Властивості вольфраму

Вольфрам (Wolframium; від нім. Wolf – вовк і Rahm – піна), W – хім. елемент VI групи періодичної системи елементів; ат. н. 74, ат. м. 183,85. Тугоплавкий важкий метал світло-сірого кольору. У з’єднаннях виявляє ступеня окислення від 2 до 6, найбільш стійкі сполуки зі ступенем окислення 6. Природний В. складається з суміші стабільних ізотопів 180 W (0,135%), 182 W (26,41%), 183 W (14,4%) , 184W (30,64%) і 186 W (28,41%). Відомі штучні радіоактивні ізотопи 181W, 185W і 187W з періодами напіврозпаду відповідно 145 днів, 74,5 дня і 23,85 ч. Відкрито і виділений в 1781 швед, хіміком К. Шеєле у вигляді вольфрамового ангідриду W03 з мінералу тунгстена, згодом назв.шеелітом . У 1783 ісп. хіміки брати д’Елуяр отримали металевий В. у вигляді порошку відновленням вольфрамового ангідриду вугіллям. Пром. застосування В. почалося в другій пол. 19 в. (в якості добавки в сталь з метою поліпшення її св-в).

Зміст В. в земній корі 1 • 10-4%. У вільному стані не зустрічається. З мінералів пром. значення мають шеєліт CaW04 і вольфраміт (Fe, Mn) W04. Кристалічна решітка В.- об’емноцентрірованная кубічна з періодом а = 3,1652 А; щільність 19,35 г / см3; tпл 3395 ± 15 ° С; tкип 5900 ° С. Теплота плавлення 61 кал / г; теплота випаровування 1183 кал / г; тиск пари (мм рт.ст.): 1,93 х 10-15 (1530 ° С), 6,55 • 10-5 (+2730 ° С) і 0,76 (3940 ° С); температурний коеф. лінійного розширення (т-ра 0-500 ° С) 4,98 • 10-6 град-1, коеф. теплопровідності (кал / см • сек X град): 0,31 (20 ° С), 0,28 (827 ° С), 0,24 (одна тисяча сімсот двадцять сім ° С); теплоємність (кал / г • град): 0,031 (20 ° С), 0,0365 (1000 ° С), 0,043 (1400 ° С) і 0,048 (+2100 ° С); питомий електричний опір (ом • см • 106): 5,5 (20 ° С), 27,14 (300 ° С), 40,00 (1200 ° С) і 66,00 (2000 ° С); електронна емісія (ма / см2): 1,5 • 10-10 (830 ° С), 2,3 • 10-1 (+1630 ° С), 1,0 (1 730 ° С), 298 (2 230 ° С) і 1690 (2427 ° С); енергія, що випромінюється при напруженні (вт / см2): 18,0 (1600 ° С), 64,0 (2200 ° С), 153 (2 700 ° С) і 245 (3 030 ° С). В. парамагнитен; перетин захоплення теплових нейтронів 19,2 барна.

Мех. св-ва В. залежать від попередньої обробки. Твердість по Брінеллю спеченого злитка 200-250, кованого 350-400; межа міцності на розтяг прутка кованого 35-150, дроту невідпаленого (залежно від діаметра) 180-415, дроту отожженной 110 кгс / мм2; межа плинності дроту невідпаленого (діаметром 0,1-0,5 мм) 149,1, дроту отожженной (того ж діаметру) 71,4-82,6 кгс / мм2; модуль пружності дроту 35 000-38 000, монокристаллической нитки 39 000-41 000 кгс / мм2. У звичайних умовах В. хімічно стійкий. Компактний метал починає окислюватися на повітрі при т-рі 400-500 ° С до триокиси W03. Пари води окислюють його при т-рі 600-700 ° С до W02 і W03. При т-рі від 800 – 1000 ° С углеродсодержащие гази науглероживается В. »невеликі домішки зв’язаного вуглецю в металі знижують електропровідність. З воднем В. не взаємодіє. З азотом при т-рі +2300 ° С утворює нітрид WN2, з кремнієм і бором при т-рі вище 1400 ° С – відповідно силіциди W3Si, W5Si3 (W3Si2) і WSi2 та бориди W2B, WB, WB2 і W2B5 – тугоплавкі тверді з’єднання з пре-ім. нековалентним типом міжатомних зв’язків. З галогенами при високих т-рах В. утворює галогеніди (фтор з порошкоподібною В. взаємодіє при кімнатній т-рі) WС16, WCl5, WCl4, WGl2, WF4, WBr6, WBr6, WBr2, WJ4 і WJ21 при наявності кисню або вологи-ок -сігалогеніди W02Cl2, WOCl4, WOF4 і W02F2. При взаємодії В. з вуглецем, починаючи від т-р 1000-1500 ° С, виходять тверді тугоплавкі сполуки – карбіди WC (tпл 2600 ° С) і W2C (tпл 2750 ° С).

