Вольфрам металл или неметалл. Вольфрам металл или неметалл.

Содержание

Кристаллы вольфрама имеют кубическую решетку с объемным центром. Кристаллы холодного вольфрама характеризуются низкой пластичностью, поэтому их основная форма и размеры мало изменяются при уплотнении порошка, а уплотнение порошка происходит в основном за счет относительного движения частиц.

Вольфрам

Тугоплавкий карбид, цветная или белая сталь

Вольфрам/вольфрам (W), 74

Xe 4f 14 5d 4 6s 2

2,3 (шкала Полинга)

W ← W 3+ 0,11 C W ← W 6+ 0,68 C

19300 кг/м³ 19,3 г/см³

191 кДж/кг 35 кДж/моль

4482 кДж/кг 824 кДж/моль

Вольфрам — это химический элемент с атомным номером 74 в периодической таблице, обозначаемый символом W (лат.: tungsten) и представляющий собой твердый серый переходный металл.

Вольфрам — самый жаропрочный металл (элемент) среди физических элементов. При нормальных условиях он химически устойчив.

Название вольфрамит происходит от минерала вольфрамита, известного как «spuma lupi» на латыни и «волчьи сливки» на немецком языке, которое датируется XVI в. Название было связано с тем, что вольфрам, сопровождающий оловянные руды, препятствовал плавлению олова, превращая его в шлаковую пену («пожирающий олово, как волк пожирает овец»).

Сегодня термин «вольфрам» (шведское tung sten — «тяжелый камень») используется для обозначения вольфрама в США, Великобритании и Франции.

В 1781 году знаменитый шведский химик Шееле обработал минерал шеелит азотной кислотой и получил желтый «тяжелый камень». В 1783 году испанские химики, братья Элюар, сообщили об образовании нового растворимого в аммиаке оксида желтого металла из саксонского минерала вольфрамита. Один из братьев, Фаусто, был в Швеции в 1781 году и общался с Шееле. Шееле не утверждал, что открытие вольфрама принадлежит ему, а братья Элюар не настаивали на его приоритете.

Процесс добычи вольфрама проходит через WO₃из рудных концентратов с последующим восстановлением до металлического порошка водородом при температуре около 700 °C. 700 °C. Из-за высокой температуры плавления вольфрама для получения твердой формы используются процессы порошковой металлургии: Полученный порошок сжимают, спекают в атмосфере водорода при температуре 1200-1300 °C и затем помещают под электрический ток. Металл нагревается до 3000 °C, агломерируется в монолитный материал. Полосовая плавка используется для последующей очистки и формирования монокристаллической формы.

СТРУКТУРА

Кристаллы вольфрама имеют кубическую решетку с объемным центром. Кристаллы холодного вольфрама характеризуются низкой пластичностью, поэтому их основная форма и размеры мало изменяются при уплотнении порошка, а уплотнение порошка происходит в основном за счет относительного движения частиц.

В вольфрамовой ячейке с кубическим объемом атомы расположены на концах и в центре ячейки, т.е. на одну ячейку приходится два атома. Структура OCC не состоит из плотного расположения атомов. Коэффициент сжатия составляет 0,68. Пространственная группировка вольфрама — Im3m.

СВОЙСТВА

Вольфрам — блестящий, светло-серый металл с самыми высокими зарегистрированными точками плавления и кипения (говорят, что сиборг еще более тугоплавкий, но мы пока не можем быть уверены — у сиборга очень короткий срок службы). Температура плавления — 3695 К (3422 °C), температура кипения — 5828 К (5555 °C). Плотность чистого вольфрама составляет 19,25 г/см³. Он парамагнитен (магнитная восприимчивость 0,32-10-9). Твердость по Бринеллю составляет 488 кг/мм², удельное электрическое сопротивление 55-10-9-9 Ом-м при 20 °C и 904-10-9 Ом-м при 2700 °C. Скорость звука в отожженном вольфраме составляет 4290 м/с. Он является парамагнитным.

Вольфрам — один из самых тяжелых, твердых и жаропрочных металлов. В чистом виде это серебристо-белый, похожий на платину металл, который можно ковать и вытягивать в тонкие нити при температуре около 1600 °C.

Вольфрам встречается в природе в основном в виде окисленных комплексных соединений, состоящих из триоксида вольфрама WO₃с оксидами железа и марганца или кальция, иногда также со свинцом, медью, торием и редкими землями. Промышленное значение имеет тунгстат (вольфрамовое железо и марганец nFeWO₄* mMnWO₄— ферберит или гибернит) и селенит (вольфрамово-кальциевый CaWO₄Минералы вольфрама обычно залегают в гранитных породах, поэтому средняя концентрация вольфрама составляет 1-2 %.

Самые крупные месторождения находятся в Казахстане, Китае, Канаде и США; также известны месторождения в Боливии, Португалии, России, Узбекистане и Южной Корее. Мировое производство вольфрама составляет 49-50 тысяч тонн в год, из которых 41 приходится на Китай, 3,5 — на Россию, 0,7 — на Казахстан и 0,5 — на Австрию. Основные экспортеры вольфрама: Китай, Южная Корея, Австрия. Основные импортеры: США, Япония, Германия, Великобритания. Месторождения вольфрама есть также в Армении и других странах.

Преломляющая способность и пластичность вольфрама делают его незаменимым для нитей накаливания в осветительных приборах, а также в оптических прицелах и других вакуумных трубках. Благодаря своей высокой плотности вольфрам является основой тяжелых сплавов, используемых для изготовления противовесов, сердечников бронебойных субкультур и лопастей стреловидных орудий, сердечников бронебойных пуль и сверхбыстрых гиророторов для стабилизации полета баллистических ракет (до 180 тысяч оборотов в минуту).

Вольфрам используется в качестве электрода для аргонодуговой сварки. Сплавы, содержащие вольфрам, устойчивы к жаре, кислоте, твердости и истиранию. Они используются в производстве хирургических инструментов (амальгама), брони, корпусов торпед и ракет, крупных деталей самолетов и двигателей, а также контейнеров для хранения радиоактивных материалов. Вольфрам является важным компонентом лучших инструментальных сталей. Вольфрам используется в высокотемпературных вакуумных печах сопротивления в качестве нагревательного элемента. В качестве термопары в таких печах используется сплав вольфрама и рения.

Сплавы и композиты на основе карбида вольфрама широко используются для обработки металлов и неметаллических конструкционных материалов в машиностроении (точение, фрезерование, строгание, долбление), бурении и горнодобывающей промышленности (например. бобедит, состоящий из кристаллов WC в кобальтовой матрице), широко применяемые в России марки WC2, WC4, WC6, WC8, WC15, WC25, T5C10, T15C6, T30C4), а также смеси карбида вольфрама и карбида титана, карбида тантала (марка TT для особо тяжелых условий обработки, например, долбления и строгания поковок из жаропрочной стали и ударного сверления твердых материалов). Он часто используется в качестве легирующего элемента (часто в сочетании с молибденом) в сталях и сплавах на основе железа. Высоколегированные стали, называемые «быстрорежущими» и обозначаемые буквой P, почти всегда содержат карбид вольфрама. (P18, P6M5 от Fast, Speed).

Сульфид вольфрама WS₂используется в качестве высокотемпературного смазочного материала (до 500 °C). Некоторые соединения вольфрама используются в качестве катализаторов и пигментов. Монокристаллы вольфрама (свинца, кадмия, кальция) используются в качестве сцинтилляционных детекторов рентгеновских лучей и других ионизирующих излучений в ядерной физике и ядерной медицине.

Свойства

Вольфрам классифицируется как переходный металл. Имеет серебристо-серый цвет. В периодической таблице Менделеева он относится к VI группе и имеет атомный номер 74.

Физические свойства металла:

плотность 19,25 г/см3;
кристаллическая структура объемноцентрированная, кубическая;
парамагнитен;
температура плавления 3422 °C;
цвет искры — желтый, дает пучок коротких прерывистых искр;
число стабильных изотопов 4.

Некоторые свойства вольфрама уникальны. Вольфрам обладает некоторыми свойствами. Некоторые из его свойств уникальны. Преломление света является отличительной чертой вольфрама и отличает его от других металлов.

