Vonfram là một nguyên tố hóa học có số hiệu nguyên tử là 74. Kim loại nặng từ màu xám thép đến màu trắng này có độ bền cao, khiến nó đơn giản là không thể thay thế trong nhiều trường hợp. Điểm nóng chảy của nó cao hơn so với bất kỳ kim loại nào khác, và do đó nó được sử dụng làm dây tóc trong đèn sợi đốt và các bộ phận đốt nóng trong lò điện (ví dụ, hợp kim zirconium-vonfram). Hóa học của nguyên tố cho phép nó được sử dụng như một chất xúc tác. Độ cứng đặc biệt của nó làm cho nó thích hợp để sử dụng trong "thép tốc độ cao" cho phép cắt vật liệu ở tốc độ cao hơn thép cacbon và trong hợp kim nhiệt độ cao. Cacbua vonfram, một hợp chất của nguyên tố với cacbon, là một trong những chất cứng nhất được biết đến và được sử dụng để chế tạo các dụng cụ phay và tiện. Vonfram canxi và magiê được sử dụng rộng rãi trong đèn huỳnh quang và oxit vonfram được sử dụng rộng rãi trong sơn và men gốm.
Lịch sử khám phá
Sự tồn tại của nguyên tố hóa học này lần đầu tiên được đề xuất vào năm 1779 bởi Peter Woolf, khi ông điều tra khoáng vật wolframite và đếnkết luận rằng nó phải chứa một chất mới. Năm 1781, Carl Wilhelm Scheele thiết lập rằng một loại axit mới có thể thu được từ vonfram. Scheele và Thorburn Bergman đề xuất xem xét khả năng thu được một kim loại mới bằng cách khử axit này, được gọi là axit vonfram. Năm 1783, hai anh em José và Fausto Elguiar tìm thấy một loại axit trong wolframite giống hệt với axit vonfram. Trong cùng năm, hai anh em đã tìm cách cô lập vonfram khỏi nó bằng than củi.
Trong Chiến tranh thế giới thứ hai, nguyên tố hóa học này đóng một vai trò rất lớn. Khả năng chống chịu nhiệt độ cao của kim loại, cũng như độ bền cực cao của các hợp kim của nó, đã khiến vonfram trở thành nguyên liệu thô quan trọng nhất cho ngành công nghiệp quân sự. Những kẻ hiếu chiến đã gây áp lực lên Bồ Đào Nha vì là nguồn cung cấp wolframite chính ở châu Âu.
Mang tính chất
Trong tự nhiên, nguyên tố xuất hiện trong wolframite (FeWO4/ MnWO4), scheelite (CaWO4), ferit và hübnerit. Các mỏ quan trọng của các khoáng chất này được tìm thấy ở Hoa Kỳ ở California và Colorado, ở Bolivia, Trung Quốc, Hàn Quốc, Nga và Bồ Đào Nha. Khoảng 75% sản lượng vonfram trên thế giới tập trung ở Trung Quốc. Kim loại này thu được bằng cách khử oxit của nó bằng hiđro hoặc cacbon.
Trữ lượng thế giới ước tính khoảng 7 triệu tấn, người ta cho rằng 30% trong số đó là mỏ wolframite và 70% là scheelite. Hiện tại, sự phát triển của họ không có hiệu quả kinh tế. Với mức tiêu thụ hiện tại, lượng dự trữ này sẽ chỉ tồn tại trong 140 năm. Một nguồn có giá trị khácvonfram là một chất tái chế kim loại phế liệu.
Tính năng chính
Vonfram là một nguyên tố hóa học được phân loại là kim loại chuyển tiếp. Biểu tượng W của nó bắt nguồn từ từ tiếng Latinh wolframium. Trong bảng tuần hoàn, nó nằm trong nhóm VI giữa tantali và rheni.
Ở dạng tinh khiết nhất, vonfram là một vật liệu cứng có màu từ xám thép đến trắng thiếc. Với các tạp chất, kim loại trở nên giòn và khó gia công, nhưng nếu không có chúng, thì có thể cắt nó bằng cưa sắt. Ngoài ra, nó có thể được rèn, cán và vẽ.
Vonfram là một nguyên tố hóa học có nhiệt độ nóng chảy cao nhất trong số tất cả các kim loại (3422 ° C). Nó cũng có áp suất hơi thấp nhất. Nó cũng có độ bền kéo cao nhất ở T> 1650 ° C. Nguyên tố này có khả năng chống ăn mòn cực tốt và chỉ bị tấn công nhẹ bởi các axit khoáng. Khi tiếp xúc với không khí, một lớp oxit bảo vệ hình thành trên bề mặt kim loại, nhưng vonfram bị oxi hóa hoàn toàn ở nhiệt độ cao. Khi nó được thêm một lượng nhỏ vào thép, độ cứng của nó tăng lên đáng kể.
