Chemické vlastnosti volfrámu. Charakteristika a aplikace volfrámu

Tungsten je chemický prvek periodického systému Mendeleeva, který patří do skupiny VI. V přírodě se wolfram nachází ve formě směsi pěti izotopů. Ve své obvyklé podobě a za běžných podmínek se jedná o pevný stříbrně šedý kov. Je také nejhustotnější ze všech kovů.

Základní vlastnosti volfrámu

Tungsten je kov, který má pozoruhodné fyzikální a chemické vlastnosti. Téměř všechny oblasti moderní výroby používají wolfram. Jeho vzorec je obvykle vyjádřen ve formě oxidu kovu - WO₃. Tungsten je považován za nejžhavější z kovů. Předpokládá se, že pouze syborgy mohou být ještě odolnější. Ale jistě to ještě nelze potvrdit, protože siborsko má velmi krátkou dobu existence.

Tento kov má zvláštní fyzikální a chemické vlastnosti. Tungsten má hustotu 19300 kg / m³, jeho teplota tání je 3410 ° C. V tomto parametru zaujímá druhé místo po uhlíku - grafitu nebo diamantu. V přírodě vzniká wolfram ve formě pěti stabilních izotopů. Jejich hmotnostní čísla v rozmezí od 180 do 186. Wolfram má mocenství 6 minut, a sloučeninami, může být 0, 2, 3, 4 a 5. kov má také dostatečně vysokou tepelnou vodivost. U wolframu je tato hodnota 163 W / (m * deg). Tato vlastnost přesahuje i takové sloučeniny, jako jsou hliníkové slitiny. Hmotnost wolframu je způsobena jeho hustotou, která se rovná 19 kg / m³. Stupeň oxidace volfrámu se pohybuje od +2 do +6. Ve vyšších stupních jeho oxidace má kovové vlastnosti kyselin a v nižších stupních - základní vlastnosti.

V tomto případě jsou slitiny nižších sloučenin wolframu považovány za nestabilní. Nejtrvalejší jsou sloučeniny se stupněm +6. Vykazují nejvíce chemické vlastnosti kovů. Tungsten má schopnost snadno vytvářet komplexy. Ale kovový wolfram je obvykle velmi odolný. Začíná interakce s kyslíkem pouze při teplotě +400 ° C. Křišťálová mřížka wolframu se vztahuje k typu těla na středu těla.

Interakce s jinými chemikáliemi

Pokud je wolframu smísí se suchým fluoru, sloučenina může být získána pod názvem „fluoridu“, který taje při teplotě 2,5 ° C a má teplotu varu při 19,5 ° C Podobná látka se získává kombinací wolframu a chlóru. Při takové reakci je však nutná dostatečně vysoká teplota kolem 600 ° C. Látka však snadno odolává ničivému působení vody a prakticky neprochází změnami v chladu. Volfrám je kov, který nevyvolává reakci rozpouštění v zásadách bez kyslíku. Snadno se však rozpouští ve směsi HNO₃ a HF. Nejdůležitější z chemických sloučenin volfrámu je jeho trioxid₃, H₂WO₄ - kyselina wolframová, stejně jako její deriváty - soli tungstate.

Můžeme uvažovat některé chemické vlastnosti volfrámu s reakčními rovnicemi. Například vzorec WO₃ + 3H₂ = W + 3H₂O. V něm je kov z wolframu redukován z oxidu, jeho vlastnost interakce s vodíkem se projevuje. Tato rovnice odráží proces získání wolframu z jeho trioxidu. Následující vzorec označuje takové vlastnosti jako wolfram praktické nerozpustnosti ve kyselin: W + 2HNO3 + 6HF = WF6 + 2NO + 4H2O. Jedna z nejpozoruhodnějších látek obsahujících wolfram je karbonyl. Vytváří husté a ultra tenké povlaky čistého wolframu.

Historie objevu

Tungsten je kov, který získal své jméno z latinského jazyka. V překladu znamená toto slovo "vlčí pěna". Takové neobvyklé jméno se objevilo kvůli chování kovu. Spolu s extrahovanou cínovou rudou zabránil volfrám uvolňování cínu. Kvůli tomu se při procesu tavení vytvářely pouze strusky. O tomto kovu říkal, že "jedí cín, jako vlk jí ovce". Pro mnoho lidí se zajímám, kdo objevil chemický prvek volfrámu?

Tento vědecký objev vznikl současně na dvou místech různými vědci, nezávisle na sobě. V roce 1781 dostal chemik ze Švédska Scheele tzv. Těžký kámen, provádějící experimenty s kyselinou dusičnou a scheelitem. V roce 1783 španělští bratři z chemie, jmenovaný Eluar, také oznámili objev nového prvku. Přesněji objevili oxid wolframu rozpuštěný v čpavku.

Slitiny s jinými kovy

V současné době se vyznačují jednofázová a vícenásobná fáze wolframu. Obsahují jeden nebo více cizích prvků. Nejznámější složkou je slitina wolframu a molybdenu. Přidání molybdenu poskytuje sílu wolframu, když se protáhne. Do kategorie jednofázových slitin patří také sloučeniny wolframu s titanem, hafnium, zirkonem. Největší plasticita wolframu je dána rheniem. Použití takové slitiny je však prakticky náročné, protože rhenium je velmi obtížné extrahovat.

Vzhledem k tomu, že wolfram je jedním z nejvíce žáruvzdorných materiálů, není snadné dosáhnout zplodin volfrámu. Když se tento kov právě začne vařit, ostatní už přecházejí do kapalného nebo plynného stavu. Moderní vědci však vědí, jak dělat slitiny pomocí elektrolýzy. Slitiny obsahující wolfram, nikl a kobalt se používají k nanesení ochranné vrstvy na nestabilní materiály.

V moderním metalurgickém průmyslu se slitiny získají také pomocí volfrámového prášku. Pro jeho vytvoření jsou nutné zvláštní podmínky, včetně vytvoření vakuového prostředí. Vzhledem k určitým vlastnostem interakce wolframu s jinými prvky, metalurgové dávají přednost vytvoření slitin, které nejsou dvoufázové, ale s použitím 3, 4 nebo více komponent. Tyto slitiny jsou zvláště silné, ale s přísným dodržováním vzorců. Při nejmenší odchylce procentních složek může být slitina křehká a nevhodná pro použití.

Tungsten je prvek používaný ve strojírenství

Z tohoto kovu jsou vlákna vyrobeny z běžných žárovek. Stejně jako trubky pro rentgenové stroje, součásti vakuových pecí, které by měly být používány při extrémně vysokých teplotách. Ocel, která obsahuje wolfram, má velmi vysokou pevnost. Takové slitiny se používají k výrobě nástrojů v různých oblastech: pro vrtné vrty, v lékařství a ve strojírenství.

Hlavní výhodou spojování oceli a wolframu je odolnost proti opotřebení, nízká pravděpodobnost poškození. Nejslavnější v konstrukci slitiny wolframu se nazývá "vyhrát". Tento prvek je také široce používán v chemickém průmyslu. S jeho přidáním vytvoříte barvy, pigmenty. V tomto oboru byl obzvláště široce používán oxid wolframu 6. Používá se pro výrobu karbidů a halogenidů volfrámu. Dalším názvem této látky je trioxid wolfram. Oxid wolframu 6 se používá jako žlutý pigment v barvách pro keramiku a skleněné výrobky.

Co jsou těžké slitiny?

Všechny slitiny na bázi wolframu, které mají vysokou hustotu, se nazývají těžké. Jsou získávány pouze metodami práškové metalurgie. Tungsten je vždy základem těžkých slitin, kde jeho obsah může být až 98%. Kromě tohoto kovu se do těžkých slitin přidávají nikl, měď a železo. Mohou však obsahovat chróm, stříbro, kobalt, molybden. Nejoblíbenějšími jsou slitiny VMZ (wolfram-nikl-železo) a VNM (wolfram-nikl-měď). Vysoká hustota těchto slitin jim umožňuje absorbovat nebezpečné záření gama. Z nich jsou vyráběny setrvačníky kol, elektrické kontakty, rotory pro gyroskopy.

Karbid wolframu

Přibližně polovina z wolframu použitého pro výrobu odolných kovů, zejména ze slinutého karbidu, která má teplotu tání 2770 ° C karbidu wolframu je chemická sloučenina, která obsahuje stejný počet atomů uhlíku a wolframu. Tato slitina má speciální chemické vlastnosti. Tungsten mu dává takovou sílu, že podle tohoto indexu překračuje ocel polovinu.

Karbid wolframu je v průmyslu široce používán. Vyrábí řezné předměty, které musí být velmi odolné vůči vysokým teplotám a oděru. Také z tohoto prvku jsou vyráběny:

• Detaily letadel, motorů automobilů.
• Podrobnosti kosmických lodí.
• Lékařské chirurgické nástroje používané v oboru kavitární chirurgie. Takové nástroje jsou dražší než běžné lékařské oceli, ale jsou mnohem produktivnější.
• Šperky, zejména zásnubní prsteny. Taková popularita wolframu je spojena s jeho silou, která pro svatbu symbolizuje sílu vztahu, stejně jako vzhled. Vlastnosti wolframu v leštěné podobě jsou takové, že zachovává zrcadlově podobný, brilantní vzhled po velmi dlouhou dobu.
• Kuličky pro kuličkové pera luxusní.

Svítidlo z wolframu

Ve druhé polovině dvacátých let se v mnoha zemích začaly vyrábět slitiny pro řezné nástroje, které byly vyrobeny z karbidů wolframu a kovového kobaltu. V Německu se taková slitina nazývala vidia, ve státech - karbol. V Sovětském svazu byla taková slitina nazývána "vyhrát". Tyto slitiny se ukázaly jako vynikající pro zpracování výrobků z litiny. Vítězem je kov-keramická slitina s mimořádně vysokou pevností. Vyrábí se ve formě desek různých tvarů a velikostí.

Výrobní proces je získáván následujícím způsobem: vezměte prášek z karbidu wolframu, jemný prášek z niklu nebo kobaltu a vše se mísí a lisuje do speciálních tvarů. Takto stlačené desky se podrobí dalšímu zpracování teploty. To dává velmi tvrdou slitinu. Tyto desky se používají nejen pro řezání litiny, ale i pro výrobu vrtacích nástrojů. Desky z výherce jsou přivařeny k vrtacímu zařízení pomocí mědi.

Prevalence wolframu v přírodě

Tento kov je v životním prostředí velmi vzácný. Po všech prvcích zaujímá 57. místo a je obsažen v podobě wolframu clark. Také kovy tvoří minerály - scheelit a wolframit. Volfrám migruje do podzemní vody buď ve formě vlastního iontu, nebo ve formě všech druhů sloučenin. Ale jeho největší koncentrace v podzemních vodách je zanedbatelná. Jedná se o stotiny mg / l a prakticky nemění jejich chemické vlastnosti. Tungsten může také vstupovat do přírodních nádrží z kanalizací továren a továren.

Vliv na lidské tělo

Tungsten prakticky nevstupuje do těla vodou nebo potravinami. Mohlo by dojít k vdechnutí volfrámových částic spolu se vzduchem na pracovišti. Přestože patří do kategorie těžkých kovů, volfrám není toxický. Otrava wolframu se vyskytuje pouze u těch, kteří jsou spojováni s výrobou wolframu. V tomto případě je stupeň vlivu kovu na tělo jiný. Například volfrámový prášek, karbid wolframu a látka, jako je anhydrit kyseliny wolframové, mohou způsobit poškození plic. Jeho hlavními příznaky jsou obecná malátnost, horečka. K závažnějším příznakům dochází, když jsou slitiny wolframu otráveny. K tomu dochází při vdechování prachu ze slitin a vede k bronchitidě, pneumoskleróze.

Kovový wolfram, který se dostává dovnitř lidského těla, není vstřebáván do střeva a postupně se eliminuje. Sloučeniny volfrámu, které jsou rozpustné, mohou být velkým nebezpečím. Jsou uloženy v slezině, kostech a kůži. Při dlouhodobé expozici sloučenin wolframu mohou nastat příznaky jako křehké nehty, odlupování kůže, různé druhy dermatitidy.

Zásoby wolframu v různých zemích

Největší zdroje volfrámu se vyskytují v Rusku, Kanadě a Číně. Vědci předpovídají, že se v tuzemsku nachází asi 943 tisíc tun tohoto kovu. Jestliže věříme, tyto odhady, drtivá většina zásob se nachází v jižní Sibiři a na Dálném východě. Velmi málo je podíl osvědčených zdrojů - je to jen asi 7%.

Podle počtu prozkoumaných ložisek volfrámu je Rusko druhé místo pouze do Číny. Většina z nich se nachází v oblastech Kabardino-Balkaria a Buryatia. V těchto ložiscích však není vyráběn čistý wolfram, ale jeho rudy obsahují také molybden, zlato, vizmut, telur, skandium a další látky. Dvě třetiny získaných objemů wolframu z rekonditovaných zdrojů jsou uzavřeny v obtížně obohacených rudách, kde hlavní minerál obsahující wolfram je scheelit. Podíl lehkých obohacujících rud tvoří pouze třetinu celkové produkce. Charakteristiky wolframu vyrobeného v Rusku jsou nižší než v jiných zemích. Rudy obsahují velké procento oxidu wolframu. V Rusku existuje jen velmi málo plakátových ložisek kovu. Wolframové písky jsou také nízké kvality s velkým počtem oxidů.

Tungsten v ekonomice

Globální výroba volfrámu začala růst přibližně od roku 2009, kdy se začal oživovat asijský průmysl. Největším výrobcem wolframu zůstává Čína. Například v roce 2013 činil podíl produkce této země 81% světové nabídky. Asi 12% poptávky po wolframu je spojeno s výrobou osvětlovacího zařízení. Podle prognóz odborníků bude používání wolframu v této oblasti sníženo na pozadí použití LED a zářivek v domácích i ve výrobních podmínkách.

Předpokládá se, že v oblasti výroby elektronických zařízení bude rostoucí poptávka po wolframu. Vysoká odolnost wolframu proti opotřebení a jeho schopnost odolávat elektřině činí tento kov nejvhodnější pro výrobu regulátorů napětí. Z hlediska objemu však tento požadavek zůstává poněkud nevýznamný a předpokládá se, že do roku 2018 poroste pouze o 2%. Nicméně podle prognóz vědců by v blízké budoucnosti měla vzrůst poptávka po slinutém karbidu. Důvodem je nárůst automobilové výroby v USA, Číně, Evropě, stejně jako nárůst v těžebním průmyslu. Předpokládá se, že do roku 2018 se poptávka po volfrámu zvýší o 3,6%.