Вольфрам

Вольфрам (от немецкого слова Wolf-волк, Rahm-сливки ’волчья пена’) название дано в 16 веке, так как мешал выплавке олова, переводя его в шлак.

Физические свойства вольфрама

Вольфрам — тяжелый переходный элемент 6 группы периодической системы – часто встречается в природе совместно с молибденом. Особенно существенно – твердость, значительная плотность, тугоплавкость и высокая активность, которая проявляется в большой фоточувствительности и склонности к образованию прочных химических соединений с другими элементами. Для него характерна переменная валентность: она может быть равна 0, 2, 3, 4, 5 и 6. На воздухе покрывается оксидной пленкой. Вольфрам — светло-серый металл; кристаллическая решетка объемоцентрированная кубическая, плотность равна 19,3 г/см3 ; tпл.=34200С, tкип.=57000С, Ср=24,3 Дж/моль·К.

Вольфрам обладает очень благоприятными механическими свойствами. Из вольфрама можно вытянуть проволоку диаметром до 5м и со значительной прочностью на разрыв; вольфрамовая проволока толщиной 10м еще выдерживает груз около 30г. Прочность на растяжение вольфрама уменьшается с повышением температуры, и при 30000К она составляет лишь 1% ее значения при комнатной температуре, Прокаленный WO3 представляет собой кристаллический порошок лимонно-желтого цвета. Его плотность установлена не в полнее точно, но, по-видимому, она равна 7,23. Он плавится при 12000С и кипит около 14300С, но уже за долго до плавления возгоняется, особенно быстро при 9000С. Он триболюминесцентен и при трении дает синее свечение. В обычных условиях WO3 желтого цвета, но при нагревании слегка зеленеет; на свету приобретает синий цвет, что указывает на восстановление вольфрама до более низкой валентной формы.

Вольфрам
Вольфрам

Химические свойства вольфрама 

Водород восстанавливает триокись вольфрама в начале также до промежуточного окисла, но, если вести процесс несколько быстрее при температуре выше 6500С, восстановление идет до WO2, а также до металлического вольфрама. С хлором триокись вольфрама дает оксихлориды, но бром и йод на нее не действует. В воде и разбавленных минеральных кислотах, в том числе и в азотной, он не растворим, и лишь слегка растворяется в плавиковой кислоте. Но с газообразным HCl при 300-400 дает летучий окси хлорид WO2Cl2. WO3 очень мало растворим в концентрированных кислотах. Так, например, в концентрированной HNO3 при 200С его растворимость не превышает 0,0033г/л, но с повышением температуры слегка увеличивается. Интересно, что вольфрамовый ангидрид снижает растворимость MoO3 в азотнокислых растворах: в присутствии WO3 она падает с 4,75 до 3,4г/л. С парами серы и селена, а также с H2S и H2Se выше 4000С образует соответствующие дисульфид WS2 и диселенид WSe2, с кремнием и бором выше 14000С соответствующие силициды и бориды. Вольфрам очень медленно взаимодействует с Hg, Na, K, Ga, Mg даже при 6000С.

Для WO3 характерны чрезвычайно сложные полиморфные превращения, в интервале до 9000С у него наблюдается не менее восьми фазовых переходов. Все модификации, по-видимому, представляют собой искаженные варианты кубической структуры ReO3.

Атом металла смещен из центра октаэдра О6 и это приводит к разбросу в расстояниях W-O в интервале 1,7-20 А0. Характерной чертой изученных структур является чередование длинных и коротких связей вдоль направлений осей.

Гексагональная модификация WO3 была получена единственным методом-дегидратацией WO3·1/3H2O. Эта модификация имеет структуру гексагональной вольфрамовой бронзы. Однако это не бронза, а белый порошок; существование в туннелях молекул воды или посторонних атомов не доказано.

Масс-спектрометрическим и электронографическим исследованиями установлено, что в парах CrO3, MoO3 и WO3 присутствуют полимерные молекулы.

Получение  вольфрама 

Вольфрамовые руды (содержат 0,15-0,5% WO3) обогащают гравитационными методами, флотацией, магнитной и электростатической сепарацией, а также химическими способами.

Применение вольфрама 

Триоксид вольфрама применяется как исходный материал при получении металлического вольфрама, а его карбиды для окрашивания керамических и стеклянных изделий в желтый цвет, как катализатор при гидрогенизации и крекинге углеводородов. Его кислота H2WO4 служит адсорбентом, протравой в текстильной промышленности и катализатором при производстве высокооктанового бензина.

Компонент жаропрочных сплавов для авиации и ракетной техники; для изготовления катодов электровакуумных приборов и нитей ламп накаливания. Оксид вольфрама- WO3 применяется в производстве вольфрама и его соединений; пигмент для керамики; катализатор гидрогенизации.

Вольфрам мало распространен в природе. Содержание в земной коре 1·10-4 % по массе. Известно около 15 собственных минералов, большинство из них волфраматы. Наиболее важные минералы-вольфрамиты (Fe,Mn)WO4, его разновидности-ферберит (Fe:Mn>4:1) и гюбнерит (Mn:Fe>4:1) и шеелит CaWO4. До 50%  получаемого волфрама используют в производстве легированных сталей, важнейшие из которых быстрорежущие, содержащие 8-20% вольфрама. Примерно 35-45% вольфрама расходуется на производство твердых сплавов на основе карбида WC (85-95% WC и 5-15% Co).

Вольфрам вводят в качестве существенной составной части во многие ценные конструкционные материалы, которые отличаются экстремальной твердостью. Широко известен сплав видиа, который еще при 8000С тверже корунда; он состоит из карбида вольфрама WC и примерно 10% Co, применяемого в качестве связующего металла. При соответствующих предосторожностях им можно с большой скоростью обтачивать и сверлить стекло.  “Тяжелый  металл” — это легко обрабатывающийся W-Cu-Ni- сплав.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector