Волфрам

елемент са атомским бројем 74

Волфрам (W, лат. wolframium) прелазни је метал VIB групе са атомским бројем 74.[7][8] Име је добио по немачкој речи Wolfram која означава безвредан метал. Спада у прелазне метале. Волфрам је сребрени сјајни метал, у свом чистом стању је крхак тешки метал,[9][10] велике релативне густине. Међутим, чисти монокристални волфрам је дуктилнији и може се резати тестером од тврдог челика.[11] Међу свим металима (у чистом стању) има највишу тачку топљења и другу највишу тачку кључања.[12] Његова густина је 19,25 грама по кубном центиметру,[13] упоредива са густином уранијума и злата и много већа (око 1,7 пута) од олова.[14]

Волфрам
Wolfram evaporated crystals and 1cm3 cube.jpg
Општа својства
Име, симболволфрам, W
Алтернативно имеwolfram, pronounced: /ˈwʊlfrəm/ (WUUL-frəm)
Изгледсиво бео, сјајан
У периодном систему
Водоник Хелијум
Литијум Берилијум Бор Угљеник Азот Кисеоник Флуор Неон
Натријум Магнезијум Алуминијум Силицијум Фосфор Сумпор Хлор Аргон
Калијум Калцијум Скандијум Титанијум Ванадијум Хром Манган Гвожђе Кобалт Никл Бакар Цинк Галијум Германијум Арсен Селен Бром Криптон
Рубидијум Стронцијум Итријум Цирконијум Ниобијум Молибден Технецијум Рутенијум Родијум Паладијум Сребро Кадмијум Индијум Калај Антимон Телур Јод Ксенон
Цезијум Баријум Лантан Церијум Празеодијум Неодијум Прометијум Самаријум Европијум Гадолинијум Тербијум Диспрозијум Холмијум Ербијум Тулијум Итербијум Лутецијум Хафнијум Тантал Волфрам Ренијум Осмијум Иридијум Платина Злато Жива Талијум Олово Бизмут Полонијум Астат Радон
Францијум Радијум Актинијум Торијум Протактинијум Уранијум Нептунијум Плутонијум Америцијум Киријум Берклијум Калифорнијум Ајнштајнијум Фермијум Мендељевијум Нобелијум Лоренцијум Радерфордијум Дубнијум Сиборгијум Боријум Хасијум Мајтнеријум Дармштатијум Рендгенијум Коперницијум Нихонијум Флеровијум Московијум Ливерморијум Тенесин Оганесон
Mo

W

Sg
танталволфрамренијум
Атомски број (Z)74
Група, периодагрупа 6, периода 6
Блокd-блок
Рел. ат. маса (Ar)183,84(1)[1]
Ел. конфигурација
по љускама
2, 8, 18, 32, 12, 2
Физичка својства
Тачка топљења3695 K ​(3422 °‍C, ​6192 °F)
Тачка кључања6203 K ​(5930 °‍C, ​10706 °F)
Густина при с.т.19,3 g/cm3
течно ст., на т.т.17,6 g/cm3
Топлота фузије52,31 kJ/mol[2][3]
Топлота испаравања774 kJ/mol
Мол. топл. капацитет24,27 J/(mol·K)
Напон паре
P (Pa) 100 101 102
на T (K) 3477 3773 4137
P (Pa) 103 104 105
на T (K) 4579 5127 5823
Атомска својства
Електронегативност2,36
Енергије јонизације1: 770 kJ/mol
2: 1700 kJ/mol
Атомски радијус139 pm
Ковалентни радијус162±7 pm
Линије боје у спектралном распону
Остало
Кристална структураунутрашњецентр. кубична (BCC)
Body-centered cubic кристална структура за волфрам
Брзина звука танак штап4620 m/s (на с.т.) (жарен)
Топл. ширење4,5 µm/(m·K) (на 25 °‍C)
Топл. водљивост173 W/(m·K)
Електрична отпорност52,8 nΩ·m (на 20 °‍C)
Магнетни распоредпарамагнетичан[4]
Магнетна сусцептибилност (χmol)+59,0·10−6 cm3/mol (298 K)[5]
Јангов модул411 GPa
Модул смицања161 GPa
Модул стишљивости310 GPa
Поасонов коефицијент0,28
Мосова тврдоћа7,5
Викерсова тврдоћа3430–4600 MPa
Бринелова тврдоћа2000–4000 MPa
CAS број7440-33-7
Историја
Откриће и прва изолацијаХуан Хозе Елхујар и Фаусто Елхујар[6] (1783)
Именовање и епонимТорберн Бергман (1781)
Главни изотопи
изо РА полуживот (t1/2) ТР ПР
180W 0,12% 1,8×1018 y α 176Hf
181W syn 121,2 d ε 181Ta
182W 26,50% стабилни
183W 14,31% стабилни
184W 30,64% стабилни
185W syn 75,1 d β 185Re
186W 28,43% стабилни
референцеВикиподаци

Његова напознатија употреба је као жарећа нит (филамент) у сијалицама. Волфрам је заступљен у земљиној кори у количини од 1 ppm (енгл. parts per million). Најважнији минерали волфрама су: шелит CaWO4 иволфрамит (Fe,Mn)WO4}}

ИсторијаУреди

 
Волфрам у праху

Већ у 16. веку фрајбершки минералог Георгиј Агрикола је описао проналазак минерала међу рудом калаја из Саксоније, који је прилично отежавао добијање калаја јер је повећавао удео шљаке у руди. Управо део његовог имена волф (нем. Wolf - вук) је изведен из ове особине, јер је тај минерал дословно јео руду калаја попут вука. Да ли се тада радило о минералу волфрамиту чак ни данас није са сигурношћу познато, јер је он описивао лакоћу тог минерала. Агрикола је тај минерал назвао lupi spuma, што на латинском значи отприлике вучја пена. Касније је назван волфрам, из средњенемачког rām, отпад, чађ, јер се црносиви метал врло лако могао самлети и тада је изгледом подсјећао на чађ.[15] Његов међународни хемијски симбол W је изведен из немачког Wolfram.

У енглеском, италијанском и француском језику, овај метал се назива tungsten што је изведено из шведског Tung Sten, дословног значења тешки камен. Међутим, у шведском језику у то време, волфрам се није називао тим именом, него калцијум волфрамат. У њему је немачко-шведски хемичар Карл Вилхелм Шеле 1781. године открио до тада непознату со. Чисти волфрам су добили 1783. године шпански научници браћа Фаусто и Хуан Хозе Елхујар, вођени Шелеовим открићима, путем редукције волфрам триоксида, а који су добили из волфрамита.

ОсобинеУреди

ФизичкеУреди

Волфрам је сребрени, сјајни метал, у чистом стању се лако извлачи. Има веома велику густину, тврдоћу и чврстоћу. Густина волфрама је готово равна густини злата, а Бринелова тврдоћа му износи 250 ХБ. Отпорност на извлачење волфрама износи од 550-620 N/mm2 до 1920 N/mm.[16] Метал егзистира у стабилној кубној-просторно центрираној α модификацији са параметром решетке од 316 pm при собној температури.[17] Ова врста кристалне структуре се често назива и волфрамска врста. Код супстанце за коју се каже да има метастабилну β-модификацију волфрама (изобличену кубну просторно-центрирану), ради се заправо о оксиду богатим волфрамом W3O.[18]

Волфрам има највишу тачку топљења од 3422°C као и највишу тачку кључања од 5930°C[12] од свих хемијских елемената. Једино се угљеник не топи, али на температури од 3642°C сублимира директно у гасовито стање.

Волфрам је супрапроводник при критичној температури од око 15 mK.[18]

ХемијскеУреди

Волфрам је хемијски врло отпоран метал, којег на собној температури не нападају киселине попут царске воде или флуороводоничне киселине. Међутим, може се растворити у смеши флуоридне и атотне киселине те у истопљеној смеши алкалних нитрата и карбоната.

ИзотопиУреди

Позната су 33 изотопа волфрама и пет нуклеарних изомера. Од њих се само пет изотопа јавља у природи: 180W, 182W, 183W, 184W и 186W. Изотоп волфрама 184W је највише заступљен у природи. Свих пет природних изотопа би, теоретски, могли бити нестабилни, пошто се током CRESST експеримента 2004. године у Laboratoriji nazionali del Gran Sasso дошло до попратног резултата при потрази за тамном материјом да се изотоп 180W распада алфа-распадом.[19] У том експерименту израчунато је његово време полураспада од 1,8 трилиона година, а такав распад се у нормалним лабораторијским условима није могао доказати. Радиоактивност овог природног изотопа је тако мала, да се за све практичне сврхе може потпуно занемарити. Претпостављено време полураспада код друга четири природна изотопа би, по данашњем стању науке, могло бити још и дуже, око осам трилиона година. Вештачки радиоактивни изотопи волфрама имају врло кратка времена полураспада и крећу се од 0,9 ms код 185W до 121,2 дана код 181W.

РаспрострањеностУреди

 
Волфрамит из Португалије

Удео волфрама у Земљиној кори се креће око 0,0001 g/t[20] односно око 0,0064 посто по тежини. До данас овај метал није пронађен у самородном облику у природи. Руска академија наука је 1995. године објавила извјештај о постојању самородног волфрама, мада то откриће није потврђено од стране Међународне минеролошке организације (IMA) i njene komisije za nove minerale, nomenklaturu i klasifikaciju (CNMNC).[21] Познати су многи минерали волфрама, углавном оксида те волфрамата. Најважније руде волфрама су волфрамит (Mn, Fe)WO4 и шелит CaWO4. Осим њих, постоје и други волфрамови минерали попут штолцита PbWO4 и тунептита WO3 · H2O.

Највећа свјетска налазишта волфрама налазе се у Кини, Перуу, САЂу, Кореји, Боливији, Казахстану, Русији, Аустрији и Португалу. У Немачкој, волфрамова руда може се пронаћи у „Рудном горју” Erzgebirge. Доказане и вероватне светске резерве чистог волфрама износе око 2,9 милиона тона. У Европи најпознатије налазиште волфрама налази се у долини Фелбертал у аустријској савезној покрајини Салцбург.

ДобијањеУреди

Свјетска производња чистог волфрама 2006. године износила је 73.300 тона.[22] Убедљиво највећи светски произвођач волфрама је Кина, где се производи више од 80% овог метала. Државе са највећом производњом волфрама у 2006. години биле су:[22]

Ранг Држава Произведена количина
(у тонама годишње)
1   Кина 62.000
2   Русија 4.500
3   Канада 2.500
4   Аустрија 1.350
5   Португалија 900
6   Северна Кореја 600
7   Боливија 530
8 остале државе 900
 
Кристали волфрама високе чистоће

Волфрам се не може добити редукцијом са угљом из оксидних руда, јер том реакцијом настаје волфрам карбид.

Додавањем раствора амонијака настаје комплекс у облику амониј-параволфрамата (APW). Он се исфилтрира из раствора и затим се на температури 600°C претвара у релативно чисти волфрам триоксид. Жарењем се из њега добија волфрам(VI) оксид (WO3) који се при температури од 800°C у атмосфери водоника редукује до челичносивог волфрама:

 

Овим поступком настаје сиви прах волфрама, који се најчешће згрушњава у калупима те се синтерује у шипке помоћу електричне струје. На температурама преко 3400°C компактни метал волфрама се може истопити у посебним електролучним пећима у редуцираној атмосфери водоника.[23]

