Tungstênio

Tungstênio
74 W
Mo ↑ W ↓ Sg Tabela periódica tântalo ← → tungstênio rênio
Aparência
branco acinzentado, brilhante
Propriedades gerais
Nome, símbolo, número	tungsténio, W, 74
Pronúncia	/ t ʌ ŋ s t ən / TUNG -stən; / w ʊ l f r əm / WUUL -frəm
Categoria elemento	de metal de transição
Grupo, período, bloco	6, 6, d
Peso atômico padrão	183,84
Configuração eletrônica	[ Xe ] 4f 14 5d 4 6s 2 2, 8, 18, 32, 12, 2
História
Descoberta	Torbern Bergman (1781)
Primeiro isolamento	Juan José Elhuyar e Fausto Elhuyar (1783)
Propriedades físicas
Fase	sólido
Densidade (perto RT)	19,25 g · cm -3
Líquido densidade no pf	17,6 g · cm -3
Ponto de fusão	3695 K , 3422 ° C, 6192 ° F
Ponto de ebulição	5828 K, 5555 ° C, 10031 ° F
Ponto crítico	13892 K, MPa
Calor de fusão	35,3 kJ mol -1 ·
Calor de vaporização	806,7 kJ mol -1 ·
Capacidade calorífica molar	24,27 J · · mol -1 K -1
Pressão de vapor
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k em T (K) 3477 3773 4137 4579 5127 5823
Propriedades atômicas
Estados de oxidação	6, 5, 4, 3, 2, 1, 0, -1, -2 (Moderadamente ácida óxido)
Eletronegatividade	2,36 (escala de Pauling)
Energias de ionização	1º: 770 kJ · mol -1
	Segunda: 1700 kJ mol -1 ·
Raio atômico	139 pm
O raio de covalência	162 ± 19:00
Miscelânea
A estrutura de cristal	cúbica de corpo centrado
Ordenamento magnético	paramagnético
Resistividade elétrica	(20 ° C) 52,8 Nco · m
Condutividade térmica	173 W · m -1 · K -1
Expansão térmica	(25 ° C) 4,5 uM · · K -1 m -1
O módulo de Young	411 GPa
Módulo de cisalhamento	161 GPa
Massa de módulo	310 GPa
Rácio de Poisson	0.28
Dureza de Mohs	7,5
Dureza de Vickers	3430 MPa
Dureza Brinell	2.570 MPa
Número de registo CAS	7440-33-7
A maioria dos isótopos estáveis
Ver artigo principal: Isótopos de tungsténio
iso N / D meia-vida DM DE ( MeV) DP 180 W 0,12% 1,8 × 10 18 y α 2,516 176 Hf 181 W syn 121,2 d ε 0,188 181 Ta 182 W 26,50% > 1,7 × 10 20 y α 1.772 178 Hf 183 W 14,31% > 8 × 10 19 y α 1.680 179 Hf 184 W 30,64% > 1,8 × 10 20 y α 1.123 180 Hf 185 W syn 75,1 d β - 0,433 185 Re 186 W 28.43% > 4,1 × 10 18 y α 1.656 182 Hf β - β - - 186 Os

Tungsten, também conhecido como volfrâmio, é um elemento químico com o símbolo químico W e número atômico 74. A palavra de tungstênio vem do idioma sueco tung sten directamente transponível para pedra pesada, embora o nome é Volfram em sueco para distingui-lo Scheelita, em Sueco tungstênio alternativamente nomeado.

A, raro difícil de metal sob condições padrão quando não combinada, tungstênio é encontrado naturalmente na Terra apenas em compostos químicos. Ele foi identificado como um novo elemento em 1781, e pela primeira vez isolado como um metal em 1783. É importante minérios incluem wolframite e scheelita. O elemento livre é notável pela sua robustez, especialmente o facto de ter o maior ponto de fusão de todos os não- metais ligados e o segundo maior de todos os elementos depois de carbono . Também notável é a sua alta densidade de 19,3 vezes a da água, comparável à do urânio e ouro , e muito mais elevados (cerca de 1,7 vezes) do que a do chumbo . Tungstênio com pequenas quantidades de impurezas é muitas vezes e quebradiços disco, tornando-o difícil trabalho. No entanto, o tungsténio muito puro, embora ainda difícil, é mais dúctil, e pode ser cortado com um disco de aço serrote.

