Volframi | ||||
---|---|---|---|---|
← Tantaali | Renium → | ||||
| ||||
Yksinkertaisen aineen ulkonäkö | ||||
Tulenkestävä kestävä metalli, vaaleanharmaa [1] | ||||
Kaasufaasista kerrostuneet volframikiteet | ||||
Atomin ominaisuudet | ||||
Nimi, symboli, numero | Volframi / Wolframium (W), 74 | |||
Ryhmä , jakso , lohko |
6, 6, d-elementti |
|||
Atomimassa ( moolimassa ) |
183.84(1) [2] a. e. m ( g / mol ) | |||
Elektroninen konfigurointi | [Xe] 4f 14 5d 4 6s 2 | |||
Atomin säde | 137 [1] pm | |||
Kemiallisia ominaisuuksia | ||||
kovalenttinen säde | klo 170 | |||
Ionin säde | (+6e) 62 (+4e) 70 pm | |||
Elektronegatiivisuus | 2.3 (Pauling-asteikko) | |||
Elektrodin potentiaali |
L ← L 3+ 0,11 V L ← L 6+ 0,68 V |
|||
Hapetustilat | +2, +3, +4, +5, +6 [1] | |||
Ionisaatioenergia (ensimmäinen elektroni) |
769,7 (7,98) kJ / mol ( eV ) | |||
Yksinkertaisen aineen termodynaamiset ominaisuudet | ||||
Tiheys ( n.a. ) | 19,25 [3] g/cm³ | |||
Sulamislämpötila | 3695K ( 3422 °C, 6192°F) [3] | |||
Kiehumislämpötila | 5828 K (5555 °C, 10 031 °F) [3] | |||
Oud. sulamisen lämpöä |
285,3 kJ/kg 52,31 [4] [5] kJ/mol |
|||
Oud. haihtumislämpö | 4482 kJ/kg 824 kJ/mol | |||
Molaarinen lämpökapasiteetti | 24,27 [6] J/(K mol) | |||
Molaarinen tilavuus | 9,53 cm³ / mol | |||
Yksinkertaisen aineen kidehila | ||||
Hilarakenne |
Kuutiomainen runko keskellä |
|||
Hilan parametrit | 3,160Å _ | |||
Debye lämpötila | 310 000 _ | |||
Muut ominaisuudet | ||||
Lämmönjohtokyky | (300 K) 162,8 [7] W/(m K) | |||
CAS-numero | 7440-33-7 |
74 | Volframi |
W183,84 | |
4f 14 5d 4 6s 2 |
Volframi ( kemiallinen symboli - W, lat. Wolframium ) on kuudennen ryhmän kemiallinen alkuaine ( vanhentuneen luokituksen mukaan - kuudennen ryhmän sivualaryhmä VIB) D. I.:n jaksollisen kemiallisten alkuaineiden järjestelmän kuudennessa jaksossa . Mendelejev , atominumero 74.
Normaaleissa olosuhteissa volframi on kova, raskas, kiiltävä metalli [1] [6] , jonka väri on hopeanharmaa. Sen tiheys on hieman suurempi kuin metallisen uraanin .
Volframi on jaksollisen järjestelmän tulenkestävin metalli . Viittaa siirtymämetalleihin .
Nimi Wolframium siirrettiin alkuaineeseen jo 1500 -luvulla tunnetusta volframiitista . nimellä "susivaahto" - lat. spuma lupi tai saksalainen. Wolf Rahm [6] [8] [ tarkista linkki (33 päivää jo) ] . Nimi johtui siitä, että tinamalmien mukana toiminut volframi häiritsi tinan sulattamista ja muutti sen kuonavaahdoksi ("se söi tinaa kuin susi lammas").
