تنگستن - چیست؟ وضعیت اکسیداسیون تنگستن کاربردهای تنگستن

2024 نویسنده: Angel Austin | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-17 05:24

تنگستن یک عنصر شیمیایی است که عدد اتمی آن 74 است. این فلز سنگین از خاکستری فولادی تا سفید بسیار بادوام است که در بسیاری از موارد آن را غیر قابل تعویض می کند. نقطه ذوب آن بالاتر از هر فلز دیگری است و بنابراین به عنوان رشته در لامپ های رشته ای و عناصر گرمایشی در کوره های الکتریکی (به عنوان مثال آلیاژ زیرکونیوم- تنگستن) استفاده می شود. شیمی عنصر اجازه می دهد تا از آن به عنوان کاتالیزور استفاده شود. سختی استثنایی آن، آن را برای استفاده در "فولادهای پرسرعت" که امکان برش مواد را با سرعت بالاتری نسبت به فولادهای کربنی و آلیاژهای با دمای بالا فراهم می کند، مناسب می کند. کاربید تنگستن، ترکیبی از عنصر با کربن، یکی از سخت ترین مواد شناخته شده است و برای ساخت ابزارهای فرز و تراش استفاده می شود. تنگستات های کلسیم و منیزیم به طور گسترده در لامپ های فلورسنت و اکسیدهای تنگستن به طور گسترده در رنگ ها و لعاب های سرامیکی استفاده می شود.

تاریخچه کشف

وجود این عنصر شیمیایی برای اولین بار در سال 1779 توسط پیتر وولف پیشنهاد شد، زمانی که وی در مورد کانی ولفرامیت تحقیق کرد و به این نتیجه رسید.نتیجه گیری که باید حاوی یک ماده جدید باشد. در سال 1781، کارل ویلهلم شیل ثابت کرد که می توان اسید جدیدی از تنگستنیت به دست آورد. Scheele و Thorburn Bergman پیشنهاد کردند که امکان به دست آوردن یک فلز جدید از طریق کاهش این اسید به نام اسید تنگستنیک در نظر گرفته شود. در سال 1783، دو برادر، خوزه و فائوستو الگیار، اسیدی را در ولفرامیت یافتند که مشابه اسید تنگستنیک بود. در همان سال، برادران موفق شدند تنگستن را با استفاده از زغال چوب جدا کنند.

در طول جنگ جهانی دوم، این عنصر شیمیایی نقش بسیار زیادی داشت. مقاومت فلز در برابر دماهای بالا و همچنین استحکام بسیار زیاد آلیاژهای آن، تنگستن را به مهم ترین ماده خام برای صنایع نظامی تبدیل کرد. متخاصم بر پرتغال به عنوان منبع اصلی ولفرامیت در اروپا فشار وارد کردند.

بودن در طبیعت

در طبیعت، عنصر در ولفرامیت (FeWO₄/MnWO₄)، scheelite (CaWO_{4) وجود دارد.)، فربریت و هوبنریت. ذخایر مهم این مواد معدنی در ایالات متحده آمریکا در کالیفرنیا و کلرادو، در بولیوی، چین، کره جنوبی، روسیه و پرتغال یافت می شود. حدود 75 درصد از تولید تنگستن جهان در چین متمرکز است. این فلز با کاهش اکسید آن با هیدروژن یا کربن به دست می آید.}

ذخایر جهان ۷ میلیون تن تخمین زده می شود که ۳۰ درصد آن را ذخایر ولفرامیت و ۷۰ درصد شیلیت را تشکیل می دهد. در حال حاضر توسعه آنها از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نیست. در سطح فعلی مصرف، این ذخایر تنها 140 سال دوام خواهند داشت. منبع ارزشمند دیگرتنگستن یک بازیافت ضایعات فلزی است.

ویژگی های کلیدی

تنگستن یک عنصر شیمیایی است که به عنوان فلز واسطه طبقه بندی می شود. نماد W آن از کلمه لاتین wolframium می آید. در جدول تناوبی در گروه VI بین تانتالیوم و رنیوم قرار دارد.

در خالص ترین شکل خود، تنگستن یک ماده سخت است که رنگ آن از خاکستری فولادی تا سفید اسپند متغیر است. با ناخالصی ها، فلز شکننده می شود و کار با آن دشوار است، اما اگر آنها وجود نداشته باشند، می توان آن را با اره برقی برش داد. علاوه بر این، می توان آن را جعل، نورد و کشیده کرد.

تنگستن یک عنصر شیمیایی است که نقطه ذوب آن در بین تمام فلزات (3422 درجه سانتیگراد) بالاترین درجه است. همچنین دارای کمترین فشار بخار است. همچنین دارای بالاترین مقاومت کششی در T> 1650 درجه سانتیگراد است. این عنصر در برابر خوردگی بسیار مقاوم است و فقط کمی توسط اسیدهای معدنی مورد حمله قرار می گیرد. در تماس با هوا، یک لایه اکسید محافظ روی سطح فلز تشکیل می شود، اما تنگستن در دمای بالا کاملا اکسید می شود. هنگامی که به مقدار کم به فولاد اضافه می شود، سختی آن به طور چشمگیری افزایش می یابد.

ایزوتوپ

در طبیعت، تنگستن از پنج ایزوتوپ رادیواکتیو تشکیل شده است، اما نیمه عمر آنها به قدری طولانی است که می توان آنها را پایدار در نظر گرفت. همه آنها با انتشار ذرات آلفا (مطابق با هسته هلیوم-4) به هافنیوم-72 تجزیه می شوند. پوسیدگی آلفا فقط در ¹⁸⁰W مشاهده می شود، سبک ترین و نادرترین آنهاایزوتوپ ها به طور متوسط، دو فروپاشی آلفا در 1 گرم تنگستن طبیعی در سال رخ می دهد ¹⁸⁰W.

علاوه بر این، 27 ایزوتوپ رادیواکتیو مصنوعی تنگستن توصیف شده است. پایدارترین آنها ¹⁸¹W با نیمه عمر 121.2 روز، ¹⁸⁵W (75.1 روز)، ^{188 است.} W (69، 4 روز) و ¹⁷⁸W (21، 6 روز). تمام ایزوتوپ های مصنوعی دیگر نیمه عمر کمتر از یک روز دارند و اکثر آنها کمتر از 8 دقیقه هستند. تنگستن همچنین دارای چهار حالت "دیگر پایدار" است که پایدارترین آنها ^179mW (6.4 دقیقه) است.

اتصالات

در ترکیبات شیمیایی، حالت اکسیداسیون تنگستن از 2+ به 6+ تغییر می کند که 6+ رایج ترین آنهاست. این عنصر معمولاً با اکسیژن پیوند می‌یابد و تری‌اکسید زرد را تشکیل می‌دهد (WO₃)، که در محلول‌های قلیایی آبی به صورت یون تنگستات حل می‌شود (WO₄ 2−^).

برنامه

از آنجایی که تنگستن نقطه ذوب بسیار بالایی دارد و انعطاف پذیر است (می توان آن را به سیم کشید)، به طور گسترده ای به عنوان رشته لامپ های رشته ای و لامپ های خلاء و همچنین در عناصر گرمایشی کوره های الکتریکی استفاده می شود. علاوه بر این، این ماده در برابر شرایط شدید مقاومت می کند. یکی از کاربردهای شناخته شده آن جوشکاری قوس تنگستن محافظ گاز است.

فوق العاده سخت، تنگستن یک جزء ایده آل برای آلیاژهای سلاح های سنگین است. از چگالی بالا در کتل بلز استفاده می شود،وزنه های تعادل و کیل های بالاست برای قایق های تفریحی و همچنین در دارت (80-97٪). فولاد پر سرعت که می تواند مواد را با سرعت بالاتری نسبت به فولاد کربنی برش دهد، تا 18 درصد از این ماده را دارد. تیغه های توربین، قطعات سایش و پوشش ها از "سوپرآلیاژ" حاوی تنگستن استفاده می کنند. اینها آلیاژهای مقاوم در برابر حرارت و بسیار مقاوم هستند که در دماهای بالا عمل می کنند.

انبساط حرارتی یک عنصر شیمیایی شبیه شیشه بوروسیلیکات است، بنابراین از آن برای ساخت مهر و موم های شیشه به فلز استفاده می شود. کامپوزیت های حاوی تنگستن یک جایگزین عالی برای سرب در گلوله ها و گلوله ها هستند. در آلیاژهای نیکل، آهن یا کبالت، پرتابه های ضربه ای از آن ساخته می شود. مانند گلوله از انرژی جنبشی آن برای اصابت به هدف استفاده می شود. در مدارهای مجتمع از تنگستن برای اتصال به ترانزیستورها استفاده می شود. برخی از انواع سیم های آلات موسیقی از سیم تنگستن ساخته می شوند.

استفاده از اتصالات

سختی استثنایی کاربید تنگستن (W₂C، WC) آن را به رایج ترین ماده برای ابزارهای فرز و تراش تبدیل می کند. در صنایع متالورژی، معدن، نفت و ساختمان کاربرد دارد. کاربید تنگستن در ساخت جواهرات نیز استفاده می شود زیرا ضد حساسیت است و درخشندگی خود را از دست نمی دهد.

لعاب از اکسیدهای آن ساخته می شود. تنگستن "برنز" (به دلیل رنگ اکسیدها به این نام خوانده می شود) در رنگ ها استفاده می شود. تنگستات منیزیم و کلسیم در فلورسنت استفاده می شودلامپ ها تنگستات کریستالی به عنوان یک آشکارساز سوسوزن در پزشکی هسته ای و فیزیک عمل می کند. نمک ها در صنایع شیمیایی و چرم کاربرد دارند. تنگستن دی سولفید یک گریس با دمای بالا است که می تواند 500 درجه سانتیگراد را تحمل کند. برخی از ترکیبات حاوی تنگستن در شیمی به عنوان کاتالیزور استفاده می شود.