Muitas ligas de tungstênio têm inúmeras aplicações, principalmente na incandescente filamentos de lâmpada, Tubos de raios-X (como tanto o filamento e alvo), eletrodos na soldagem TIG , e superligas. Dureza do tungstênio e alta densidade dar-lhe aplicações militares em penetrar projécteis. Compostos de tungstênio são mais frequentemente utilizados industrialmente como catalisadores .

Tungsténio é o único metal do terceiro transição série que é conhecida para ocorrer em biomoléculas, em que é utilizado em algumas espécies de bactérias e archaea. É o elemento mais pesado conhecido para ser usado por qualquer organismo vivo. Tungsténio interfere com molibdénio e cobre o metabolismo, e é pouco tóxico para a vida animal.

História

Em 1781, Carl Wilhelm Scheele descoberto que um novo ácido , ácido túngstico, pode ser feita a partir de scheelite (no momento de tungsténio chamado). Scheele e Torbern Bergman sugeriram que poderia ser possível obter um novo metal reduzindo este ácido. Em 1783, José e Fausto Elhuyar encontrado um ácido feita a partir de volframite que era idêntico ao ácido túngstico. Mais tarde nesse ano, em Espanha, os irmãos conseguiram isolar tungstênio por redução do ácido com carvão vegetal, e eles são creditados com a descoberta do elemento.

Na Segunda Guerra Mundial , o tungstênio desempenhou um papel significativo no fundo relações políticas. Portugal, como a principal fonte do elemento europeu, foi colocado sob pressão de ambos os lados, por causa de seus depósitos de minério de wolframita em Panasqueira. A resistência de tungstênio para altas temperaturas e seu fortalecimento de ligas tornou uma importante matéria-prima para a indústria de armas.

Etimologia

O nome "tungsténio" (do Nordic tung sten, que significa "pedra pesada") é usado em Inglês, Francês, e muitos outros idiomas como o nome do elemento. Tungsten era o antigo nome sueco para a scheelita mineral. O outro nome "wolfram" (ou "Volfram"), usado por exemplo em línguas mais europeu (especialmente germânicas e eslavas), é derivado do mineral wolframite, e esta é também a origem do seu símbolo químico, W. O nome "wolframite" é derivado do alemão "rahm lobo" ("fuligem lobo" ou "creme de lobo"), o nome dado ao tungstênio por Johan Gottschalk Wallerius em 1747. Este, por sua vez, deriva de "Lupi spuma", o nome Georg Agricola usado para o elemento em 1546, que se traduz em Inglês como "espuma de lobo" ou "creme" (a etimologia não é totalmente certo), e é uma referência para os grandes quantidades de estanho consumidos pelo mineral durante a sua extração.

Características

Propriedades físicas

Em forma bruta do tungsténio, é um aço cinza duro de metal que é muitas vezes quebradiço e difícil trabalho. Se feito muito puro, tungsténio mantém a sua dureza (o que excede aquela de muitos aços), e torna-se suficiente que pode ser trabalhado facilmente maleáveis. Ela é trabalhada pela forjamento, desenho ou extrusão. Objectos de tungsténio são também vulgarmente formado por sinterização.

De todos os metais na forma pura, tungsténio tem o mais alto ponto de fusão (3422 ° C , 6192 ° F), menor pressão de vapor (a temperaturas superiores a 1650 ° C, 3000 ° F) e a maior resistência à tracção. Tungsténio tem o menor coeficiente de expansão térmica de qualquer metal puro. A expansão térmica baixa e alto ponto de fusão e resistência à tracção de tungsténio originam forte covalentes laços formados entre átomos de tungstênio pelos elétrons 5D. Liga pequenas quantidades de tungstênio com aço aumenta muito a sua tenacidade.