Englannissa ja ranskassa volframia kutsutaan tungsteniksi ( ruotsin kielestä tung sten - "raskas kivi"). Vuonna 1781 kuuluisa ruotsalainen kemisti Karl Scheele käsitteli mineraalischeeliittiä typpihapolla, ja hän sai keltaisen " raskaskiven " (volframitrioksidi WO 3 ) [9] . Vuonna 1783 espanjalaiset kemistit, Eluardin veljekset, raportoivat saaneensa saksilaisesta volframiitista sekä uuden, ammoniakille liukenevan metallin keltaisen oksidin että itse metallin [10] . Samaan aikaan yksi veljistä, Fausto, oli Ruotsissa vuonna 1781 ja kommunikoi Scheelen kanssa. Scheele ei väittänyt löytäneensä volframia, eivätkä Eluardin veljekset vaatineet prioriteettiaan.
Volframiklarkkia maankuoressa on (Vinogradovin mukaan) 1,3 g/t ( 0,00013 % maankuoren pitoisuudesta). Sen keskimääräinen pitoisuus kivissä, g/t: ultraemäksinen - 0,1, emäksinen - 0,7, keskimääräinen - 1,2, hapan - 1,9.
Volframia esiintyy luonnossa pääasiassa hapettuneiden kompleksiyhdisteiden muodossa, jotka muodostuvat volframitrioksidista WO 3 raudan ja mangaanin tai kalsiumin oksideista ja joskus lyijystä, kuparista, toriumista ja harvinaisista maametallista. Wolframiitti (rauta- ja mangaanivolframaatti n FeWO 4 · m MnWO 4 - vastaavasti, ferberiitti ja hübneriitti ) ja scheeliitti ( kalsiumvolframaatti CaWO 4 ) ovat teollisesti tärkeitä . Volframimineraalit ovat yleensä graniittisten kivien välissä niin, että volframin keskimääräinen pitoisuus on 1-2 %.
Kazakstanilla , Kiinalla , Kanadalla ja USA :lla on suurimmat varannot ; talletukset tunnetaan myös Boliviassa , Portugalissa , Venäjällä , Uzbekistanissa ja Etelä-Koreassa . Maailman volframituotanto on 49-50 tuhatta tonnia vuodessa, joista 41 Kiinassa, 3,5 Venäjällä; Kazakstan 0,7, Itävalta 0,5. Tärkeimmät volframin viejät: Kiina, Etelä-Korea, Itävalta . Tärkeimmät maahantuojat: USA, Japani , Saksa , Iso- Britannia .
Myös Armeniassa ja muissa maissa on volframiesiintymiä.
Volframiatomin täydellinen elektroninen konfiguraatio on: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 6 4f 14 5d 4 6s 2 .
Volframi on kiiltävä, vaaleanharmaa metalli , jolla on korkeimmat todistetut sulamis- ja kiehumispisteet (oletetaan, että seaborgium on vielä tulenkestävämpi, mutta toistaiseksi tätä ei voida varmuudella todeta - seaborgiumin elinikä on hyvin lyhyt). Volframin Mohs-kovuus on 7,5, ja se on puhtaiden metallien joukossa toiseksi kromin (Mohsin kovuus 8,5) jälkeen. Sulamispiste - 3695 K (3422 °C), kiehuu 5828 K (5555 °C) [3] . Puhtaan volframin tiheys normaaleissa olosuhteissa on 19,25 g/cm³ [3] , nestemäisen volframin sulamispisteessä 16,65 g/cm³ [6] . Sillä on paramagneettisia ominaisuuksia ( magneettinen suskeptibiliteetti 0,32⋅10 -9 ). Brinell-kovuus 488 kg/mm². Sähkövastus 25 °C:ssa — 55⋅10 −9 Ohm m, 2700 °C:ssa — 904⋅10 −9 Ohm m; resistanssin lämpötilakerroin 5,0 10 −3 K −1 (0—200 °C) [6] . Äänen nopeus hehkutetussa volframissa on 4290 m/s. Lineaarilaajenemisen lämpötilakerroin 4,1 10 -6 K -1 (298 K), 6,5 10 -6 K -1 (2273 K), 7,1 10 -6 K -1 (2673 K) [6 ] . Lämmönjohtavuus 153 W/(m K) lämpötilassa 298 K, 105 W/(m K) lämpötilassa 1873 K [6] . Terminen diffuusio 3,17 10 3 m 2 /s lämpötilassa 1873 K, 2,3 10 3 m 2 /s lämpötilassa 2873 K [6] .
