Valensi tungsten. Properti dan aplikasi tungsten

Pengenalan dengan artikel ini akan memungkinkan Anda untuk mengenal sifat fisik dan kimia tungsten, untuk mengetahui ciri-ciri lokasinya di alam, tempat ekstraksi, sejarah penemuan dan banyak lagi.

Tungsten (W)

Tungsten adalah unsur dari Tabel Periodik DI Mendeleyev, ia memiliki nomor atom tujuh puluh empat, sesuai dengan simbol Latin W. Dalam kondisi normal, warnanya berwarna abu-abu, bersinar, padat. Dari semua logam yang diketahui, tungsten dianggap paling tahan api. Lebih tinggi dari pada W, titik lelehnya hanya untuk karbon bukan logam. Memiliki ketahanan kimia yang tinggi. Valensi tungsten bervariasi.

Sejarah penemuan

Seorang ahli kimia dari Swedia Karl Wilhelm Scheele pada tahun 1781, mengerjakan pengobatan skheelit dengan asam nitrat, mampu mengekstrak tungsten trioxide - sebuah "batu berat" dengan warna kuning. Dua tahun kemudian, pada awal 1783, dua saudara Eluard, ahli kimia dari Spanyol, memberi tahu masyarakat bahwa mereka dapat memperoleh logam baru dan tungsten oxide dari wolframite.

Modern Amerika Serikat, Prancis dan Inggris menggunakan nama tungsten untuk tungsten, yang diterjemahkan dari bahasa Swedia sebagai "batu berat". Awalnya kata wolframium melambangkan mineral wolframite. Belakangan ia beralih ke logam itu sendiri.

Tungsten di alam

Menurut perhitungan Vinogradov, jumlah tungsten clarke di kerak bumi sekitar 1,3 g / t. Indeks rata-rata di bebatuan gunung massif, g / t: batuan asam - 1,9, rata-rata - 1,2, utama - 0,7, ultrabasa - 0,1.

Cadangan terbesar logam ini terkonsentrasi di China, Amerika Serikat, Kanada dan Kazakhstan, dan negara-negara seperti Bolivia, Portugal, Uzbekistan, Rusia dan Korea Selatan memiliki cadangan yang lebih kecil dibandingkan dengan negara-negara yang disebutkan di atas. Sekitar 49-50 ribu ton diproduksi per tahun, 41 di antaranya diekstraksi oleh China, bagian Rusia sesuai dengan 3,5 ton, Kazakhstan - 0,7 dan Australia - 0,5 ton.

Di industri, peran utama diberikan pada wolframite dan scheelite. Mineral wolfram paling sering terkonsentrasi pada batuan granit, dan konsentrasinya rata-rata satu sampai dua persen. Sebagian besar negara produsen mengekspor tungsten. . Harga logam ini cukup tinggi dan bisa bervariasi tergantung dari merek dan jenis yang dijualnya (dari 2.172 sampai 6.250.560 rubel) . Eksportir utama tungsten adalah Inggris, China dan Australia. Ini diimpor dalam jumlah banyak oleh Amerika Serikat, Jerman, Inggris dan Jepang.

Metode untuk mendapatkan

Memperoleh tungsten adalah proses yang terdiri dari beberapa tahap bertahap. Pertama, trioksida WO3 dipulihkan dari konsentrat bijih dengan proses pemulihan selanjutnya ke bubuk logam dengan menggunakan hidrogen pada sekitar 700 ° C. Karena titik lebur yang sangat tinggi, cara terbaik untuk menghasilkan logam ini adalah metalurgi serbuk. Pada tahap pertama, serbuk tungsten dikompres, kemudian ditempatkan dalam atmosfir hidrogen dan disinter pada suhu sekitar 1200-1300 ° C. Selanjutnya terpapar arus listrik dan mempercepat suhu pemanasan sampai tiga ribu derajat, proses ini disertai sintering, dan logam berubah menjadi monolit. Produksi selanjutnya dari tungsten dan pemurniannya dari bahan monolitik yang diperoleh dilanjutkan dalam kondisi peleburan zona. Namun, bubuk tungsten bukan satu-satunya bentuk untuk mendapatkan logam ini. Saat memperoleh W dengan pirolisa dari klorida, mungkin untuk mendapatkannya dalam bentuk logam, bukan dengan yang kompak dan berbedak.

