Физические свойства вольфрама кратко

Обновлено: 02.07.2024

СТРУКТУРА

Кристалл вольфрама имеет объемноцентрированную кубическую решетку. Кристаллы вольфрама на холоду отличаются малой пластичностью, поэтому в процессе прессования порошка они практически почти не изменяют своей основной формы и размеров и уплотнение порошка происходит главным образом путем относительного перемещения частиц.

В объемно-центрированной кубической ячейке вольфрама атомы располагаются по вершинам и в центре ячейки, т.е. на одну ячейку приходится два атома. ОЦК-структура не является плотнейшей упаковкой атомов. Коэффициент компактности равен 0,68. Пространственная группа вольфрама Im3m.

СВОЙСТВА

Вольфрам — блестящий светло-серый металл, имеющий самые высокие доказанные температуры плавления и кипения (предполагается, что сиборгий ещё более тугоплавок, но пока что об этом твёрдо утверждать нельзя — время существования сиборгия очень мало). Температура плавления — 3695 K (3422 °C), кипит при 5828 K (5555 °C). Плотность чистого вольфрама составляет 19,25 г/см³. Обладает парамагнитными свойствами (магнитная восприимчивость 0,32·10−9). Твердость по Бринеллю 488 кг/мм², удельное электрическое сопротивление при 20 °C — 55·10−9 Ом·м, при 2700 °C — 904·10−9 Ом·м. Скорость звука в отожжённом вольфраме 4290 м/с. Является парамагнетиком.

Вольфрам является одним из наиболее тяжелых, твердых и самых тугоплавких металлов. В чистом виде представляет собой металл серебристо-белого цвета, похожий на платину, при температуре около 1600 °C хорошо поддается ковке и может быть вытянут в тонкую нить.

ЗАПАСЫ И ДОБЫЧА

Кларк вольфрама земной коры составляет (по Виноградову) 1,3 г/т (0,00013 % по содержанию в земной коре). Его среднее содержание в горных породах, г/т: ультраосновных — 0,1, основных — 0,7, средних — 1,2, кислых — 1,9.

Процесс получения вольфрама проходит через подстадию выделения триоксида WO₃ из рудных концентратов и последующем восстановлении до металлического порошка водородом при температуре около 700 °C. Из-за высокой температуры плавления вольфрама для получения компактной формы используются методы порошковой металлургии: полученный порошок прессуют, спекают в атмосфере водорода при температуре 1200—1300 °C, затем пропускают через него электрический ток. Металл нагревается до 3000 °C, при этом происходит спекание в монолитный материал. Для последующей очистки и получения монокристаллической формы используется зонная плавка.

ПРОИСХОЖДЕНИЕ

Вольфрам встречается в природе главным образом в виде окисленных сложных соединений, образованных трехокисью вольфрама WO₃ с оксидами железа и марганца или кальция, а иногда свинца, меди, тория и редкоземельных элементов. Промышленное значение имеют вольфрамит (вольфрамат железа и марганца nFeWO₄ * mMnWO₄ — соответственно, ферберит и гюбнерит) и шеелит (вольфрамат кальция CaWO₄). Вольфрамовые минералы обычно вкраплены в гранитные породы, так что средняя концентрация вольфрама составляет 1—2 %.

Наиболее крупными запасами обладают Казахстан, Китай, Канада и США; известны также месторождения в Боливии, Португалии, России, Узбекистане и Южной Корее. Мировое производство вольфрама составляет 49—50 тысяч тонн в год, в том числе в Китае 41, России 3,5; Казахстане 0,7, Австрии 0,5. Основные экспортёры вольфрама: Китай, Южная Корея, Австрия. Главные импортёры: США, Япония, Германия, Великобритания.
Также есть месторождения вольфрама в Армении и других странах.

ПРИМЕНЕНИЕ

Тугоплавкость и пластичность вольфрама делают его незаменимым для нитей накаливания в осветительных приборах, а также в кинескопах и других вакуумных трубках.
Благодаря высокой плотности вольфрам является основой тяжёлых сплавов, которые используются для противовесов, бронебойных сердечников подкалиберных и стреловидных оперенных снарядов артиллерийских орудий, сердечников бронебойных пуль и сверхскоростных роторов гироскопов для стабилизации полёта баллистических ракет (до 180 тыс. об/мин).

Сульфид вольфрама WS₂ применяется как высокотемпературная (до 500 °C) смазка. Некоторые соединения вольфрама применяются как катализаторы и пигменты. Монокристаллы вольфраматов (вольфраматы свинца, кадмия, кальция) используются как сцинтилляционные детекторы рентгеновского излучения и других ионизирующих излучений в ядерной физике и ядерной медицине.

Дителлурид вольфрама WTe₂ применяется для преобразования тепловой энергии в электрическую (термо-ЭДС около 57 мкВ/К). Искусственный радионуклид 185 W используется в качестве радиоактивной метки при исследованиях вещества. Стабильный 184 W используется как компонент сплавов с ураном-235, применяемых в твердофазных ядерных ракетных двигателях, поскольку это единственный из распространённых изотопов вольфрама, имеющий низкое сечение захвата тепловых нейтронов (около 2 барн).

Тугоплавкий прочный металл, стального цвета или белый

Вольфра́м/Wolframium (W), 74

[Xe] 4f 14 5d 4 6s 2

2.3 (шкала Полинга)

W ← W 3+ 0,11 В
W ← W 6+ 0,68 В

19300 кг/м³ 19,3 г/см³

191 кДж/кг 35 кДж/моль

4482 кДж/кг 824 кДж/моль

Вольфра́м — химический элемент с атомным номером 74 в периодической системе, обозначается символом W (лат. Wolframium ), твёрдый серый переходный металл.

Вольфрам — самый тугоплавкий металл (элемент) среди природных элементов. При стандартных условиях химически стоек.

Содержание

История и происхождение названия

Нахождение в природе

Кларк вольфрама земной коры составляет (по Виноградову) 1,3 г/т(0.0013 % по содержанию в земной коре). Его среднее содержание в горных породах, г/т: ультраосновных — 0,1, основных — 0,7, средних — 1,2, кислых — 1,9.

Месторождения

Наиболее крупными запасами обладают Казахстан, Китай, Канада и США; известны также месторождения в Боливии, Португалии, России и Южной Корее. Мировое производство вольфрама составляет 49-50 тысяч тонн в год, в том числе в Китае 41, России 3,5; Казахстане 0,7, Австрии 0,5. Основные экспортёры вольфрама: Китай, Южная Корея, Австрия. Главные импортёры: США, Япония, Германия, Великобритания.
Также есть месторождения вольфрама в Армении и других странах.

Получение

Процесс получения вольфрама проходит через подстадию выделения триоксида WO₃ из рудных концентратов и последующем восстановлении до металлического порошка водородом при температуре ок. 700 °C. Из-за высокой температуры плавления вольфрама для получения компактной формы используются методы порошковой металлургии: полученный порошок прессуют, спекают в атмосфере водорода при температуре 1200—1300 °C, затем пропускают через него электрический ток. Металл нагревается до 3000 °C, при этом происходит спекание в монолитный материал. Для последующей очистки и получения монокристаллической формы используется зонная плавка.

Физические свойства

Вольфрам — светло-серый металл, имеющий самые высокие доказанные температуры плавления и кипения (предполагается, что сиборгий ещё более тугоплавок, но пока что об этом твёрдо утверждать нельзя — время существования сиборгия очень мало).

Некоторые физические свойства приведены в таблице (см. выше). Другие физические свойства вольфрама:

488 кг/мм². при 20 °C 55·10 −9 Ом·м, при 2700 °C — 904·10 −9 Ом·м. в отожжённом вольфраме 4290 м/с. 0,32·10 −9 (парамагнетик).

Вольфрам является одним из наиболее тяжелых, твердых и самым тугоплавким металлом. В чистом виде представляет собой металл серебристо-белого цвета, похожий на платину, при температуре около 1600 °C хорошо поддается ковке и может быть вытянут в тонкую нить.

Химические свойства

Проявляет валентность от 2 до 6. Наиболее устойчив 6-валентный вольфрам. 3- и 2-валентные соединения вольфрама неустойчивы и практического значения не имеют.

Вольфрам имеет высокую коррозионную стойкость: при комнатной температуре не изменяется на воздухе; при температуре красного каления медленно окисляется в оксид вольфрама (VI). Вольфрам в ряду напряжений стоит сразу после водорода, и в соляной, разбавленной серной и плавиковой кислотах почти не растворим. В азотной кислоте и царской водке окисляется с поверхности.

Легко растворяется в смеси азотной и плавиковой кислот [2] :

$~\mathsf< 2W + 4HNO_3 + 10HF \longrightarrow WF_6 + WOF_4 + 4NO \uparrow + 7H_2O ></p> <p>$

Реагирует с расплавленными щелочами в присутствии окислителей [3] :

" width="" height="" />
" width="" height="" />

Поначалу, данные реакции идут медленно, однако при достижении 400 °C (500 °C для реакции с участием кислорода) вольфрам начинает саморазогреваться и реакция протекает достаточно бурно, с образованием большого количества тепла.