Đồng vị
Trong tự nhiên, vonfram được tạo thành từ năm đồng vị phóng xạ, nhưng chúng có chu kỳ bán rã dài đến mức có thể được coi là ổn định. Tất cả chúng đều phân rã thành hafnium-72 với sự phát xạ các hạt alpha (tương ứng với hạt nhân helium-4). Phân rã alpha chỉ được quan sát thấy trong180W, nhẹ nhất và hiếm nhất trong số nàyđồng vị. Trung bình, hai lần phân rã alpha xảy ra trong 1 g vonfram tự nhiên mỗi năm180W.
Ngoài ra, 27 đồng vị phóng xạ nhân tạo của vonfram đã được mô tả. Ổn định nhất trong số này là181W với chu kỳ bán rã là 121,2 ngày,185W (75,1 ngày),188W (69, 4 ngày) và178W (21, 6 ngày). Tất cả các đồng vị nhân tạo khác có chu kỳ bán rã nhỏ hơn một ngày, và hầu hết chúng đều dưới 8 phút. Vonfram cũng có bốn trạng thái "bền", trong đó ổn định nhất là179mW (6.4 phút).
Kết nối
Trong các hợp chất hóa học, trạng thái oxi hóa của vonfram thay đổi từ +2 đến +6, trong đó +6 là phổ biến nhất. Nguyên tố này thường liên kết với oxy để tạo thành trioxit màu vàng (WO3), tan trong dung dịch kiềm trong nước dưới dạng ion vonfram (WO42−).
Đơn
Vì vonfram có nhiệt độ nóng chảy rất cao và dễ uốn (có thể kéo thành dây) nên nó được sử dụng rộng rãi làm dây tóc của đèn sợi đốt và đèn chân không, cũng như trong các bộ phận đốt nóng của lò điện. Ngoài ra, vật liệu chịu được các điều kiện khắc nghiệt. Một trong những ứng dụng đã biết của nó là hàn hồ quang vonfram được che chắn bằng khí.
Đặc biệt cứng, vonfram là một thành phần lý tưởng cho các hợp kim vũ khí hạng nặng. Mật độ cao được sử dụng trong tạ ấm,đối trọng và ke dằn cho du thuyền, cũng như phi tiêu (80-97%). Thép tốc độ cao, có thể cắt vật liệu ở tốc độ cao hơn thép cacbon, chứa tới 18% chất này. Các cánh tuabin, các bộ phận mòn và lớp phủ sử dụng "siêu hợp kim" có chứa vonfram. Đây là những hợp kim chịu nhiệt, chịu lực cao, hoạt động ở nhiệt độ cao.
Sự nở vì nhiệt của một nguyên tố hóa học tương tự như thủy tinh borosilicat, vì vậy nó được sử dụng để chế tạo con dấu từ thủy tinh đến kim loại. Vật liệu tổng hợp có chứa vonfram là chất thay thế tuyệt vời cho chì trong đạn và súng bắn. Trong hợp kim với niken, sắt hoặc coban, đạn va chạm được làm từ nó. Giống như một viên đạn, động năng của nó được sử dụng để bắn trúng mục tiêu. Trong các mạch tích hợp, vonfram được sử dụng để tạo kết nối với các bóng bán dẫn. Một số loại dây của nhạc cụ được làm từ dây vonfram.
Sử dụng kết nối
Độ cứng đặc biệt của cacbua vonfram (W2C, WC) khiến nó trở thành vật liệu phổ biến nhất cho các dụng cụ phay và tiện. Nó được ứng dụng trong các ngành công nghiệp luyện kim, khai thác mỏ, dầu mỏ và xây dựng. Cacbua vonfram cũng được sử dụng trong sản xuất đồ trang sức vì nó không gây dị ứng và không có xu hướng mất đi độ bóng của nó.
Men được làm từ các oxit của nó. Vonfram "đồng" (được gọi như vậy vì màu của oxit) được sử dụng trong sơn. Magie và canxi vonfram được sử dụng trong đèn huỳnh quangđèn. Vonfram kết tinh đóng vai trò như một máy dò ánh sáng trong y học hạt nhân và vật lý. Muối được sử dụng trong công nghiệp hóa chất và da. Tungsten disulfide là một loại mỡ ở nhiệt độ cao có thể chịu được 500 ° C. Một số hợp chất có chứa vonfram được sử dụng trong hóa học làm chất xúc tác.
Thuộc tính
Các tính chất vật lý chính của W như sau:
- Số nguyên tử: 74.
- Khối lượng nguyên tử: 183, 85.
- Điểm nóng chảy: 3410 ° C.
- Điểm sôi: 5660 ° C.
- Mật độ: 19,3 g / cm3ở 20 ° C.
- Trạng thái oxy hóa: +2, +3, +4, +5, + 6.
- Cấu hình điện tử: [Xe] 4 f145 d46 s2.
