تنگستن چیست؟ درجه اکسیداسیون تنگستن. محدوده استفاده از تنگستن

تنگستن یک عنصر شیمیایی است که تعداد اتمی آن 74 است. این فلز سنگین از رنگ خاکستری به رنگ سفید است که مشخصه آن از قدرت بالا است و این امر در بسیاری از موارد به سادگی غیر قابل جایگزینی است. نقطه ذوب آن بالاتر از هر فلز دیگر است و به همین دلیل به عنوان فیبر در لامپ های رشته ای و عناصر گرمایش در کوره های الکتریکی (به عنوان مثال، آلیاژ تیرهای زیرکونیوم تنگستن) استفاده می شود. شیمی از عنصر می تواند از آن به عنوان یک کاتالیزور استفاده کند. استحکام فوق العاده آن را برای استفاده در فولاد با سرعت بالا مناسب می سازد که می تواند مواد را در سرعت های بالاتر از فولادهای کربنی و آلیاژهای با درجه حرارت بالا برش دهد. کاربید تنگستن، اتصال عنصر با کربن، یکی از سخت ترین مواد شناخته شده است و برای ساخت ابزار میلز و تراشکاری استفاده می شود. تنگستات کلسیم و منیزیم به طور گسترده ای در لامپ های فلورسنت استفاده می شود و اکسید تنگستن در رنگ ها و لعاب های سرامیکی استفاده می شود.

تاریخ کشف

فرضیه وجود این عنصر شیمیایی ابتدا در سال 1779 توسط پیتر وولف، زمانی که وی ولفرامیت معدنی را مورد بررسی قرار داد، به این نتیجه رسید که باید مواد جدیدی داشته باشد. در سال 1781 کارل ویلهلم Scheele تاسیس کرد که یک اسید جدید را می توان از تنگستنیت بدست آورد. Scheele و Thorburn Bergman پیشنهاد کرده اند که امکان دستیابی به یک فلز جدید با بازسازی این اسید، به نام تنگستن. در سال 1783 دو برادر، خوزه و فاستو الگویار، در اسید تنگستن پیدا شد که همانند تنگستن بود. در همان سال، برادران با استفاده از زغال چوب توانستند تنگستن را از آن استخراج کنند.

در طول جنگ جهانی دوم این عنصر شیمیایی نقش مهمی ایفا کرد. ثبات فلز به دمای بالا و همچنین قدرت شدید آلیاژهای آن، تنگستن را مهم ترین مواد خام برای صنعت نظامی دانست. جنگجویان فشار بر پرتغال به عنوان منبع اصلی ولفرامیت در اروپا اعمال کردند.

بودن در طبیعت

در طبیعت، این عنصر در تنگستن (FeWO ₄ / MnWO ₄ )، شئلیت (CaWO ₄ )، فرات و گوئوبنریت یافت می شود. ذخایر مهم این مواد معدنی در ایالات متحده آمریکا در کالیفرنیا و کلرادو، بولیوی، چین، کره جنوبی، روسیه و پرتغال یافت شده است. در چین، حدود 75 درصد تولید جهانی تنگستن متمرکز شده است. فلز با کاهش اکسید آن با هیدروژن یا کربن تولید می شود.

ذخایر جهانی به میزان 7 میلیون تن تخمین زده شده است. فرض بر این است که 30 درصد آنها ذخایر ولفرامیت و 70 درصد شئلیت هستند. در حال حاضر، توسعه آنها از لحاظ اقتصادی سودآور نیست. در سطح فعلی مصرف، این ذخایر تنها 140 سال طول خواهد کشید. یکی دیگر از منابع ارزشمند تنگستن، بازیافت فلز قراضه است.

ویژگی های اصلی

تنگستن یک عنصر شیمیایی است که به عنوان یک فلز گذار طبقه بندی شده است. نماد آن W از واژه Wolframium لاتین می آید. در جدول تناوبی، در گروه VI بین تانتالم و رنیوم قرار دارد.

تنگستن به شکل خالص آن مواد جامد است که رنگ آن از رنگ خاکستری تا قلع سفید متفاوت است. با ناخالصی، فلز شکننده می شود و کار با آن دشوار است، اما اگر این کار را نکنند، می توان آن را با یک اره برقی برش داد. علاوه بر این، آن را می توان جعل، نورد و کشش.

تنگستن عنصر شیمیایی است که نقطه ذوب آن در بین تمام فلزات (3422 درجه سانتیگراد) بالاتر است. همچنین دارای کمترین فشار بخار است. استحکام کششی در T> 1650 درجه سانتی گراد نیز بزرگترین است. عنصر بسیار مقاوم در برابر خوردگی و تنها کمی حساس به اسیدهای معدنی است. پس از تماس با هوا، یک لایه محافظ اکسید روی سطح فلز تشکیل می شود، اما به طور کامل تنگستن در دمای بالا اکسید می شود. هنگامی که آن را به مقدار کمی به فولاد افزوده می شود، سختی آن به طور چشمگیری افزایش می یابد.

ایزوتوپها

در طبیعت، تنگستن متشکل از پنج ایزوتوپ رادیواکتیو است، اما آنها دارای نیمه عمر طولانی دارند که می توانند پایدار باشند. همه آنها به هفونیم-72 با انتشار ذره های آلفا (مربوط به هسته هلیوم -4) فرو می ریزند. فروپاشی آلفا تنها در ¹⁸⁰ وات، سبک ترین و نادر از این ایزوتوپ ها مشاهده می شود. به طور متوسط، در 1 گرم تنگستن طبیعی، دو فروسرخ آلفا ¹⁸⁰ وات در سال رخ می دهد.

علاوه بر این، 27 ایزوتوپ رادیواکتیو تنگستن را توصیف می کند. پایدارترین آنها ¹⁸¹ وات با نیم عمر 121.2 روز، ¹⁸⁵ وات (75.1 روز)، ¹⁸⁸ وات (69.4 روز) و ¹⁷⁸ وات (21.6 روز) است. برای تمام ایزوتوپهای مصنوعی دیگر، نیمه عمر یک روز بیشتر نیست و بیشتر آنها کمتر از 8 دقیقه است. تنگستن همچنین دارای چهار حالت "متاستاز" است که پایدارترین آن ^{179 متری} عرض (6.4 دقیقه) است.

اتصالات

در ترکیبات شیمیایی تنگستن، درجه اکسیداسیون از 2 تا 6 برابر است، که شایع ترین آن 6 است. عنصر، به عنوان یک قاعده، با اکسیژن تماس میگیرد، تشکیل یک تری اکسید زرد (WO ₃ ) که در محلولهای قلیایی آبی به شکل یونهای تنگستات (WO ₄ ^2- ) حل میشود.

درخواست

از آنجاییکه تنگستن دارای نقطه ذوب بسیار بالا است و قابل انعطاف است (می تواند به سیم متصل شود)، به طور گسترده ای به عنوان رشته های لامپ های رشته ای و لامپ های خلاء، و همچنین در عناصر گرمایش کوره های الکتریکی استفاده می شود. علاوه بر این، مواد مقاوم در برابر شرایط شدید. یکی از برنامه های شناخته شده آن، جوشکاری قوس الکترود با یک الکترود تنگستن در یک گاز محافظ است.

تنگستن بسیار سخت است که جزء ایده آل از آلیاژهای سلاح سنگین است. تراکم زیادی در وزن، وزنه برداری و شمش طلا برای قایق ها و همچنین در دارت ها (80-97٪) استفاده می شود. فولاد با سرعت بالا، که می تواند مواد را در سرعت های بالاتر از کربن برش دهد، حاوی 18٪ از این مواد است. در تیغه های توربین، قطعات و پوشش های مقاوم در برابر سایش، "فوق العاده های آلومینا" حاوی تنگستن استفاده می شود. اینها آلیاژهای با درجه حرارت بالا و بسیار مقاوم هستند که در دمای بالا عمل می کنند.

گسترش حرارتی یک عنصر شیمیایی شبیه به شیشه بوروسیلیکات است، بنابراین از آن برای ساخت مهر و موم شیشه ای به فلز استفاده می شود. کامپوزیت حاوی تنگستن جایگزین خوبی برای سرب در گلوله و شات است. در آلیاژهای نیکل، آهن یا کبالت، پوسته های ضربه از آن ساخته می شوند. مانند یک گلوله، انرژی جنبشی آن برای شکستن هدف مورد استفاده قرار می گیرد. در مدارهای مجتمع تنگستن، اتصالات با ترانزیستور ها ایجاد می شود. برخی از رشته ها برای سازهای موسیقی از سیم تنگستن ساخته شده اند.

با استفاده از اتصالات

سختی استحکام کاربید تنگستن (W ₂ C، WC) باعث می شود که مواد شبیه سازی برای ابزارهای فرزکاری و تراشکاری بیشتر باشد. این در صنایع متالورژی، معدن، نفت و ساخت و ساز استفاده می شود. کاربید تنگستن نیز در ساخت جواهرات استفاده می شود، زیرا آن آلاینده های آلرژیک است و تمایل به از بین بردن بلورهای آن نیست.

از اکسید آن لعاب را می سازد. تنگستن "برنز" (به همین دلیل به دلیل رنگ اکسید نامیده می شود) در رنگ استفاده می شود. تنگستات منیزیم و کلسیم در لامپهای فلورسنت استفاده می شود. تنگستر بلورین به عنوان یک آشکارساز شیشه ای در پزشکی و فیزیک هسته ای عمل می کند. نمک در صنایع شیمیایی و چرم استفاده می شود. تنگستن دیسولفید یک گریس با درجه حرارت بالا است که می تواند در دمای 500 درجه سانتی گراد مقاومت کند. برخی ترکیبات حاوی تنگستن به عنوان کاتالیزور در شیمی استفاده می شود.

خواص

خواص فیزیکی اولیه W عبارتند از:

• تعداد اتمی: 74.
• وزن اتمی: 183.85.
• نقطه ذوب: 3410 درجه سانتی گراد
• نقطه جوش: 5660 درجه سانتی گراد
• تراکم: 19.3 گرم در سانتی متر در دمای 20 درجه سانتی گراد
• اکسیداسیون: +2، +3، +4، +5، +6.
• پیکربندی الکترونیکی: [Xe] 4 f ¹⁴ 5 d ⁴ 6 s ² .