З сірої утворює сульфіди WS2 і WS3. Зі мн. металами В. утворює сплави і интерметаллические з’єднання. На холоду В. стійкий в к-тах і лугах, при нагріванні роз’їдається азотної к-тій і «царською горілкою», розчиняється в суміші азотної і плавикової к-т. У розплавлених лугах на повітрі або при наявності окислювачів (NaN03, КСl03) розчиняється з утворенням вольфраматів. Сировиною для произова В. служать вольфраміт і шеєліт. Вольфрамові руди попередньо збагачують з метою отримання концентратів, що містять 50-60% W03. Хім. розкладанням збагачених рудних концентратів – спіканням або сплавом з лугами, содою, автоклавним розкладанням розчинами соди (шеєліт) або розкладанням розчинами їдкого натру (вольфраміт) – отримують вольфрамат натрію Na2W04. З отриманого водного розчину вольфрамату натрію осаджують вольфрамат кальцію CaW04 (штучний шеєліт), к-рий розкладають гарячої соляної або азотної к-тій. Утворену вольфрамову к-ту H2W04 очищають розчиненням в аміачному розчині і кристалізацією паравольфрамат амонію (упариванием або нейтралізацією). Прожарювання цієї солі дає чистий вольфрамовий ангідрид W03. Шєєлітовиє концентрат можна також безпосередньо розкладати соляної або азотної к-тій з подальшою аміачної очищенням утворюється технічної вольфрамової к-тій.

Вольфрамовий порошок отримують відновленням вольфрамового ангідриду воднем при т-рі 850-1200 ° С (залежно від необхідної зернистості) або вуглецем при т-рі 1400-1800 ° С в произове твердих карбідних сплавів. Компактний метал отримують гл. обр. методом порошкової металургії (пресуванням і спіканням заготовок з вольфрамового порошку в середовищі водню). Отриманий В. добре піддається обробці тиском (куванні, волочінню, прокатці і т. Д.) При нагріванні нижче т-ри рекристалізації. Розвивається вакуумна плавка заготовок В. і його сплавів з ін. Тугоплавкими металами.

Велику частину видобутого В. використовують в произове вольфрамових сталей і сплавів. Найбільш поширені вольфрамові швидкорізальні сталі. Спечені тверді сплави на основі карбіду В. (а також у поєднанні з ін. Карбідами), що відрізняються високою зносостійкістю, застосовують для різання і обробки металів тиском, буріння свердловин і т. П. Жароміцні сплави В. з ін. Тугоплавкими металами (молібденом, ніобієм, танталом, ренієм) застосовують в авіаційній і ракетній техніці; сплав вольфрам – реній використовують для високотемпературних термопар. В, використовують також в електротехніці, радіоелектроніці, для виготовлення електродів електронних приладів і газорозрядних трубок, антикатоді і катодів рентгенівських трубок, нагрівачів високотемпературних печей, контактів переривників в автомобільних двигунах, для нанесення покриттів та ін. Деякі сполуки В. (напр., Na2W 04 ) застосовують у лакофарбовій та текстильної пром-сті, у складі сухих антифрикційних мастил (WS8, WSe3) і т. д.

Характеристика елементів. При розгляді нижніх елементів підгрупи звертає увагу зростання іонізаційного потенціалу при практично незмінному атомному і іонному радіусі. Це означає ущільнення електронних оболонок атомів. Близькість радіусів обумовлює більшу схожість молібдену з вольфрамом, ніж цих металів з хромом. Стійкість ступенів окислення у них інша, ніж у хрому. Стан +2 у нього майже не зустрічається, а +3 для W нехарактерно, стійкіші +4 і +6.
Схожість з елементами підгрупи VIA проявляється в утворенні з’єднань SF6, WF6 та іонів SO, зв’язку в яких значною мірою ковалентних.
Властивості простих речовин і сполук. Вольфрам – метал, що відрізняються винятковою тугоплавкістю. У чистому вигляді він являють собою щільні, тверді, білі і блискучі речовини. Добре обробляються прокатної, штампуванням та іншими способами. На повітрі покриваються щільною оксидною плівкою і тому стійкі до дії звичайних корозійних агентів.
Вольфрам, реагує з кислотами: розчиняється в «царській горілці», гарячих концентрованих соляної, сірчаної та азотної, а також в окисно -щелочних розплавах (наприклад, в суміші NaOH І КОН). Вольфрам ж розчиняється тільки в суміші плавикової та азотної кислот, а сплавом з лугами призводить, аналогічно молібдену, до утворення солей – вольфраматів. Для вольфраму відома аналогічна «вольфрамова синь».