Свойства атома
Имя, символ, номер.	Вольфрам / Вольфрамий (W), 74
Атомный вес (молекулярная масса)	183,84(1)1 а.о. (г/моль)
Электронная конфигурация	Xe 4f14 5d4 6s2
Атомный радиус	141 стр.
Химические свойства
Ковалентный радиус	170 стр.
Ионный радиус	(+6e) 62 (+4e) 70 мк.м.
Электромагнетизм	2,3 (по шкале Паулинга)
Электродный потенциал	W ← W3+ 0,11 C W ← W6+ 0,68 C.
Состояния окисления	6, 5, 4, 3, 2, 0
Энергия ионизации (первый электрон)	769,7 (7,98) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (в н.у.м.)	19,252 г/см³
Температура плавления	3695 К (3422 °C, 6192 °F)2
Температура кипения	5828 К (5555 °C, 10031 °F)2
Удельная теплота плавления	285,3 кДж/кг 52,3134 кДж/моль
Удельная теплота парообразования	4482 кДж/кг 824 кДж/моль
Молекулярная теплоемкость	24,275 Дж/(К-моль)
Молекулярный объем	9,53 см³/моль
Кристаллическая решетка одного вещества
Решетчатая структура	кубически-объемно-центрический
Параметр решетки	3,160 Å
Температура Дебая	310 K
Другие характеристики
Теплопроводность	(300 К) 162,86 Вт/(м-К)
номер CAS	7440-33-7

Рекомендуется.

Не доказано: Было высказано предположение, что сиборий (изотоп нестабилен, период его полураспада составляет всего 0,01 секунды) более устойчив.

Месторождения и добыча

Вольфрамит (губернит, ферберит) и селит пригодны для промышленного производства.

штокверковый вольфрамитовый;
штокверковый шеелитовый;
жильный вольфрамитовый;
скарново-шеелитовый.

Крупнейшими месторождениями вольфрамовых руд являются:

Российские запасы вольфрамовой руды поступают из первичных месторождений.

Получение

Промышленному извлечению металлов из руд предшествует обогащение. Первичная добыча руд основана на извлечении первичных руд путем дробления, измельчения и флотации. Затем WO3 извлекается из концентрата и восстанавливается до металла водородом при температуре около 700 °C.

Твердый вольфрам производится путем:

Методом порошковой металлургии. Достоинство метода — возможность равномерного введения присадок.
Электронно-лучевая плавка, или плавка в электро-дуговых печах. Достоинство метода — возможность получать крупные (до 3 тонн) заготовки металла.

Только алмазы тверже карбида вольфрама

Чистый вольфрам не очень твердый — его можно резать ножовкой — но когда вольфрам соединяют с небольшим количеством углерода, получается карбид вольфрама, одно из самых твердых и прочных веществ на земле.

Добавление в вольфрам небольшого количества углерода или других металлов стабилизирует его структуру и предотвращает легкое деформирование.

Карбид вольфрама настолько твердый, что его можно резать только алмазами, и даже тогда алмазы работают только в том случае, если карбид вольфрама не полностью закален. Карбид вольфрама в три раза тверже стали, выдерживает в 100 раз большее трение, чем сталь, и имеет самую высокую прочность на сжатие среди всех кованых металлов, что означает, что он не вмят и не деформируется при сжатии с огромной силой.

Наиболее распространенное применение карбида вольфрама — и конечный пункт назначения большей части добываемого на Земле вольфрама — это изготовление специальных инструментов, особенно сверл. Сверло для резки металла или твердых пород должно выдерживать высокие абразивные нагрузки, не тупясь и не ломаясь. Тверже карбида вольфрама только алмазные сверла, но они также намного дороже.

Другие полезные применения вольфрама

Твердость, плотность и жаропрочность вольфрама делают его идеальным для различных специальных применений:

Электронные микроскопы выстреливают поток электронов из специального наконечника эмиттера, сделанного из вольфрама.
Большинство сварных швов между металлом и стеклом сделано из вольфрама, потому что вольфрам расширяется и сжимается с той же скоростью, что и боросиликатное стекло, наиболее распространенный вид стекла.
Шипы на гусеницах снегохода изготовлены из вольфрамовых сплавов.
Дротики профессионального уровня изготавливаются из вольфрама («Wolfram Infinity» на 97 процентов состоит из вольфрама ).
В шариковых ручках шарик часто изготавливается из карбида вольфрама.
Ювелирная промышленность изготавливает кольца из карбида вольфрама.

