Վոլֆրամ

Վիքիպեդիայից՝ ազատ հանրագիտարանից
74 ՏանտալՎոլֆրամՌենիում
Ջրածին Հելիում Լիթիում Բերիլիում Բորр Ածխածին Ազոտ Թթվածին Ֆտոր Նեոն Նատրիում Մագնեզիում Ալյումին Սիլիցիում Ֆոսֆոր Ծծումբ Քլոր Արգոն Կալիում Կալցիում Սկանդիում Տիտան Վանադիում Քրոմ Մանգան Երկաթ Կոբալտ Նիկել Պղինձ Ցինկ Գալիում Գերմանիում Արսեն Սելեն Բրոմ Կրիպտոն Ռուբիդիում Ստրոնցիում Իտրիում Ցիրկոնիում Նիոբիում Մոլիբդեն Տեխնեցիում Ռութենիում Ռոդիում Պալադիում Արծաթ Կադմիում Ինդիում Անագ Ծարիր Թելուր Յոդ Քսենոն Ցեզիում Բարիում Լանթան Ցերիում Պրազեոդիում Նեոդիում Պրոմեթիում Սամարիում Եվրոպիում Գադոլինիում Տերբիում Դիսպրոզիում Հոլմիում Էրբիում Թուլիում Իտերբիում Լյուտեցիում Հաֆնիում Տանտալ Վոլֆրամ Ռենիում Օսմիում Իրիդիում Պլատին Ոսի Սնդիկ Թալիում Կապար Բիսմունտ Պոլոնիում Աստատ Ռադոն Ֆրանցիում Ռադիում Ակտինիում Թորիում Պրոտակտիում Ուրան Նեպտունիում Պլուտոնիում Ամերիցիում Կյուրիում Բերկլիում Կալիֆորնիում Էյնշտեյնիում Ֆերմիում Մենդելեևիում Նոբելիում Լոուրենցիում Ռեզերֆորդիում Դուբնիում Սիբորգիում Բորիում Հասիում Մեյտներիում Դարմշտադտիում Ռենտգենիում Կոպերնիցիում Ունունտրիում Ֆլերովիում Ունունպենտիում Լիվերմորիում Ունունսեպտիում ՈւնունօկտիումՔիմիական տարրերի պարբերական համակարգ
74W
Cubic-body-centered.svg
Electron shell 074 Tungsten.svg
Wolfram evaporated crystals and 1cm3 cube.jpg
Հրակայուն ամուր մոխրագույն կամ սպիտակ մետաղ
Ատոմի հատկություններ
Անվանում, սիմվոլ, կարգաթիվ Վոլֆրամ / Wolframium (W), 74
Ատոմային զանգված
(մոլային զանգված)
183,84(1)[1] զ. ա. մ. (գ/մոլ)
Էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիա [Xe] 4f14 5d4 6s2
Ատոմի շառավիղ 141 պմ
Քիմիական հատկություններ
Կովալենտային շառավիղ 170 պմ
Իոնի շառավիղ (+6e) 62 (+4e) 70 պմ
Էլեկտրաբացասականություն 2.3 (Պոլինգի սանդղակ)
Էլեկտրոդային պոտենցիալ W ← W3+ 0,11 В
W ← W6+ 0,68 В
Օքսիդացման աստիճաններ 6, 5, 4, 3, 2, 0
Իոնիզացման էներգիա
(առաջին էլեկտրոն)
 769,7 (7,98) կՋ/մոլ (էՎ)
Պարզ նյութի թերմոդինամիկական հատկություններ
Խտություն (ս. պ.-ում) 19,25[2] գ/սմ³
Հալման ջերմաստիճան 3695 K (3422 °C, 6192 °F)
Եռման ջերմաստիճան 5828 K (5555 °C, 10031 °F)
Հալման տեսակարար ջերմունակություն 191 կՋ/կգ 35 կՋ/մոլ
Հալման տեսակարար ջերմունակություն 4482 կՋ/կգ 824 կՋ/մոլ
Մոլյար ջերմունակություն 24,27[3] Ջ/(Կ·մոլ)
Մոլային ծավալ 9,53 սմ³/մոլ
Պարզ նյութի բյուրեղացանց
Բյուրեղացանցի կառուցվածք խորանարդ
Բյուրեղացանցի տվյալներ 3,160
Դեբայի ջերմաստիճան 310 Կ
Այլ հատկություններ
Ջերմահաղորդականություն (300 Կ) 162,8[4] Վտ/(մ·Կ)
74
Վոլֆրամ
W
183,84
4f145d46s2


Վոլֆրամ, քիմիական տարր է որի նշանն է W (լատ.՝ Wolframium), պարբերական համակարգի VI տարբերության, VI խմբի (6-րդ խմբի երկրորդական ենթախմբի (Բ-խումբ)) քիմիմիկան տարր:

Կարգահամարը՝ 74, ատոմական զանգվածը՝ 183,81: Անցումային տարր է: Պարբերական համակարգում գրաված դիրքին համապատասխան ունի 6 արժեքական (վալենտային) էլեկտրոն[5] 5s2 5p6 5d4 6s2: K, L, M, N թաղանթները լրացված են: d տարր է:

Վոլֆրամն առաջացնում է միացություններ +2, +3, +4, +5 և +6 օքսիդացման աստիճաններով[6][7], սակայն նրան ավելի բնութագրական է +6 օքսիդացման աստիճանը:

Պատմություն[խմբագրել]

Վոլֆրամը հայտնաբերել և WO3-ի ձևով անջատել է Կարլ Վիլհելմ Շեելեն 1781 թվականին, թունգստեն միներալից, րի արդյունքում ստացվեց դեղին, ծանր քար (վոլֆրամի եռօքսիդ), որը հետագայում վերանվանվել է՝ շեելիտ:

1783 թվականին իսպանացի քիմիկոսներ Էլհույար եղբայրները հայտարարեցին, որ սաքսոնական վոլֆրամիտ միներալից ստացել են նոր մետաղ:

Երկրորդ համաշխարհային պատերազմի տարիներին վոլֆրամը քաղաքական գործընթացներում ունեցել է նշանակալի դերակատարություն: Պորտուգալիան, որպես ևրոպայում այս տարրի գլխավոր մատակարար, ճնշման տակ էր երկու կողմերից: Վոլֆրամն այդ ժամանակ ռազմարդյունաբերության կարևոր նյութերից էր:

Անվանում[խմբագրել]

Անվանումը ստացել է վոլֆրամիտ հանքանյութից, որը, ինչպես հայտնի էր դեռ Ագրիկոլային, ուղեկցում էր անագի հանքերին և անագի հալման ժամանակ հափշտակում ու փրփուրի մեջ տեղափոխում այն: Հայտնի է, որ միջնադարյան Եվրոպայում անագի ստացման միևնույն պայմաններում որոշ դեպքերում անհասկանալի պատճառով անագ չէր ստացվում: Մետալուրգներն ուշադրություն դարձրին այն փաստին, որ երբ անագի հանքաքարի մեջ հանդիպում էին գորշ կամ դեղնամոխրագույն ծանր քարեր, ապա անագը չէր ստացվում և անցնում էր շլակի փրփրի մեջ:

Ստացվում էր, որ

Aquote1.png «այդ ծանր քարն ուտում էր անագն այնպես, ինչպես գայլը ոչխարին»: Aquote2.png

Այդ քարիանունը դրեցին «Գայլի փրփուր» (լատ.՝ Spuma Lupi կամ գերմ.՝ Wolf - գայլ, Rahm - փրփուր):

Ներկայումս ԱՄՆ-ում, Մեծ Բրիտանիայում և Ֆրանսիայում վոլֆրամի համար գործածվում է Tungsten ('շվեդ.՝ 'Tung Sten - ծանր քար) անունը:

Բնության մեջ[խմբագրել]

Վոլֆրամը հազվագյուտ տարր է, պարունակությունը երկրակեղևում 1•10-4 զանգված % (տարածվածությամբ 55-րդն է): Ազատ վիճակում չի հանդիպում: Առաջացնում է միներալներ, որոնցից արդյունաբերական նշանակություն ունեն վոլֆրամիտը՝ (FeMn) WO4 և շեելիտը՝ CaWO4: Վոլֆրամի միներալները հայտնի են շատ վաղուց:

Վոլֆրամի պաշարներ[խմբագրել]