З неметалами вольфрам реагують при значному нагріванні, утворюючи міцні карбіди, силіциди, сульфіди, галогеніди і цілий ряд оксидів, найстійкішими з яких є вищі WO3.
Їм відповідають солі Na2WО4 вольфрамової кислот. У кислому середовищі аніони цих солей здатні до конденсації, і утворюється ряд полівольфрамових кислот. Деякі з них можуть бути виділені; наприклад, при нагріванні розчину і додаванні сильних кислот випадає з розчину жовта вольфрамова кислота H18 [W4O21], або точніше 4WO3 · 9H2O. Склад розчинів вольфраматів сильно залежить від pH середовища.

Отримання і використання. Вольфрам в чистому вигляді з руд отримати дуже важко. Тому чаші всього з поліметалічних або молібдено- і вольфрамово-залізних руд виділяють феровольфрам-основну сировину для металургійної промисловості. Для отримання чистих металів їх піддають випалу до оксидів або хлоридів і подальшого відновлення.
Метали використовуються для створення високоякісних легованих сталей – жаростійких, конструкційних, інструментальних, швидкорізальних. Важливою властивістю таких сталей є збереження твердості при високих температурах. Подібні сплави служать для виготовлення нитки в електроламп. Добавка металів до сталі різко змінює її структуру і надає їй здатність витримувати температурні навантаження і вплив корозійних агентів.
Також читають.
Вольфрам (Wolframium; від нім. Wolf – вовк і Rahm – піна), W – хім. елемент VI групи періодичної системи елементів; ат. н. 74, ат. м. 183,85. Тугоплавкий важкий метал. Детальніше
Вольфрама сплави – сплави на основі вольфраму. У пром. масштабах застосовуються з 50-х рр. 20 в. Відносяться до жароміцних сплавів. В. с. легируют ренієм, молібденом, нікелем, танталом, залізом, оксидами, карбідами та ін. Докладніше
Вольфрамова сталь – сталь, де основним легуючим елементом є вольфрам. Застосовується з початку 20 ст. Розрізняють В. с, леговану тільки вольфрамом, і складнолегована В, с, в яку, крім вольфраму, додають хром, нікель. Детальніше
Вольфрамірованіе – діффузнойное насичення поверхневого шару металевих виробів вольфрамом або нанесення покриттів з чистого вольфраму на металеві та неметалеві вироби. Детальніше
Вольфрамати – солі вольфрамових кислот. Перші відомості про В, відносяться до кінця 18 ст., Коли швед, хімік К. Л Шеєле підучив вольфрамову к-ту розкладанням шеелита. Детальніше
Мінерал руда вольфраму зустрічається в природі головним чином у вигляді окислених складних з’єднань, утворених трьох-окисом вольфраму WО3 і окислами заліза і марганцю або кальцію. Детальніше
Вольфрамові сплави. Майже з усіма металами вольфрам утворює сплави, однак отримати їх не так-то просто. Справа в тому, що загальноприйняті методи сплавления в даному випадку, як правило, непридатні. Детальніше
Вольфрам властивості. Вольфрам відрізняється від усіх інших металів особливою тяжкістю, твердістю і тугоплавкістю. Давно відомо вислів: «Важкий, як свинець». Правильніше було б говорити: «Важкий, як вольфрам». Щільність вольфраму майже вдвічі більше. Детальніше
Вольфрам застосування. Світове виробництво вольфраму – приблизно 30 тис. Т на рік. З початку нашого століття воно не раз зазнавало різкі злети і настільки ж круті спади. І зараз вольфрам є суто стратегічним металом. Детальніше
Вольфрам отримання. Перша стадія – збагачення руди, відділення цінних компонентів від основної маси – порожньої породи. Методи збагачення – звичайні для важких руд і металів: подрібнення і флотація з подальшими операціями – магнітною сепарацією. Детальніше
Вольфрам історія. Елемент № 74 зараховують зазвичай до рідким металам: його вміст в земній корі оцінюється в 0,0055%; його немає в морській воді, його не вдалося виявити в сонячному спектрі. Однак за популярністю вольфрам. Детальніше
Вольфраміт- (Fe, Mn) [WO4], що змінюється від залозистого члена ферберіта Fe [WO4] до марганцовистого члена гюбнеріта Mn [WO4]. Назва вольфраміту походить від німецьких слів вольф – вовк і рам – піна. Детальніше
Шеєліт. Названий на честь шведського хіміка Карла Шеєле, який відкрив у шеєліт присутність окису вольфраму. Хімічний склад: СаО – 19,4%, WО3 – 80,6%. Містить домішки, крім МоО3 також CuO, іноді рідкісні землі. Детальніше
Вульфеніт – названий так на честь австрійського мінералога Франца Вюльфена. Хімічний склад: PbO – 61,4%, МоО3 – 38,6%. Іноді містить домішки СаО, CuO, MgO, WО3, а також Cr2О3 і V2О5.

Посилання на основну публікацію