Volfrám | ||||
---|---|---|---|---|
← Tantál | Rénium → | ||||
| ||||
Egy egyszerű anyag megjelenése | ||||
Tűzálló, tartós fém, világosszürke [1] | ||||
Volfrámkristályok rakódtak le a gázfázisból | ||||
Az atom tulajdonságai | ||||
Név, szimbólum, szám | Volfrám / Wolframium (W), 74 | |||
Csoport , időszak , blokk |
6, 6, d-elem |
|||
Atomtömeg ( moláris tömeg ) |
183.84.(1) [2] a. e.m. ( g / mol ) | |||
Elektronikus konfiguráció | [Xe] 4f 14 5d 4 6s 2 | |||
Atom sugara | 137 [1] pm | |||
Kémiai tulajdonságok | ||||
kovalens sugár | 170 óra | |||
Ion sugara | (+6e) 62 (+4e) 70 óra | |||
Elektronegativitás | 2.3 (Pauling skála) | |||
Elektróda potenciál |
W ← W 3+ 0,11 V W ← W 6+ 0,68 V |
|||
Oxidációs állapotok | +2, +3, +4, +5, +6 [1] | |||
Ionizációs energia (első elektron) |
769,7 (7,98) kJ / mol ( eV ) | |||
Egy egyszerű anyag termodinamikai tulajdonságai | ||||
Sűrűség ( n.a. ) | 19,25 [3] g/cm³ | |||
Olvadási hőmérséklet | 3695 K ( 3422 °C, 6192 °F) [3] | |||
Forráshőmérséklet | 5828 K (5555 °C, 10 031 °F) [3] | |||
Oud. fúzió hője |
285,3 kJ/kg 52,31 [4] [5] kJ/mol |
|||
Oud. párolgási hő | 4482 kJ/kg 824 kJ/mol | |||
Moláris hőkapacitás | 24,27 [6] J/(K mol) | |||
Moláris térfogat | 9,53 cm³ / mol | |||
Egy egyszerű anyag kristályrácsa | ||||
Rácsszerkezet |
Kockatest középen |
|||
Rács paraméterei | 3,160Å _ | |||
Debye hőmérséklet | 310K_ _ | |||
Egyéb jellemzők | ||||
Hővezető | (300 K) 162,8 [7] W/(m K) | |||
CAS szám | 7440-33-7 |
74 | Volfrám |
W183,84 | |
4f 14 5d 4 6s 2 |
A wolfram ( vegyjele - W, lat. Wolframium ) a D. I. kémiai elemei periodikus rendszerének hatodik periódusának 6. csoportjába tartozó kémiai elem (az elavult besorolás szerint - a hatodik csoport mellékcsoportja, VIB) . Mengyelejev 74 -es rendszámmal .
Normál körülmények között a wolfram egy kemény, nehéz, fényes fém [1] [6] , ezüstös szürke színű. Sűrűsége valamivel nagyobb , mint a fémes uráné .
A volfrám a legtűzállóbb fém a periódusos rendszerben. Átmeneti fémekre utal .
A Wolframium nevet a 16. században ismert wolframit ásványból vették át az elemre . "farkashab" néven - lat. spuma lupi vagy német. Wolf Rahm [6] [8] [ check link (már 33 napja) ] . Az elnevezést az okozta, hogy az ónérceket kísérő wolfram megzavarta az ón olvasztását , salakhabbá alakítva ("az ónt úgy zabálta, mint a farkas a bárányt").
Angolul és franciául a wolframot wolframnak hívják (a svéd tung sten - "nehéz kő"). 1781- ben a híres svéd kémikus , Karl Scheele az ásványi scheelit salétromsavval kezelve sárga „nehéz követ” (volfrám-trioxid WO 3 ) kapott [9] . 1783- ban a spanyol kémikusok, az Eluard fivérek arról számoltak be, hogy a szász wolframit ásványból egy új, ammóniában oldódó fém sárga oxidját és magát a fémet is nyerték [10] . Ugyanakkor az egyik testvér, Fausto 1781-ben Svédországban tartózkodott, és kommunikált Scheele-lel. Scheele nem állította, hogy felfedezte a wolframot, és az Eluard fivérek sem ragaszkodtak elsőbbségükhöz.
A volfrám klarkéja a földkéregben (Vinogradov szerint) 1,3 g/t (a földkéreg tartalom 0,00013%-a). Átlagos tartalma kőzetekben, g/t: ultrabázikus - 0,1, bázikus - 0,7, közepes - 1,2, savas - 1,9.
A wolfram a természetben főleg oxidált komplex vegyületek formájában fordul elő, amelyeket a WO 3 volfrám-trioxid vas- és mangán- vagy kalcium-oxidokkal, valamint néha ólom-, réz-, tórium- és ritkaföldfém-elemekkel alkot. Ipari jelentőségű a Wolframit (vas- és mangán-volframát n FeWO 4 · m MnWO 4 -, ferberit és hübnerit ) és a scheelit ( kalcium- volframát CaWO 4 ) . A wolfram ásványok általában gránit kőzetekben vannak szórva, így a volfrám átlagos koncentrációja 1-2%.
A legnagyobb tartalékokkal Kazahsztán , Kína , Kanada és az USA rendelkezik ; lelőhelyek Bolíviában , Portugáliában , Oroszországban , Üzbegisztánban és Dél-Koreában is ismertek . A világ volfrámtermelése évi 49-50 ezer tonna, ebből Kínában 41, Oroszországban 3,5; Kazahsztán 0,7, Ausztria 0,5. A volfrám fő exportőrei: Kína, Dél-Korea, Ausztria . Főbb importőrök: USA, Japán , Németország , Egyesült Királyság .
Örményországban és más országokban is vannak volfrámlerakódások.
A volfrámatom teljes elektronikus konfigurációja: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 6 4f 14 5d 4 6s 2 .
A wolfram egy fényes, világosszürke fém , amely a legmagasabb bizonyított olvadás- és forrásponttal rendelkezik (feltételezzük, hogy a seaborgium még tűzállóbb, de ez egyelőre nem állítható határozottan - a seaborgium élettartama nagyon rövid). A volfrám Mohs-keménysége 7,5, és a tiszta fémek keménysége tekintetében a króm (8,5 Mohs-keménység) után a második. Olvadáspont - 3695 K (3422 °C), forráspontja 5828 K (5555 °C) [3] . A tiszta volfrám sűrűsége normál körülmények között 19,25 g/cm³ [3] , a folyékony volfrámé 16,65 g/cm³ olvadáspontnál [6] . Paramágneses tulajdonságokkal rendelkezik ( mágneses szuszceptibilitás 0,32⋅10-9 ) . Brinell keménység 488 kg/mm². Elektromos ellenállás 25 °C-on — 55⋅10 −9 Ohm m, 2700 °C-on — 904⋅10 −9 Ohm m; hőmérsékleti ellenállási együttható 5,0 10 −3 K −1 (0—200 °C) [6] . A hang sebessége lágyított volfrámban 4290 m/s. A lineáris tágulás hőmérsékleti együtthatója 4,1 10 -6 K -1 (298 K), 6,5 10 -6 K -1 (2273 K), 7,1 10 -6 K -1 (2673 K) [6] . Hővezetőképesség 153 W/(m K) 298 K-en, 105 W/(m K) 1873 K-en [6] . Hődiffúzivitás 3,17 10 3 m 2 /s 1873 K-en, 2,3 10 3 m 2 /s 2873 K-on [6] .
A volfrám az egyik legnehezebb, legkeményebb és leginkább tűzálló fém [6] . Tiszta formájában ezüst-fehér fém, hasonló a platinához, körülbelül 1600 ° C hőmérsékleten jól kovácsolható, és vékony szálra húzható. A fém vákuumban rendkívül stabil [11] . Az összenyomhatósági együttható az összes fém közül a legkisebb (illetve a rugalmassági modulus a legnagyobb a fémek között) [6] .
A volfrám normál körülmények között két kristálymódosulatban létezik. A stabil módosulat (α-volfrám) a köbös rendszer (testközpontú rács) kristályait képezi , Im 3 m tércsoport , cellaparaméterek a = 0,31589 nm , Z = 2 [6] . Metastabil módosulás (β-volfrám) - köbös kristályok , Pm 3 n tércsoport , cellaparaméterek a = 0,5036 nm , Z = 8 , d = 19,0 g/cm 3 (trikróm szilicid szerkezetű Cr 3 Si, más néven A15 fázis ). A metastabil módosulás a volfrám-trioxid hidrogénnel 440-520 °C hőmérsékleten történő redukciója során [12] , valamint volfrámolvadék elektrolízise során [13] képződik, amely felett hevítéskor alfa-W-vé alakul. 520 °C [12] [6] . Bár a wolfram β-fázisát először 1931-ben határozták meg, sok szerző úgy gondolta, hogy a valóságban W 14 ... 20 O képletű wolfram-szuboxid vagy oxigénszennyezéssel stabilizált fázis; Van egy olyan feltételezés is, hogy ez a fázis W 3 W ionos vegyületként írható le , "tungsten tungsten amid", amelynek wolframatomjai különböző oxidációs állapotúak. Csak 1998-ban mutatták ki, hogy a β-volfrám oxigénkeverék hiányában is létezik [13] .
Az α-volfrám és a β-volfrám egyes fizikai jellemzői jelentősen eltérnek egymástól. Az α-volfrám szupravezető állapotába való átmenet hőmérséklete 0,0160 K [6] , a béta-fázis esetében ez a hőmérséklet 1-4 K között van; fázisok keveréke közbenső hőmérsékleten szupravezetővé válhat, a fázisok relatív tartalmától függően [14] . A β-volfrám fajlagos ellenállása háromszor nagyobb, mint az α-volfrámé [15]
2 és 6 közötti vegyértéket mutat . A legstabilabb a 6 vegyértékű volfrám. A 3 és 2 vegyértékű volfrámvegyületek instabilak, és nincs gyakorlati jelentőségük.
