в чем растворяется вольфрам

Вольфрам

Вольфрам — самый тугоплавкий из металлов. Более высокую температуру плавления имеет только неметаллический элемент — углерод. При стандартных условиях химически стоек. Название Wolframium перешло на элемент с минерала вольфрамит, известного ещё в XVI в. под названием лат. Spuma lupi («волчья пена») или нем. Wolf Rahm («волчьи сливки», «волчий крем»). Название было связано с тем, что вольфрам, сопровождая оловянные руды, мешал выплавке олова, переводя его в пену шлаков («пожирает олово как волк овцу»).

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).

Вольфрам используют в качестве электродов для аргоно-дуговой сварки. Сплавы, содержащие вольфрам, отличаются жаропрочностью, кислотостойкостью, твердостью и устойчивостью к истиранию. Из них изготовляют хирургические инструменты (сплав «амалой»), танковую броню, оболочки торпед и снарядов, наиболее важные детали самолетов и двигателей, контейнеры для хранения радиоактивных веществ. Вольфрам — важный компонент лучших марок инструментальных сталей. Вольфрам применяется в высокотемпературных вакуумных печах сопротивления в качестве нагревательных элементов. Сплав вольфрама и рения применяется в таких печах в качестве термопары.

Для механической обработки металлов и неметаллических конструкционных материалов в машиностроении (точение, фрезерование, строгание, долбление), бурения скважин, в горнодобывающей промышленности широко используются твёрдые сплавы и композитные материалы на основе карбида вольфрама (например, победит, состоящий из кристаллов WC в кобальтовой матрице; широко применяемые в России марки — ВК2, ВК4, ВК6, ВК8, ВК15, ВК25, Т5К10, Т15К6, Т30К4), а также смесей карбида вольфрама, карбида титана, карбида тантала (марки ТТ для особо тяжёлых условий обработки, например, долбление и строгание поковок из жаропрочных сталей и перфораторное ударно-поворотное бурение крепкого материала). Широко используется в качестве легирующего элемента (часто совместно с молибденом) в сталях и сплавах на основе железа. Высоколегированная сталь, относящаяся к классу «быстрорежущая», с маркировкой, начинающейся на букву Р, практически всегда содержит вольфрам. ( Р18, Р6М5. от rapid — быстрый, скорость).

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).

Источник

Вольфрам металл

О вольфраме и его свойствах

Об основных химических и физических свойствах вольфрама

Название вольфрам в переводе означает «волк» и «пена» или металл, «пожирающий» олово. В природе он представлен черными или желтоватыми камнями, встречающимися вместе с касситеритом (оловом). Вольфрам известный металлургам его из 16-18 века. Его содержание в тяжелой руде снижает выходную долю олова. На Урале он известный был под названием «волчец». Впервые металл назвали вольфрамом в 1574 году.

На протяжении 19 века свойства вольфрама и его соединений изучались многими учеными. Их исследования поспособствовали значительному расширению области применения этого металла. На сегодняшний день характеристики вольфрама хорошо известны. Он нашел свое применение во многих отраслях, в частности, и в народном хозяйстве. Вольфрам не является редким, ведь его содержание в земной коре лишь немного уступает количеству таких металлов как цинк, свинец, хром и другие нередкие.

Вольфрам занимает место в шестой группе и пятом периоде периодической системы Д.И. Менделеева. Входит он в подгруппу хрома. Валентность металла достаточно высокая переменная, за счет расположения электронов в нем. Благодаря такому свойству вольфрам присутствует в большинстве соединений, как кислородсодержащий анион.

Воздух не оказывает на вольфрам никакого воздействия, однако при повышенной влажности его поверхность подвергается медленному окислению. При 700 °C данный металл вступает в реакцию с водой, в результате чего получается двуокись вольфрама и водород. Кислоты не оказывают воздействия на вольфрам, его поверхность окисляется концентрированной азотной кислотой и царской водкой. Растворителем этого металла является смесь азотной и фтористоводородной кислот.

Металлический вольфрам растворяется в растворе с высоким содержанием щавелевой кислоты в присутствии пергидроля. При протекании реакции образовывается комплексное соединение вольфрама и щавелевой кислоты.

Кипит вольфрам при 5800°K. Характеристика упругости изменяется при нагреве – становится выше.

Щелочные растворы не оказывают никакого воздействия на вольфрам, но при присутствии окислителей, таких как перекись водорода и персульфат аммония, металл вступает в реакцию с аммиаком. Выходной материал – соль вольфрамовой кислоты. При присутствии окислителей наблюдается сплавление металлического вольфрама с щелочами или содой. В ходе реакции получается, как и в предыдущем случае, соль вольфрамовой кислоты.

Особенности трехокиси вольфрама или вольфрамового ангидрида

Вольфрамовым ангидридом принято называть конечный продукт, полученный при переработке вольфрамового сырья. Он желтого цвета, в процессе нагревания становится оранжевым. Представлена трехокись вольфрама в виде порошка. При температуре 1357°C упругость паров данного металла достигает 1 атм. Но заметное повышение характеристики наблюдается при более низких температурах, поэтому не рекомендуется получать вольфрамовый ангидрид способом прокаливания вольфрамовой кислоты выше, чем при 800-850°C. Что способствует уменьшению потерь.

При необходимости определения количества вольфрама в вольфрамовой кислоте, прокаливают её при температуре 750-800°C.

Вольфрамовый ангидрид практически не растворяется в кислотах и воде.

Особенности низших окислов вольфрама

К этой группе относятся «синие» окислы, исследования состава которых до сих пор вызывают значительный интерес и становятся предметом многих работ ученых. Условно указывается, что валентность такого металла – 5, но на самом деле это не так, ведь он в действительности имеет более сложную структуру.

На сегодняшний день принято считать, что из вольфрама образуются промежуточные окислы или твердые растворы. Также, в некоторых случаях, они рассматриваются как вольфрамо-вольфраматы, т.е. как вольфрамовая соль вольфрамовой кислоты. «Синие» окислы получают путем воздействия на раствор или соединения вольфрама в сухом виде восстановителями.

Образование «синих» окислов – это характерная для вольфрама реакция, об их присутствии свидетельствует посинение раствора вольфрамата или зеленый оттенок трехокиси вольфрама. Восстановление шестивалентного вольфрама проводится растворами хлористого олова, фосфористой кислоты, двухвалентного хрома, трехвалентного титана, а также металлами, потенциал которых более отрицательный.

Особенности перекисных соединений вольфрама

К перекисным соединениям относятся: надвольфраматы, первольфраматы или пероксидыи вольфрама. Образуются они в ходе реакций вольфрама и перекиси водорода. Первольфрамат изучен более 60 лет тому назад, он хорошо растворяется в воде. Цвет материала желтый. Он обладает высокой устойчивостью в водных растворах при низких температурах, при этом устанавливается равновесное состояние между первольфраматом и перекисью водорода. С помощью первольфрамата можно получить свободный йод посредством окисления йодистого калия. Также ним окисляются спирт и альдегид.

В 1951 учеными был получен первольфрамат белого цвета. Образуется такое вещество из материала желтого цвета в результате его хранения при повышенной влажности в течение 24-48 часов. Распад белого первольфрамата проходит при температуре 60-70°C, при этом наблюдается слабая вспышка, в результате чего в среду отдаются излишки кислорода. С водой он взаимодействует аналогично желтому предшественнику.

Особенности соединений вольфрама с галогенами

Известны различные соединения вольфрама с галогенами. Значимыми среди них являются хлориды. Получают его посредством нагрева до 500 °C металлического вольфрама с хлором. Для шестихлористого вольфрама характерна форма в виде кристаллов синевато-черного цвета с фиолетовым оттенком.

Хлорид вольфрама получают из различных соединений вольфрама. В качестве хлорирующего агента используется не только газообразный хлор, но и различные соединения хлора, такие как хлористый водород, фосген, пятихлористый фосфор, сера и.др. Хлористый вольфрам и хлорокись вольфрама при реакции с водой образуют вольфрамовую кислоту. Хлориды и оксихлориды вольфрама легко получают при относительно низких температурах, что используется при проведении анализа вольфрама.

Особенности соединений вольфрама с серой

Шестивалентный сульфид вольфрама, или трисульфид получают посредством нагрева сульфосолей вольфрама в парах серы или косвенно, в процессе подкисления раствора. Сырье для производства образуется путем пропускания сероводорода через раствор вольфрамата, который может быть нейтральным или щелочным. Сульфосоли вольфрама хорошо растворяются в воде. Трисульфид вольфрама, наоборот не взаимодействует с ней. Для растворения данного вещества используют растворы щелочей и сернистых щелочей. При взаимодействии с водой трисульфид вольфрама способен образовывать коллоидные растворы. При нагревании шестивалентного сульфида вольфрама в закрытой среде, от него отщепляется сера и трисульфид становится дисульфидом.

Область применения вольфрама

Достаточно долго вольфрам вовсе не использовался. Его начали активно применять после промышленной революции. Более того, этот металл стал незаменимым. В электротехнической промышленности из вольфрама производят нити ламп накаливания. В медицине из его различных концентраций изготавливают рентгеновские трубки. Востребован металл и сплавы на его основе в атомной промышленности. Из вольфрама производят специальные контейнеры, которые защищают от радиоактивного излучения, при этом толщина экрана требуется меньше, чем в аналогичных конструкциях из свинца.

О приобретении вольфрама

Купить вольфрам как розничными, так и оптовыми партиями можно, обратившись в компанию «Метаторг». Цены вас приятно удивят. Качество продукции высокое и обеспечивается за счет использования проверенного сырья и производства металлопроката на современном зарубежном оборудовании. Вольфрам изготавливается в соответствии с международными сертификатами качества ISO, отечественными ГОСТ и ТУ.

Компания «Метаторг» реализует со склада: вольфрамовую проволоку, вольфрамовый пруток, вольфрамовый порошок, вольфрамовые электроды, вольфрамовый штабик, вольфрамовый лист, таких марок как: ВА, ВЧ, ВРН, ВТ, ВИ, ВЛ, В-МП, ЭВИ-1, ЭВИ-2, ЭВИ-3, ЭВЧ, ЭВТ-15, СВИ.

Источник

Вольфрам

Вольфрам
Тугоплавкий прочный металл, стального цвета или белый
Название, символ, номер	Вольфрам / Wolframium (W), 74
Атомная масса (молярная масса)	183,84(1) а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация	[Xe] 4f 14 5d 4 6s 2
Радиус атома	141 пм
Ковалентный радиус	170 пм
Радиус иона	(+6e) 62 (+4e) 70 пм
Электроотрицательность	2,3 (шкала Полинга)
Электродный потенциал	W ← W 3+ 0,11 В W ← W 6+ 0,68 В
Степени окисления	6, 5, 4, 3, 2, 0
Энергия ионизации (первый электрон)	769,7 (7,98) кДж/моль (эВ)
Плотность (при н. у.)	19,25 г/см³
Температура плавления	3695 K (3422 °C, 6192 °F)
Температура кипения	5828 K (5555 °C, 10031 °F)
Уд. теплота плавления	285,3 кДж/кг 52,31 кДж/моль
Уд. теплота испарения	4482 кДж/кг 824 кДж/моль
Молярная теплоёмкость	24,27 Дж/(K·моль)
Молярный объём	9,53 см³/моль
Структура решётки	кубическая объёмноцентрированная
Параметры решётки	3,160 Å
Температура Дебая	310 K
Теплопроводность	(300 K) 162,8 Вт/(м·К)
Номер CAS	7440-33-7

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

История и происхождение названия

В английском и французском языках вольфрам называется tungsten (от швед. tung sten — «тяжёлый камень»). В 1781 году знаменитый шведский химик Карл Шееле, обрабатывая азотной кислотой минерал шеелит, получил жёлтый «тяжёлый камень» (триоксид вольфрама). В 1783 году испанские химики братья Элюар сообщили о получении из саксонского минерала вольфрамита как растворимой в аммиаке жёлтой окиси нового металла, так и самого металла. При этом один из братьев, Фаусто, был в Швеции в 1781 году и общался с Шееле. Шееле не претендовал на открытие вольфрама, а братья Элюар не настаивали на своём приоритете.

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.

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

Источник