Valence של טונגסטן. מאפיינים ויישומים של טונגסטן

היכרות עם המאמר יאפשר לך להכיר את התכונות הפיסיקליות והכימיות של טונגסטן, לדעת את התכונות של מיקומו בטבע, את מקום החילוץ, את ההיסטוריה של גילוי ועוד.

טונגסטן (W)

טונגסטן הוא מרכיב של הטבלה המחזורית של די מנדלייב, יש לו את מספר אטומי שבעים וארבע, מתאים סמל הלטיני W. בתנאים רגילים יש לו צבע כסף אפור, זורחת, מוצק. מכל מתכות ידוע, טונגסטן נחשב להיות עקשן ביותר. גבוה יותר מאשר W, נקודת ההיתוך הוא רק עבור nonmetal - פחמן. בעל עמידות כימית גבוהה. הערכיות של טונגסטן משתנה.

היסטוריה של הגילוי

כימאי משוודיה, קארל וילהלם שילה, בשנת 1781, שעבד על טיפול שיליטי בחומצה חנקתית, הצליח לחלץ את הטונגסטן תלת-חמצני - "אבן כבדה" בצבע צהוב. שנתיים לאחר מכן, כבר בשנת 1783, שני האחים אלוארד, כימאים מספרד, הודיע לציבור כי הם הצליחו להשיג מתכת חדשה תחמוצת טונגסטן מן wolframite.

ארה"ב המודרנית, צרפת ובריטניה משתמשים שם טונגסטן עבור טונגסטן, אשר מתרגמת שוודית כמו "אבן כבדה". במקור המילה wolframium מסומן wolframite מינרליים. אחר כך הוא עבר אל המתכת עצמה.

טונגסטן בטבע

על פי חישובים של וינוגרדוב, מספר clarke של טונגסטן בקרום כדור הארץ הוא כ 1.3 גרם / לא. המדד הממוצע בסלעים של מסופי הרים, g / t: סלעי חומצה - 1.9, ממוצעים - 1.2, ראשי - 0.7, ultrabasic - 0.1.

הרזרבות הגדולות ביותר של מתכת זו מרוכזות בסין, בארה ב ", קנדה וקזחסטן, ומדינות כמו בוליביה, פורטוגל, אוזבקיסטן, רוסיה ודרום קוריאה יש עתודות קטנות יותר בהשוואה למדינות הנ ל". כ 49-50 אלף טון מיוצרים בשנה, 41 מהם מופקים על ידי סין, חלקה של רוסיה מתאים 3.5 טון, קזחסטן - 0.7 ואוסטרליה - 0.5 טון.

בתעשייה, התפקיד העיקרי הוא נתון wolframite ו scheelite. מינרלים של wolframite מרוכזים לרוב בסלעים גרניטיים, הריכוז הממוצע שלהם מתאים אחד לשני אחוזים. רוב המדינות המייצרות ייצוא טונגסטן. . המחיר של מתכת זו הוא גבוה למדי והוא יכול להשתנות בהתאם המותג שלה ואת סוג שבו הוא נמכר (מ 2,172 ל 6,250,560 רובל) . היצואנים העיקריים של טונגסטן הם בריטניה, סין ואוסטרליה. הוא מיובא בכמויות גדולות על ידי ארצות הברית של אמריקה, גרמניה, אנגליה ויפן.

שיטות קבלת

קבלת טונגסטן הוא תהליך המורכב שלבים בשלבים שונים. ראשית, Trioxide WO _{3 הוא} התאושש מן התרכז עפרות עם תהליך ההחלמה הבאים אבקת מתכת באמצעות מימן בסביבות 700 ° C. בשל נקודת ההתכה הגבוהה ביותר, הדרך הטובה ביותר לייצר את המתכת היא אבקת המתכות. בשלב הראשון, אבקת טונגסטן הוא דחוס, ואז הניח באווירה מימן ו sintered בסביבות 1200-1300 ° C. עוד חשופים זרם חשמלי להאיץ את טמפרטורת החימום ל 3000 מעלות, תהליך זה מלווה על ידי sintering, ואת המתכת הופכת מונולית. הייצור הבאים של טונגסטן וטיהור שלה מן החומרים מונוליטי שהתקבלו להמשיך תחת תנאי ההתכה באזור. עם זאת, אבקת טונגסטן היא לא רק צורה של קבלת מתכת זו. כאשר קבלת W על ידי פירוליזה מכלורידים ניתן להשיג את זה כבר בצורת מתכתי, ולא ב קומפקטי ואבקת אחד.

תכונות איכות כימיות

הערכיות של טונגסטן משתנה באופי, משניים לשש. הצורה היציבה ביותר לוקחת את הערכון השישי. הצורות הדו-צדדיות והמתחרות של התרכובות אינן יציבות, ואין להן משמעות מיוחדת, למעשה הן אינן מיושמות. טונגסטן עמיד מאוד בפני קורוזיה של מתכות. טמפרטורת החדר מאפשרת לו לשמור על תנוחה קבועה ללא קורוזיה; לאחר הגעה לטמפרטורה של שריפה מתחיל לחמצן, ויצירת תחמוצת טונגסטן (VI). זה לוקח את המקום השני בסדרה של מדגיש ועומד מאחורי מימן. כמעט nerastvorim ב hydrofluoric ו לדלל חומצה גופרתית. חומצה חנקתית וודקה מלכותית גורמים לחמצון פני השטח. פירוק אפשרי במי חמצן.