Фальшивомонетчики давно обнаружили, что вольфрам имеет почти такую же плотность, как золото, и иногда пытаются выдать позолоченные вольфрамовые слитки за чистое золото.

Город федерального значения Москва — история и факты

Целый ряд металлических мероприятий

Алюминий металлический или неметаллический

Окисление и валентность

Типы химических связей

На чем основан термометр

Химические свойства

Он имеет валентность от 2 до 6. 6-валентный вольфрам является самым стабильным. Соединения 3- и 2-валентного вольфрама нестабильны и не имеют практического значения.

Вольфрам обладает высокой коррозионной стойкостью: при комнатной температуре он не изменяется на воздухе, при горячих температурах медленно окисляется до оксида вольфрама (VI). Вольфрам находится сразу после водорода в порядке склонности и почти нерастворим в соляной кислоте, разбавленной серной кислоте и плавиковой кислоте. На поверхности он окисляется до азотной кислоты и акварегии. Он растворим в перекиси водорода.

Легко растворяется в смеси азотной и плавиковой кислот:

Реагирует с расплавленными щелочами в присутствии окислителей:

Сначала эти реакции идут медленно, но когда вы достигаете 400°C (500°C для реакции с кислородом), вольфрам начинает нагреваться, и реакция протекает довольно быстро, выделяя много тепла.

Он растворяется в смеси азотной и плавиковой кислот с образованием гексафторотунгстовой кислоты H₂WF₆. Среди соединений вольфрама наиболее важными являются: триоксид или ангидрид вольфрама, тунгстаты, пероксидные соединения с общей формулой Me₂WO_Xи соединения с галогеном, серой и углеродом. Вольфрам склонен к образованию полимерных анионов, включая гетерополимерные соединения с другими переходными металлами.

Вольфрам не играет важной биологической роли. Некоторые архебактерии и бактерии имеют ферменты, содержащие вольфрам в своем активном сайте. Существуют облигатные вольфрамозависимые формы архебактерий-гипертермофилов, которые живут вблизи гидротермальных источников в глубоком море. Присутствие вольфрама в ферментах можно рассматривать как физиологический остаток ранних архей — есть предположение, что вольфрам играл определенную роль на ранних этапах зарождения жизни.

Вольфрамовая пыль, как и большинство других металлических пылей, является раздражителем дыхательных путей.

Известны изотопы вольфрама с массовыми числами от 158 до 192 (число протонов 74, число нейтронов от 84 до 118) и более 10 ядерных изомеров.

Природный вольфрам состоит из смеси пяти изотопов (180 W — 0,12(1)%, 182 W — 26,50(16)%, 183 W — 14,31(4)%, 184 W — 30,64(2)% и 186 W — 28,43(19)%). В 2003 году была обнаружена чрезвычайно слабая радиоактивность природного вольфрама (около двух распадов на грамм элемента в год) за счет альфа-активности 180 Вт, период полураспада которой составляет 1,8⋅10 18 лет.