Վոլֆրամի միացությունները բնության մեջ բավականին քիչ են տարածված: Երկրակեղևում նրա պարունակությունը կազմում է 0,0013 %: Վոլֆրամի ընդհանուր համաշխարհային պահուստային քանակը կազմում է 7,5 միլիոն տոննա: Վոլֆրամի մեծ պաշարներ կան Ղազախստանում, Չինաստանում, Կանադայում, Ռուսաստանում, ԱՄՆ-ում, Բոլիվիայում, Պորտուգալիայում և Հարավային Կորեայում:

Վոլֆրամի հանքեր կան նաև Հայաստանում:

Աստիճան Երկիր Արտադրության ծախսը 2006 Առաքում 2013 Պաշարներ
(Տոննա)
1 Չինաստանի Ժողովրդական Հանրապետություն Չինաստան 62.000 60.000 1.900.000
2 Ռուսաստան Ռուսաստան 4.500 2.500 250.000
3 Կանադա Կանադա 2.500 2.200 290.000
4 Բոլիվիա Բոլիվիա 530 1200 53.000
5 Ավստրիա Ավստրիա 1.350 800 10.000
6 Պորտուգալիա Պորտուգալիա 900 800 4.200
7 Հյուսիսային Կորեա Հյուսիսային Կորեա 600
8 այլ երկրներ 900 3700 840.000

Հանքանյութեր[խմբագրել]

Հայտնի է վոլֆրամի 15 հանքանյութ: Վոլֆրամի հանքանյութերը հիմնականում գտնվում են գրանիտային ապարներում: Սակավ հանդիպում է սուլֆիդի տեսքով:

Վոլֆրամիտ

Վոլֆրամի հանքանյութերից արդյունաբերական նշանակություն ունեն հիմնականում երկաթի, մանգանի, կալցիումի և որոշ դեպքերում կապարի, պղնձի, թորիումի վոլֆրամատները:

Վոլֆրամիտ՝ nFeWO4 · mMnWO4 (n=m)
Ֆերբերիտ՝ 4FeWO4 · MnWO4
Գյուբներիտ՝ FeWO4 · 4MnWO4;
Շեելիտ՝ CaWO4
Շտոլցիտ՝ PbWO4
Տունգստենսիտ՝ WS2

Աշխարհում տարեկան արտադրվում է 20 հազար տոննա վոլֆրամ:

Ստացում[խմբագրել]

Վոլֆրամ փոշի

Վոլֆրամի ստացման հումքը վոլֆրամիտը և շեելիտն են: Հանքանյութը հարստացնում են, ապա քայքայում ալկալիներով (միահալում են կամ վերամշակում ավտոկլավներում սոդայի՝ շեելիտ, կամ կծու նատրիումի՝ վոլֆրամիտ, լուծույթով):

Ստանում են Na2WO4-ի լուծույթ, որից նստեցնում են CaWO4, ապա մշակում տաք աղաթթվով կամ ազոտական թթվով: Ստացված վոլֆրամական թթուն մաքրում են ամոնիակաջրում լուծելով: Ամոնիումի վոլֆրամատը քայքայում են և WO3-ը վերականգնում ջրածնով (850-1200 °C) կամ ածխածնով (1400-1800 °C):

Կոմպակտ մետաղը ստանում են փոշու բարձրջերմաստիճանային մամլմամբ՝ ջրածնի մթնոլորտում:

Ֆիզիկական հատկություններ[խմբագրել]

Վոլֆրամը ծանր, դժվարահալ, արծաթափայլ մոխրագույն մետաղ է, հալման ջերմաստիճանը՝ 3420 °C, եռմանը՝ 5700 °C, խտությունը՝ 19,3 գ/սմ3, տեսակարար էլեկտրահաղորդականությունը՝ 1,82•105 • օհմ-1 սմ-1) (20°C):

Պարամագնիսական է: Մեխանիկական հատկությունները կախված են մաքրության աստիճանից և վերամշակման եղանակից: Սովորական պայմաններում օդում քիմիապես կայուն է: Միացություններում ցուցաբերում է +2-ից +6 օքսիդացման աստիճաններ (առավել կայուն է վեցարժեք վոլֆրամը):

Սենյակային ջերմաստիճանում, չոր օդում քիմիապես բավականին պասիվ է, բայց բարձր ջերմաստիճանում՝ 400 – 500 °C-ում դանդաղ օքսիդանում է թթվածնով: Ջրածնի հետ գործնականում չի փոխազդում, նույնիսկ հալման ջերմաստիճանում: Ազոտի հետ փոխազդում է 2000 °C-ից բարձր ջերմաստիճանում: Ածխածինը 1100 – 1200 °C-ում փոխազդում է վոլֆրամի հետ՝ առաջացնելով WC և W2C միացությունները: Վոլֆրամը փոխազդում է նաև հալոգենների, ծծմբի և սելենի հետ:

Քիմիական հատկություններ[խմբագրել]

Քիմիական հատկություններով նման է մոլիբդենին: Ջրածնի հետ չի միանում: Օդում նկատելի օքսիդանում է 400-500 °C-ում (մինչև WO3):

\mathrm{WO_3 + 3 \ H_2 \longrightarrow W + 3 \ H_2O}

Օքսիդանում է ջրային գոլորշիներում (600 °C), այլ գազերում (NO2, СО, СO2 և այլն), ինչպես նաև հալոգենների, ծծմբի, ազոտի, ածխածնի, սիլիցիումի, բորի հետ տաքացնելիա վոլֆրամի (VI) օքսիդի՝ WO3-ի ջրում անլուծելի կիտրոնադեղին բյուրեղները լուծվում են ալկալիներում, առաջացնում վոլֆրամատներ, որոնք ջրածնի հոսանքում տաքացնելիս վերականգնվում են WO2-ի (շագանակագույն փոշի) և վոլֆրամի:

Վոլֆրամական թթուն՝ H2WO4, ջրում չի լուծվում, ալկալիների հետ առաջացնում է վոլֆրամատներ, որոնք նրա և բազմավոլֆրամական թթուների (xH2O•yWO3 չեն անջատվել) աղերն են:

Ֆտորի հետ վոլֆրամը միանում է շուրջ 300 °C-ի պայմաններում: Հայտնի են վոլֆրամի հալոգենիդները և օքսիհալոգենիդները, սուլֆիդները: Վոլֆրամի նիտրիդը, կարբիդները, սիլիցիդները, բորիդները դժվարահալ և կարծր նյութեր են: Բազմաթիվ մետաղների հետ վոլֆրամը առաջացնում է համաձուլվածքներ և ներմետաղական միացություններ:

~\mathsf{2W + 4NaOH + 3O_2 \longrightarrow 2Na_2WO_4 + 2H_2O}
~\mathsf{W + 2NaOH + 3NaNO_3 \longrightarrow Na_2WO_4 + 3NaNO_2 + H_2O}

Վոլֆրամը չի լուծվում սառը թթուներում և ալկալիների լուծույթներում, լուծվում է HF-ի և HNO3-ի խառնուրդում տաքացնելիս՝ HNO3-ում և արքայաջրում:

~\mathsf{ 2W + 4HNO_3 + 10HF \longrightarrow WF_6 + WOF_4 + 4NO \uparrow + 7H_2O }

Իզոտոպներ[խմբագրել]

Վոլֆրամն ունի հինգ բնական իզոտոպ՝ 180W(0,120%), 182W(26,498%), 183W(14,314%), 184W(30,640%) և 186W(28,426%):

Այս իզոտոպների կիսատրոհման ժամանակահատվածներն այնքան երկար են, որ կարելի է ասել, որ դրանք կայուն են:180W -ի կիսատրոհման ժամանակամիջոցը՝ T1/2-ը (1,8±0.2)×1018 տարի է, 183W-ինը՝ 8×1019 տարի, իսկ 184W-ինը՝ 1.8×1020 տարի է:

Հայտնի են նաև վոլֆրամի 30 արհեստական ռադիոակտիվ իզոտոպներ՝ ռադիոնուկլիդներ, որոնց զանգվածային թվերն ընկած են 158-ի և 190-ի միջև: Նրանցից առավել կայուններն են 181W –ը՝ T1/2=120 օր, 185W –ը՝ T1/2=78,5 օր և 184W -ը՝ T1/2=1 օր:

2003 թվականին հայտնաբերվել է[8] չափազանց թույլ ռադիոակտիվությամբ բնական, α-ակտիվությամբ 180W վոլֆրամի իզոտոպը, որի կիսատրոհման ժամանակամիջոցը՝ 184W-ինը՝ 1.8×1018 տարի է[9]:

Կիրառություն[խմբագրել]

Շիկացման լամպի շիկացման թելը:

Արտադրվող վոլֆրամի մեծ մասն օգտագործվում է վոլֆրամային պողպատների և համաձուլվածքների արտադրության մեջ: Վոլֆրամի կարբիդի համաձուլվածքները ջերմակայուն, մաշակայուն են և օգտագործվում են մետաղները ճնշմամբ կտրելու և վերամշակելու, հորատող շաղափներ պատրաստելու համար և այլ նպատակներով:

Վոլֆրամի դժվարահալ համաձուլվածքները (նիոբիումի, մոլիբդենի, տանտալի, ռենիումի հետ) օգտագործվում են օդանավաշինության մեջ և հրթիռային տեխնիկայում:

Վոլֆրամն օգտագործվում է նաև էլեկտրատեխնիկայում և ռադիոէլեկտրոնիկայում, նատրիումի վոլֆրամատը՝ լաքաներկանյութերի և մանածագործական արդյունաբերության մեջ, սուլֆիդը (WS2)՝ որպես կատալիզատոր և քսանյութ:

  • Իր դժվարահալության շնորհիվ վոլֆրամն անփոխարինելի է լուսավորող սարքերի շիկացման թելեր պատրաստելու համար:
  • Արգոնային եռակցման համար օգտագործվում են վոլֆրամե էլեկտրոդներ:
  • Մետաղների և ոչ մետաղական նյութերի մեխանիկական մշակման համար (հղկում, ծակում, տաշում) լայնորեն օգտագործվում են վոլֆրամի կարբիդի հիման վրա ստեղծված պինդ համաձուլվածքները:

Շուկայական գներ[10][խմբագրել]

2010 թվականին ավարտին 99 % մաքրության մետաղական վոլֆրամի կիլոգրամի գինը կազմել է մոտավորապես 40-42 ԱՄՆ դոլլար, 2011 թվականի մայիսին՝ 53-55 ԱՄՆ դոլլար:

Տե՛ս նաև[խմբագրել]

Ծանոթագրություններ[խմբագրել]

  1. Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg, Glenda O’Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang‑Kun Zhu. Atomic weights of the elements 2011 (IUPAC Technical Report) (en) // Pure and Applied Chemistry. — 2013. — Т. 85. — № 5. — С. 1047-1078. — doi:10.1351/PAC-REP-13-03-02
  2. «Tungsten: physical properties» (en)։ WebElements։ http://www.webelements.com/tungsten/։ Վերցված է 2013-08-17։ 
  3. Редкол.:Кнунянц И. Л. (гл. ред.) Химическая энциклопедия: в 5 т. — Москва: Советская энциклопедия, 1988. — Т. 1. — С. 418. — 623 с. — 100 000 экз.
  4. Теплофизические свойства вольфрама
  5. Erik Lassner; Wolf-Dieter Schubert (1999). Tungsten: properties, chemistry, technology of the element, alloys, and chemical compounds. Springer. p. 9. ISBN 0-306-45053-4. http://books.google.com/?id=foLRISkt9gcC&pg=PA9. 
  6. Emsley, John E. (1991). The elements (2nd տպ.). New York: Oxford University Press. ISBN 0-19-855569-5. 
  7. Morse, P. M.; Shelby, Q. D.; Kim, D. Y.; Girolami, G. S. (2008). «Ethylene Complexes of the Early Transition Metals: Crystal Structures of [HfEt4(C2H4)2−] and the Negative-Oxidation-State Species [TaHEt(C2H4)33−] and [WH(C2H4)43−]». Organometallics 27 (5): 984–993. doi:10.1021/om701189e. 
  8. F. A. Danevich et al. (2003). «α activity of natural tungsten isotopes». Phys. Rev. C 67: 014310. doi:10.1103/PhysRevC.67.014310. http://arxiv.org/abs/nucl-ex/0211013. 
  9. C. Cozzini et al. (2004). «Detection of the natural α decay of tungsten». Phys. Rev. C 70: 064606. doi:10.1103/PhysRevC.70.064606. http://arxiv.org/abs/nucl-ex/0408006. 
  10. по данным "Цены на вольфрам"

Արտաքին հղումներ[խմբագրել]


Այս հոդվածի կամ նրա բաժնի որոշակի հատվածի սկզբնական կամ ներկայիս տարբերակը վերցված է Քրիեյթիվ Քոմմոնս Նշում–Համանման տարածում 3.0 (Creative Commons BY-SA 3.0) ազատ թույլատրագրով թողարկված Հայկական սովետական հանրագիտարանից։ CC-BY-SA-icon-80x15.png