Види јошУреди

РеференцеУреди

  1. ^ Meija, J.; et al. (2016). „Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report)”. Pure and Applied Chemistry. 88 (3): 265—291. doi:10.1515/pac-2015-0305. 
  2. ^ Lide, David R., ур. (2009). CRC Handbook of Chemistry and Physics (90th изд.). Boca Raton, Florida: CRC Press. стр. 6-134. ISBN 978-1-4200-9084-0. 
  3. ^ Tolias P. (2017). „Analytical expressions for thermophysical properties of solid and liquid tungsten relevant for fusion applications”. Nuclear Materials and Energy. 13: 42—57. Bibcode:2017arXiv170306302T. arXiv:1703.06302 . doi:10.1016/j.nme.2017.08.002. 
  4. ^ Lide, D. R., ур. (2005). „Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds” (PDF). CRC Handbook of Chemistry and Physics (86th изд.). Boca Raton (FL): CRC Press. ISBN 978-0-8493-0486-6. 
  5. ^ Weast, Robert (1984). CRC, Handbook of Chemistry and Physics. Boca Raton, Florida: Chemical Rubber Company Publishing. стр. E110. ISBN 978-0-8493-0464-4. 
  6. ^ „Tungsten”. Royal Society of Chemistry. Royal Society of Chemistry. Приступљено 2. 5. 2020. 
  7. ^ Housecroft, C. E.; Sharpe, A. G. (2008). Inorganic Chemistry (3. изд.). Prentice Hall. ISBN 978-0-13-175553-6. 
  8. ^ Parkes, G.D. & Phil, D. (1973). Melorova moderna neorganska hemija. Beograd: Naučna knjiga. 
  9. ^ Lassner, Erik; Schubert, Wolf-Dieter (1999). „low temperature brittleness”. Tungsten: properties, chemistry, technology of the element, alloys, and chemical compounds. Springer. стр. 20—21. ISBN 978-0-306-45053-2. 
  10. ^ Gludovatz, B.; Wurster, S.; Weingärtner, T.; Hoffmann, A.; Pippan, R. (2011). „Influence of impurities on the fracture behavior of tungsten”. Philosophical Magazine (Submitted manuscript). 91 (22): 3006—3020. Bibcode:2011PMag...91.3006G. S2CID 137145004. doi:10.1080/14786435.2011.558861. 
  11. ^ Stwertka, Albert (2002). A Guide to the elements (2nd изд.). New York: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-515026-1. 
  12. ^ а б Zhang Y; Evans JRG and Zhang S (2011). „Corrected Values for Boiling Points and Enthalpies of Vaporization of Elements in Handbooks”. J. Chem. Eng. Data. 56 (2): 328—337. doi:10.1021/je1011086. 
  13. ^ „This Chinese Company Proudly Sells Tungsten-Filled Gold Bars”. 2012. 
  14. ^ Daintith, John (2005). Facts on File Dictionary of Chemistry (4th изд.). New York: Checkmark Books. ISBN 978-0-8160-5649-1. 
  15. ^ Elmar Seebold, ур. (2002). Kluge: Etymologisches Wörterbuch der deutschen Sprache (24 изд.). Berlin: Walter de Gruyter. стр. 995—996. ISBN 3-11-017473-1. 
  16. ^ Wolfram - online Katalog - Lieferant von Materialien in kleinen Mengen fuer die Forschung - Goodfellow.
  17. ^ Tungsten Properties
  18. ^ а б Holleman-Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie, 101. izd.
  19. ^ Cristina Cozzini et al, Detection of the natural α decay of tungsten, Physical Review C (2004), preprint.
  20. ^ Hans Breuer (2000). dtv-Atlas Chemie, Band 1 (9 изд.). dtv-Verlag. стр. 243. ISBN 3-423-03217-0. 
  21. ^ IMA/CNMNC List of Mineral Names – Tungsten Архивирано 2012-09-11 на сајту WebCite (engl, PDF; str. 290)
  22. ^ а б Wolfram bei usgs mineral Resources (PDF)
  23. ^ Abbildung zonengeschmolzene Wolfram Stücke.

Спољашње везеУреди