Tungsténio existe em duas formas cristalinas principais: α e β. O primeiro tem uma corpo-estrutura cúbica centrada e é a forma mais estável. A estrutura da fase β é chamada A15 cúbico; é metaestável, mas pode coexistir com a fase α em condições ambientais, devido à síntese de não-equilíbrio ou estabilização por impurezas. Ao contrário da fase α que cristaliza em grãos isométricas, a forma β exibe uma colunar hábito. A fase α tem um três vezes inferior resistividade elétrica e uma muito menor temperatura de transição supercondutora T _C do que a fase β: ca. 0,015 vs. 1-4 K K; misturar as duas fases permite obter valores de _C T intermedicate. O valor de T _C também pode ser levantada por liga de tungstênio com outro metal (por exemplo, 7,9 K para W- Tc ). Tais ligas de tungsténio são por vezes usados em circuitos supercondutores de baixa temperatura.

Isótopos

Ocorrência natural de tungstênio é composto por cinco isótopos cujas vidas metade são tão longas que eles podem ser considerados estáveis . Teoricamente, todos os cinco podem decair em isótopos de elemento 72 ( háfnio ) por emissão alfa, mas apenas ¹⁸⁰ W tem sido observada a fazê-lo com uma meia-vida de (1,8 ± 0,2) x 10 ¹⁸ anos; em média, este produz cerca de dois decaimentos alfa de ¹⁸⁰ W em um grama de tungstênio natural por ano. Os outros isótopos naturais não têm sido observados à decadência, restringindo suas meias-vidas para ser

¹⁸² W, T _1/2> 1,7 x 10 ²⁰ anos

¹⁸³ W, T _1/2> 8 × 10 ¹⁹ anos

¹⁸⁴ W, T _1/2> 1,8 x 10 ²⁰ anos

¹⁸⁶ W, T _1/2> 4,1 × 10 ¹⁸ anos

Outros 30 artificial radioisótopos de tungsténio têm sido caracterizados, o mais estável do que são ¹⁸¹ W com uma meia-vida de 121,2 dias, ¹⁸⁵ W com uma semi-vida de 75,1 dias, ¹⁸⁸ W com uma semi-vida de 69,4 dias, ¹⁷⁸ W com um meia-vida de 21,6 dias, e ¹⁸⁷ W com uma meia-vida de 23,72 horas. Todos os restantes isótopos radioativos possuem meias-vidas de menos de 3 horas, ea maioria destes com meias-vidas abaixo de 8 minutos. Tungsten também tem 4 meta estados, o ser ^179m W mais estável (T _½ 6,4 minutos).

Propriedades químicas

Tungstênio Elemental resiste ataque por oxigénio, ácidos , e álcalis.

O oficial mais comum estado de oxidação de tungstênio é +6, mas exibe todos os estados de oxidação de -2 a +6. Tungsténio tipicamente combina com oxigénio para formar o amarelo óxido de tungsténio, WO _3, que se dissolve em soluções alcalinas aquosas para formar iões tungstato, WO 2-
4.

Carbonetos de tungstênio (W ₂ C e WC) são produzidos pelo aquecimento de tungstênio em pó com carbono . W ₂ C é resistente ao ataque químico, embora ele reage fortemente com o cloro para formar hexachloride tungstênio (WCl _6).

Em solução aquosa, o tungstato dá ácidos e heteropoli�idos polioxometalatos aniões sob condições neutras e ácidas. Como tungstate é progressivamente tratadas com ácido, primeiro ele produz o solúvel, metaestável "paratungstato Um" anião , W
7 O 6-
24, que ao longo do tempo se transforma no anião menos solúvel "paratungstato B", H
2 W
12 O 10-
42. Além disso a acidificação produz o anião metatungstato muito solúvel, H
2 W
12 O 6-
40, após o qual o equilíbrio é atingido. O ião metatungstato existe como um conjunto de doze simétrica tungstênio oxigénio octaedros conhecido como o Anião de Keggin. Muitos outros aniões polioxometalatos existir como espécie metastável. A inclusão de um átomo diferente, tais como fósforo em lugar das duas centrais hidrogénios em metatungstato produz uma grande variedade de ácidos, tais como heteropoli ácido fosfotúngstico H ₃ PW ₁₂ O _40.

Tungsten trióxido podem formar compostos de intercalação com metais alcalinos. Estas são conhecidas como bronzes; um exemplo é tungstênio bronze de sódio.

Ocorrência

Tungsténio é encontrado nos minerais wolframite ( ferro - manganês tungstate, (Fe, Mn) WO _4), scheelite ( cálcio tungstato, (CaWO _4), ferberite (FeWO ₄₎ e hübnerite (MnWO _4). A China produziu 51.000 toneladas de concentrado de tungstênio em 2009, que foi de 83% da produção mundial. No prelúdio para a Segunda Guerra Mundial a produção de tungstênio da China desempenhou um papel como a China poderia usar esta vantagem para exigir assistência material por parte do governo norte-americano. A maior parte da produção restante originado da Rússia (2.500 t), Canadá (1.964 t), Bolívia (1.023 t), Áustria (900 t), Portugal (900 t), Tailândia (600 t), Brasil (500 t), Peru (500 t) e Ruanda (500 t). Tungsténio, também é considerado como um mineral conflito devido às práticas de mineração antiéticos observados na República Democrática do Congo.

Papel biológico

Tungsténio, em número atómico 74, é o elemento mais pesado conhecido como sendo biologicamente funcionais, com o lado mais pesado sendo iodo (Z = 53). Embora não em eucariotas , tungstênio é usado por algumas bactérias. Por exemplo, enzimas chamadas oxidoreductases usar tungstênio de forma semelhante ao molibdênio , utilizando-o em um tungstênio complexo com pterin molibdopterina (molibdopterina, apesar do nome, não contém molibdênio, mas podem se complexar com qualquer molibdênio ou tungstênio em uso por organismos vivos). Enzimas utilizando tungsténio tipicamente reduzir ácidos carboxílicos para aldeídos. O tungstênio oxidorredutases também pode catalisar oxidações. A primeira enzima requerendo-tungsténio a ser descoberto também requer selénio, e neste caso o par de tungsténio-selénio pode funcionar de forma análoga ao emparelhamento molibdénio teor de enxofre de alguns molibdênio-cofator exigindo enzimas. Uma das enzimas da família oxidorredutase que, por vezes, utilizam tungsténio (bacteriana desidrogenase de formato H) é conhecida a utilização de uma versão de selênio-molibdénio molibdopterina. Embora uma xantina desidrogenase contendo tungsténio a partir de bactérias tem sido encontrado para conter tungsténio-molydopterin e também não ligado às proteínas de selénio, um complexo molibdopterina tungsténio-selénio não foi definitivamente descritos.

No solo, metal tungsténio oxida para o ânion tungstato. Pode ser selectivamente ou não selectivamente importado por alguns organismos procariotas e pode substituir molibdato em certos enzimas. O seu efeito sobre a acção destas enzimas é, em alguns casos e em outros inibidores positivos. A química do solo determina como o tungstênio polimeriza; solos alcalinos causar tungstatos monoméricos; ácidas solos causar tungstatos poliméricos.

Tungstato de sódio e chumbo foram estudados para determinar seu efeito sobre minhocas. O chumbo foi encontrado para ser letal em níveis baixos e tungstato de sódio foi muito menos tóxico, mas o tungstato completamente inibida sua capacidade reprodutiva.

Tungsten tem sido estudada como um metabólico cobre biológica antagonista, em um papel semelhante para a acção de molibdénio. Verificou-se que tetrathiotungstates pode ser utilizado como o cobre biológica produtos químicos de quelação, semelhante ao tetrathiomolybdates.

Produção

Wolframite, escala em cm

Saída de tungstênio em 2005

Cerca de 61.300 toneladas de concentrados de tungsténio foram produzidos no ano 2009. tungsténio é extraída a partir dos seus minérios em várias etapas. O minério é convertida em tungsténio (VI), óxido de (WO _3), que é aquecido com hidrogénio ou de carbono para produzir pó de tungsténio. Por causa de alto ponto de fusão de tungsténio, não é comercialmente viável para lançar tungsténio lingotes. Em vez disso, de tungsténio em pó é misturado com pequenas quantidades de níquel ou outros metais em pó, e sinterizadas. Durante o processo de sinterização, o níquel se difunde para o tungsténio, a produção de uma liga.

Tungsténio também pode ser extraído por redução com hidrogénio de WF _6:

WF ₆ + 3H ₂ → W + 6 HF

ou decomposição pirolítica:

WF ₆ → W + 3 F ₂ ( Δ H _R = +)

Tungsten não é comercializado como um contrato futuro e não pode ser rastreado em bolsas como a London Metal Exchange. Os preços são geralmente citado para concentrado de tungstênio ou WO _3. Se convertido para o equivalente de metal, eles eram cerca de 19 mil por tonelada em 2009.

Aplicações

Close-up de um filamento de tungstênio dentro de uma lâmpada de halogéneo

Anel de carboneto de tungstênio (jóias)

Aproximadamente metade do tungsténio é consumida para a produção de materiais duros - nomeadamente carboneto de tungstênio - com o uso principal restante estar em ligas e aços. Menos de 10% é utilizado em outros compostos químicos .

Materiais duros

Tungstênio é usado principalmente na produção de materiais duros com base em carboneto de tungstênio, um dos mais difíceis carbonetos, com um ponto de fusão de 2770 ° C. WC é um eficiente condutor elétrico, mas W ₂ C é menos. CC é usado para fazer resistente ao desgaste abrasivos e lâminas e facas para treinos, serras circulares, moagem e transformando ferramentas utilizadas pelos metalurgia, madeira, mineração , petróleo e indústrias de contas e de construção de cerca de 60% do consumo de tungstênio atual.

O jóias indústria faz anéis de carboneto de tungstênio sinterizado, de tungstênio carboneto de compósitos / metal, e também de tungsténio metálico. Por vezes, os fabricantes e os retalhistas, referem-se o carboneto de tungsténio como metal, mas é um cerâmico. Por causa da dureza do carboneto de tungstênio, anéis feitos deste material são extremamente resistentes à abrasão, e vai realizar um acabamento polido mais do que anéis feitos de tungstênio metálico. Anéis de carboneto de tungstênio são frágeis, no entanto, e pode rachar sob um forte golpe.

Alloys

A dureza e densidade de tungsténio são aplicadas na obtenção metal pesado ligas. Um bom exemplo é aço de alta velocidade, que pode conter até 18% de tungstênio. Alto ponto de fusão do tungstênio tungstênio faz um bom material para aplicações como bicos de foguetes, por exemplo no UGM-27 Polaris submarino-lançado mísseis balísticos. Superligas contendo tungsténio, tal como Hastelloy e Stellite, são utilizados em lâminas de turbina e peças resistentes ao desgaste e revestimentos.

Armamento

Tungsténio, geralmente em liga com níquel e ferro ou cobalto para formar ligas pesadas, é usado em energia cinética penetradores como uma alternativa aos urânio empobrecido, em aplicações onde o urânio de radioatividade é problemática, ou onde o urânio do adicional propriedades pirofóricas, não são necessários (por exemplo, em pequenas balas de armas comuns destinadas a penetrar armadura corporal). Do mesmo modo, as ligas de tungsténio também têm sido utilizadas em reservatórios de canhão, granadas e mísseis, para criar estilhaços supersônico. Tungsténio também tem sido utilizado em Explosivos Dense Inert Metal, que o utilizam como pó denso para reduzir os danos colaterais e aumentar a letalidade de explosivos dentro de um pequeno raio.

Aplicações químicas

Tungsténio (IV) é um sulfureto de temperatura alta lubrificante e é um componente de catalisador para hidrodessulfurização. MoS ₂ é mais comumente usado para tais aplicações.

Tungstênio óxidos são utilizados, em esmaltes cerâmicos e de cálcio / magnésio tungstatos são amplamente utilizados em iluminação fluorescente. Cristal tungstatos são utilizados como detectores de cintilação em física nuclear e medicina nuclear. Outros sais que contêm tungsténio são usadas na indústria química e curtumes.

O óxido de tungsténio _(WO3) é incorporada redução catalítica (SCR) catalisadores seletivos encontrados em usinas de energia movidas a carvão. Estes catalisadores converter óxidos de nitrogênio ( NOx) em azoto _(N2) e água _(H2O), utilizando amoníaco _(NH3). O óxido de tungsténio com a ajuda da força física do catalisador e prolonga a vida do catalisador.

