Валентнасць вальфраму. Ўласцівасці і прымяненне вальфраму

Азнаямленне з артыкулам дазволіць азнаёміцца з фізічнымі і хімічнымі ўласцівасцямі вальфраму, даведацца асаблівасці яго знаходжання ў прыродзе, месцы здабычы, гісторыю адкрыцця і многае іншае.

Вальфрам (W)

Вальфрам - гэта элемент перыядычнай табліцы Д. І. Мендзялеева, мае семдзесят чацвёрты атамны нумар, адпавядае лацінскаму знаку W. У звычайных умовах мае шэра-серабрысты колер, блішчыць, цвёрды. З усіх вядомых металаў вальфрам лічыцца самым тугаплаўкім. Вышэй, чым у W, тэмпература плаўлення толькі ў неметалла - вугляроду. Мае высокую хімічную стойкасць. Валентнасць вальфраму - пераменная.

Гісторыя адкрыцця

Хімік са Швецыі Карл Вільгельм Шэель ў 1781 г., займаючыся апрацоўкай шеелита азотнай кіслатой, змог здабыць триоксид вальфраму - «цяжкі камень» жоўтага колеру. Праз два гады, ужо ў 1783-м, два браты Элюар, навукоўцы-хімікі родам з Іспаніі, паведамілі грамадскасці аб тым, што змаглі атрымаць з вольфрамита новы метал і яго вокіс - вальфрам.

Сучасныя ЗША, Францыя і Вялікабрытанія выкарыстоўваюць найменне tungsten для вальфраму, што перакладаецца са шведскага як "цяжкі камень". Першапачаткова слова wolframium пазначала мінерал вальфраму. Пазней яно перайшло да самога металу.

Вальфрам ў прыродзе

Па разліках Вінаградава, кларковое лік вальфраму ў кары зямлі роўна прыблізна 1,3 г / т. Сярэдні паказчык ўтрымання ў пародах горных масіваў, г / т: кіслыя пароды - 1,9, сярэднія - 1,2, асноўныя - 0,7, ультраосновные - 0,1.

Самыя буйныя запасы гэтага металу сканцэнтраваны ў Кітаі, ЗША, Канадзе і Казахстане, а такія краіны, як Балівія, Партугалія, Узбекістан, Расія і Паўднёвая Карэя, маюць больш маленькія ў параўнанні з вышэйзгаданымі дзяржавамі запасы. У год вырабляецца каля 49-50 тысяч тон, з іх 41 здабываецца Кітаем, доля Расіі адпавядае 3,5 тоны, Казахстана - 0,7 і Аўстраліі - 0,5 т.

У прамысловасці асноўныя ролі аддаюцца вольфрамиту і шеелиту. Мінералы вольфрамита часцей за ўсё сканцэнтраваны ў гранітных пародах, а іх сярэдняя канцэнтрацыя адпавядае аднаму-двум адсоткам. Большасць здабываюць краін экспартуюць вальфрам. . Кошт гэтага металу даволі высокая і можа вар'іравацца ў залежнасці ад яго маркі і выгляду, у якім ён прадаецца (ад 2172 да 6 250 560 руб.). Галоўнымі экспарцёрамі вальфраму лічацца Юк, Кітай і Аўстралія. Імпартуюць яго ў вялікіх колькасцях Злучаныя Штаты Амерыкі, Германія, Англія і Японія.

спосабы атрымання

Атрыманне вальфраму - гэта працэс, які складаецца з некалькіх паэтапных стадый. Спачатку вылучаюць триоксид WO ₃ з канцэнтратаў руды з тым, што ішлі следам працэсам аднаўлення да парашка металу пры дапамозе вадароду ва ўмовах каля 700 ° C. У сувязі з надзвычай высокай тэмпературай плаўлення лепшым спосабам для атрымання гэтага металу з'яўляюцца сродкі парашковай металургіі. На першай стадыі парашок вальфраму прэсуюць, затым змяшчаюць у вадародную атмасферу і спекается ва ўмовах каля 1200-1300 ° C. Далей падвяргаюць ўздзеянню электрычнага току і разганяюць тэмпературу награвання да трох тысяч градусаў, гэты працэс суправаджаецца спяканнем, і метал ператвараецца ў маналіт. Наступнае атрыманне вальфраму і яго ачыстка з атрыманых маналітных матэрыялаў працякаюць ва ўмовах зоннай плаўкі. Аднак парашок вальфраму - гэта не адзіная форма атрымання гэтага металу. Пры атрыманні W метадам піролізу з хларыдаў можна атрымаць яго ўжо ў металічнай форме, а не ў кампактнай і парашковай.

Хімічныя якасныя характарыстыкі

Валентнасць вальфраму носіць пераменны характар, ад двух да шасці. Самую ўстойлівую форму прымае пры шостай валентнасці. Двух-і трохвалентны формы злучэнняў з'яўляюцца няўстойлівымі і не маюць асаблівага значэння, на практыцы не прымяняюцца. Вальфрам вельмі ўстойлівы супраць карозіі металаў. Пакаёвая тэмпература дазваляе яму падтрымліваць пастаяннае становішча, ня падвяргаючыся карозіі; па дасягненні тэмпературы гартавання пачынае акісляцца, утвараючы вальфраму аксід (VI). Займае другое месца ў шэрагу высілкаў і стаіць следам за вадародам. Практычна нерастваральны ў плавікавай і разведзенай сернай кіслаце. Азотная кіслата і царская гарэлка выклікаюць працэс акіслення паверхні. Растварэнне магчыма ў вадароднай перакісу.

Сумесь плавікавай і азотнай кіслаты добра растварае вальфрам:

2W + 4HNO ₃ + 10HF à WF ₆ + WOF ₄ + 4NO (вылучэнне газу) + 7H ₂ O.

Пры наяўнасці акісляльнікаў можа рэагаваць з расплаўленай шчолаччу:

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

Вышэйпрыведзеныя прыклады рэакцый працякаюць вельмі павольна, але па дасягненні адзнакі ў 400 ° C вальфрам саморазогревается і працэс рэакцыі паскараецца, адначасна утвараючы вялікая колькасць цяпла. Рэакцыі пры ўдзеле кіслароду патрабуюць дасягнення адзнакі ў 500 ° C, для таго каб метал пачаў самастойна награвацца.

Растварэнне ў сумесі з плавікавай і азотнай кіслот прыводзіць да адукацыі гексафторвольфрамовой кіслаты - H ₂ [WF _6]. З усіх вядомых вальфрамавай злучэнняў самымі важнымі лічацца ангідрыд вальфраму або триоксид вальфраму, вольфрамат, перакіснае злучэнне з Me ₂ WO _X, рэчывы, утвораныя з S, C і элементамі групы галагенаў.

Ўласцівасці фізічнага характару

Вальфрам ўяўляе сабой светла-шэры бліскучы метал. Тэмпература вальфраму пры плаўленьня і кіпенні дасягае самых высокіх адзнак па Цэльсіі ў параўнанні з іншымі металамі. Існуе здагадка аб тым, што сиборгий мае яшчэ большыя паказчыкі тэмператур плаўлення і кіпення, але з-за таго што ён «жыве» вельмі мала, гэтага нельга сцвярджаць з упэўненасцю, так як гэта не даказана эксперыментальным шляхам. Плавіцца вальфрам пачынае пры 3695 K, а кіпіць, дасягнуўшы адзнакі ў 5828 K. Чысты W па шчыльнасці блізкі да золата - 19,25 грама на сантыметр кубічны. Яму ўласцівыя парамагнітнага якасці. У адпаведнасці з параметрамі вымярэння па Бринеллю цвёрдасць роўная 488 кг / мм ^2. Пры дваццаці градусах па Цэльсіі мае УЭС 55 * 10 ^-9 Ом * м, а ва ўмовах тэмпературы ў 2700 ° C паказчык УЭС ўзрастае да 904 * 10 ^-9 Ом * м. Адлюстраваны ад вальфраму гук рухаецца пры хуткасці 4290 м / c.

Адным з самых цяжкіх металаў з высокім паказчыкам цвёрдасці і велізарнай тэмпературай плаўлення па праве лічыцца вальфрам. Ўласцівасці, якія яму ўласцівыя, абумоўліваюць яго каштоўнасць на сусветным рынку і дазваляюць шырока выкарыстоўваць. Здольнасць вытрымліваць вялікія тэмпературы дазваляе шырокамаштабна ўжываць вальфрам. Дрот, лісты і многае іншае дазваляюць ствараць механізмы, служачыя доўгія і доўгія гады. Вонкава падобны на плаціну. У чыстым выглядзе пры нагрэве да 1600 ° C можа добра каваць.

Прымяненне чыстага металу

Асноўны спосаб прымянення вальфраму - гэта аснова ў якасці тугаплаўкага матэрыялу ў металургічнай прамысловасці.

Пластычныя і тугаплаўкія ўласцівасці - гэта тое, чым славіцца вальфрам. Дрот з гэтага металу незаменная ў прыборах, прызначаных для асвятлення. Кінескопы і іншыя трубкі з вакуумам таксама шырока выкарыстоўваюць W.

Аргон-дугавая зварка не можа абысціся без электродаў, вырабленых з удзелам вальфраму. Вакуумныя печы супраціву таксама выкарыстоўваюць яго як награвальны элемент, а сплаў гэтага металу з караўся выкарыстоўваецца як термопара.

Высокая шчыльнасць дазваляе яго ўжываць як аснову для сплаваў цяжкага тыпу, якія выкарыстоўваюцца ў якасці процівагі, бранябойнага стрыжня для подкалиберного і стрэлападобнай снарада артылерыйскай прылады, стрыжня для бранябойных патронаў і нават гіраскопаў, якая стабілізуе палёт балістычнай ракеты.

Вальфрам можа паслужыць выдатным сродкам ад выпраменьвання іанізуючага тыпу. Хоць ён і мае вялікую шчыльнасць, асабліва ў параўнанні з традыцыйным свінцом, па вазе пры роўнай узроўні аказанні абароны адзенне або прыборы з яго прымяненнем выходзяць лягчэй. Ўласцівасці тугаплаўкія і цвёрдасці абцяжарваюць працэс апрацоўкі, а таму часцей у падобных выпадках карыстаюцца сплавамі вальфраму і нікеля, а таксама жалеза, медзі і іншых металаў.

У прамысловасці для стварэння разнастайнай трывалай прадукцыі выкарыстоўваюць вальфрам. Ліст, парашок вальфраму, электроды і штабик - адны з найбольш распаўсюджаных формаў выпуску прадукцыі з W.

прымяненне злучэнняў

Механічная апрацоўка разнастайных металаў, а таксама матэрыялаў, якія ўваходзяць у склад машынабудаўнічых канструкцый неметалічны прыроды, працэс свідравання свідравіны і горназдабыўная прамысловасць выкарыстоўваюць трывалыя сплавы і матэрыялы кампазітнага тыпу, заснаваныя на карбід вальфраму, сумесі карбід тытана, карбід тантала і карбід вальфраму. Маркі вальфраму, вырабленыя з гэтых матэрыялаў, дзеляцца на Т30К4, Т5К10, ВК25, ВК8, ВК 15, Т15К4, ВК2, ВК6 і ВК4. Маркі групы ТТ выкарыстоўваюцца толькі для вельмі складанай апрацоўкі ва ўмовах падвышанай складанасці. Яскравым прыкладам могуць паслужыць ударна-паваротны працэс свідравання трывалага матэрыялу перфаратарам або выраб пакоўкі з сталі з высокай гарачатрывалага. Выкарыстоўваецца W як легіруючых элементаў для сталі і ў сплавах, заснаваных на жалезе. «Хуткарэзнай» сталь з літарнай маркіроўкай, якая пачынаецца з P, больш чым у 90% выпадкаў ўтрымлівае долю вальфраму.

