Volfram je hemijski element čiji je atomski broj 74. Ovaj teški metal od čeličnosive do bele je veoma izdržljiv, što ga čini jednostavno nezamenljivim u mnogim slučajevima. Njegova tačka topljenja je viša od bilo kojeg drugog metala, pa se stoga koristi kao filament u žaruljama sa žarnom niti i grijaćim elementima u električnim pećima (na primjer, legura cirkonij-volfram). Hemija elementa omogućava da se koristi kao katalizator. Njegova izuzetna tvrdoća čini ga pogodnim za upotrebu u "brzoreznim čelicima" koji omogućavaju rezanje materijala većim brzinama od ugljičnih čelika i legura na visokim temperaturama. Volfram karbid, spoj elementa s ugljikom, jedna je od najtvrđih poznatih tvari i koristi se za izradu alata za glodanje i struganje. Kalcijum i magnezijum volframat se široko koriste u fluorescentnim lampama, a volframovi oksidi se široko koriste u bojama i keramičkim glazurama.
Historija otkrića
Postojanje ovog hemijskog elementa prvi je sugerisao Peter Woolf 1779. godine, kada je istraživao mineral volframit i došao dozaključak da mora sadržavati novu supstancu. Godine 1781. Carl Wilhelm Scheele je ustanovio da se nova kiselina može dobiti iz volstenita. Scheele i Thorburn Bergman predložili su da se razmotri mogućnost dobivanja novog metala redukcijom ove kiseline, nazvane volstenska kiselina. Godine 1783, dva brata, José i Fausto Elguiar, pronašli su kiselinu u volframitu koja je bila identična volstenskoj kiselini. Iste godine, braća su uspela da iz njega izoluju volfram koristeći drveni ugalj.
Tokom Drugog svetskog rata, ovaj hemijski element je igrao ogromnu ulogu. Otpornost metala na visoke temperature, kao i ekstremna čvrstoća njegovih legura, učinili su volfram najvažnijom sirovinom za vojnu industriju. Zaraćene strane vrše pritisak na Portugal kao glavni izvor volframita u Evropi.
Biti u prirodi
U prirodi, element se javlja u volframitu (FeWO4/MnWO4), šeelitu (CaWO4), ferberit i hübnerit. Važna ležišta ovih minerala nalaze se u SAD u Kaliforniji i Koloradu, u Boliviji, Kini, Južnoj Koreji, Rusiji i Portugalu. Oko 75% svjetske proizvodnje volframa koncentrisano je u Kini. Metal se dobija redukcijom njegovog oksida vodonikom ili ugljenikom.
Svjetske rezerve se procjenjuju na 7 miliona tona. Pretpostavlja se da su 30% nalazišta volframita i 70% šeelita. Trenutno njihov razvoj nije ekonomski isplativ. Na sadašnjem nivou potrošnje, ove rezerve će trajati samo 140 godina. Još jedan vrijedan izvorvolfram je recikliranje starog metala.
Ključne karakteristike
Volfram je hemijski element koji je klasifikovan kao prelazni metal. Njegov simbol W dolazi od latinske riječi wolframium. U periodnom sistemu, nalazi se u grupi VI između tantala i renijuma.
U svom najčistijem obliku, volfram je čvrst materijal u rasponu boja od čelično sive do kositar bijele. Sa nečistoćama, metal postaje krhak i težak za obradu, ali ako ih nema, onda se može rezati nožnom pilom. Osim toga, može se kovati, valjati i crtati.
Volfram je hemijski element čija je tačka topljenja najviša među svim metalima (3422 °C). Takođe ima najniži pritisak pare. Takođe ima najveću vlačnu čvrstoću na T> 1650 °C. Element je izuzetno otporan na koroziju i samo je blago napadnut mineralnim kiselinama. U kontaktu sa zrakom na površini metala stvara se zaštitni sloj oksida, ali volfram se potpuno oksidira na visokim temperaturama. Kada se u malim količinama dodaje čeliku, njegova tvrdoća se dramatično povećava.