Volframi on yksi raskaimmista, kovimmista ja tulenkestävimmistä metalleista [6] . Puhtaassa muodossaan se on hopeanvalkoinen metalli, samanlainen kuin platina, noin 1600 °C:n lämpötilassa se soveltuu hyvin takomiseen ja voidaan vetää ohueksi langaksi. Metalli on erittäin vakaa tyhjiössä [11] . Kokoonpuristuvuuskerroin on pienin kaikista metalleista (vastaavasti bulkkikimmokerroin on metallien suurin) [6] .
Volframia esiintyy normaaleissa olosuhteissa kahdessa kiteisessä muunnelmassa. Stabiili modifikaatio (α-volframi) muodostaa kuutiojärjestelmän kiteitä (kappalekeskeinen hila), avaruusryhmä Im 3 m , soluparametrit a = 0,31589 nm , Z = 2 [6] . Metasable modifikaatio (β-volframi) - kuutiokiteet , avaruusryhmä Pm 3 n , soluparametrit a = 0,5036 nm , Z = 8 , d = 19,0 g / cm 3 (trikromisilisidityyppinen rakenne Cr 3 Si, tunnetaan myös faasina A15 ). Metastabiili modifikaatio muodostuu volframitrioksidin pelkistyksen yhteydessä vedyllä 440 - 520 °C:n lämpötiloissa [12] sekä volframaattisulan elektrolyysin aikana [13] , se muuttuu alfa-W:ksi, kun sitä kuumennetaan yli. 520 °C [12] [6] . Vaikka volframin β-faasi saatiin ensimmäisen kerran jo vuonna 1931, monet kirjoittajat uskoivat, että todellisuudessa se on volframisuboksidia, jonka kaava on W 14 ... 20 O tai faasi, joka on stabiloitu happiepäpuhtaudella; on myös oletus, että tätä faasia voidaan kuvata ioniseksi yhdisteeksi W 3 W, "volframivolframiamidiksi", jonka volframiatomit ovat eri hapetustiloissa. Vasta vuonna 1998 osoitettiin, että β-volframia on olemassa myös ilman happiseosta [13] .
Jotkut α-volframin ja β-volframin fysikaaliset ominaisuudet eroavat toisistaan merkittävästi. α-volframin siirtymälämpötila suprajohtavaan tilaan on 0,0160 K [6] , beetafaasin osalta tämä lämpötila vaihtelee 1-4 K; faasien seos voi muuttua suprajohtavaksi välilämpötiloissa riippuen faasien suhteellisesta sisällöstä [14] . β-volframin ominaisresistanssi on kolme kertaa suurempi kuin α-volframin [15]
Näyttää valenssin 2-6. Vakain on 6-valenttinen volframi. 3- ja 2-arvoiset volframiyhdisteet ovat epästabiileja eikä niillä ole käytännön merkitystä.
Volframilla on korkea korroosionkestävyys: se ei muutu ilmassa huoneenlämpötilassa; punaisessa lämpölämpötilassa se hapettuu hitaasti volframi(VI)oksidiksi . Kuitenkin pelkistetty hieno volframijauhe on pyroforista [12] . Jännitteiden sarjassa oleva volframi on välittömästi vedyn jälkeen ja on lähes liukenematon kloorivety-, laimeaan rikki- ja fluorivetyhappoihin. Typpihapossa ja aqua regiassa se hapettuu pinnasta. Liukenee vetyperoksidiin.
Liukenee helposti typpi- ja fluorivetyhapon seokseen [16] :
Reagoi sulien alkalien kanssa hapettimien läsnä ollessa [16] :
Aluksi nämä reaktiot ovat hitaita, mutta saavuttaessaan 400 °C (500 °C happea sisältävässä reaktiossa) volframi alkaa lämmetä itsestään ja reaktio etenee melko nopeasti, jolloin muodostuu suuri määrä lämpöä.
Se liukenee typpi- ja fluorivetyhapon seokseen muodostaen heksafluorivolframihappoa H 2 [WF 6 ]. Volframiyhdisteistä tärkeimmät ovat: volframitrioksidi tai volframianhydridi, volframiyhdisteet, yleiskaavan Me 2 WO X mukaiset peroksidiyhdisteet sekä yhdisteet, joissa on halogeeneja, rikkiä ja hiiltä. Volframaateilla on taipumus muodostaa polymeerisiä anioneja , mukaan lukien heteropolyyhdisteet, joissa on muita siirtymämetalleja.
Volframin valmistusprosessi kulkee alavaiheen läpi, jossa trioksidi WO 3 erotetaan malmirikasteista ja sen jälkeen pelkistetään metallijauheeksi vedyn kanssa lämpötilassa noin 700 °C. Volframin korkean sulamispisteen vuoksi kompaktin muodon saamiseksi käytetään jauhemetallurgisia menetelmiä : saatu jauhe puristetaan, sintrataan vetyatmosfäärissä lämpötilassa 1200-1300 ° C , sitten sähkövirta johdetaan sen läpi . Metalli kuumennetaan 3000 °C:seen ja tapahtuu sintraus monoliittiseksi materiaaliksi. Myöhemmässä puhdistuksessa ja yksikidemuodon saamiseksi käytetään vyöhykesulatusta [ 17] .
Volframin pääasiallinen käyttökohde on tulenkestävien materiaalien perusta metallurgiassa.
Keinotekoista radionuklidia 185 W käytetään radioaktiivisena leimana aineen tutkimuksessa. Stabiilia 184 W:tä käytetään kiinteän faasin ydinrakettimoottoreissa käytettävien uraani-235- seosten komponenttina , koska se on ainoa yleinen volframi - isotooppi , jolla on alhainen termisen neutronien sieppauspoikkileikkaus (noin 2 barnia ).
Metallisen volframin (alkuainepitoisuus noin 99 %) hinnat olivat vuoden 2010 lopussa noin 40-42 dollaria kilolta, toukokuussa 2011 noin 53-55 dollaria kilolta. Puolivalmisteet alkaen 58 USD (patukat) - 168 (ohut nauha). Vuonna 2014 volframin hinnat vaihtelivat välillä 55–57 USD [23] .
Volframilla ei ole merkittävää biologista roolia. Joissakin arkkibakteereissa ja bakteereissa on entsyymejä , jotka sisältävät volframia aktiivisessa keskustassa. Syvänmeren hydrotermisten aukkojen ympärillä elää pakollisia volframista riippuvaisia hypertermofiilisiä arkebakteereja. Volframin läsnäoloa entsyymien koostumuksessa voidaan pitää varhaisen arkean fysiologisena jäännöksenä - on viitteitä siitä, että volframilla oli roolia elämän varhaisissa vaiheissa [24] .
Volframipöly, kuten useimmat muut metallipölyt , ärsyttää hengityselimiä.
Tunnettuja volframin isotooppeja , joiden massaluvut ovat 158-192 ( protonien lukumäärä 74, neutronien lukumäärä 84-118 ) ja yli 10 ydinisomeeriä [25] .
Luonnonvolframi koostuu viiden isotoopin seoksesta ( 180 W - 0,12 (1), 182 W - 26,50 (16), 183 W - 14,31 (4), 184 W - 30,64 (2) % ja 186 W - 28,43 (19) % [25] . Vuonna 2003 löydettiin äärimmäisen heikko luonnollisen volframin radioaktiivisuus [26] (noin kaksi hajoamista alkuainegrammaa kohden vuodessa), mikä johtuu 180 W : n α-aktiivisuudesta , jonka puoliintumisaika on 1,8⋅10 18 vuotta . 27] .
Sanakirjat ja tietosanakirjat |
| |||
---|---|---|---|---|
|
D. I. Mendelejevin kemiallisten alkuaineiden jaksollinen järjestelmä | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
Metallien sähkökemiallisen toiminnan sarja | |
---|---|
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 , |