תערובת של חומצה הידרופלואורית וחנקן ממיסה היטב את הטונגסטן:

2W + 4HNO ₃ + 10HF WF ₆ + WOF ₄ + 4NO (אבולוציה של גז) + 7H ₂ O.

בנוכחות של oxidants יכול להגיב עם אלקלי מותך:

2W + 4NaOH ₃ + 3O ₂ à 2Na ₂ WO ₄ + 2H ₂ O.

הדוגמאות לעיל של תגובות להמשיך לאט מאוד, אבל לאחר שהגיע לטמפרטורה של 400 מעלות צלזיוס, טונגסטן היא חימום עצמי ואת תהליך התגובה מאיצה, בו זמנית לייצר כמות גדולה של חום. תגובות המעורבות בחמצן דורשות להגיע לסמן של 500 מעלות צלזיוס על מנת שהמתכת תתחיל להתחמם מעצמה.

פירוק בתערובת של חומצות הידרופלואוריות וחנקן מוביל להיווצרות של חומצה hexafluorotungstic - H ₂ [WF ₆ ]. של כל תרכובות טונגסטן ידוע, החשוב ביותר הם טונגסטן anhydride או טונגסטן טוקסיד, טונגסטט, תרכובת חמצן עם Me ₂ WO _X , חומרים שנוצרו עם S, C ואלמנטים של קבוצת הלוגן.

מאפיינים בעלי אופי פיזי

טונגסטן הוא מתכת אפור בהיר מבריק. הטמפרטורה של טונגסטן במהלך ההיתוך והרתיחה מגיע לרמות הגבוהות ביותר של צלזיוס בהשוואה מתכות אחרות. קיימת הנחה שלסיבורגיה יש טמפרטורות גבוהות עוד יותר של התכה והרתחה, אך מכיוון שהיא "חיה" מעט מאוד, אי אפשר לקבוע זאת בוודאות, שכן זה לא הוכח בניסויים. טונגסטן נמס ב 3695 K, אבל שחין, להגיע 5828 ק K. טהור W בצפיפות קרוב זהב - 19.25 גרם לכל סנטימטר מעוקב. הוא מאופיין בתכונות פרמגנטיות. בהתאם למדדי המדידה של ברינל, הקשיות היא 488 ק"ג / mm2. ב 20 מעלות צלזיוס יש UES של 55 * 10 ^-9 אוהם * מ ', ובטמפרטורה של 2700 מעלות צלזיוס מחוון של תחנת הכוח עולה ל 904 * 10 ^-9 אוהם * m. הצליל משתקף טונגסטן המהלכים במהירות של 4290 m / s.

אחת המתכות הכבדות ביותר עם אינדקס קשיות גבוהה ונקודת התכה ענקית היא טונגסטן בצדק. מאפיינים הטבועים בו, קובעים את ערכו בשוק העולמי ומאפשרים שימוש נרחב. היכולת לעמוד בטמפרטורות גבוהות מאפשרת יישום בקנה מידה גדול של טונגסטן. חוט, סדינים ועוד הרבה יותר לאפשר את היצירה של מנגנונים המשמשים במשך שנים רבות. חיצוני דומה פלטינה. בצורתה הטהורה, כאשר מחומם ל 1600 מעלות צלזיוס, זה יכול להיות מזויף היטב.

השימוש במתכת טהורה

השיטה העיקרית של שימוש טונגסטן הוא הבסיס כחומר עקשן בתעשיית מתכות.

פלסטיק עקשן נכסים - זה מה מפורסם טונגסטן. חוט ממתכת זו הוא הכרחי במכשירים המיועדים תאורה. Kinescopes צינורות אחרים עם ואקום נמצאים בשימוש נרחב W.

ריתוך ארגון קשת לא יכול לעשות בלי אלקטרודות שנעשו בהשתתפות טונגסטן. תנורים ואקום התנגדות גם להשתמש בו כאלמנט חימום, ו סגסוגת של מתכת זו עם רניום משמש תרמי.

צפיפותו הגבוהה מאפשרת לו לשמש כבסיס לסגסוגות בעלות משקל כבד המשמשות כמשקל נגדי, נוגד שריון לקליעי קליע תת-קליבר וקוטר קליעה, ליבה של מחסניות חודרות שריון ואפילו ג'ירוסקופים המייצבים את הטיסה של טיל בליסטי.

טונגסטן יכול לשמש כתרופה מצוינת לקרינה של סוג מייננת. אמנם יש צפיפות גבוהה, במיוחד בהשוואה להוביל המסורתית, במשקל, עם רמה שווה של הגנה, בגדים או מכשירים עם השימוש שלה לצאת יותר קל. המאפיינים של refractiness קשיות לסבך את תהליך העיבוד, ולכן לעתים קרובות יותר במקרים כאלה להשתמש סגסוגות של טונגסטן וניקל, כמו גם ברזל, נחושת ומתכות אחרות.

בתעשייה, טונגסטן משמש ליצירת מגוון רחב של מוצרים חזקים. גיליון, אבקת טונגסטן, אלקטרודות ו barbell - אחת הצורות הנפוצות ביותר של פלט מ W.

יישום תרכובות

עיבוד מכני של מגוון רחב של מתכות, כמו גם חומרים המהווים חלק מבני מתכת שאינם מתכתיים, תהליך קידוח באר ותעשיית הכרייה להשתמש סגסוגות וחומרים מרוכבים המבוססים על קרביד טונגסטן, תערובות טיטניום קרביד, קרביד טנטלום ו קרביד טונגסטן. ציונים טונגסטן עשוי מחומרים אלה מחולקים T30K4, T5K10, VK25, VK8, VK15, T15K4, VK2, VK6 ו VK4. המותגים של קבוצת TT משמשים רק לעיבוד מורכב מאוד בתנאים של מורכבות מוגברת. דוגמה בולטת יכולה לשמש תהליך הלם סיבוב של קידוח חומר עמיד עם מחורר או ביצוע forgings עשוי פלדה עם עמידות חום גבוהה. W משמש כרכיב alloying עבור פלדה סגסוגות על בסיס ברזל. "במהירות גבוהה" פלדה עם אותיות סימון החל P, ב יותר מ 90% מהמקרים, מכיל נתח של טונגסטן.

לפעמים תרכובות שונות של טונגסטן משמשים זרזים או פיגמנטים, טמפרטורה גבוהה סיכה, להמרה של צורה תרמית של אנרגיה לאנרגיה חשמלית.

טונגסטן וביולוגיה

טונגסטן אינו נחשב מתכת משמעותי בביולוגיה, אבל כמה חיידקים arhebacteria באנזימים שלהם יש רכיב זה נמצא במרכז הפעיל. ליד מקורות המים העמוקים של הסוג הידרותרמי, יש ארכטבקריה-היפרתרמופיל, הנחשבים לחייבים תלויים בטונגסטן. נוכחותו של המתכת בהרכב האנזימטי נחשבת לשריד ארכאי של התקופה המוקדמת, במילים אחרות, היא עלולה לאפשר לאדם להניח שההתרחשות המוקדמת של החיים על כדור הארץ התרחשה בהשתתפות W.

כמו החלק הדומיננטי של מתכות אחרות, אבק הטונגסטן גורם לגירוי של מערכת הנשימה.

צורות של איזוטופים

¹⁸² W (26,41 %), ¹⁸³ W (14,4 %), ¹⁸⁴ W (30,64 %) и ¹⁸⁶ W (28,41 %) . טונגסטן ממוצא טבעי כולל תערובת של חמש צורות שונות של איזוטופים, כלומר ¹⁸⁰ W (0.135 wt%), ¹⁸² W (26.41%), ¹⁸³ W (14.4%), ¹⁸⁴ W (30.64%) ו ¹⁸⁶ W (28.41%) . הערכיות של טונגסטן משתנה ותמיד מתאים למספר 2-6 בכל צורה איזוטופ.

עד שנת 2006, 36 צורות מלאכותיות של רדיואקלידים טונגסטן מזוהות היו ידועות: 157 ... 179, 181, 185, 187 ... 197. הרדיואקטיביות של טונגסטן ממוצא טבעי התגלתה בשנת 2003, אך ערכה קטן ביותר, שתי דעיכות לגרם בשנה, ומצבו של ריקבון זה הוא α- פעילות המתכת.

לסיכום

עקשן ביותר של מתכות הקיים כיום הוא טונגסטן. מאפיינים הטבועים בו, יכולים למצוא את מקומם במגוון רחב של פעילויות תעשייתיות אנושיות, החל בהנדסה וכלה בהגנה מפני חשיפה. המתכת נפתחה, בערך, פעמיים, עם הבדל של שנתיים, אבל לא לשילה ולא לאחים אלוארד לא היה זכאי במיוחד לגילומו. הערכים של טונגסטן משתנה ולוקח ערך בין שניים לשש, אבל, כאמור, הצורה היציבה ביותר יש valence השישית. עמיד מאוד בפני קורוזיה, יכול להגיב עם אלקליות להתמוסס בתערובת של חומצות הידרופלואורית וחנקן.

ציונים טונגסטן מחולקים למספר רב של מינים בהתאם לשיטת הביצוע, את הטופס שבו ממוקם המתכת, ואת שטח היישום שלה. ישנן צורות רבות של האיזוטופ שלה, ואת האלמנט בטבע יש רכוש רדיואקטיבי חלש ו לאט לאט decays. הבסיס עבור חלקים רבים וחלקי חילוף, הציוד המגוון ביותר וציוד בשימוש על ידי האדם, הוא בדיוק טונגסטן. המחיר אפילו עבור קילוגרם של מתכת הוא די גבוה, אבל בכל זאת זה לא להקטין את הביקוש לכך, בגלל התכונות שלו מתאימות לעלות כי הוא ביקש.