Nicho usos

Os aplicativos que exigem sua alta densidade incluem pesos, contrapesos, quilhas para iates de lastro, lastro cauda para aeronaves comerciais, e como lastro em carros de corrida para NASCAR e Fórmula Um ; urânio empobrecido também é utilizada para estes fins, devido à alta densidade de forma semelhante. Blocos de 75 kg de tungstênio foram usados como "dispositivos de equilíbrio de massa de cruzeiro" na parte veículo de entrada da 2012 Mars Science Laboratory nave espacial. É um material ideal para usar como um dolly para rebitagem, em que a massa necessária para bons resultados podem ser conseguidos numa barra compacta. Ligas de alta densidade de tungsténio com níquel, cobre ou ferro são usados em alta qualidade dardos (para permitir um diâmetro menor e agrupamentos, assim, mais apertados) ou para iscas de pesca (contas de tungstênio permitir a mosca para afundar rapidamente). Alguns tipos de cordas para instrumentos musicais são enroladas com fios de tungstênio.

Tungstato de sódio é usado em O reagente de Folin-Ciocalteu, uma mistura de diferentes produtos químicos utilizados no "Ensaio de Lowry" para análise de conteúdo de proteína.

Substituição de ouro

A sua densidade, semelhante ao de ouro, de tungsténio permite a ser usado em jóias como uma alternativa ao ouro ou platina . Tungstênio metálico é mais difícil do que as ligas de ouro (embora não tão duro como carboneto de tungstênio), e é hipoalergênico, tornando-o útil para anéis que vai resistir a coçar, especialmente em projetos com um acabamento escovado.

Porque a densidade é tão semelhante ao ouro (tungstênio é apenas 0,36% menos denso), tungstênio também pode ser usado em falsificação de barras de ouro, como por plaqueamento um bar de tungstênio com ouro, que tem sido observada desde os anos 1980, ou tomar uma barra de ouro existente, furos, e substituindo o ouro retirado com varetas de tungsténio. As densidades não são exatamente os mesmos, e outras propriedades de ouro e tungstênio diferem, mas tungstênio banhado a ouro vai passar por testes superficiais.

Tungstênio banhado a ouro está comercialmente disponível na China (a principal fonte de tungstênio), ambos em jóias e como bares.

Eletrônica

Uma vez que retém a sua resistência a altas temperaturas e tem um alto ponto de fusão , tungsténio elementar é usado em muitas aplicações de alta temperatura, tal como lâmpada, tubo de raios catódicos, e filamentos de tubos de vácuo, elementos de aquecimento, e bicos de motor de foguete. O seu elevado ponto de fusão também faz tungstênio adequado para a indústria aeroespacial e de alta temperatura usa tais como, aplicações de aquecimento e soldagem elétricos, nomeadamente no Soldagem TIG processo (também chamado de tungstênio gás inerte (TIG)).

Devido às suas propriedades condutoras e inércia química relativa, tungsténio é também usado nas eletrodos, e no emissor dicas de instrumentos de feixe de elétrons que usam pistolas de emissão de campo, tais como a microscópios eletrônicos. Em electrónica, tungsténio é utilizado como um material de interligação em circuitos integrados , entre o dióxido de silício material dieléctrico e os transistores. Ele é usado em filmes metálicos, que substituem a fiação usados em equipamentos eletrônicos convencionais com um casaco de tungsténio (ou molibdénio ) no silício .

A estrutura eletrônica de tungstênio torna-se uma das principais fontes de Objectivos de raios-X, e também de blindagem contra radiações de alta energia (tal como na indústria radiofármaco para blindagem de amostras radioactivas FDG). Tungsténio em pó é usado como um material de enchimento em plásticos compósitos, os quais são utilizados como um substituto não-tóxico para o chumbo em balas, tiro, e escudos de radiação. Uma vez que a expansão térmica deste elemento é semelhante ao vidro de borosilicato, que é usada para fazer selos de vidro-metal.

Precauções

Porque tungsténio é rara e os seus compostos são geralmente inerte, os efeitos de tungsténio sobre o meio ambiente são limitados. O mediana da dose letal LD ₅₀ depende fortemente do animal e do modo de administração e varia entre 59 mg / kg (por via intravenosa, de coelho) e 5000 mg / kg (em pó de metal de tungsténio, intraperitoneal, ratos).

Reivindicação de patente

O tungstênio é único entre os elementos em que foi objecto de um processo judicial. Em 1928, um tribunal norte-americano rejeitou A tentativa de General Electric para patenteá-lo, derrubando Patente dos EUA 1.082.933 concedida em 1913 para William D. Coolidge.