A volfrám nagy korrózióállósággal rendelkezik: szobahőmérsékleten nem változik a levegőben; vörös hőfokon lassan oxidálódik volfrám(VI)-oxiddá . A volfrám redukált finom pora azonban piroforos [12] . A volfrám a feszültségsorokban közvetlenül a hidrogén után van, és szinte oldhatatlan sósavban, híg kénsavban és hidrogén-fluoridban. Salétromsavban és aqua regiában a felületről oxidálódik. Hidrogén-peroxidban oldódik.
Salétromsav és hidrogén-fluorid keverékében könnyen oldódik [16] :
Reagál olvadt lúgokkal oxidálószerek jelenlétében [16] :
Ezek a reakciók eleinte lassúak, de amikor elérjük a 400 °C-ot (500 °C az oxigénes reakciónál), a wolfram önmelegedni kezd, és a reakció meglehetősen gyorsan megy végbe, nagy mennyiségű hő képződésével.
Salétromsav és hidrogén-fluorid elegyében oldódik, hexafluor-volfrámsav H 2 [WF 6 ] keletkezik. A volfrámvegyületek közül a legfontosabbak: volfrám-trioxid vagy volfrám-anhidrid, volfrámok, Me 2 WO X általános képletű peroxidvegyületek , valamint halogén-, kén- és szénvegyületek. A volfrámok hajlamosak polimer anionok képzésére , beleértve a heteropoli vegyületeket más átmeneti fémek zárványaival.
A wolfram előállítási folyamata a WO 3 trioxidnak az érckoncentrátumokból történő elválasztásán, majd hidrogénnel fémporrá történő redukcióján megy keresztül , kb. 700 °C. A volfrám magas olvadáspontja miatt porkohászati eljárásokat alkalmaznak a tömör forma eléréséhez : a kapott port préselik, hidrogénatmoszférában 1200-1300 °C hőmérsékleten szinterelik, majd elektromos áramot vezetnek át rajta . A fémet 3000 °C-ra hevítik, és monolitikus anyaggá szinterelik. Az ezt követő tisztításhoz és az egykristályos forma előállításához zónaolvasztást alkalmaznak [17] .
A volfrám fő alkalmazása a tűzálló anyagok alapja a kohászatban.
A 185 W mesterséges radionuklidot radioaktív címkeként használják az anyag tanulmányozásában. A stabil 184 W -ot a szilárdfázisú nukleáris rakétahajtóművekben használt urán-235 ötvözetek alkotóelemeként használják , mivel ez az egyetlen általános volfrámizotóp , amelynek alacsony termikus neutronbefogási keresztmetszete van (körülbelül 2 barn ).
A fém wolfram (körülbelül 99%-os elemtartalom) ára 2010 végén körülbelül 40-42 dollár kilogrammonként, 2011 májusában körülbelül 53-55 dollár kilogrammonként. Félkész termékek 58 USD-tól (rudak) 168-ig (vékony csík). 2014-ben a volfrám ára 55 és 57 USD között mozgott [23] .
A volfrám nem játszik jelentős biológiai szerepet. Egyes archaebaktériumok és baktériumok olyan enzimeket tartalmaznak, amelyek aktív központjában volfrám található. A hipertermofil archebaktériumok obligát volfrámfüggő formái élnek a mélytengeri hidrotermikus szellőzőnyílások körül. A volfrám jelenléte az enzimek összetételében a korai archean fiziológiai maradványának tekinthető – vannak olyan javaslatok, amelyek szerint a volfrám szerepet játszott az élet korai szakaszában [24] .
A volfrámpor, mint a legtöbb egyéb fémpor , irritálja a légutakat.
A volfrám ismert izotópjai 158-192 tömegszámmal ( protonok száma 74, neutronok száma 84-118 ) és több mint 10 nukleáris izomer [25] .
A természetes wolfram öt izotóp keverékéből áll ( 180 W - 0,12 (1), 182 W - 26,50 (16), 183 W - 14,31 (4), 184 W - 30,64 (2) % és 186 W - 28,43 (19) %) [25] . 2003- ban a természetes wolfram rendkívül gyenge radioaktivitását fedezték fel [26] (körülbelül két bomlás/év elem grammonként), a 180 W -os α-aktivitás miatt , amelynek felezési ideje 1,8⋅10 18 év . 27] .
![]() |
| |||
---|---|---|---|---|
|
D. I. Mengyelejev kémiai elemeinek periodikus rendszere | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
Fémek elektrokémiai tevékenységsorai | |
---|---|
Eu , Sm , Li , Cs , Rb , K , Ra , Ba , Sr , Ca , Na , Ac , La , Ce , Pr , Nd , Pm , Gd , Tb , Mg , Y , Dy , Am , Ho , Er , Tm , Lu , Sc , Pu , |