Химични свойства на волфрам. Характеристики и приложения на волфрам

Волфрамът е химически елемент на периодичната система на Менделеев, която принадлежи към групата VI. В природата волфрамът се намира под формата на смес от пет изотопа. В обичайната си форма и при обикновени условия е твърд сребристосив метал. Той е и най-огнеупорният от всички метали.

Основни свойства на волфрам

Волфрамът е метал, който има забележителни физични и химични свойства. Почти всички клонове на модерното производство използват волфрам. Формулата му обикновено се изразява във вид на метален оксид - WO₃. Волфрамът се счита за най-огнеупорен от метали. Предполага се, че само сиропи могат да бъдат още по-огнеупорни. Но със сигурност това не може да бъде потвърдено още, тъй като симоргите имат много кратко време на съществуване.

Този метал има специални физични и химични свойства. Волфрамът има плътност 19300 кг / м³, точката на топене е 3410 ° С. При този параметър той заема второ място след въглерод - графит или диамант. В природата волфрамът се среща под формата на пет стабилни изотопа. Масовите им числа са в диапазона от 180 до 186. Волфрамът има шестата валентност, а в съединенията може да бъде 0, 2, 3, 4 и 5. Металът също има достатъчно високо ниво на топлопроводимост. За волфрам тази цифра е 163 W / (m * deg). С това свойство той надхвърля дори такива съединения като алуминиеви сплави. Масата на волфрама се дължи на неговата плътност, която е равна на 19 кг / м³. Степента на окисление на волфрам варира от +2 до +6. В по-високите степени на окисляване металът има киселинни свойства, а в по-ниските - основните свойства.

В този случай сплавите на по-ниските волфрамови съединения се считат за нестабилни. Най-устойчиви са съединенията със степен +6. Те проявяват най-химичните свойства на металите. Волфрам има свойството да образува лесно комплекси. Но металният волфрам обикновено е много устойчив. Той започва да взаимодейства с кислород само при температура от +400 ° С. Кристалната решетка на волфрам се отнася до типа кубично тяло-центрирано.

Взаимодействие с други химикали

Ако волфрамът се смесва със сух флуор, възможно е да се получи съединение, наречено "хексафлуорид", което се топи още при температура от 2,5 ° С и кипи при 19,5 ° С. Подобно вещество се получава чрез комбиниране на волфрам с хлор. Но за такава реакция е необходима достатъчно висока температура около 600 ° С. Но веществото лесно се съпротивлява на разрушителния ефект на водата и практически не претърпява промени в студа. Волфрамът е метал, който не води до реакция на разтваряне в алкали без кислород. Въпреки това, той лесно се разтваря в смес от HNO₃ и HF. Най-важното от химическите съединения на волфрама е неговият триоксид WO₃, Н₂WO₄ - волфрамова киселина, както и нейните производни - соли на тунбастат.

Можем да разгледаме някои от химичните свойства на волфрама с реакционните уравнения. Например, формулата WO₃ + 3H₂ = W + ЗН₂О. В него металът на волфрам се намалява от оксида, проявява се свойството му на взаимодействие с водород. Това уравнение отразява процеса на получаване на волфрам от неговия триоксид. Следната формула обозначава такова свойство като практическата неразтворимост на волфрам в киселини: W + 2HNO3 + 6HF = WF6 + 2NO + 4H2O. Едно от най-забележителните вещества, съдържащи волфрам, е карбонил. Той произвежда плътни и ултра-тънки покрития от чист волфрам.

История на откритието

Волфрамът е метал, който получава своето име от латинския език. В превод тази дума означава "вълна пяна". Такова необичайно име се е появило поради поведението на метала. Придружавайки извлечената калаена руда, волфрамът предотврати освобождаването на калай. Поради това в процеса на топене са образувани само шлаки. За този метал каза, че "той яде калай, като вълк яде овца". За мнозина, аз се чудя кой е открил химическия елемент на волфрам?

Това научно откритие се прави едновременно на две места от различни учени, независимо един от друг. През 1781 г. един химик от Швеция Scheele получава така наречените "тежки камъни", провеждащи експерименти с азотна киселина и схелит. През 1783 г. братята по химия от Испания, на име Елуар, също обявиха откриването на нов елемент. По-точно откриха волфрамов оксид, разтворен в амоняк.

Сплави с други метали

Понастоящем се разграничават еднофазни и многофазни волфрамови сплави. Те съдържат един или повече външни елементи. Най-известното съединение е сплав от волфрам и молибден. Добавянето на молибден дава сила на волфрам при опъване. Също така към категорията на еднофазни сплави принадлежат волфрамови съединения с титан, хафний, цирконий. Най-голямата пластичност на волфрама се дава от рений. Практическото използване на такава сплав обаче е доста труден процес, тъй като е много трудно да се извлече рений.

Тъй като волфрамът е един от най-огнеупорните материали, не е лесна задача да се получат волфрамови сплави. Когато този метал просто започне да кипи, другите вече преминават в течно или газово състояние. Но съвременните учени знаят как да направят сплави с помощта на електролизния процес. Сплавите, съдържащи волфрам, никел и кобалт, се използват за нанасяне на защитен слой върху нестабилни материали.

В съвременната металургична промишленост, сплавите се получават и с волфрамов прах. За да го създадете, са необходими специални условия, включително създаването на вакуумна среда. Поради някои свойства на взаимодействието на волфрам с други елементи, металурзите предпочитат да създават сплави, които не са с двуфазни характеристики, а с използването на 3, 4 или повече компонента. Тези сплави са особено силни, но при стриктно спазване на формулите. При най-малкото отклонение на процентните компоненти, сплавта може да бъде крехка и неподходяща за употреба.

Волфрамът е елемент, използван в инженерството

От този метал филаментите са направени от обикновени крушки. Както и тръбите за рентгенови машини, компонентите на вакуумни пещи, които трябва да се използват при изключително високи температури. Стоманата, която включва волфрам, има много висока якост. Тези сплави се използват за производство на инструменти в различни области: за сондажи, медицина и машиностроене.

Основното предимство на свързването на стомана и волфрам е устойчивостта на износване, ниската вероятност за повреда. Най-известният в изграждането на волфрамова сплав се нарича "победа". Също така този елемент се използва широко в химическата промишленост. С добавянето си създайте бои, пигменти. Волфрамовият оксид 6 е особено широко използван в тази област. Той се използва за производството на волфрамови карбиди и халогениди. Друго име за това вещество е триоксид волфрам. Волфрамов оксид 6 се използва като жълт пигмент в бои за керамика и стъклени изделия.

Какви са тежките сплави?

Всички сплави, основани на волфрам, които имат висока плътност, се наричат ​​тежки. Те се получават само чрез методите на праховата металургия. Волфрамът винаги е основата на тежките сплави, където съдържанието му може да достигне до 98%. В допълнение към този метал, никелът, медта и желязото се добавят към тежките сплави. Те обаче могат да включват хром, сребро, кобалт, молибден. Най-популярни са сплавите на VMZ (волфрам-никел-желязо) и VNM (волфрам-никел-мед). Високото ниво на плътност на такива сплави им позволява да абсорбират опасни гама-лъчи. От тях се произвеждат махови колела, електрически контакти, ротори за жироскопи.

Волфрамов карбид

Приблизително половината от волфрам се използва за производство на трайни метали, по-специално волфрамов карбид, който има температура на топене 2770 ° С волфрамов карбид е химично съединение, което съдържа равен брой въглеродни атоми и волфрам. Тази сплав има специални химични свойства. Волфрам му придава здравина, така че то надвишава този показател стомана удвоява.

Волфрамовият карбид се използва широко в промишлеността. Той произвежда режещи предмети, които трябва да бъдат много устойчиви на високи температури и износване. Също така от този елемент се произвеждат:

• Детайли за самолети, двигатели на автомобили.
• Детайли за космически кораби.
• Медицински хирургически инструменти, използвани в областта на кавитарната хирургия. Такива инструменти са по-скъпи от обикновената медицинска стомана, но те са по-продуктивни.
• Бижута, особено годежни пръстени. Такава популярност на волфрам е свързана със силата, която за сватбата символизира силата на връзката, както и външния вид. Характеристиките на волфрам в полирана форма са такива, че запазва огледален, блестящ вид за много дълго време.
• Топки за химикалки лукс.

Сплав от волтаж

През втората половина на 20-те години в много страни започнаха да се произвеждат сплави за режещи инструменти, направени от волфрамови карбиди и метален кобалт. В Германия такава сплав се наричала vidia, в Щатите - carbol. В Съветския съюз такава сплав се нарича "победа". Тези сплави се оказаха отлични за обработката на продукти от чугун. Победителят е металокерамична сплав с изключително висока якост. Изработва се под формата на плочи с различни форми и размери.

Производственият процес е спечелен от следното: вземете прах от волфрамов карбид, фин прах от никел или кобалт и всичко е смесено и пресовано в специални форми. Така компресираните пластини се подлагат на по-нататъшно температурно третиране. Това дава много твърда сплав. Тези плочи се използват не само за рязане на чугун, но и за производство на сондажни инструменти. Плочки от печелившия са заварени към сондажно оборудване, използвайки мед.

Разпространение на волфрам в природата

Този метал е много рядък в околната среда. След всички елементи той заема 57-то място и се съдържа под формата на волфрамов кларк. Също така, металът образува минерали - схелит и волфрамит. Волфрамът мигрира в подземните води или под формата на собствен йон, или под формата на всякакви видове съединения. Но най-голямата му концентрация в подземните води е незначителна. Тя е в размер на стотни от mg / l и на практика не променя техните химични свойства. Волфрамът може да влезе и в естествените резервоари от каналите на заводите и фабриките.

Влияние върху човешкото тяло

Волфрамът практически не влиза в тялото с вода или храна. Възможно е да има риск от вдишване на волфрамови частици заедно с въздух на работното място. Въпреки че принадлежи към категорията на тежките метали, волфрамът не е токсичен. Отравянето с волфрам се среща само при тези, които са свързани с производството на волфрам. В този случай степента на влияние на метала върху тялото е различна. Например, волфрамов прах, волфрамов карбид и вещество като анхидрит на волфрамова киселина може да причини увреждане на белите дробове. Основните му симптоми са общо неразположение, треска. По-тежки симптоми се появяват, когато волфрамовите сплави са отровени. Това се случва при вдишване на прах от сплави и води до бронхит, пневмосклероза.

Металният волфрам, който се вкарва в човешкото тяло, не се абсорбира в червата и постепенно се елиминира. Волфрамовите съединения, които са разтворими, могат да представляват голяма опасност. Те се отлагат в далака, костите и кожата. Продължителното излагане на волфрамови съединения могат да се появят симптоми като чупливи нокти, лющене на кожата, различни видове дерматити.

Волфрамови запаси в различни страни

Най-големите ресурси на волфрам се срещат в Русия, Канада и Китай. Според прогнозите на учените около 943 хиляди тона от този метал се намират на вътрешните територии. Ако смятате, че тези оценки, по-голямата част от резервите се намират в Южен Сибир и Далечния Изток. Много малко е делът на доказаните ресурси - това е само около 7%.

Според броя на изследваните находища на волфрам, Русия е втората само на Китай. Повечето от тях се намират в районите Кабардино-Балкария и Бурятия. Но в тези залежи не се произвежда чист волфрам, но рудите му съдържат също молибден, злато, бисмут, телур, скандий и други вещества. Две трети от получените обеми волфрам от изследваните източници са заградени в трудно обогатени руди, където основният волфрамов минерал е схелит. Делът на рудите, обогатяващи светлината, съставлява само една трета от общото производство. Характеристиките на волфрам, произведени в Русия, са по-ниски, отколкото в други страни. Рудите съдържат голям процент волфрамов триоксид. В Русия има много малко пластове депозити от метал. Волфрамовите пясъци също са с ниско качество, с голям брой оксиди.

Волфрам в икономиката

Глобалното производство на волфрам започна да расте приблизително от 2009 г., когато азиатската индустрия започна да се възстановява. Най-големият производител на волфрам остава Китай. Така например през 2013 г. делът на производството в тази страна е 81% от световното предлагане. Около 12% от търсенето на волфрам е свързано с производството на осветително оборудване. Според прогнозите на експертите употребата на волфрам в тази сфера ще бъде намалена на фона на приложението на светодиодни и флуоресцентни лампи както в домашни условия, така и в производството.

Смята се, че ще има нарастващо търсене на волфрам в производството на електронно оборудване. Високата износоустойчивост на волфрама и способността му да издържа на електричество правят този метал най-подходящ за производството на регулатори на напрежението. Обаче, по отношение на обема, това търсене остава незначително и се смята, че до 2018 г. той ще нарасне само с 2%. Въпреки това, според прогнозите на учените, в близко бъдеще трябва да има увеличение на търсенето на циментиран карбид. Това се дължи на нарастването на автомобилната продукция в САЩ, Китай, Европа, както и увеличаване на добивната промишленост. Смята се, че до 2018 г. търсенето на волфрам ще се увеличи с 3,6%.