В смеси азотной и плавиковой кислоты растворяется, образуя гексафторвольфрамовую кислоту H₂[WF₆]. Из соединений вольфрама наибольшее значение имеют: триоксид вольфрама или вольфрамовый ангидрид, вольфраматы, перекисные соединения с общей формулой Me₂WO_X, а также соединения с галогенами, серой и углеродом. Вольфраматы склонны к образованию полимерных анионов, в том числе гетерополисоединений с включением других переходных металлов.

Применение

Главное применение вольфрама — как основа тугоплавких материалов в металлургии.

Металлический вольфрам

Соединения вольфрама

Другие сферы применения

Искусственный радионуклид 185 W используется в качестве радиоактивной метки при исследованиях вещества. Стабильный 184 W используется как компонент сплавов с ураном-235, применяемых в твердофазных ядерных ракетных двигателях, поскольку это единственный из распространённых изотопов вольфрама, имеющий низкое сечение захвата тепловых нейтронов (около 2 барн).

Рынок вольфрама

Цены на металлический вольфрам чистотой около 99 % на конец 2010 года составляли около 40-42 долларов США за килограмм, в мае 2011 года составляли около 53-55 долларов США за килограмм. Полуфабрикаты от 58 USD (прутки) до 168 (тонкая полоса) [4] .

Биологическая роль

Вольфрам не играет значительной биологической роли. У некоторых архебактерий и бактерий имеются ферменты, включающие вольфрам в своем активном центре. Существуют облигатно-зависимые от вольфрама формы архебактерий-гипертермофилов, обитающие вокруг глубоководных гидротермальных источников. Присутствие вольфрама в составе ферментов может рассматриваться как физиологический реликт раннего архея — существуют предположения, что вольфрам играл роль в ранних этапах возникновения жизни [5] .

Пыль вольфрама, как и большинство других видов металлической пыли, раздражает органы дыхания.

Изотопы

Природный вольфрам состоит из пяти изотопов ( 180 W, 182 W, 183 W, 184 W и 186 W). Искусственно созданы и идентифицированы ещё 30 радионуклидов. В 2003 открыта [6] чрезвычайно слабая радиоактивность природного вольфрама (примерно два распада на грамм элемента в год), обусловленная α-активностью 180 W, имеющего период полураспада 1,8·10 18 лет [7] .

Интересные факты

Вольфрам — самый тугоплавкий металл. Температура плавления 3380 °C, кипения 5900 °C. Примерно такую же температуру имеет фотосфера Солнца [8] .

Плотность вольфрама почти равняется плотности золота: 19,30 г/см³ против 19,32 г/см³ соответственно.

Примечания

Ссылки

Химические элементы
Соединения вольфрама
Переходные металлы
Вольфрам

Wikimedia Foundation . 2010 .

Полезное

Смотреть что такое "Вольфрам" в других словарях:

ВОЛЬФРАМ — Минерал, открытый в 1785 г., темносерого цвета, очень тяжелый, хрупкий и тугоплавкий. Объяснение 25000 иностранных слов, вошедших в употребление в русский язык, с означением их корней. Михельсон А.Д., 1865. ВОЛЬФРАМ металл в виде черного о или… … Словарь иностранных слов русского языка

ВОЛЬФРАМ — (Wolframium), W, химический элемент VI группы периодической системы, атомный номер 74, атомная масса 183,85; самый тугоплавкий металл, температура плавления 3380шC. Вольфрам используют в производстве легированных сталей, твердых сплавов на основе … Современная энциклопедия

Вольфрам — (Wolframium), W, химический элемент VI группы периодической системы, атомный номер 74, атомная масса 183,85; самый тугоплавкий металл, температура плавления 3380°C. Вольфрам используют в производстве легированных сталей, твердых сплавов на основе … Иллюстрированный энциклопедический словарь

ВОЛЬФРАМ — (лат. Wolframium) W, химический элемент VI группы периодической системы, атомный номер 74, атомная масса 183,85. Название от немецкого Wolf волк и Rahm сливки ( волчья пена ). Светло серый металл, наиболее тугоплавкий из металлов, плотность 19,3… … Большой Энциклопедический словарь

ВОЛЬФРАМ — (символ W), светло серый ПЕРЕХОДНОЙ ЭЛЕМЕНТ. Впервые выделен в 1783 г. Основные источники руды ВОЛЬФРАМИТ и ШЕЕЛИТ. Имеет самую высокую температуру плавления из всех металлов. Применяется в лампах накаливания и в специальных сплавах. КАРБИД… … Научно-технический энциклопедический словарь