Вольфрам (W)
Арсенид вольфрама (WAs₂) Вольфрам мышьяковистый
Борид вольфрама (WB) Вольфрам бористый
Борид дивольфрама (W₂B) Бористый вольфрам
Бромид вольфрама II (WBr₂) Вольфрам бромистый
Бромид вольфрама III (WBr₃)
Бромид вольфрама IV (WBr₄) Бромистый вольфрам
Бромид вольфрама 5 (WBr₅)
Бромид вольфрама VI (WBr₆)
Вольфрамит ((FeMn)WO₄)
Вольфрамовая кислота (H₂WO₄) Ортовольфрамовая кислота
Гексакарбонилвольфрам (W(CO)₆)
Диборид вольфрама (WB₂)
Динитрид вольфрама (WN₂)
Диоксидибромид вольфрама (WO₂Br₂) Бромистый вольфрамил
Диоксидихлорид вольфрама (WO₂Cl₂) Хлористый вольфрамил
Дисилицид вольфрама (WSi₂) Кремнистый вольфрам
Дисульфид вольфрама (WS₂) Сернистый вольфрам
Дифосфид вольфрама (WP₂) Фосфористый вольфрам
Дифосфид тетравольфрама (W₄P₂)
Йодид вольфрама II (WI₂) Вольфрам йодистый
Йодид вольфрама III (WI₃)
Йодид вольфрама IV (WI₄) Йодистый вольфрам
Карбид вольфрама (WC) Вольфрам углеродистый
Карбид дивольфрама (W₂C) Углеродистый вольфрам
Нитрид дивольфрама (W₂N) Вольфрам азотистый
Оксид вольфрама IV (WO₂) Окись вольфрама
Оксид вольфрама VI (WO₃) Вольфрам окись
Окситетрабромид вольфрама VI (WOBr₄) Бромокись вольфрама
Окситетрафторид вольфрама VI (WOF₄) Фторокись вольфрама
Окситетрахлорид вольфрама VI (WOCl₄) Хлорокись вольфрама
Пентаборид дивольфрама (W₂B₅)
Селенид вольфрама IV (WSe₂) Вольфрам селенистый
Селенид вольфрама VI (WSe₃) Селенистый вольфрам
Силицид вольфрама (W₂Si₃) Вольфрам кремнистый
Теллурид вольфрама IV (WTe₂) Вольфрам теллуристый
Тринитрид дивольфрама (W₂N₃) Азотистый вольфрам
Трисульфид вольфрама (WS₃) Вольфрам сернистый
Фенолят вольфрама (WC₃₆H₃₀O₆)
Фосфид вольфрама (WP) Вольфрам фосфористый
Фторид вольфрама IV (WF₄) Вольфрам фтористый
Фторид вольфрама 5 (WF₅)
Фторид вольфрама VI (WF₆) Фтористый вольфрам
Фтороксивольфраматы
Хлорид вольфрама II (WCl₂) Вольфрам хлористый
Хлорид вольфрама III (WCl₃)
Хлорид вольфрама IV (WCl₄)
Хлорид вольфрама 5 (WCl₅)
Хлорид вольфрама VI (WCl₆) Хлористый вольфрам
Шеелит (CaWO₄)

Месторождения, добыча

Месторождения вольфрамовых руд не являются редкостью на Земле, их запасы оцениваются в миллионы тонн.

Крупнейшие месторождения находятся в Китае, Казахстане, Канаде и США. Россия, Португалия, Узбекистан и другие страны имеют меньше ресурсов.

Мировое производство составляет 48-51 тыс. тонн вольфрама в год. Китай является бесспорным лидером (80%).

Добыча ведется закрытым или открытым способом.

Технология получения

Вольфрамовые руды из разных районов добычи содержат 0,3-2,5 % оксида металла. Поэтому промышленное извлечение продукта из руды начинается на обогатительных фабриках.

Это многоступенчатый процесс:

Дробление руды.
Шлифовка.
Флотация.
Обжиг.

Содержание полезных компонентов увеличивается до 60 %:

Чистоту концентрата повышают, расщепляя примеси гидроксидом натрия и задействуя метод ионообменной экстракции.
До порошка восстанавливают при 650-700°C в водородистой среде.

Тугоплавкость оказалась недостатком и исключает классическую плавку.

Твердые формы производятся методом порошковой металлургии:

Порошок спрессовывают.
Спекание проводят при 1250-1300°C в водороде.
Воздействуют электричеством.
Нагревают до 3000°C, добиваясь монолитного спекания.

Кроме того, металл рафинируется путем зонной плавки.

Номенклатура марок металла

Металлурги сплавляют десятки названий и сортов продукции на основе или с содержанием вольфрама.

Наиболее распространенными являются чистый вольфрам (PM) и сплавы рения (ER).

Классификация марок вольфрама основана на составе добавок:

Название класса	Тип добавки
ВА	Алюминиевая щелочь + кремний
ВМ	Алюминий Алюминий Торий + кремний Щелочь
ВИ	Оксид иттрия
ВТ	Оксид тория
ВЛ	Оксид лантана