Karakteristik kualitas kimia

Valensi tungsten bervariasi secara karakter, dari dua sampai enam. Bentuk yang paling stabil dibutuhkan pada valensi keenam. Bentuk senyawa dua dan trivalen tidak stabil dan tidak memiliki arti khusus, dalam praktiknya tidak diterapkan. Tungsten sangat tahan terhadap korosi logam. Suhu kamar memungkinkannya mempertahankan posisi konstan tanpa terkorosi; Setelah mencapai suhu pembakaran mulai mengoksidasi, membentuk tungsten oxide (VI). Dibutuhkan tempat kedua dalam rangkaian tekanan dan berdiri di belakang hidrogen. Hampir nerastvorim di hidrofluorik dan encerkan asam sulfat. Asam nitrat dan royal vodka menyebabkan oksidasi permukaan. Pembubaran dimungkinkan dalam hidrogen peroksida.

Campuran asam hidrofluorat dan nitrat melarutkan sumur tungsten:

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

Dengan adanya oksidan bisa bereaksi dengan alkali cair:

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

Contoh reaksi di atas berlangsung sangat lambat, namun setelah mencapai suhu 400 ° C, tungsten adalah pemanasan sendiri dan proses reaksi meningkat, sekaligus menghasilkan sejumlah besar panas. Reaksi yang melibatkan oksigen membutuhkan tanda 500 ° C agar logam mulai memanas sendiri.

Pembubaran dalam campuran asam hidrofluorat dan nitrat mengarah pada pembentukan asam heksafluorotungstat - H ₂ [WF ₆ ]. Dari semua senyawa tungsten yang diketahui, yang terpenting adalah tungsten anhydride atau tungsten trioxide, tungstate, senyawa peroksida dengan Me ₂ WO _X , zat yang terbentuk dengan S, C dan unsur gugus halogen.

Sifat sifat fisik

Tungsten adalah logam mengkilap abu-abu terang. Suhu tungsten saat mencair dan mendidih mencapai tingkat tertinggi Celsius dibandingkan dengan logam lainnya. Ada anggapan bahwa syborgy memiliki suhu lelehan dan pendinginan yang lebih besar lagi, tapi karena "hidup" sangat sedikit, ini tidak dapat dipastikan dengan pasti, karena ini belum terbukti secara eksperimental. Wolfram mencair pada 3695 K, tapi bisul, mencapai 5828 K. W murni pada kerapatan mendekati emas - 19,25 gram per sentimeter kubik. Dia ditandai dengan kualitas paramagnetik. Sesuai dengan parameter pengukuran Brinell, kekerasannya adalah 488 kg / mm ² . Pada dua puluh derajat Celcius memiliki UES 55 * 10 ^-9 Ohm * m, dan pada suhu 2700 ° C indikator pembangkit listrik meningkat menjadi 904 * 10 ^-9 Ohm * m. Suara yang dipantulkan dari tungsten bergerak dengan kecepatan 4290 m / s.

Salah satu logam terberat dengan indeks kekerasan tinggi dan titik lebur yang besar adalah tungsten yang benar. Properti yang melekat di dalamnya, menentukan nilainya di pasar dunia dan memungkinkan penggunaan yang meluas. Kemampuan untuk menahan suhu tinggi memungkinkan aplikasi tungsten skala besar. Kawat, seprai dan banyak lagi memungkinkan terciptanya mekanisme yang melayani selama bertahun-tahun. Eksternal mirip dengan platina. Dalam bentuknya yang murni, bila dipanaskan sampai 1600 ° C, bisa dipalsukan dengan baik.

Penggunaan logam murni

Metode utama penggunaan tungsten adalah alas sebagai bahan tahan api di industri metalurgi.

Sifat plastik dan refraktori - inilah yang terkenal dengan tungsten. Sebuah kawat yang terbuat dari logam ini sangat diperlukan dalam perangkat yang dirancang untuk penerangan. Kinescopes dan tabung lainnya dengan vakum juga banyak digunakan W.

Pengelasan busur Argon tidak bisa dilakukan tanpa elektroda yang dibuat dengan partisipasi tungsten. Tungku resapan vakum juga menggunakannya sebagai elemen pemanas, dan paduan logam ini dengan renium digunakan sebagai termokopel.

Kerapatannya yang tinggi memungkinkannya digunakan sebagai dasar untuk paduan berat yang digunakan sebagai inti penyeimbang dan pelindung lapis baja untuk cangkang proyektil sub-kaliber dan berbentuk panah, inti untuk peluru peluru lapis baja dan bahkan giroskop yang menstabilkan pelepasan rudal balistik.

Tungsten dapat berfungsi sebagai obat yang sangat baik untuk radiasi tipe pengion. Meski memiliki kepadatan tinggi, apalagi bila dibandingkan dengan timah tradisional, berat, dengan tingkat perlindungan, pakaian atau peralatan yang sama dengan penggunaannya lebih mudah. Sifat refraktori dan kekerasan menyulitkan proses pengolahan, dan oleh karena itu lebih sering dalam kasus seperti itu menggunakan paduan tungsten dan nikel, serta besi, tembaga dan logam lainnya.

Di industri, tungsten digunakan untuk menciptakan berbagai produk yang kuat. Lembar, serbuk tungsten, elektroda dan barbel - salah satu bentuk keluaran yang paling umum dari W.

Penerapan senyawa

Pengolahan mekanis dari berbagai logam, serta bahan yang merupakan bagian dari struktur teknik non-logam, proses pengeboran sumur dan industri pertambangan menggunakan paduan dan material komposit yang kuat berdasarkan tungsten carbide, campuran titanium carbide, tantalum carbide dan tungsten carbide. Nilai tungsten yang terbuat dari bahan ini dibagi menjadi T30K4, T5K10, VK25, VK8, VK15, T15K4, VK2, VK6 dan VK4. Merek kelompok TT hanya digunakan untuk pemrosesan yang sangat kompleks dalam kondisi kompleksitas yang meningkat. Contoh yang mencolok dapat berfungsi sebagai proses perputaran goncangan pengeboran bahan tahan lama dengan perforator atau membuat tempa yang terbuat dari baja dengan ketahanan panas tinggi. W digunakan sebagai elemen paduan untuk baja dan paduan berdasarkan besi. Baja "berkecepatan tinggi" dengan tanda huruf yang dimulai dengan P, lebih dari 90% kasus, mengandung bagian tungsten.

Terkadang berbagai senyawa tungsten digunakan sebagai katalis atau pigmen, pelumas suhu tinggi, untuk konversi bentuk termal energi menjadi energi listrik.

Tungsten dan Biologi

Tungsten tidak dianggap sebagai logam penting dalam biologi, namun beberapa bakteri dan arhebakteria dalam enzim mereka memiliki komponen ini yang berada di pusat aktif. Di dekat sumber air dalam jenis hidrotermal, ada archebacteria-hyperthermophiles, yang dianggap wajib bergantung pada tungsten. Kehadiran logam ini dalam komposisi enzimatik dianggap sebagai peninggalan kuno pada periode awal, dengan kata lain, dapat memungkinkan seseorang untuk berasumsi bahwa kemunculan awal kehidupan di bumi terjadi dengan partisipasi W.

Seperti bagian utama logam lainnya, debu tungsten menyebabkan iritasi pada sistem pernafasan.

Bentuk isotop

¹⁸² W (26,41 %), ¹⁸³ W (14,4 %), ¹⁸⁴ W (30,64 %) и ¹⁸⁶ W (28,41 %) . Tungsten asal alami mencakup campuran dari lima bentuk isotop yang berbeda, yaitu ¹⁸⁰ W (0,135 wt%), ¹⁸² W (26,41%), ¹⁸³ W (14,4%), ¹⁸⁴ W (30,64%) Dan ¹⁸⁶ W (28,41%) . Valensi tungsten bervariasi dan selalu sesuai dengan bilangan dari 2 sampai 6 dalam bentuk isotop apapun.

Pada tahun 2016, tiga puluh enam bentuk buatan manusia dari radionuklida tungsten yang teridentifikasi dengan jumlah massa telah diketahui: 157 ... 179, 181, 185, 187 ... 197. Radioaktivitas tungsten asal alam ditemukan pada tahun 2003, namun nilainya sangat kecil, yang sesuai kira-kira Dua peluruhan per gram per tahun, dan kondisi pembusukan ini adalah aktivitas-a dari logam.

Kesimpulannya

Yang paling tahan api dari logam yang ada saat ini adalah tungsten. Properti yang melekat di dalamnya, dapat menemukan tempat mereka dalam berbagai aktivitas industri manusia, dimulai dengan teknik dan diakhiri dengan perlindungan dari paparan. Logam itu dibuka, kira-kira, dua kali, dengan perbedaan dua tahun, tapi baik Scheele maupun Eluard bersaudara sangat pantas mendapat penghargaan atas penemuannya. Valensi tungsten bervariasi dan mengambil nilai dari dua sampai enam, namun, seperti yang disebutkan sebelumnya, bentuk yang paling stabil memiliki valensi keenam. Sangat tahan terhadap korosi, bisa bereaksi dengan alkali dan larut dalam campuran asam hidrofluorat dan nitrat.

Nilai tungsten dibagi menjadi sejumlah besar spesies sesuai dengan metode eksekusi, bentuk di mana logam berada, dan area aplikasinya. Ada banyak bentuk isotopnya, dan unsur di alam memiliki sifat radioaktif yang lemah dan peluruhan yang sangat pelan. Dasar untuk banyak suku cadang dan suku cadang, peralatan dan peralatan paling beragam yang digunakan manusia, justru tungsten. Harga bahkan untuk kilogram logam cukup tinggi, namun demikian tidak mengurangi permintaan akan hal itu, karena kualitasnya sesuai dengan biaya yang diminta.