Вольфрам

ВОЛЬФРАМ, W (лат. Wolframium; * а. tungsten; н. Wolfram; ф. tungstene; и. tungsteno), — химический элемент VI группы периодической системы Менделеева, атомный номер 74, атомная масса 183,85. Природный вольфрам состоит из смеси пяти стабильных изотопов ¹⁸⁰W(0,135%), ¹⁸²W(26,41 %), ¹⁸³W(14,4%), ¹⁸⁴W(30,64%), ¹⁸⁶W(28,41%). Открыт и выделен в виде вольфрамового ангидрида в 1781 шведским химиком К. Шееле. В 1783 испытали химики братья д'Элуяр выделили WO₃ из вольфрамита и, восстановив его углеродом, впервые получили чистый металл, названный ими вольфрам.

Свойства вольфрама

Вольфрам — тяжёлый металл, светло-серый, тугоплавкий. Кристаллизуется в объёмно- центрированной кубической решётке с периодом а=0,31647 нм (3,1647 Е). Плотность 19300 кг/ м³, t плавления 3410±20°С (после углерода самый тугоплавкий элемент), t кипения 5930°С. Теплопроводность Вт/(м•К) 129,89 (20°С); 108,94 (1300°С). Удельное электросопротивление (Ом•м) 5,5•10^-4 (20°С); 90,4•10^-4 (2700°С). Температурный коэффициент электрического сопротивления (0-170°С) 5,1•10^-3 К^-1. Важные свойства вольфрама: высокая электронная эмиссия при накаливании металла (мА/м2) — 1,5•10^-6 (830°С); 2,3 (1630°С); 10⁴ (1730°С); 298•10⁴ (2230°С) и 1690•10⁴ (2427°С); большая мощность излучаемой поверхностью металла энергии при высоких температурах (Вт/м²): 0,9•10⁴ (800°С); 18,0•10⁴ (1600°С); 64,0•10⁴ (2200°С); 153,0•10⁴ (2700°С); 245•10⁴ (3030°С).

Химические свойства вольфрама

В соединениях степень окисления вольфрама может быть от +2 до +6. В высших степенях окисления он обладает кислотными свойствами, в низших — основными. Соединения низших ступеней окисления вольфрама относительно неустойчивы. Наиболее характерными и устойчивыми являются соединения вольфрама со степенью окисления +6. Вольфрам обладает большой склонностью к комплексообразованию. Металлический вольфрам в обычных условиях химически весьма стоек. С кислородом начинает взаимодействовать при температуре выше 400°С; противостоит действию воды, но при температуре красного каления легко окисляется водяным паром. Вольфрам на холоде практически не подвергается действию HCl, Н₂SO₄, HNO₃ и HF любой концентрации, но легко растворяется в смеси HNO₃ и HF. В отсутствие кислорода вольфрам не растворяется в щелочах и аммиаке. Важнейшие из соединений вольфрама: трёхокись WO₃, вольфрамовая кислота Н₂WO₄ и её соли — вольфраматы.

Вольфрам в природе

Вольфрам мало распространён в природе; содержание в земной коре 1•10^-4 % (по массе). В свободном состоянии не встречается. Образует собственные минералы (вольфраматы Ca, Fe, Mn, иногда Pb, Zn, редко оксиды WO₃, Н₂WO₄, ещё реже сульфиды WS₂) или входит в виде изоморфной примеси в другие минералы, преимущественно в минералы Mo, Ti, а также в некоторые силикаты (слюды, полевые шпаты). Наиболее важными минералами вольфрама являются вольфрамит и шеелит, которые могут образовываться и накапливаться до уровня промышленных концентраций в скарновом, грейзеновом и гидротермальном процессах. В природных минеральных парагенезисах вольфрам часто ассоциирует с Si, Mo, Sn, Be, Ta, F, реже — с Au, Sb, Hg. Формы миграции вольфрама в высокотемпературных рудоносных растворах представлены в основном гидроксо- и гидроксофторидными комплексами. Об основных генетических типах месторождений вольфрама и схемы обогащения см. в ст. Вольфрамовые руды. Получение чистого металла из вольфрамовых концентратов проводится в три этапа: химические выделение чистой вольфрамовой кислоты или её солей; восстановление WO₃ до металлического порошка; превращение порошка в металл.

Применение вольфрама

Главная область применения вольфрама — производство сталей (около 85% добычи). Чистый вольфрам применяется для изготовления нитей накаливания электроламп, спиралей нагревателей в электрических печах, электродов, различных деталей для высоковакуумных и рентгеновских приборов, при атомно-водородной сварке.