Вольфрам — W (лат. Wolframium; * a. tungsten; н. Wolfram; ф. tungstene; и. tungsteno), хим. элемент VI группы периодич. системы Mенделеева, ат.н. 74, ат. м. 183,85. Природный B. состоит из смеси пяти стабильных изотопов 180W(0,135%), 182W(26,41 %),… … Геологическая энциклопедия

вольфрам — тунгстен, звездный металл Словарь русских синонимов. вольфрам сущ., кол во синонимов: 4 • звездный металл (1) • … Словарь синонимов

Вольфрам — фон Эшенбах (Wolfram von Eschenbach) знаменитыйминезингер, замечательный по глубине мысли и широте пониманиязатрагиваемых его творчеством явлений. В. ф. Э. является собственноединственным из немецких средневековых эпиков, в основу поэм… … Энциклопедия Брокгауза и Ефрона

Вольфрам — представляет собой металл серо стального цвета с высокими значениями плотности и температуры плавления. Он хрупкий, твердый и обладает высокой коррозионной стойкостью. Вольфрам используется для изготовления нитей накала в электрических… … Официальная терминология

вольфрам — tungsten Wolfram хімічний елемент. Символ W, ат. н. 74, ат. маса 183,85. Сріблясто білий метал. Відкритий і виділений у вигляді вольфрамового ангідриду в 1781 р. швед. хіміком К.Шеєле. Найбільш характерними і стійкими є сполуки В. зі ступенем… … Гірничий енциклопедичний словник

ВОЛЬФРАМ — ВОЛЬФРАМ, вольфрама, муж. (иностр.) (хим.). Название твердого тугоплавкого металла. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 … Толковый словарь Ушакова

Среди всех металлов, которые известны сегодня, вольфрам является наиболее тугоплавким. Характеризуется высокой химической стойкостью. Вольфрамовые свойства нашли применение в разных сферах, которые имеют связь с повышенными температурными режимами, особенно в металлургии. Температура плавления вольфрама очень высокая, что дает возможность сделать его компонентом для получения сплавов и жаропрочных сталей, обладающих высокой прочностью.

Что такое вольфрам?

В чистом виде в естественных условиях бывает редко, как правило, это сложные окисленные соединения, образующие трехокись вольфрама с оксидами таких веществ, как железо, марганец, а также калий, свинец, медь, торий.

Самые крупные запасы на планете сегодня сосредоточены в таких странах, как Казахстан, Китай, Канада, Америка, Россия. Промышленность использует шеелит и вольфрамит.

История открытия

Через два года после открытия, сделанного Карлом Шееле, химики из Испании братья Элюар заявили, что смогли выделить из вольфрамита рудников Саксонии чистый вольфрам. Нужно отметить, что ни Шееле, ни братья Элюар не настаивали на том, что именно они стали первооткрывателями вольфрама.

Основные характеристики

Кроме самой высокой тугоплавкости, одно из наиболее тяжелых и твердых веществ. В Чистый вольфрам имеет серебристо-белый окрас. Отлично поддается ковке (при 1600 °С). В условиях вакуума характеризуется отличной устойчивостью.

Физические свойства:

• плавится при достижении показателя температуры 3422 °С;

• закипает при температуре 5555 °С;

• плотность вольфрама – 19,25 г/см3;

• сопротивление – 55⋅10−9 Ом•м (20°С);

• магнитная восприимчивость – 0,32⋅10−9;

• твердость (по Бринеллю) – 488 кг/мм2.

Вольфрам обладает важными химическими свойствами:

• стойкий к кислотам в обычных условиях;

• легче взаимодействует с окислителями, чем с тяжелыми металлами;

• реагирует со многими элементами, в результате чего образуются различные по сложности соединения;

• незначительно растворяется в щелочах при нагревании;

• валентность в соединениях 2-6 (чем выше валентность, тем более устойчивы).

Какие марки существуют?

Вольфрам может быть чистым, с присадками, в составе сплава, куда входят и другие металлы.

Для обозначения чистого вольфрама используется маркировка ВЧ. Для маркировки сплава вольфрама и рения применяется обозначение ВР.

На наличие разных видов присадок указывают следующие комбинации букв:

• ВА – кремнещелочной и алюминия;

• ВМ – кремнещелочной и тория;

• ВТ – окиси тория;

• ВЛ – окиси лантана.

Указанные марки вольфрама используются наиболее часто в промышленности.