Izotopi
U prirodi, volfram se sastoji od pet radioaktivnih izotopa, ali oni imaju toliko dugo poluživot da se mogu smatrati stabilnim. Svi se raspadaju u hafnij-72 emisijom alfa čestica (koje odgovaraju jezgrima helijuma-4). Alfa raspad je uočen samo u 180W, najlakšim i najrjeđim od ovihizotopi. U prosjeku se dešavaju dva alfa raspada u 1 g prirodnog volframa godišnje 180W.
Pored toga, opisano je 27 vještačkih radioaktivnih izotopa volframa. Najstabilniji od njih je 181W sa poluživotom od 121,2 dana, 185W (75,1 dana), 188 W (69, 4 dana) i 178W (21, 6 dana). Svi ostali umjetni izotopi imaju vrijeme poluraspada kraće od jednog dana, a većina njih je manje od 8 minuta. Volfram takođe ima četiri "metastabilna" stanja, od kojih je najstabilnije 179mW (6,4 min).
Veze
U hemijskim jedinjenjima, oksidaciono stanje volframa se menja od +2 do +6, od kojih je +6 najčešće. Element se obično veže sa kiseonikom da formira žuti trioksid (WO3), koji se otapa u vodenim alkalnim rastvorima kao ioni volframata (WO42−).
Prijava
Budući da volfram ima vrlo visoku tačku topljenja i duktilan (može se uvući u žicu), široko se koristi kao filament žarulja sa žarnom niti i vakuum lampi, kao i u grijaćim elementima električnih peći. Osim toga, materijal izdržava ekstremne uvjete. Jedna od njegovih poznatih primjena je zavarivanje volframom zaštićenim plinom.
Izuzetno čvrst, volfram je idealna komponenta za legure teškog oružja. Visoka gustina se koristi u girjama,protivutezi i balastne kobilice za jahte, kao i u pikadu (80-97%). Brzorezni čelik, koji može rezati materijal većim brzinama od ugljičnog čelika, sadrži do 18% ove tvari. Lopatice turbina, dijelovi koji se troše i premazi koriste "superlegure" koje sadrže volfram. Ovo su legure otporne na toplinu, vrlo otporne koje funkcioniraju na povišenim temperaturama.
Termičko širenje hemijskog elementa slično je borosilikatnom staklu, pa se koristi za izradu zaptivki od stakla do metala. Kompoziti koji sadrže volfram odlična su zamjena za olovo u mecima i sačmi. U legurama s niklom, željezom ili kob altom, od njega se izrađuju udarni projektili. Poput metka, njegova kinetička energija se koristi da pogodi metu. U integrisanim kolima volfram se koristi za povezivanje tranzistorima. Neke vrste žica muzičkih instrumenata su napravljene od volframove žice.
Korišćenje veza
Izuzetna tvrdoća volfram karbida (W2C, WC) čini ga najčešćim materijalom za alate za glodanje i struganje. Primjenjuje se u metalurškoj, rudarskoj, naftnoj i građevinskoj industriji. Volfram karbid se takođe koristi u izradi nakita jer je hipoalergen i ne gubi svoj sjaj.
Glazura se pravi od njegovih oksida. Volframova "bronza" (tako nazvana zbog boje oksida) se koristi u bojama. Magnezijum i kalcijum volframati se koriste u fluorescentnom radulampe. Kristalni volframat služi kao scintilacijski detektor u nuklearnoj medicini i fizici. Soli se koriste u hemijskoj i kožnoj industriji. Volfram disulfid je visokotemperaturna mast koja može izdržati 500°C. Neka jedinjenja koja sadrže volfram se koriste u hemiji kao katalizatori.
Properties
Glavna fizička svojstva W su sljedeća:
- Atomski broj: 74.
- Atomska masa: 183, 85.
- Tačka topljenja: 3410 °C.
- Tačka ključanja: 5660 °C.
- Gustoća: 19,3 g/cm3 na 20°C.
- Stanja oksidacije: +2, +3, +4, +5, +6.
- Elektronska konfiguracija: [Xe]4 f 145 d 46 s 2.
