₄₂₋).

Aplikace

Vzhledem k tomu, že wolfram má velmi vysoký bod tání a je tažný (lze ho vtáhnout do drátu), je široce používán jako vlákno žárovek a vakuových lamp a také v topných tělesech elektrických pecí. Materiál navíc odolává extrémním podmínkám. Jednou z jeho známých aplikací je svařování wolframovým obloukem v ochranné atmosféře.

Výjimečně tvrdý wolfram je ideální součást pro slitiny těžkých zbraní. Vysoká hustota se používá v kettlebellech,protizávaží a zátěžové kýly pro jachty, stejně jako v šipkách (80-97%). Rychlořezná ocel, která dokáže řezat materiál vyšší rychlostí než uhlíková ocel, obsahuje až 18 % této látky. Lopatky turbíny, opotřebitelné díly a povlaky používají "superslitiny" obsahující wolfram. Jedná se o žáruvzdorné, vysoce odolné slitiny, které fungují při zvýšených teplotách.

Tepelná roztažnost chemického prvku je podobná jako u borosilikátového skla, proto se používá k výrobě těsnění sklo na kov. Kompozity obsahující wolfram jsou výbornou náhradou olova v kulkách a brocích. Ve slitinách s niklem, železem nebo kob altem se z něj vyrábějí nárazové střely. Stejně jako kulka je její kinetická energie využita k zasažení cíle. V integrovaných obvodech se wolfram používá k připojení tranzistorů. Některé typy strun hudebních nástrojů jsou vyrobeny z wolframového drátu.

Pomocí připojení

Výjimečná tvrdost karbidu wolframu (W₂C, WC) z něj dělá nejběžnější materiál pro frézovací a soustružnické nástroje. Uplatňuje se v metalurgickém, těžebním, ropném a stavebním průmyslu. Karbid wolframu se také používá při výrobě šperků, protože je hypoalergenní a neztrácí svůj lesk.

Z jeho oxidů se vyrábí glazura. Wolframový "bronz" (takzvaný kvůli barvě oxidů) se používá v barvách. Wolframany hořčíku a vápníku se používají ve fluorescencíchlampy. Krystalický wolfram slouží jako scintilační detektor v nukleární medicíně a fyzice. Soli se používají v chemickém a kožedělném průmyslu. Disulfid wolframu je vysokoteplotní mazivo, které vydrží 500 °C. Některé sloučeniny obsahující wolfram se používají v chemii jako katalyzátory.