Вольфрам история открытия кратко

Обновлено: 04.07.2024

Вольфра́м — химический элемент таблицы Менделеева с атомным номером 74 в периодической системе, обозначается символом W (лат. Wolframium), твёрдый серый переходный металл. Главное применение — как основа тугоплавких материалов в металлургии. Крайне тугоплавок, при стандартных условиях химически стоек.

История и происхождение названия

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.

Свойства

Физические 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). 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 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; в соляной, серной и плавиковой кислотах почти не растворим. В азотной кислоте и царской водке окисляется с поверхности. В смеси азотной и плавиковой кислоты растворяется, образуя вольфрамовую кислоту. 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.

Вольфрам (англ. Tungsten, франц. Tungstene, нем. Wolfram) был получен впервые испанцами братьями де Эльгуйяр, учениками Бергмана в 1783 г. Название вольфрам существовало, однако, задолго до открытия элемента. Горняки и металлурги XIV - XVI вв., занимавшиеся добычей олова, заметили, что при прокаливании одной из оловянных руд значительное количество олова теряется, уходя в шлак. Эта руда получила название волк (Wolf, или Wolfert), которое с течением времени изменилось на вольфрам; так стали называть минерал, содержащийся в руде. Агрикола приводит латинское название этого минерала - Spuma Lupi, или Lupus spuma, что означает волчья пена, т.е. пена в пасти у разъяренного волка. Горняки XVI в. говорили о вольфраме: "он похищает олово и ожирает его, как волк овцу". В 1781 г. Шееле получил трехокись вольфрама WO₃ из минерала, который позднее был назван в его честь шеелитом (CaWO₄). Открытие Шееле подтвердил Бергман, назвавший минерал "тяжеловесным камнем" (лат. Lapis ponderosus); в переводе на шведский язык - это тунгстен (Tung Sten - тяжелый камень). Немного позднее было предложено называть вновь открытый металл шеелием (Scheelium) в честь Шееле, но Берцелиус, вначале поддержавший это название, вскоре предпочел ему слово тунгстен. По латыни (Syuma lupi) и по немецки (Wolf Rahm) вольфрам означает волчью слюну. Название вольфрам встречается у Ломоносова, затем у Шерера; Соловьев и Гесс (1824) называют его волчец, Двигубский (1824) - вольфрамий. Встречаются также названия шеелий, шеелев металл (тунгстеновый королек).

Сервер создается при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований
Не разрешается копирование материалов и размещение на других Web-сайтах
Вебдизайн: Copyright (C) И. Миняйлова и В. Миняйлов
Copyright (C) Химический факультет МГУ
Написать письмо редактору

Вольфрам — химический элемент с атомным номером 74 в Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева, обозначается символом W (лат. Wolframium ). При нормальных условиях представляет собой твёрдый блестящий серебристо-серый переходный металл.

Вольфрам — самый тугоплавкий из металлов. Более высокую температуру плавления имеет только неметаллический элемент — углерод, но он существует в жидком виде только при высоких давлениях. При стандартных условиях вольфрам химически стоек.

Содержание

• 1 История и происхождение названия
• 2 Нахождение в природе
  • 2.1 Месторождения
  • 6.1 Металлический вольфрам
  • 6.2 Соединения вольфрама
  • 6.3 Другие сферы применения
  • 6.4 Рынок вольфрама

  
  

  История и происхождение названия

  Нахождение в природе

  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.

  Вольфрам встречается в природе главным образом в виде окисленных сложных соединений, образованных трёхокисью 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 n FeWO₄ · m MnWO₄ — соответственно, ферберит и гюбнерит) и шеелит (вольфрамат кальция CaWO₄). Вольфрамовые минералы обычно вкраплены в гранитные породы, так что средняя концентрация вольфрама составляет 1—2 %.

  Месторождения

  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.

  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 — 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 ). Твёрдость 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.

  Вольфрам является одним из наиболее тяжёлых, твёрдых и самых тугоплавких металлов. В чистом виде представляет собой металл серебристо-белого цвета, похожий на платину, при температуре около 1600 °C хорошо поддаётся ковке и может быть вытянут в тонкую нить. Металл обладает высокой устойчивостью в вакууме.

  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 нерастворим. В азотной кислоте и царской водке окисляется с поверхности. Растворяется в перекиси водорода.

  Легко растворяется в смеси азотной и плавиковой кислот:

  Реагирует с расплавленными щелочами в присутствии окислителей:

  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.

  Растворяется в смеси азотной и плавиковой кислоты, 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 (содержание элемента порядка 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). В 2014 году цены на вольфрам колебались в диапазоне от 55 до 57 USD.

  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.

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

  Изотопы

  Известны изотопы вольфрама с массовыми числами от 158 до 192 (количество протонов 74, нейтронов от 84 до 118), и более 10 ядерных изомеров.

  Природный вольфрам состоит из смеси пяти изотопов ( 180 W — 0,12(1)%, 182 W — 26,50(16) %, 183 W — 14,31(4) %, 184 W — 30,64(2) % и 186 W — 28,43(19) %). В 2003 открыта 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.

  • Вольфрам (W)
  • Арсенид вольфрама (WAs₂) Вольфрам мышьяковистый
  • Борид вольфрама (WB) Вольфрам бористый
  • Борид дивольфрама (W₂B) Бористый вольфрам
  • Бромид вольфрама II (WBr₂) Вольфрам бромистый
  • Бромид вольфрама III (WBr₃)
  • Бромид вольфрама IV (WBr₄) Бромистый вольфрам
  • Бромид вольфрама 5 (WBr₅)
  • Бромид вольфрама VI (WBr₆)
  • Вольфрамит ((FeMn)WO₄)
  • Вольфрамовая кислота (H₂WO₄) Ортовольфрамовая кислота
  • Гексакарбонилвольфрам (W(CO)₆)
  • Диборид вольфрама (WB₂)
  • Динитрид вольфрама (WN₂)
  • Диоксидибромид вольфрама (WO₂Br₂) Бромистый вольфрамил
  • Диоксидихлорид вольфрама (WO₂Cl₂) Хлористый вольфрамил
  • Дисилицид вольфрама (WSi₂) Кремнистый вольфрам
  • Дисульфид вольфрама (WS₂) Сернистый вольфрам
  • Дифосфид вольфрама (WP₂) Фосфористый вольфрам
  • Дифосфид тетравольфрама (W₄P₂)
  • Йодид вольфрама II (WI₂) Вольфрам йодистый
  • Йодид вольфрама III (WI₃)
  • Йодид вольфрама IV (WI₄) Йодистый вольфрам
  • Карбид вольфрама (WC) Вольфрам углеродистый
  • Карбид дивольфрама (W₂C) Углеродистый вольфрам
  • Нитрид дивольфрама (W₂N) Вольфрам азотистый
  • Оксид вольфрама IV (WO₂) Окись вольфрама
  • Оксид вольфрама VI (WO₃) Вольфрам окись
  • Окситетрабромид вольфрама VI (WOBr₄) Бромокись вольфрама
  • Окситетрафторид вольфрама VI (WOF₄) Фторокись вольфрама
  • Окситетрахлорид вольфрама VI (WOCl₄) Хлорокись вольфрама
  • Пентаборид дивольфрама (W₂B₅)
  • Селенид вольфрама IV (WSe₂) Вольфрам селенистый
  • Селенид вольфрама VI (WSe₃) Селенистый вольфрам
  • Силицид вольфрама (W₂Si₃) Вольфрам кремнистый
  • Теллурид вольфрама IV (WTe₂) Вольфрам теллуристый
  • Тринитрид дивольфрама (W₂N₃) Азотистый вольфрам
  • Трисульфид вольфрама (WS₃) Вольфрам сернистый
  • Фенолят вольфрама (WC₃₆H₃₀O₆)
  • Фосфид вольфрама (WP) Вольфрам фосфористый
  • Фторид вольфрама IV (WF₄) Вольфрам фтористый
  • Фторид вольфрама 5 (WF₅)
  • Фторид вольфрама VI (WF₆) Фтористый вольфрам
  • Фтороксивольфраматы
  • Хлорид вольфрама II (WCl₂) Вольфрам хлористый
  • Хлорид вольфрама III (WCl₃)
  • Хлорид вольфрама IV (WCl₄)
  • Хлорид вольфрама 5 (WCl₅)
  • Хлорид вольфрама VI (WCl₆) Хлористый вольфрам
  • Шеелит (CaWO₄)

  Eu, Sm, Li, Cs, Rb, K, Ra, Ba, Sr, Ca, Na, Ac, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Gd, Tb, Mg, Y, Dy, Am, Ho, Er, Tm, Lu, Sc, Pu,
  Th, Np, U, Hf, Be, Al, Ti, Zr, Yb, Mn, V, Nb, Pa, Cr, Zn, Ga, Fe, Cd, In, Tl, Co, Ni, Te, Mo, Sn, Pb, H₂,
  W, Sb, Bi, Ge, Re, Cu, Tc, Te, Rh, Po, Hg, Ag, Pd, Os, Ir, Pt, Au

  Вольфрам является наиболее тугоплавким из всех известных на текущий момент металлов. Он может варьироваться в зависимости от марки, каждая из которых характеризуется особыми свойствами. Главной характеристикой вольфрама считается температура плавления, которая и определяет область использования конкретного образца.

  История открытия вольфрама

  
  

  Вольфрам был открыт одновременно двумя специалистами в 1781 и 1783 году. Первым это сделал химик Шееле из Швеции, который решил использовать азотную кислоту для воздействия на шеелит. Вторыми были химики из Испании, которым также удалось повторить эксперимент и выделить чистый вольфрам.

  Основные характеристики вольфрама

  Вольфрам обладает довольно широкой, но специфической областью применения, которая определяется его особыми характеристиками. Среди них можно выделить следующие:

  • Сопротивление электрическому току;
  • Коэффициент линейного расширения;
  • Температура плавления.

  Стоит отметить, что вольфрам в отсутствие примесей обладает крайне высокой пластичностью, к тому же его невозможно расплавить в кислотном растворе, если металл предварительно не будет нагрет минимум до 500 °C. В наиболее активную реакцию вольфрам вступает с углеродом, результатом подобного соединения является карбид вольфрама, отличающийся значительной прочностью. На втором месте по распространенности находятся оксиды вольфрама, наиболее используемым из них является вольфрамовый ангидрид. Несмотря на свои значительные преимущества, вольфрам также обладает некоторыми свойствами, которые существенно затрудняют его практическое использование:

  • Высокая плотность;
  • Склонность к окислению при низких температурах;
  • Ломкость.

  Сам факт добычи материала осложняется его высокой температурой кипения и испарения.

  Температура плавления вольфрама составляет 3422 °C, температура кипения – 5555 °C. По своим магнетическим свойствам вольфрам относится к классу парамагнетиков. В чистом виде он характеризуется серебристо-белым цветом, который в значительной степени напоминает платину. Ковка вольфрама требует его разогрева минимум до 1600 градусов Цельсия. Для того чтобы перевести вольфрам в газообразное состояние, требуется температура в 13610 °C.

  Способы получения вольфрама

  В природе вольфрам встречается только в виде окисленных отложений либо в составе других минералов. Наиболее распространенными являются трехокиси вольфрама с кальцием, железом и марганцем. В более редких ситуациях в составе подобных смесей могут находиться медь или свинец.

  Для того чтобы выделить вольфрам из минералов, насыщенных им, требуется проводить тщательный анализ грунтовых пород, где он имеется в небольшом процентном соотношении (обычно не превышает 2%).

  На текущий момент из всех открытых месторождений вольфрама наиболее крупные находятся в США, Китае и Канаде. В год в среднем добывают 50 тысяч тонн этого металла.

  Промышленный способ получения вольфрама подразумевает следование вполне конкретному алгоритму действий, который начинается с добычи руды и ее последующей доставки на соответствующее перерабатывающее предприятие. Первоначальный этап обработки подразумевает выделение триоксида из всей полученной руды, после чего он проходит процедуру восстановления, результатом которой является металлический порошок. Сама процедура восстановления требует значительного количества водорода, а также нагрева сырья до температуры в 700 °C. Впоследствии весь полученный порошок проходит прессование, нагрев до температуры в 1300 °C. Стоит отметить, что при повторном нагреве вновь задействуется значительное количество водорода, который формирует защитную атмосферу для прессованного порошка.

  Области использования вольфрама

  Практически половина всего производимого вольфрама используется для последующего создания твердых материалов, наиболее распространенным из которых является карбид вольфрама. Главная характеристика данного карбида заключается в том, что его температура плавления составляет 2770 °C.

  
  

  В состав этого карбида входит одинаковое количество атомов вольфрама и углерода, которые формируют специфическое химическое соединение. Прочность данного соединения превышает аналогичный параметр стали в 2 раза, по шкале Мооса твердость достигает 9. Стоит отметить, что коэффициент Мооса для алмаза равен 10.

  В связи с подобной повышенной прочностью карбида вольфрама он используется для изготовления специального технического оборудования, к примеру режущих инструментов, которые будут характеризоваться высокой стойкостью к изнашиванию, а также устойчивостью к высоким температурам. Другими сферами использования карбида вольфрама можно выделить создание оружия, а именно бронебойных боеприпасов, танковой брони. Широкое распространение карбид вольфрама также получил в авиастроении и строении космических кораблей и ракет. Из него изготавливаются основные компоненты фюзеляжа и двигателя. Атомная промышленность также невозможна без использования вольфрама.

  Стоит отметить, что этот сплав используется даже в медицине, поскольку из него создают специальные хирургические инструменты, предназначенные для полостной хирургии. Дело в том, что подобные инструменты обладают значительно большей производительностью, чем обычная медицинская сталь.

  В последнее время растет популярность карбида вольфрама при создании ювелирных изделий, в особенности свадебных колец. Все больше партнеров выбирают подобные кольца, поскольку свойства металла (тугоплавкость, устойчивость) должны символизировать аналогичную прочность отношений.

  При этом это не все области использования вольфрама и его соединений. Существует множество других, менее распространенных сплавов, которые могут использоваться в качестве пигментов, катализаторов для создания других металлов или разновидностей инструментов.

  Читайте также:

    
  • The category of mood of the verb кратко
    
  • Сходства и различия издержек производства в краткосрочном и долгосрочном периодах кратко
    
  • Практическая подготовка юридических документов кратко
    
  • Возрождение парламентаризма в россии в 90 е гг кратко
    
  • Объясните возникновение колючек у растений и животных кратко