Часам розныя злучэння вальфраму ўжываюць у якасці каталізатараў або пігментаў, высокатэмпературнай змазкі, для пераходу цеплавога выгляду энергіі ў электрычную.

Вальфрам і біялогія

Вальфрам ня лічыцца значным металам у біялогіі, аднак некаторыя бактэрыі і архебактерии у складзе сваіх ферментаў маюць гэты кампанент, які знаходзіцца ў актыўным цэнтры. Каля глыбакаводных крыніц гидротермального тыпу насяляюць архебактерии-гипертермофилы, якія лічацца облигатно-залежнымі ад вальфраму. Наяўнасць гэтага металу ў ферментатыўныя складзе разглядаецца як рэлікт Археа ранняга перыяду, інакш кажучы, гэта можа дазволіць меркаваць, што ранняе ўзнікненне жыцця на зямлі праходзіла з удзелам W.

Як і пераважная частка іншых металаў, пыл вальфраму выклікае раздражненне органаў дыхання.

формы ізатопаў

¹⁸² W (26,41 %), ¹⁸³ W (14,4 %), ¹⁸⁴ W (30,64 %) и ¹⁸⁶ W (28,41 %) . Вальфрам прыроднага паходжання ўключае ў сябе сумесь пяці розных формаў ізатопаў, а менавіта: ¹⁸⁰ W (0,135 мас.%), ¹⁸² W (26,41%), ¹⁸³ W (14,4%), ¹⁸⁴ W (30,64%) і ¹⁸⁶ W (28,41%). Валентнасць вальфраму пераменная і заўсёды адпавядае ліку ад 2 да 6 у любой форме ізатопа.

Да 2016 годзе ўжо было вядома трыццаць шэсьць створаных чалавекам штучных формаў ідэнтыфікаваных вальфрамавай радыенуклідаў з масавымі лікамі: 157 ... 179, 181, 185, 187 ... 197. Адкрыта радыеактыўнасць вальфраму прыроднага паходжання была ў 2003 годзе, аднак яе паказчык надзвычай малы, што адпавядае прыблізна двум распаду на адзін грам у год, а умовай гэтага распаду служыць α-актыўнасць металу.

У заключэнне

Самым тугаплаўкім з цяпер існуючых металаў з'яўляецца вальфрам. Ўласцівасці, уласцівыя яму, дазваляюць знаходзіць сваё месца ў шырокім спектры індустрыяльнай дзейнасці чалавека, пачынаючы з машынабудавання і заканчваючы абаронай ад апраменьвання. Метал быў адкрыты, груба кажучы, двойчы, з розніцай у два гады, але ні Шэель, ні браты Элюар не асоба прэтэндавалі на заслугі ў гонар яго выяўлення. Валентнасць вальфраму з'яўляецца зменнай і прымае значэнне ад двух да шасці, але, як і гаварылася раней, самая ўстойлівая форма мае шостую валентнасць. Вельмі ўстойлівы да ўздзеяння карозіі, можа рэагаваць са шчолачамі і растварацца ў сумесі плавікавай і азотных кіслот.

Маркі вальфраму дзеляцца на велізарную колькасць відаў у адпаведнасці са спосабам выканання, формай, у якой знаходзіцца метал, і вобласцю яго прымянення. Існуе мноства формаў яго ізатопа, а сам элемент у прыродзе мае слаба выяўленае радыёактыўнае ўласцівасць і надзвычай павольна распадаецца. Асновай для мноства дэталяў і запчастак, самай разнастайнай тэхнікі і апаратуры, якая выкарыстоўваецца чалавекам, служыць менавіта вальфрам. Кошт нават за кілаграм металу даволі высокая, але тым не менш гэта не зніжае попыт на яго, бо яго якасці адпавядаюць той кошту, якую за яго просяць.