Преимущества и недостатки

Преимущества обусловлены высокими показателями:

• плавления (очень высокий температурный режим);

• прочности (лидер среди всех существующих металлов);

Кроме этого, вольфрам стойкий к воздействию коррозийных процессов, имеет низкий коэффициент теплового расширения.

Недостатками вольфрама можно считать хрупкость и возможность разрушения при ударе.

Где используется?

Применение вольфрама и сплавов востребовано в разных сферах:

• электротехнической, радиоэлектронной, химической, атомной, горнодобывающей и ряде других отраслей промышленности.

Из него получают сверхтвердые стали и сплавы, которые применяются, чтобы обрабатывать металлы механическим путем, в бурении скважин, для изготовления деталей, из которых собираются двигатели самолетов.

Вольфрамовые электроды предназначаются для аргонодуговой сварки.

В ядерной физике и медицине нашли применение монокристаллы вольфраматов.

Элемент необходим для нитей накаливания и элементов электровакуумных приборов, артиллерийских снарядов, роторов гироскопов (сверхскоростных) и др.

Виды продукции

Свойства вольфрама дают возможность изготавливать такие виды продукции:

• Электроды. Для работы с материалами разного состава, цветными металлами, высоколегированными сталями. Не плавятся, шов прочный и долговечный.

• Проволока. Используется в лампах накаливания, благодаря сопротивлению вольфрама (нагреватели, спирали).

• Порошок. Основа для сплавов и сталей.

• Прутки. Изделия для изготовления вольфрамовых электродов.

• Листы. Изделия из металла вольфрама необходимы для тепловых экранов, подставок и других элементов крепления для высокотемпературных печей.

Вольфрам (W) – удивительный металл с прекрасными физическими и химическими характеристиками. Его активно применяют практически во всех отраслях промышленности.

Физические свойства вольфрама

твердый тугоплавкий и тяжелый металл (вес вольфрама почти в 2 раза больше, чем у свинца);
масса вольфрама составляет 184 г/моль;
сплавы W отличаются прочностью, твердостью и высоким сопротивлением к высоким температурам;
цвет зависит от способа получения (порошок имеет серый, темно-серый или черный цвет, сплавленный W – серый оттенок, напоминающий цвет платины);
плотность вольфрама при нормальних условиях равна 19, 25 г/м3.

Температура плавления вольфрама составляет 3410 °C - соизмерима с температурой на поверхности Солнца – 6690 °C. Высокая твердость вольфрама позволяет применять его в химической промышленности и металлургии. При этом сопротивление вольфрама зависит только от температуры.

Химические свойства вольфрама

в природе состоит из стабильных изотопов (5 штук), массовые числа которых находятся в пределах 180-186;
отделение 74 электронов атома W происходит легко;
обладает 6 валентностью, в соединениях может иметь 0, 2, 3, 4 и 5-валентным;
орбита элемента включает 2 яруса, что позволяет образовать крепкую химическую связь.

В случае нагревания элемента он еще быстрее вступает в реакцию с кислородом. Если в реакции участвуют водные пары, реакция протекает гораздо быстрее. Ученые выяснили: при нагреве элемента до 500 °C получается WO2 - низкий окислитель с высокой устойчивочтью. Он затягивает поверхность металла коричневой пленкой.

Если повышать температуру - можно получить еще один окислитель, который называют промежуточным (W4O11). Он имеет синюю окраску, а если продолжить нагрев до температуры в 923°C, она изменится на лимонно-желтую. Этому будет способствовать WO3.

Если с вольфрамом смешивают сухой фтор, то даже при небольшом подогреве можно получить вещество WF6. Его именуют гексафторидом. Оно может плавиться даже при 2,5 градусах, а кипеть при 19,5. Такое же соединение можно получить и при использовании хлора. Однако для этой реакции потребуется высокая температура - около 600 °C.

Также вольфрам легко вступает в реакции с йодом и бромом. С ними он образовывает такие малоустойчивые соединения как дибромид, ментамид, а также дииодид и тетрадид. При высоких температурах вольфрам соединяется с селеном, азотом, серой, а также с кремнием и углеродом.

Одним из интересных соединений считают карбонил. В этой реакции вольфрам реагирует на окись углерода. Именно здесь и проявляется его нулевая валентность. Однако это вещество сложно назвать устойчивым. Поэтому его можно получить только при создании специальных условий. Из карбонила получают плотные и ультратонкие покрытия чистого вольфрама.

Нужно уделить внимание и вольфрамовым соединениям. Некоторые из них поддаются полимеризации, в частности окись вольфрама.

Читайте также: