Общие сведения:
100 | Общие сведения | |
101 | Название | Вольфрам |
102 | Прежнее название | |
103 | Латинское название | Wolframium |
104 | Английское название | Tungsten |
105 | Символ | W |
106 | Атомный номер (номер в таблице) | 74 |
107 | Тип | Металл |
108 | Группа | Переходный металл |
109 | Открыт | Карл Вильгельм Шееле, Швеция, 1781 г. (назван), Хуан Хосе Эльхуяр Любизе и Фаусто де Эльхуяр, Испания, 1783 г. |
110 | Год открытия | 1783 г. |
111 | Внешний вид и пр. | Твёрдый, тугоплавкий, блестящий, серебристо-серый металл |
112 | Происхождение | Природный материал |
113 | Модификации | |
114 | Аллотропные модификации | 2 аллотропные модификации: — α-вольфрам с кубической объёмно-центрированной кристаллической решёткой, — β-вольфрам с кубической кристаллической решёткой, именуемой фаза А15 |
115 | Температура и иные условия перехода аллотропных модификаций друг в друга | |
116 | Конденсат Бозе-Эйнштейна | |
117 | Двумерные материалы | |
118 | Содержание в атмосфере и воздухе (по массе) | 0 % |
119 | Содержание в земной коре (по массе) | 0,00011 % |
120 | Содержание в морях и океанах (по массе) | 1,2·10-8 % |
121 | Содержание во Вселенной и космосе (по массе) | 5,0·10-8 % |
122 | Содержание в Солнце (по массе) | 4,0·10-7 % |
123 | Содержание в метеоритах (по массе) | 0,000012 % |
124 | Содержание в организме человека (по массе) |
Промышленное получение
Получение вольфрама промышленными предприятиями начинается с добычи руды, ее доставки на производство. Следующий этап — выделение триоксида из расходного материала. После этого он проходит процесс восстановления для получения очищенного металлического порошка. Процедуру восстановления проводят под воздействием водорода. При этом сырье нагревается до 700°C. Готовый порошок прессуется, спекается при температуре 1300°C в защитной атмосфере из водорода.
Свойства атома вольфрама:
200 | Свойства атома | |
201 | Атомная масса (молярная масса) | 183,84(1) а.е.м. (г/моль) |
202 | Электронная конфигурация | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 4f14 5s2 5p6 5d4 6s2 |
203 | Электронная оболочка | K2 L8 M18 N32 O12 P2 Q0 R0 |
204 | Радиус атома (вычисленный) | 193 пм |
205 | Эмпирический радиус атома* | 135 пм |
206 | Ковалентный радиус* | 162 пм |
207 | Радиус иона (кристаллический) | W4+ 80 (6) пм, W5+ 76 (6) пм, W6+ 74 (6) пм (в скобках указано координационное число – характеристика, которая определяет число ближайших частиц (ионов или атомов) в молекуле или кристалле) |
208 | Радиус Ван-дер-Ваальса | |
209 | Электроны, Протоны, Нейтроны | 74 электрона, 74 протона, 110 нейтронов |
210 | Семейство (блок) | элемент d-семейства |
211 | Период в периодической таблице | 6 |
212 | Группа в периодической таблице | 6-ая группа (по старой классификации – побочная подгруппа 6-ой группы) |
213 | Эмиссионный спектр излучения |
Зависимость радиуса атома металла от его порядкового номера
Задача 1082. Чем объясняется близость атомных радиусов ниобия и тантала, молибдена и вольфрама, технеция и рения?
Решение:
По размеру, как атомов, так и ионов ниобий и тантал, молибден и вольфрам, технеций и рений близки друг к другу, поэтому их свойства как элементов целесообразно рассмотреть одновременно. Одинаковые объемы атомов объясняются тем, что члены VI периода — тантал, вольфрам, рений следуют в этом периоде почти сразу же за лантаноидами, у которых происходит заполнение электронами не внешнего, а третьего снаружи слоя. Это приводит к так называемому «лантаноидному сжатию» — увеличивающееся количество внутренних отрицательно заряженных электронов сильнее притягивается положительно заряженным ядром. Вследствие этого радиус атома с увеличением порядкового номера элемента не только не увеличивается, но даже несколько уменьшается.
Строение атомов хрома, молибдена и вольфрама
Задача 1083. Обосновать размещение хрома, молибдена и вольфрама в VI группе периодической системы. В чем проявляется сходство этих элементов с элементами главной подгруппы?
Решение:
Хром, молибден, и вольфрам – содержат по 6 валентных электронов, которые расположены на s-орбиталях внешнего и d-орбиталях предвнешнего слоя. Электронная конфигурация данных атомов должна иметь вид (n-1)d4ns2 , но с учетом проскока одного электрона для Сr и Мо – (n-1)d5ns1. Наличие 6 валентных электронов (электроны, способные образовывать химические связи) основной аргумент по размещению этих элементов в VI группе периодической системы, а расположение валентных электронов на s-орбиталях внешнего и d-орбиталях предвнешнего слоя – аргумент по размещению этих элементов в побочной подгруппе данной VI группы.
Сходство этих элементов с элементами главной подгруппы проявляется в том, что все они содержат по 6 валентных электронов, способных участвовать в образовании химических связей.
Элементы главной и побочной подгруппы находятся в высшей степени окисленности, их аналогичные соединения проявляют существенное сходство. Так, хром, расположенный в побочной подгруппе VI группы, образует кислотный оксид CrO3, близкий по свойствам к триоксиду серы SO3.
Оба эти вещества в обычных условиях находятся в твердом состоянии и образуют при взаимодействии с водой кислоты состава H2ЭО4.
Подобная близость свойств объясняется тем, что в высшей степени окисленности атомы элементов главных и побочных подгрупп приобретают сходное электронное строение. Например, атом хрома имеет электронную структуру 1s22s22p63s23p63d54s1.
Когда хром находится в степени окисленности +6 (например, в оксиде CrO3), шесть электронов его атома (пять 3d- и один 4s-электрон) вместе с валентными электронами соседних атомов (в случае CrO3 — атомов кислорода) — образуют общие электронные пары, осуществляющие химические связи.
Остальные электроны, непосредственно не участвующие в образовании связей, имеют конфигурацию 1s22s22p63s23p6, отвечающую электронной структуре благородного газа.
Аналогично у атома серы, находящегося в степени окисленности +6 (например, в триоксиде серы SO3), шесть электронов участвуют в образовании ковалентных связей, а конфигурация остальных 1s22s22p6 также соответствует электронной структуре благородного газа.
Источник: https://buzani.ru/zadachi/khimiya-glinka/1366-atomnye-radiusy-metallov-zadachi-1082-1083
Химические свойства вольфрама:
300 | Химические свойства | |
301 | Степени окисления | -4, -2, -1, 0, +1, +2, +3, +4, +5, +6 |
302 | Валентность | II, III, IV, V, VI |
303 | Электроотрицательность | 2,3 (шкала Полинга) |
304 | Энергия ионизации (первый электрон) | 758,76 кДж/моль (7,86403(10) эВ) |
305 | Электродный потенциал | W3+ + 3e— → W, Eo = +0,11 В, W6+ + 6e— → W, Eo = +0,68 В |
306 | Энергия сродства атома к электрону | 78,76(1) кДж/моль (0,81626(8) эВ) |
Физические свойства вольфрама:
400 | Физические свойства | |
401 | Плотность* | 19,3 г/см3 (при 20 °C и иных стандартных условиях, состояние вещества – твердое тело), 17,6 г/см3 (при температуре плавления 3422 °C и иных стандартных условиях, состояние вещества – жидкость) |
402 | Температура плавления* | 3422 °C (3695 K, 6192 °F) |
403 | Температура кипения* | 5930 °C (6203 K, 10706 °F) |
404 | Температура сублимации | |
405 | Температура разложения | |
406 | Температура самовоспламенения смеси газа с воздухом | |
407 | Удельная теплота плавления (энтальпия плавления ΔHпл)* | 52,31 кДж/моль |
408 | Удельная теплота испарения (энтальпия кипения ΔHкип)* | 774 кДж/моль |
409 | Удельная теплоемкость при постоянном давлении | 0,114 Дж/г·K (при 0-1000 °C) |
410 | Молярная теплоёмкость | 24,27 Дж/(K·моль) |
411 | Молярный объём | 9,55 см³/моль |
412 | Теплопроводность | 173 Вт/(м·К) (при стандартных условиях), 162,8 Вт/(м·К) (при 300 K) |
413 | Коэффициент теплового расширения | 4,5 мкм/(М·К) (при 25 °С) |
414 | Коэффициент температуропроводности | |
415 | Критическая температура | |
416 | Критическое давление | |
417 | Критическая плотность | |
418 | Тройная точка | |
419 | Давление паров (мм.рт.ст.) | |
420 | Давление паров (Па) | |
421 | Стандартная энтальпия образования ΔH | |
422 | Стандартная энергия Гиббса образования ΔG | |
423 | Стандартная энтропия вещества S | |
424 | Стандартная мольная теплоемкость Cp | |
425 | Энтальпия диссоциации ΔHдисс | |
426 | Диэлектрическая проницаемость | |
427 | Магнитный тип | |
428 | Точка Кюри | |
429 | Объемная магнитная восприимчивость | |
430 | Удельная магнитная восприимчивость | |
431 | Молярная магнитная восприимчивость | |
432 | Электрический тип | |
433 | Электропроводность в твердой фазе | |
434 | Удельное электрическое сопротивление | |
435 | Сверхпроводимость при температуре | |
436 | Критическое магнитное поле разрушения сверхпроводимости | |
437 | Запрещенная зона | |
438 | Концентрация носителей заряда | |
439 | Твёрдость по Моосу | |
440 | Твёрдость по Бринеллю | |
441 | Твёрдость по Виккерсу | |
442 | Скорость звука | |
443 | Поверхностное натяжение | |
444 | Динамическая вязкость газов и жидкостей | |
445 | Взрывоопасные концентрации смеси газа с воздухом, % объёмных | |
446 | Взрывоопасные концентрации смеси газа с кислородом, % объёмных | |
446 | Предел прочности на растяжение | |
447 | Предел текучести | |
448 | Предел удлинения | |
449 | Модуль Юнга | |
450 | Модуль сдвига | |
451 | Объемный модуль упругости | |
452 | Коэффициент Пуассона | |
453 | Коэффициент преломления |
Применение
Главное применение вольфрама — как основа тугоплавких материалов в металлургии.
