Kemijska svojstva volframa. Karakteristike i primjene volframa

Volfram je kemijski element periodičkog sustava Mendelejeva, koji pripada grupi VI. U prirodi, volfram se javlja kao mješavina pet izotopa. U uobičajenom obliku i pod normalnim uvjetima to je čvrsti metal srebrnasto-sive boje. Također je najodgovorniji od svih metala.

Osnovna svojstva volframa

Volfram je metal koji ima izvanredna fizička i kemijska svojstva. Gotovo sve grane moderne proizvodnje koriste volfram. Njegova se formula obično izražava u obliku metalnog oksida - WO ₃ . Volfram se smatra najspornijim metalom. Pretpostavlja se da samo siborgy može biti još vatreniji. No, za sada, za sada, to se ne može tvrditi, budući da siborgija ima vrlo kratko vrijeme postojanja.

Ovaj metal ima posebna fizikalna i kemijska svojstva. Tungsten ima gustoću od 19300 kg / m ³ , talište 3410 ° C. U ovom parametru zauzima drugo mjesto nakon karbon - grafita ili dijamanta. U prirodi, volfram se nalazi u obliku pet stabilnih izotopa. Njihov broj masa je u rasponu od 180 do 186. Tungsten ima 6. valenciju, au spojevima može biti 0, 2, 3, 4 i 5. Metal također ima dovoljno visoku razinu toplinske vodljivosti. Za volfram, ta je brojka 163 W / (m * deg). Po ovom svojstvu, ona premašuje čak i takve spojeve poput aluminijskih legura. Masa volfram je zbog svoje gustoće, što je jednako 19 kg / m3. Stupanj oksidacije volframa varira od +2 do +6. U većim stupnjevima njegove oksidacije metal ima svojstva kisika, au donjim - osnovna svojstva.

U ovom slučaju se legure nižih volframovih spojeva smatraju nestabilnim. Najviše uporni su spojevi s stupnjem +6. Oni pokazuju najkarakterističnija svojstva kemikalija za metal. Volfram ima svojstvo lako oblikovanja kompleksa. Ali metalna volfram obično je vrlo otporna. Počinje reagirati s kisikom samo pri temperaturi od + 400 ° C. Kristalna rešetka volframa odnosi se na vrstu kubičnog tijela usmjerenog na tijelo.

Interakcija s drugim kemikalijama

Ako se volfram pomiješa sa suhim fluorom, moguće je dobiti spoj nazvan "heksafluorid" koji se već topi na temperaturi od 2,5 ° C i kuhava na 19,5 ° C. Sličnu tvar dobiva se kombiniranjem volframa s klorom. No za takvu reakciju potrebna je dovoljno visoka temperatura, reda od 600 ° C. Međutim, supstanca se lako podvrgava destruktivnom djelovanju vode i praktički ne prolazi promjenu u hladnoći. Volfram je metal koji, bez kisika, ne proizvodi reakciju otapanja u lužinama. Međutim, lako se otapa u smjesi HNO3 i HF. Najvažniji kemijski spojevi volframa su njegov trioksid WO ₃ , H ₂ WO ₄ - volframska kiselina, kao i njegovi derivati - volframske soli.

Možemo razmotriti neka kemijska svojstva volframa s reakcijskim jednadžbama. Na primjer, formula WO3 + 3H2 = W + 3H20. U njemu metal volfram se smanjuje od oksida, očituje se njegova svojstva interakcije s vodikom. Ova jednadžba odražava proces dobivanja volframa iz njegovog trioksida. Sljedeća formula označava svojstvo kao što je praktična netopivost volframa u kiselinama: W + 2HNO3 + 6HF = WF6 + 2NO + 4H20. Jedna od najznačajnijih tvari koje sadrže volfram je karbonil. Proizvodi guste i ultra tanke premaze čiste volframa.

Povijest otkrića

Tungsten je metal koji je dobio ime s latinskog jezika. U prijevodu ova riječ znači "vuk pjena". Takvo neobično ime pojavilo se zbog ponašanja metala. Prateći izdvojenu kositarsku rudu, volfram je spriječio oslobađanje kositra. Zbog toga je u procesu taljenja samo šljake stvorene. O ovom metalu rekao je da "jede kositar, kao što vuk jede ovcu". Za mnoge, pitam se tko je otkrio kemijski element volframa?

Ovo znanstveno otkriće napravljeno je istovremeno na dva mjesta od strane različitih znanstvenika, međusobno neovisno. Godine 1781. kemičar iz Švedske Scheele primio je takozvani "teški kamen", provodeći eksperimente sa dušičnom kiselinom i scheelitom. Godine 1783., kemija braća iz Španjolske, Eluar, također su najavili otkriće novog elementa. Točnije, otkrili su volframov oksid, otopljen u amonijaku.

Slitina s ostalim metalima

Trenutačno se razlikuju jednofazne i višeslojne legure volframa. One sadrže jedan ili više vanjskih elemenata. Najpoznatiji spoj je legura od volframa i molibdena. Dodavanje molibdena daje volframsku čvrstoću kada se pruži. Također u kategoriju jednostupanjskih slitina pripadaju volframski spojevi titan, hafnium, cirkonij. Najveća plastičnost volframa daje renium. Međutim, praktično korištenje takve legure je prilično naporan proces, budući da je renija vrlo teško izvući.

Budući da je volfram jedan od najvažnijih vatrostalnih materijala, nije lako postići dobivanje legura volframa. Kada ovaj metal tek počne vrenjati, drugi već prolaze kroz tekućinu ili stanje plina. Ali moderni znanstvenici znaju načiniti legure pomoću elektroliznog procesa. Alili koji sadrže volfram, nikal i kobalt se koriste za nanošenje zaštitnog sloja na nestabilne materijale.

U modernoj metalurškoj industriji, legure se također proizvode pomoću volframovog praha. Da bi je stvorili, potrebni su posebni uvjeti, uključujući stvaranje vakuumskog okruženja. Zbog određenih značajki interakcije volframa s drugim elementima, metalurzi radije stvaraju legure koje nemaju dvostupanjske karakteristike, ali s upotrebom 3, 4 ili više komponenata. Ove legure su osobito jake, ali uz strogo pridržavanje formula. U najmanjem odstupanju postotka komponenata, legura može biti krhka i neprikladna za upotrebu.

Tungsten je element koji se koristi u inženjerstvu

Iz ove metalne niti su izrađene od običnih žarulja. Kao i cijevi za rendgenske strojeve, komponente vakuumskih peći, koje se trebaju koristiti pri ekstremno visokim temperaturama. Čelik, koji uključuje volfram, ima vrlo visoku razinu snage. Takve se legure koriste za izradu alata u različitim područjima: bušenju bušotina, medicini i strojogradnji.

Glavna prednost spajanja čelika i volframa je otpornost na trošenje, niska vjerojatnost oštećenja. Najpoznatiji u izgradnji legure volframa naziva se "pobjeda". Također je ovaj element široko korišten u kemijskoj industriji. Sa svojim dodatkom stvara boje, pigmente. Tungsten oksid 6 je bio posebno široko korišten u ovom području, a koristi se za proizvodnju volfram karbida i halogenida. Drugi naziv za tu tvar je tungsten trioksid. Tungsten oksid 6 se koristi kao žuti pigment u bojama za keramiku i staklene proizvode.

Što su teške legure?

Sve legure temeljene na volframu, koje imaju visoku gustoću, nazivaju se teškim. Dobivaju se samo metodama metalurške prašine. Tungsten je uvijek osnova teških legura, gdje sadržaj može biti do 98%. Uz ovaj metal, nikal, bakar i željezo se dodaju teškim legurama. Međutim, mogu uključivati krom, srebro, kobalt, molibden. Najpopularnije su bile legure VMZ (volfram-nikal-željezo) i VNM (tungsten-nikal-bakar). Visoka razina gustoće takvih legura omogućuje im da apsorbiraju opasnu gama zračenje. Od njih su proizvedeni kotačići kotača, električni kontakti, rotori za giroskopove.

Tungsten karbid

Oko polovice volframa koristi se za stvaranje jakih metala, osobito volfram karbida, koji ima točku taljenja od 2770 ° C. Tungsten karbid je kemijski spoj koji sadrži jednaki broj atoma ugljika i volfram. Ova legura ima posebna kemijska svojstva. Volfram daje takvu snagu da, prema ovom pokazatelju, premašuje čelik za pola.

Tungsten karbid je naširoko koristi u industriji. Proizvodi rezne predmete koji moraju biti vrlo otporni na visoke temperature i abraziju. Također iz ovog elementa izrađuju se:

• Pojedinosti o zrakoplovima, motorima automobila.
• Pojedinosti za svemirske brodove.
• Medicinski kirurški instrumenti koji se koriste u području kirurških zahvata. Takvi su alati skuplji od konvencionalnog medicinskog čelika, ali su produktivniji.
• Nakit, osobito angažman prstenovi. Takva popularnost volframa je povezana sa svojom snagom, koja za vjenčanje simbolizira snagu odnosa, kao i izgled. Karakteristike volframa u poliranom obliku su takve da zadržavaju zrcalo, briljantan izgled za vrlo dugo vremena.
• Kuglice za luksuzne kuglice.

Vini - legura volframa

U drugoj polovici dvadesetih godina, u mnogim zemljama počele su se proizvoditi legure za rezanje alata izrađenih od volfram karbida i metalnog kobalta. U Njemačkoj je takva legura nazvana vidia, u državama - carbol. U Sovjetskom Savezu takva se legura zvala "pobjeda". Ove legure bile su izvrsne za preradu proizvoda od lijevanog željeza. Pobjednik je metal-keramička legura s iznimno visokom razinom snage. Izrađen je u obliku ploča različitih oblika i veličina.

