Физические свойства вольфрама – Свойства вольфрама как металла

Физические свойства вольфрама – Свойства вольфрама как металла | СпецМеталлМастер

alexxlab | 25.06.2020 | 0 | Разное

Содержание

Физические и химические свойства Вольфрама

Вольфрам имеет следующую историю: тяжелые черные или желтоватые камни, встречающиеся вместе с оловянным камнем (касситеритом), были хорошо известны металлургам 16-18 веков. Наличие этой тяжелой руды снижало выход олова. Казалось, что она “пожирала” олово. Отсюда возникли названия этой руды: тяжелый камень или вольфрам от слов волк и пена. На Урале та же руда была известна как “волчец”. Впервые в печати слово вольфрам появилось в 1574 году. В течение 19 века вольфрам и его соединения изучались многими исследователями, работы которых привели к его широкому применению.Сейчас вольфрам настолько хорошо изучен и настолько широко применяется в народном хозяйстве, что по существу уже может не считаться редким металлом, тем более, что содержание его в земной коре всего лишь примерно на один порядок меньше, чем содержание цинка, меди, свинца, хрома, и других нередких металлов.Вольфрам относится к шестой группе периодической системы и входит в подгруппу хрома.Находясь в пятом периоде, т.е. во втором большом периоде вольфрам имеет следующее расположение электронов: 2,8,18,32,12,2.В следствие такого расположения электронов вольфрам обладает переменной валентностью.Благодаря высокой валентности вольфрам входит в большинство соединений в виде кислородсодержащего аниона. Вольфрам- самый тугоплавкий металл и один из самых тяжелых. Его плотность 19,3 г/см3. Чистый металлический вольфрам имеет белый или серебристо-белый цвет, похож на платину.

Основные характеристики вольфрама:

Порядковый номер 74
Атомный вес 183,82
Плотность 19,3
Радиус атома 1,41
Радиус шестивалентного иона 0,50
Электросопротивление 5,5*20
Температура плавления 3377

Удельное электросопротивление 5,5 ом·см (20 °C). На воздухе вольфрам не изменяется, однако в присутствии влаги порошкообразный вольфрам медленно окисляется; при 700 °C вольфрам разлагает воду с образованием двуокиси вольфрама и водорода. Кислоты на вольфрам почти не действуют. Концентрированная азотная кислота и царская водка окисляют вольфрам с поверхности; растворяется же он в смеси фтористоводородной и азотной кислот.

Растворение металлического вольфрама возможно также в насыщенном растворе щавелевой кислоты в присутствии пергидроля, при этом образуются комплексные соединения вольфрама с щавелевой кислотой.

Температура кипения вольфрама около 5800°K. Упругость паров вольфрама изменяется с температурой следующим образом:

Температура °C	3990	4507	4690	4886	5168	5403
Упругость пара, мм рт.ст	1	10	20	60	100	200

Растворы щелочей не действуют на вольфрам, однако в присутствии окислителей, например перекиси водорода или персульфата аммония, вольфрам может растворяться в аммиаке. В присутствии же окислителей металлический вольфрам хорошо сплавляется со щелочами или с содой, образуя, так же как и в предыдущем случае, соль вольфрамовой кислоты.

Трехокись вольфрама или вольфрамовый ангидрид. Важнейшее соединение, являющееся конечным продуктом переработки вольфрамового сырья,-желтое порошкообразное вещество, при нагревании оранжевое. Упругость паров трехокиси вольфрама достигает одной атмосферы при 1357°C, но заметная вагонка начинается при значительно более низких температурах. Поэтому при получении трехокиси вольфрама прокаливанием вольфрамовой кислоты не рекомендуется, во избежание потерь, повышать температуру печи выше 800-850°C.Если же требуется прокалить вольфрамовую кислоту с целью количественного определения вольфрама, то придерживаются еще более низких температур – 750-800°C.

Трехокись вольфрама практически нерастворима в воде и в кислотах.

Низшие окислы вольфрама.

К группе низших окислов вольфрама относятся так называемые “синие окислы”, состав которых являлся предметом многочисленных исследований.Условно синие окислы принимают за окись пятивалентного вольфрама, но в действительности состав их, по – видимому значительно сложнее. В настоящее время принимается, что вольфрам образует промежуточные окислы, которые можно рассматривать как твердые растворы. Иногда рассматривают синие окислы как вольфрамо-вольфраматы, т.е. как вольфрамовую соль вольфрамовой кислоты.Синие окислы образуются при действии различных восстановителей на раствор вольфрама или даже на сухие соединения вольфрама. На образование синих окислов основана характерная реакция на вольфрам, их присутствием объясняется также посинение растворов вольфраматов или появление зеленого оттенка у трехокиси вольфрама. Восстанавливать шестивалентный вольфрам можно при помощи растворов хлористого олова, фосфористой кислоты, двухвалентного хрома, трехвалентного титана, а также при помощи металлов , обладающих более отрицательным потенциалом.

Перекисные соединения вольфрама.

Вольфрам образует с перекисью водорода перекисные соединения(называемые надвольфраматами, первольфраматами или пероксидами вольфрама). Известен желтый первольфрамат подробно изученный еще в 1951 году. Этот первольфрамат хорошо растворим в воде и при низких температурах довольно устойчив в водных растворах, в которых устанавливается равновесие между первольфраматом и перекисью водорода. Растворы первольфрамата окисляют йодистый калий до свободного йода, а при температурах выше комнатной – окисляют спирт и альдегид. Ученые в 1951 году получили также белый первольфрамат который образуется из желтого при хранении последнего во влажном воздухе в течение 1 -2 суток. Белый вольфрамат распадается при 60-70°C со слабой вспышкой, отдавая весь лишний кислород. Отношение к воде белого первольфрамата такое же, как и у желтого.

Соединения вольфрама с галогенами.

Вольфрам образует различные соединения с галогенами. Наибольшее значение из них имеют его хлориды. Порошкообразный металлический вольфрам непосредственно соединяется с хлором при нагревании до температур порядка 500 °C.Шестихлористый вольфрам представляет собой синевато-черные с фиолетовым оттенком кристаллы, считают что фиолетовый оттенок появлется только у нечистых кристаллов. Для получения хлорида вольфрама пользуются различными соединениями вольфрама, причем в качестве хлорирующих агентов можно применять не только газообразный хлор, но и различные соединения хлора : хлористый водород, фосген, пятихлористый фосфор, сера и.др. Водой хлористый вольфрам, так же как и хлорокись вольфрама, разлагается с образованием вольфрамовой кислоты. Легкость образования хлоридов и оксихлоридов вольфрама при сравнительно низких температурах используется в технологии при анализе вольфрама.

Соединения вольфрама с серой.

Дисульфид вольфрама представляет собой темно-серый кристаллический порошок удельного веса 7,5. Он не растворяется в воде, растворяется в смеси азотной и плавиковой кислот и в расплавленных щелочах. В противоположность дисульфиду молибдена, дисульфид вольфрама в природе встречается очень редко. Сульфид шестивалентного вольфрама, или трисульфид получается нагреванием в парах серы или косвенным путем при подкислении раствора сульфосоли вольфрама. Сульфосоли вольфрама образуются при пропускании сероводорода через нейтральный или щелочной раствор вольфрамата щелочного металла. Сульфосоли вольфрама хорошо растворимы в воде. Трисульфид вольфрама легко растворяется в растворах щелочей и сернистых щелочей, в воде он практически нерастворим, но легко образует коллоидные растворы. Трисульфид вольфрама при нагревании без доступа воздуха отщепляет серу, переходя при этом в дисульфид вольфрама.

Применение вольфрама

Вольфрам на протяжении долгого времени массово не использовался и не был популярен. После промышленной революции, которая способствовала полной индустриализации мирового сообщества, вольфрам стал незаменимым металлом. В электротехнической промышленности специалисты и инженеры ведущих компаний используют вольфрам для производства ламп накаливания. В медицине при производстве рентгеновских трубок используют вольфрам разной концентрации. Применение вольфрамовых сплавов в атомной промышленности достаточно высоко. При изготовлении специальных контейнеров, которые защищают от радиоактивного излучения, используют вольфрам. Защитные свойства вольфрама на 50% выше, чем у свинца, за счет меньшей толщины экрана. Подробнее прочитать про применение вольфрама.

Купить вольфрам

В компании ТК Урал-Металл вы всегда можете приобрести продукцию из вольфрама по самым низким ценам на отечественном рынке. Продукция выпускаемая на современном иностранном оборудовании известных марок, с учетом соблюдения международных сертификатов качества ISO, отечественных ГОСТА и ТУ, самая конкурентоспособная во всем Уральском регионе. На сайте компании вы всегда можете заказать: вольфрамовая проволока, вольфрамовый пруток, вольфрамовый порошок, вольфрамовые электроды, вольфрамовый штабик, вольфрамовый лист. Все ваши заказы мы принимаем и обрабатываем точно в срок. В нашей компании вы всегда можете приобрести вольфрам и его сплавы следующих марок: ВА, ВЧ, ВРН, ВТ, ВИ, ВЛ, В-МП, ЭВИ-1, ЭВИ-2, ЭВИ-3, ЭВЧ, ЭВТ-15, СВИ.

Мы предлагаем следующую продукцию из вольфрама: вольфрамовую полосу, вольфрамовую проволоку, вольфрамовый пруток, вольфрамовый штабик, вольфрамовые электроды.

www.ural-metall.com

Вольфрам — Мегаэнциклопедия Кирилла и Мефодия — статья

Вольфра́м (лат. Wolframium), W (читается «вольфрам»), химический элемент с атомным номером 74, атомная масса 183, 85. Природный вольфрам состоит из пяти стабильных изотопов ¹⁸⁰W (0, 135 масс.%), ¹⁸²W (26, 41%), ¹⁸³W (14, 4%), ¹⁸⁴W (30, 64%) и ¹⁸⁶W (28, 41%).

Конфигурация двух внешних электронных слоев 5s²p⁶d⁴6s². Степени окисления от +2 до +6 (валентности II-VI). Расположен в группе VIВ в шестом периоде периодической системы. Радиус атома 0, 1368 нм, радиус ионов W⁴⁺ — 0, 080 нм, W

6+ — 0, 065-0, 074 нм. Энергии последовательной ионизации 7, 98, 17, 7 эВ, сродство к электрону 0, 5 эВ. Электроотрицательность по Полингу 1, 7.

В 14-16 веках немецкие металлурги при выплавке олова сталкивались с тем, что в ряде случаев при прокаливании оловянной руды с углем большая часть олова оказывается в составе пенистого шлака. Позднее это было объяснено присутствием в оловянной руде SnO₂ (касситерите) примеси вольфрамита OsO₄ (Fe, Mn)WO₄. Название элемента происходит от немецких слов Wolf — волк, Rahm — пена, поскольку он мешал выплавке олова, переводя его в шлак. Оксид вольфрама WO₃ впервые был выделен в 1781 шведским исследователем К. Шееле . Металлический вольфрам был получен через несколько лет испанскими химиками братьями д’Элуяр.

Вольфрам мало распространен в природе, содержание в земной коре 1, 3·10^-4% по массе. Основные минералы: вольфрамит и шеелит СaWO₄, который первоначально называли тунгстен (швед. тяжелый камень). В настоящее время в США, Великобритании и Франции для вольфрама используют название «тангстен» и символ Tu.

Получая вольфрам, вначале из руд выделяют оксид WO₃. Затем WO₃ восстанавливают водородом при нагревании до металлического порошка. Из-за высокой температуры плавления металлического вольфрама получить компактный вольфрам плавлением трудно. Поэтому 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 его в монолитный материал.

Вольфрам — светло-серый металл. Решетка кубическая объемно центрированная, а = 0, 31589 нм (a-модификация). Температура плавления 3380 °C (самый тугоплавкий металл), кипения 5900-6000 °C, плотность 19, 3 кг/дм³.

В атмосфере сухого воздуха вольфрам устойчив до 400 °C, при дальнейшем нагревании образуется оксид WO₃. При комнатной температуре реагирует только со фтором. Взаимодействуя со фтором при 300-400 °C, вольфрам образует WF₆. Существует также образующийся при нагревании высшие хлорид (WCl₆) и бромид (WBr₆) вольфрама. Получены устойчивые галогениды WHal₅. Устойчивые иодиды в степенях окисления +5 и +6 не получены.

Оксигалогениды WOHal₄ (Hal = F, Cl, Br) получают взаимодействием вольфрама с галогеном при нагревании в присутствии паров воды:

W + H₂O + 3Cl₂ = WOCl₄ + 2HCl

При взаимодействии вольфрама с парами серы или с сероводородом H₂S при температуре 400 °C образуется дисульфид WS₂, так же получают диселенид WSe₃. Нагревая вольфрам в присутствии азота при температуре 1400-1500 °C получают нитрид вольфрама WN₂. Синтезированы карбид вольфрама WC и существующий только при высоких температурах карбид W₂C, дисилицид WSi₂ и пентаборид вольфрама W₂B₅

Вольфрам не реагирует с минеральными кислотами. Для перевода его в раствор используют смесь азотной HNO₃ и плавиковой HF кислот.

Оксид вольфрама WO₃ обладает кислотными свойствами. Ему отвечает слабая нерастворимая вольфрамовая кислота WO₃ H₂O (H₂WO₄). Ее соли — вольфраматы (Na₂WO₄). Известны высокомолекулярные поливольфраматы (изополивольфраматы, гетерополивольфраматы), анионы которых содержат связанные между собой группировки WO₃.

До 50% W используют в производстве легированных сталей. Твердый сплав победит на 90% состоит из карбида вольфрама WC. Вольфрам — основа нитей ламп накаливания, катодов в электровакуумных приборах, обмоток высокотемпературных печей.

Зеликман А. Н., Никитина Л. С., Вольфрам. М., 1978.

megabook.ru

Вольфрам и его характеристики

Общая характеристика вольфрама

По распространенности в земной коре [0,007% (масс.)] вольфрам уступает хрому, но превосходит молибден. Природные соединения вольфрама в большинстве случаев представляют собой вольфраматы – соли вольфрамовой кислоты H₂WO₄. Так, важнейшая вольфрамовая руда – вольфрамит – состоит из вольфраматов железа и марганца. Часто встречается также минерал шеелит CaWO₄.

Вольфрам – тяжелый белый металл (рис. 1) плотностью 19,3 г/см ³. Его температура плавления (около 3400^oС), выше, чем температура плавления всех других металлов. Вольфрам можно сваривать и вытягивать в тонкие нити.

Рис. 1. Вольфрам. Внешний вид.

Атомная и молекулярная масса вольфрама

Поскольку в свободном состоянии вольфрам существует в виде одноатомных молекул W, значения его атомной и молекулярной масс совпадают. Они равны 183,84.

Изотопы вольфрама

Известно, что в природе вольфрам может находиться в виде пяти стабильных изотопов ¹⁸⁰W, ¹⁸²W, ¹⁸³W, ¹⁸⁴W и ¹⁸⁶W.Их массовые числа равны 180, 182, 183, 184 и 186 соответственно. Ядро атома изотопа вольфрама ¹⁸⁰W содержит семьдесят четыре протона и сто шесть нейтронов, а остальные отличаются от него только числом нейтронов.

Существуют искусственные нестабильные изотопы вольфрама с массовыми числами от 158-ми до 192-х, а также одиннадцать изомерных состояния ядер.

Ионы вольфрама

На внешнем энергетическом уровне атома вольфрама имеется шесть электронов, которые являются валентными:

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁶4d¹⁰4f¹⁴5s²5р ⁶5d⁴6s².

В результате химического взаимодействия вольфрам отдает свои валентные электроны, т.е. является их донором, и превращается в положительно заряженный ион:

W^o -2e → W²⁺;

W^o -3e → W³⁺;

W^o -4e → W⁴⁺;

W^o -5e → W⁵⁺;

W^o -6e → W⁶⁺.

Молекула и атом вольфрама

В свободном состоянии вольфрам существует в виде одноатомных молекул W. Приведем некоторые свойства, характеризующие атом и молекулу вольфрама:

Энергия ионизации атома, эВ	7,98
Относительная электроотрицательность	2,3
Радиус атома, нм	0,141

Сплавы вольфрама

Большая часть добываемого вольфрама расходуется в металлургии для приготовления специальных сталей и сплавов. Быстрорежущая инструментальная сталь содержит до 20% вольфрама и обладает способностью самозакаливаться. Такая сталь не теряет своей твердости даже при нагревании докрасна.

Кроме быстрорежущих широко применяются другие вольфрамовые и хромовольфрамовые стали. Например, сталь, содержащая от 1 до 6% вольфрама и до 2% хрома, применяется для изготовления пил, фрез, штампов.

Как самый тугоплавкий металл вольфрам входит в состав ряда жаропрочных сплавов. В частности, его сплавы с кобальтом и хромом – стеллиты – обладают высокими твердостью, износоустойчивостью, жаростойкостью. Сплавы вольфрама с медью сочетают в себе высокие электрическую проводимость, теплопроводность и износоустойчивость. Они применяются для изготовления рабочих частей рубильников, выключателей, электродов для точечной сварки.

Примеры решения задач

ru.solverbook.com

№74 Вольфрам

Таблица
^{^} =>>
v

История открытия:

Вольфрам, вернее его оксид WO₃, был открыт Шееле в 1781 г. в минерале тунгстейне, который теперь обычно называют шеелитом (CaWO₄). Вскоре после этого два испанских химика, братья д’Элюяр, установили, что этот же окисел содержится в вольфрамите, где он, однако, связан не с окисью кальция, как в тунгстейне, а с окислами железа и марганца, Вследствие содержания в тунгстейне и в называвшемся в то время “вольфрамом” вольфрамите металл и получил свое название. От первого происходит и применяющееся еще и теперь французами и англичанами название вольфрама – tungsten.

Получение:

Вольфрамовые руды плавят с содой в пламеных печах:
4FeWO₄ + 4Na₂CO₃ + O₂ =4Na₂WO₄ + 2Fe₂O₃ + 4CO₂
Получающийся при этом вольфромат натрия выщелачивают водой и разлагают концентрированной горячей кислотой: Na₂WO₄ + 2HCl = H₂WO₄ + 2NaCl
Образующуюся вольфрамовую кислоту переводят при нагревании в оксид вольфрама(VI), а последний восстанавливают до металла нагреванием с углем или в токе водорода:
H₂WO₄ = WO₃ + H₂O; WO₃ + 3H₂ = W + 3H₂O
При этом, вследствие очень высокой температуре плавления вольфрама, его получают в виде порошка. Компактный металл получают методами порошковой металлургии.

Физические свойства:

Вольфрамовый порошок матово-серый, плавленый вольфрам – белый и блестящий. Вольфрам обладает самой высокой температурой плавления (Тпл.= 3422°С), плотностью (19,25 г/см³) и твердостью среди металлов. В тоже время при температуре 1600°С вольфрам очень пластичен, что позволяет вытягивать из него тончайшую вольфрамовую нить.

Химические свойства:

При обычных температурах вольфрам устойчив на воздухе. При нагревании он окисляется в оксид вольфрама(VI). Элементарный азот не реагирует с вольфрамом даже при 1500°С. Водород также поглощается в очень небольших количествах. Из галогенов энергично реагирует фтор, с порошкообразным вольфрамом уже при обычных температурах, хлор реагирует только при температуре красного каления.
Пары воды переводят раскаленный вольфрам в оксид вольфрама(IV). Вольфрам очень устойчив по отношению к кислотам, растворяется только в смеси HF и азотной кислоты. В тоже время, в присутствии окислителей вольфрам активно реагирует с расплавами щелочей: 2W + 4NaOH + 3O₂ =2Na₂WO₄ + 2H₂O
В соединениях проявляет степень окисления от +2 до +6, наиболее устойчивы соединения в высшей степени окисления.

Важнейшие соединения:

Оксид вольфрама(VI), WО₃, лимонно-желтый хрупкий порошок, который при нагревании становится оранжевым. В воде оксид вольфрама(VI) практически не растворяется, но растворяется в едких щелочах с образованием вольфраматов. Растворяется в HF с образованием H₂WF₈.
Оксид вольфрама(IV), WО₂, темно-коричневые кристаллы. Плохо растворим в воде, растворах кислот и щелочей.
Вольфрамовая (моновольфрамовая) кислота H₂WO₄ желтые кристаллы или аморфное вещество. Получают действием кислот на вольфраматы. Адсорбент, катализатор гидрогенизации в производстве бензина.
Вольфраматы – соли вольфрамовой кислоты H₂WO₄ и поливольфрамовых кислот. Вольфраматы щелочных металлов и аммония растворимы в воде.
Гексафторид вольфрама. Жидкость с Ткип. 17°С, гидролизуется водой. Используется для нанесения вольфрамовых покрытий, сплавов вольфрама химическим осаждением из газовой фазы, для разделения изотопов вольфрама.
Гексахлорид вольфрама. кристаллическое вещество, не растворимо в воде, растворимо в спирте, эфире, CS₂ и CCl₄. Используется для нанесения вольфрамовых покрытий, для получения вольфрама.
Гексакарбонил вольфрама, W(CO)₆, кристаллы, возгоняются при 50°С, нерастворимы в воде и кислотах, азотной кислотой разлагаются. Применяют для нанесения покрытий из вольфрама.

Применение:

Вольфрам широко применяют для получения специальных сталей, отличающихся особой твердостью, эластичностью и прочностью. Добавленный вместе с хромом к железу, он дает так называемые быстрорежущие стали, которые сохраняют свою твердость и заточки даже в накаленном состоянии. Вольфрам используется для изготовления нитей накала, катодов в электровакуумных приборах.

См. также: Вольфрам //Популярная библиотека химических элементов. Издательство «Наука», 1977.
Вольфрам // Википедия. Дата обновления: 12.12.2017. (дата обращения: 20.05.2018).

www.kontren.narod.ru

Вольфрам, физические свойства | Технологии Металловъ

Металлический вольфрам имеет светло-серый цвет. После углерода у него самая высокая температура плавления среди всех простых веществ. Ее значение определено в пределах 3387–3422° С. У вольфрама – превосходные механические качества при высоких температурах и наименьший коэффициент расширения среди всех металлов. Вольфрам – один из наиболее тяжелых металлов с плотностью 19250 кг/м3.Решетка кубическая объемно центрированная, а = 0,31589 нм. Электропроводность вольфрама при 0° C – величина порядка 28% от электропроводности серебра, являющегося наиболее электропроводящим металлом. Чистый вольфрам довольно легко поддается обработке, однако обычно он содержит примеси углерода и кислорода, что и придает металлу известную всем твердость.

Вольфрам отличается от всех остальных металлов особой тяжестью, твердостью и тугоплавкостью. Плотность вольфрама почти вдвое больше, чем свинца, точнее – в 1,7 раза. При этом атомная масса его несколько ниже: 184 против 207.

Вольфрам обладает очень высоким модулем растяжения и сжатия, очень высоким сопротивлением температурной ползучести, высокой тепло- и электропроводностью, высоким коэффициентом электронной эмиссии, который может быть еще улучшен сплавлением вольфрама с некоторыми оксидами металлов.

Цвет вольфрама в значительной мере зависит от способа получения. Сплавленный вольфрам – блестящий серый металл, больше всего напоминающий платину. Вольфрамовый порошок – серый, темно-серый и даже черный (чем мельче зернение, тем темнее).

Природный вольфрам состоит из пяти стабильных изотопов с массовыми числами 180, 182, 183, 184 (самый распространенный, его доля 30,64%) и 186. Из довольно многочисленных искусственных радиоактивных изотопов элемента №74 практически важны только три: вольфрам-181 с периодом полураспада 145 дней, вольфрам-185 (74,5 дня) и вольфрам-187 (23,85 часа). Все три эти изотопа образуются в ядерных реакторах при обстреле нейтронами природной смеси изотопов вольфрама.

msk-port.ru

Вольфрам — WiKi

Вольфра́м — 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^[5].

Внешний вид простого вещества

Тугоплавкий прочный металл, стального цвета или белый
Свойства атома
Название, символ, номер	Вольфра́м / Wolframium (W), 74
Атомная масса (молярная масса)	183,84(1)^[1] а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация	[Xe] 4f¹⁴ 5d⁴ 6s²
Радиус атома	141 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус	170 пм
Радиус иона	(+6e) 62 (+4e) 70 пм
Электроотрицательность	2,3 (шкала Полинга)
Электродный потенциал	W ← W³⁺ 0,11 В W ← W⁶⁺ 0,68 В
Степени окисления	6, 5, 4, 3, 2, 0
Энергия ионизации (первый электрон)	769,7 (7,98) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.)	19,25^[2] г/см³
Температура плавления	3695 K (3422 °C, 6192 °F)^[2]
Температура кипения	5828 K (5555 °C, 10031 °F)^[2]
Уд. теплота плавления	285,3 кДж/кг 52,31^[3]^[4] кДж/моль
Уд. теплота испарения	4482 кДж/кг 824 кДж/моль
Молярная теплоёмкость	24,27^[5] Дж/(K·моль)
Молярный объём	9,53 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки	кубическая объёмноцентрированная
Параметры решётки	3,160 Å
Температура Дебая	310 K
Прочие характеристики
Теплопроводность	(300 K) 162,8^[6] Вт/(м·К)
Номер CAS	7440-33-7

74	Вольфрам

4f¹⁴5d⁴6s²

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.

История и происхождение названия

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»^[5]^[7]^[8]). Название было связано с тем, что вольфрам, сопровождая оловянные руды, мешал выплавке олова, переводя его в пену шлаков («пожирал олово как волк овцу»).

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)^{[источник не указан 2264 дня]}. 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^{[источник не указан 2264 дня]}. 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 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 %.

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

Вольфрамовый порошок

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)^[2]. Плотность чистого вольфрама составляет 19,25 г/см³^[2]. 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^[5]. 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^[9].

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^[10]:

2W+4HNO3+10HF⟶WF6+WOF4+4NO↑+7h3O{\displaystyle {\mathsf {2W+4HNO_{3}+10HF\longrightarrow WF_{6}+WOF_{4}+4NO\uparrow +7H_{2}O}}}

Реагирует с расплавленными щелочами в присутствии окислителей^[11]:

2W+4NaOH+3O2⟶2Na2WO4+2h3O{\displaystyle {\mathsf {2W+4NaOH+3O_{2}\longrightarrow 2Na_{2}WO_{4}+2H_{2}O}}}

W+2NaOH+3NaNO3⟶Na2WO4+3NaNO2+h3O{\displaystyle {\mathsf {W+2NaOH+3NaNO_{3}\longrightarrow Na_{2}WO_{4}+3NaNO_{2}+H_{2}O}}}

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

Нить накаливания

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 аргонно-дуговой сварки.
Сплавы вольфрама, ввиду его высокой температуры плавления, получают методом порошковой металлургии. 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.
Высокая плотность вольфрама делает его удобным для защиты от ионизирующего излучения. Несмотря на бо́льшую плотность по сравнению с традиционным и более дешёвым свинцом, защита из вольфрама оказывается менее тяжёлой при равных защитных свойствах^[12] или более эффективной при равном весе^[13]. Из-за тугоплавкости и твёрдости вольфрама, затрудняющих его обработку, в таких случаях используются более пластичные сплавы вольфрама с добавлением никеля, железа, меди и др.^[14] либо взвесь порошкообразного вольфрама (или его соединений) в полимерной основе^[15].

Соединения вольфрама

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.
Сульфид вольфрама WS₂ применяется как высокотемпературная (до 500 °C) смазка.

Дителлурид вольфрама WTe₂ применяется для преобразования тепловой энергии в электрическую (термо-ЭДС около 57 мкВ/К).

Другие сферы применения

Искусственный радионуклид ¹⁸⁵W используется в качестве радиоактивной метки при исследованиях вещества. Стабильный ¹⁸⁴W 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^[16]

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^[17].

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

Изотопы

Природный вольфрам состоит из смеси пяти изотопов (¹⁸⁰W — 0,12(1)%, ¹⁸²W — 26,50(16) %, ¹⁸³W — 14,31(4) %, ¹⁸⁴W — 30,64(2) % и ¹⁸⁶W — 28,43(19) %)^[18].

На 2016 год известно ещё 36 искусственно созданных и идентифицированных радионуклидов вольфрама (массовые числа 157…179, 181, 185, 187…197)^[18]. В 2003 открыта^[19] чрезвычайно слабая радиоактивность природного вольфрама (примерно два распада на грамм элемента в год), обусловленная α-активностью ¹⁸⁰W, имеющего период полураспада 1,8⋅10¹⁸ лет^[20].

Примечания

↑ Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg, Glenda O’Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang‑Kun Zhu. Atomic weights of the elements 2011 (IUPAC Technical Report) (англ.) // Pure and Applied Chemistry. — 2013. — Vol. 85, no. 5. — P. 1047-1078. — DOI:10.1351/PAC-REP-13-03-02.
↑ ¹ ² ³ ⁴ ⁵ Tungsten: physical properties (англ.). WebElements. Проверено 17 августа 2013.
↑ CRC Handbook of Chemistry and Physics / D. R. Lide (Ed.). — 90th edition. — CRC Press; Taylor and Francis, 2009. — P. 6-134. — 2828 p. — ISBN 1420090844.
↑ См. обзор измерений в: Tolias P. (2017), “Analytical expressions for thermophysical properties of solid and liquid tungsten relevant for fusion applications”, arΧiv:1703.06302
↑ ¹ ² ³ ⁴ Редкол.:Кнунянц И. Л. (гл. ред.). Химическая энциклопедия: в 5 т. — Москва: Советская энциклопедия, 1988. — Т. 1. — С. 418. — 623 с. — 100 000 экз.
↑ Теплофизические свойства вольфрама
↑ О. Д. Липшиц, Карманный немецко-русский словарь, М:”Русский язык”-Leipzig^”VEB Verlag Enzyklopädie” 1983, с.211, 296
↑ Rahm on Google
↑ Титан – металл будущего (рус.).
↑ Рипан Р., Четяну И. Неорганическая химия. Химия металлов. — М.: Мир, 1972. — Т. 2. — С. 347.
↑ Рипан Р., Четяну И. Неорганическая химия. Химия металлов. — М.: Мир, 1972. — Т. 2. — С. 348.
↑ Brian Wheeler. Tungsten Shielding Helps at Fukushima Daiichi (неопр.). Power Engineering Magazine (01 Jul 2011).
↑ Murata Taisuke, Miwa Kenta, Matsubayashi Fumiyasu, Wagatsuma Kei, Akimoto Kenta, Fujibuchi Toshioh, Miyaji Noriaki, Takiguchi Tomohiro, Sasaki Masayuki, Koizumi Mitsuru. Optimal radiation shielding for beta and bremsstrahlung radiation emitted by 89Sr and 90Y: validation by empirical approach and Monte Carlo simulations // Annals of Nuclear Medicine. — 2014. — 10 мая (т. 28, № 7). — С. 617—622. — ISSN 0914-7187. — DOI:10.1007/s12149-014-0853-6. [исправить]
↑ Kobayashi S., Hosoda N., Takashima R. Tungsten alloys as radiation protection materials // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. — 1997. — Май (т. 390, № 3). — С. 426—430. — ISSN 0168-9002. — DOI:10.1016/S0168-9002(97)00392-6. [исправить]
↑ Soylu H. M., Yurt Lambrecht F., Ersöz O. A. Gamma radiation shielding efficiency of a new lead-free composite material // Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry. — 2015. — 17 марта (т. 305, № 2). — С. 529—534. — ISSN 0236-5731. — DOI:10.1007/s10967-015-4051-3. [исправить]
↑ по данным “Цены на вольфрам”
↑ Федонкин М. А. Сужение геохимического базиса жизни и эвкариотизация биосферы: причинная связь // Палеонтологический журнал. — 2003. — № 6. — С. 33—40
↑ ¹ ² Audi G., Kondev F. G., Wang M., Huang W. J., Naimi S. The Nubase2016 evaluation of nuclear properties (англ.) // Chinese Physics C. — 2017. — Vol. 41, iss. 3. — P. 030001-1—030001-138. — DOI:10.1088/1674-1137/41/3/030001. — Bibcode: 2017ChPhC..41c0001A.
↑ F. A. Danevich; et al. (2003). “α activity of natural tungsten isotopes”. Phys. Rev. C. 67: 014310. DOI:10.1103/PhysRevC.67.014310.
↑ C. Cozzini; et al. (2004). “Detection of the natural α decay of tungsten”. Phys. Rev. C. 70: 064606. DOI:10.1103/PhysRevC.70.064606.

Ссылки

ru-wiki.org

получение, свойства, основные соединения, область применения — контрольная работа

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РФ

ВЯТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА НЕОРГАНИЧЕСКОЙ И ФИЗИЧЕСКОЙ ХИМИИ

Контрольная работа

Тема: “Вольфрам: получение, свойства, основные соединения, область применения.”

Выполнила студентка: Серафимович Н. А.

шифр 09-ЭКУу-6738

Проверила, к.х.н., доцент: Рыкова Т.С.

Киров, 2010г.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВДЕНИЕ	3
1 ПОЛУЧЕНИЕ ВОЛЬФРАМА	4
2 ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА	6
2.1 ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВОЛЬВРАМА	6
2.2 ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВОЛЬФРАМА	8
3 ОСНОВНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ	9
4 ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ	11
ЗАКЛЮЧЕНИЕ	13
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ	14

ВВЕДЕНИЕ

Вольфрам – (Wolframium), W – химический элемент VI группы периодической системы Д.И.Менделеева, атомный номер 74, атомная масса 183,85 г/моль. Радиус атома 141 пм. Наиболее характерна степень окисления +6. Известны соединения со степенями окисления вольфрама +5, +4, +3, +2 и 0.

Еще в 14-16 вв. горняки и металлурги в Рудных горах Саксонии отмечали, что некоторые руды нарушали процесс восстановления оловянного камня (минерала касситерита,), приводили к зашлаковыванию расплавленного металла. Рудокопы дали этой “надоедливой” породе названия “Wolfert” и “Wolfrahm”, что в переводе означает “волчья пена”.

В 1783 в Испании братья д’Эльгуйяр при помощи азотной кислоты выделили из этого минерала “кислую землю” — желтый осадок оксида неизвестного металла, растворимый в аммиачной воде. В минерале также были обнаружены оксиды железа и марганца. Хуан и Фаусто прокалили “землю” с древесным углем и получили металл, который они предложили называть “вольфрамом”, а сам минерал — “вольфрамитом”. Таким образом, испанские химики д’Эльгуйяр первыми опубликовали сведения об обнаружении нового элемента.

В 1758 шведский химик и минералог Аксель Фредрик Кронштедт открыл и описал необычайно тяжелый минерал , названный в последствии шеелитом. Кронштедт был убежден, что этот минерал содержит новый, еще не открытый, элемент.

В 1781 великий шведский химик Карл Шееле разложил “тяжелый камень” азотной кислотой, обнаружив при этом, помимо соли кальция, “желтую землю”,

не похожую на белую “молибденовую землю”, впервые выделенную им же три года назад. Интересно, что один из братьев д’Эльгуйяр работал в то время в его лаборатории. Шееле назвал металл “tungsten”, по названию минерала, из которого был впервые выделен желтый оксид. Так у одного и того же элемента появилось два названия.

Вольфрам долго не находил промышленного применения. Лишь во второй половине 19 века начали изучать влияние добавок вольфрама на свойства стали.

1 ПОЛУЧЕНИЕ ВОЛЬФРАМА

Вольфрам — довольно редкий элемент, его кларк (процентное содержание в земной коре) составляет 1,3·% (57-е место среди химических элементов).

Сырьем для получения вольфрама служат вольфрамитовые и шеелитовые концентраты (50-60%). Из концентратов непосредственно выплавляют ферровольфрам (сплав железа с 65-80% вольфрама), используемый в производстве стали; для получения вольфрама, его сплавов и соединений из концентрата выделяют вольфрамовый ангидрид. В промышленности применяют несколько способов получения. Шеелитовые концентраты разлагают в автоклавах раствором соды при 180-200°С (получают технический раствор вольфрамата натрия) или соляной кислотой (получают техническую вольфрамовую кислоту):

1. + = +

2. + = +

Вольфрамитовые концентраты разлагают либо спеканием с содой при 800-900°С с последующим выщелачиванием вольфрамата натрия ( водой, либо обработкой при нагревании раствором едкого натра. При разложении щелочными агентами (содой или едким натром) образуется раствор вольфрамата натрия , загрязненный примесями. После их отделения из раствора выделяют техническую вольфрамовую кислоту ( . Для получения более грубых, легко фильтруемых и отмываемых осадков вначале из раствора осаждают, который затем разлагают соляной кислотой.) Высушенная содержит 0,2 – 0,3% примесей. Прокаливанием при 700-800°С получают , а уже из него – твердые сплавы. Для производства металлического вольфрама вольфрамовую кислоту дополнительно очищают аммиачным способом – растворением в аммиаке и кристаллизацией паравольфрамата аммония. Прокаливание этой соли дает чистый . Порошок вольфрама получают восстановлением водородом (а в производстве твердых сплавов – также и углеродом) в трубчатых электрических печах при 700-850°С. Компактный металл

получают из порошка металлокерамическим методом, то есть прессованием в стальных прессформах под давлением 3000-5000 кгс/ и термической обработкой спрессованных заготовок – штабиков. Последнюю стадию термической обработки – нагрев примерно до 3000°С проводят в специальных аппаратах непосредственно пропусканием электрического тока через штабик в атмосфере водорода. В результате получают вольфрам, хорошо поддающийся обработке давлением (ковке, волочению, прокатке и т. д.) при нагревании. Из штабиков методом бестигельной электроннолучевой зонной плавки получают монокристаллы вольфрама.

Имеется еще один способ получения окиси вольфрама – через хлориды. Вольфрамовый концентрат при повышенной температуре обрабатывают газообразным хлором. Образовавшиеся хлориды вольфрама довольно легко отделить от хлоридов других металлов методом возгонки, используя разницу температур, при которых эти вещества переходят в парообразное состояние. Полученные хлориды вольфрама можно превратить в окисел, а можно пустить непосредственно на переработку в элементарный металл. Превращение окислов или хлоридов в металл – следующая стадия производства вольфрама. Лучший восстановитель окиси вольфрама – водород. При восстановлении водородом получается наиболее чистый металлический вольфрам. Процесс восстановления происходит в трубчатых печах, нагретых таким образом, что по мере продвижения по трубе «лодочка» с проходит через несколько температурных зон. Навстречу ей идет поток сухого водорода. Восстановление происходит и в «холодных» (450…600°C) и в «горячих» (750…1100°C) зонах; в «холодных» – до низшего окисла , дальше – до элементарного металла. В зависимости от температуры и длительности реакции в «горячей» зоне меняются чистота и размеры зерен выделяющегося на стенках «лодочки» порошкообразного вольфрама. Восстановление может идти не только под действием водорода, на практике часто используется уголь. Применение твердого восстановителя несколько упрощает производство, однако в этом случае требуется более высокая температура – до 1300…1400°C. Кроме того, уголь и примеси, которые он всегда содержит, вступают в реакции с вольфрамом, образуя

карбиды и другие соединения. Это приводит к загрязнению металла. Между тем электротехнике нужен весьма чистый вольфрам. Всего 0,1% железа делает вольфрам хрупким и малопригодным для изготовления тончайшей проволоки.

Получение вольфрама из хлоридов основано на процессе пиролиза. Вольфрам образует с хлором несколько соединений. С помощью избытка хлора все их можно перевести в высший хлорид –, который разлагается на вольфрам и хлор при 1600°C. В присутствии водорода этот процесс идет уже при 1000°C. Так получают металлический вольфрам, но не компактный, а в виде порошка, который затем прессуют в токе водорода при высокой температуре. На первой стадии прессования (при нагреве до 1100…1300°C) образуется пористый ломкий слиток. Прессование продолжается при еще более высокой температуре, едва не достигающей под конец температуры плавления вольфрама. В этих условиях металл постепенно становится сплошным, приобретает волокнистую структуру, а с ней – пластичность и ковкость.

2 ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

2.1 ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВОЛЬВРАМА

Вольфрам – металл серебристо-белого цвета, по внешнему виду похож на сталь: в порошкообразном состоянии – серого, тёмно-серого и даже черного цвета. Кристаллизуется в объемно-центрированной кубической решетке с периодом а = 0,31589 нм (-модификация).

К самому выдающемуся физическому свойству вольфрама относится его высокая температура плавления 3410°С, при температуре около 1600^оС хорошо поддается ковке и может быть вытянут в тонкую нить; температура кипения 5930^оС. Вольфрам – один из наиболее тяжелых металлов. От других металлов отличается: высоким модулем упругости (для проволоки модуль упругости 380-410 ГПа), по которым он превосходит все металлы; низким давлением его паров и малым коэффициентом сжимаемости, которые являются самыми низкими по сравнению со всеми остальными металлами. Вольфрам обладает высокой коррозийной стойкостью, при комнатной температуре не изменяется на воздухе, малопластичен .

Плотность вольфрама составляет 19,3 г/, что соответствует плотности золота, но меньше, чем у платины, иридия, осмия и рения. Благодаря высокой плотности и сравнительно большому поперечному сечению захвата тепловых нейтронов вольфрам является эффективным защитным материалом.

Теплопроводность вольфрама составляет менее половины теплопроводности меди, но она намного выше, чем у железа или никеля. Хотя электропроводность вольфрама примерно втрое меньше электропроводности отожженной меди, она все же выше, чем у железа, никеля, ртути, платины и фосфористой бронзы.

Другие физические свойства вольфрама приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1

Свойства	Единицы измерения	Показатели
Атомный диаметр	пм	248
Электронная конфигурация		[Xe]
Молярный объем	см³/моль	9,53
Молярная теплоёмкость	Дж/(К∙моль)	24,27
Группа металлов		тугоплавкий металл
Твердость по Бринеллю	кг/	488
Удельное электросопротивление:	Ом см∙
при 20 ^оС		5,5
при 2700^оС		90,4
Скорость звука в отраженном вольфраме	м/с	4290
Теплопроводность	Вт/(м·K)	173
Плотность в жидком состоянии	г/	16,65
Твердость	HB	350
Теплота плавления	кДж/моль	35
Теплота испарения	кДж/моль	824
Цвет искры		Короткий желтый прерывистый пучок искр

2.2 ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВОЛЬФРАМА

Вольфрам – один из наиболее коррозионно-устойчивых металлов. В обычных условиях химически стоек к действию воды и воздуха, при 400-500°С заметно окисляется, при температуре свыше 600°С окисляется интенсивно, образуя вольфрамовый ангидрид . Не взаимодействует с водородом вплоть до температуры плавления. При температуре свыше 1500°С взаимодействует с азотом, образуя нитрид . Галогены, сера, углерод, кремний, бор взаимодействуют с вольфрамом при высоких температурах (фтор с порошкообразным вольфрамом – при комнатной). Твердый углерод при 1100 – 1200 °С реагирует с вольфрамом, образуя карбиды WC и . В обычных условиях вольфрам стоек к соляной, серной, азотной и плавиковой кислотам, а также к царской водке, при 100°С слабо взаимодействует с ними, быстро растворяется в смеси плавиковой и азотной кислот. Растворы щелочей на холоде не действуют на вольфрам. При нагревании в растворах щелочей вольфрам растворяется слегка, в расплавленных щелочах при доступе воздуха или в присутствии окислителей () интенсивно растворяется, образуя соли.

В соединениях вольфрам проявляет степень окисления +2, +3, +4, +5, +6. В высших степенях окисления вольфрам обладает кислотными свойствами, в низших – основными. Соединения со степенью окисления +2 и +3 неустойчивы. Двухвалентный вольфрамам известен лишь в виде галогенидов. Из соединений вольфрама (IV) выделены в твёрдом виде устойчивые комплексные цианиды. Наибольшее практическое значение в анализе имеют соединения вольфрама (V) и (VI). Вольфрам (II) и (III) является сильным восстановителем, окислительная способность вольфрама (VI) проявляется слабо.

Поведение вольфрама в растворах сложно, особенно поведение в кислых растворах, из-за отсутствия простых соединений. Существенное значение имеет его склонность к комплексообразованию. Вследствие того, что в комплексных соединениях индивидуальные свойства отдельных элементов проявляются ярче, чем в простых, комплексоообразование вольфрама широко используют для его определения в присутствии близких по свойствам элементов.

3 ОСНОВНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

Из соединений вольфрама наибольшее значение имеют: триоксид вольфрама или вольфрамовый ангидрид, вольфроматы, перекисные соединения (с общей формулой ME₂WO_X ), соединения с галогенами, серой и углеродом.

student.zoomru.ru