Металлический вольфрам
Нить накаливания
- Тугоплавкость и пластичность вольфрама делают его незаменимым для нитей накаливания в осветительных приборах, а также в кинескопах и других вакуумных трубках.
- Благодаря высокой плотности вольфрам является основой тяжёлых сплавов, которые используются для противовесов, бронебойных сердечников подкалиберных и стреловидных оперенных снарядов артиллерийских орудий, сердечников бронебойных пуль и сверхскоростных роторов гироскопов для стабилизации полёта баллистических ракет (до 180 тыс. об/мин).
- Вольфрам используют в качестве электродов для аргонно-дуговой сварки.
- Сплавы вольфрама, ввиду его высокой температуры плавления, получают методом порошковой металлургии. Сплавы, содержащие вольфрам, отличаются жаропрочностью, кислотостойкостью, твердостью и устойчивостью к истиранию. Из них изготовляют хирургические инструменты (сплав «амалой»), танковую броню, оболочки торпед и снарядов, наиболее важные детали самолетов и двигателей, контейнеры для хранения радиоактивных веществ. Вольфрам — важный компонент лучших марок инструментальных сталей.
- Вольфрам применяется в высокотемпературных вакуумных печах сопротивления в качестве нагревательных элементов. Сплав вольфрама и рения применяется в таких печах в качестве термопары.
- Высокая плотность вольфрама делает его удобным для защиты от ионизирующего излучения. Несмотря на бо́льшую плотность по сравнению с традиционным и более дешёвым свинцом, защита из вольфрама оказывается менее тяжёлой при равных защитных свойствах или более эффективной при равном весе. Из-за тугоплавкости и твёрдости вольфрама, затрудняющих его обработку, в таких случаях используются более пластичные сплавы вольфрама с добавлением никеля, железа, меди и др. либо взвесь порошкообразного вольфрама (или его соединений) в полимерной основе.
Соединения вольфрама
- Для механической обработки металлов и неметаллических конструкционных материалов в машиностроении (точение, фрезерование, строгание, долбление), бурения скважин, в горнодобывающей промышленности широко используются твёрдые сплавы и композитные материалы на основе карбида вольфрама (например, победит, состоящий из кристаллов WC в кобальтовой матрице; широко применяемые в России марки — ВК2, ВК4, ВК6, ВК8, ВК15, ВК25, Т5К10, Т15К6, Т30К4), а также смесей карбида вольфрама, карбида титана, карбида тантала (марки ТТ для особо тяжёлых условий обработки, например, долбление и строгание поковок из жаропрочных сталей и перфораторное ударно-поворотное бурение крепкого материала). Широко используется в качестве легирующего элемента (часто совместно с молибденом) в сталях и сплавах на основе железа. Высоколегированная сталь, относящаяся к классу «быстрорежущая», с маркировкой, начинающейся на букву Р, практически всегда содержит вольфрам.
- Сульфид вольфрама WS2 применяется как высокотемпературная (до 500 °C) смазка.
- Некоторые соединения вольфрама применяются как катализаторы и пигменты.
- Монокристаллы вольфраматов (вольфраматы свинца, кадмия, кальция) используются как сцинтилляционные детекторы рентгеновского излучения и других ионизирующих излучений в ядерной физике и ядерной медицине.
- Дителлурид вольфрама WTe2 применяется для преобразования тепловой энергии в электрическую (термо-ЭДС около 57 мкВ/К).
Кристаллическая решётка вольфрама:
500 | Кристаллическая решётка | |
511 | Кристаллическая решётка #1 | α-вольфрам |
512 | Структура решётки | Кубическая объёмно-центрированная |
513 | Параметры решётки | 3,160 Å |
514 | Отношение c/a | |
515 | Температура Дебая | 310 K |
516 | Название пространственной группы симметрии | Im_ 3m |
517 | Номер пространственной группы симметрии | 229 |
Марки
Марки вольфрама:
- ВР — соединение вольфрама с рением.
- ВТ, ВИ, ВЛ — к основе добавляется присадка окиси лантана, тория, иттрия.
- ВРН — металл без присадок. Допускается наличие небольшого количества разных примесей.
- ВМ — к основе добавляются разные присадки. Основные — кремнещелочные, алюминиевые.
- МВ — соединение молибдена с вольфрамом. Сохраняется пластичность одновременно с повышением прочности.
- ВЧ — чистый металл без примесей, присадок.
- ВА — соединение основы с алюминием, кремнещелочными присадками.
Лампы накаливания не просто так имеют стеклянную герметичную капсулу. Поскольку вольфрам быстро окисляется на открытом воздухе, капсула заполняется инертным газом.
Лампа накаливания