Postupak proizvodnje dobit će sljedeće: uzmite prašak volfram karbida, fini prah nikla ili kobalta, i sve se miješa i utiskuje u posebne oblike. Tako komprimirane ploče podvrgavaju se daljnjoj temperaturi. To daje vrlo tvrdu leguru. Ove se ploče koriste ne samo za rezanje od lijevanog željeza, već i za izradu alata za bušenje. Pločice iz osvojenih zavarenih su na opremu za bušenje s bakrom.

Prevalencija volframa u prirodi

Ovaj metal je vrlo rijedak u okolišu. Nakon svih elemenata, zauzima 57. mjesto i nalazi se u obliku volframske klarke. Također, metal oblici minerala - scheelite i tolfam. Volfram migrira u podzemne vode ili u obliku vlastitog iona, ili u obliku svih vrsta spojeva. Ali njegova najveća koncentracija u podzemnim vodama je zanemariva. Ona iznosi stotine mg / l i praktički ne mijenja kemijska svojstva. Volfram također može ući u prirodne rezervoare iz odvoda tvornica i tvornica.

Utjecaj na ljudsko tijelo

Volfram praktički ne ulazi u tijelo s vodom ili hranom. Može postojati opasnost udisanja čestica volframa zajedno s zrakom na radnom mjestu. Međutim, unatoč pripadnosti kategoriji teških metala, volfram nije toksičan. Tungsten trovanja javlja se samo kod onih koji su povezani s proizvodnjom volframa. U tom je slučaju stupanj utjecaja metala na tijelo različit. Na primjer, volframski prašak, volfram karbid i tvari kao što je anhidrit kalijeve kiseline može izazvati oštećenje pluća. Njeni glavni simptomi su opća slabost, vrućica. Jači simptomi nastaju kada se legure volframa otroše. To se događa kada inhalira prašinu od legura i dovodi do bronhitisa, pneumoskleroze.

Metalna volfram, koji se ulazi u ljudsko tijelo, ne apsorbira se u crijevu i postupno se uklanja. Volframski spojevi koji se odnose na topljive spojeve mogu biti velike opasnosti. Odloženi su u slezenu, kosti i kožu. Uz dugotrajnu izloženost volframskim spojevima, simptomi kao što su krhki nokti, piling kože, mogu se pojaviti razne vrste dermatitisa.

Rezerve volframa u raznim zemljama

Najveći resursi volframa su u Rusiji, Kanadi i Kini. Prema prognozama znanstvenika, oko 943 tisuće tona ovog metala nalazi se na domaćim teritorijima. Ako vjerujete da ove procjene, velika većina rezervi nalaze se u Južnoj Sibiru i Dalekom Istoku. Vrlo je malo udjela dokazanih resursa - to je samo oko 7%.

Prema broju istraživanih depozita volframa, Rusija je druga samo u Kini. Većina ih se nalazi u regijama Kabardino-Balkaria i Burjatije. No, kod tih naslaga nije proizvedena čista volfram, već i rude koje sadrže molibden, zlato, bizmut, telur, skandij i ostale tvari. Dvije trećine dobivenih volumena volframa iz ispitivanih izvora zatvaraju se u teško obogaćavajućim rudama, gdje je glavni mineral koji sadrži volfram skelite. Udio minerala obogaćivanja svjetlosti čini samo trećinu ukupne proizvodnje. Karakteristike volframa proizvedene u Rusiji niže su nego u drugim zemljama. Rude sadrže veliki postotak volfram trioksida. U Rusiji je vrlo malo nakupina metalnog materijala. Tungsten pijesci su također niske kvalitete, s velikim brojem oksida.

Volfram u gospodarstvu

Globalna proizvodnja volframa počela je rasti od 2009. godine, kada se azijska industrija počela oporavljati. Najveći proizvođač volframova ostaje Kina. Na primjer, u 2013. godini udio proizvodnje ove zemlje činio je 81% svjetske ponude. Oko 12% potražnje za volframom povezano je s proizvodnjom rasvjetne opreme. Prema riječima stručnjaka, uporaba volframa u ovom području bit će smanjena na pozadini uporabe LED i fluorescentnih svjetiljki iu domaćim uvjetima iu proizvodnji.

Vjeruje se da će u proizvodnji elektroničke opreme biti sve veća potražnja za volframom. Visoka otpornost na habanje volframa i njegova sposobnost da izdrže električnu energiju čine ovaj metal najprikladnijim za proizvodnju regulatora napona. Međutim, u smislu količine, ovaj zahtjev ostaje neznatan, a procjenjuje se da će do 2018. godine porasti za samo 2%. Međutim, prema prognozama znanstvenika, u bliskoj budućnosti treba povećati potražnju za cementiranim karbidom. To je posljedica rasta proizvodnje automobila u SAD-u, Kini, Europi, kao i povećanju rudarske industrije. Vjeruje se da će do 2018. godine potražnja za volframom porasti za 3,6%.