TUNGSTEN: TARIH, ÖZELLIKLER, YAPI, KULLANIMLAR - KIMYA - 2024

Tungsten , tungsten, ya da ağır metal tungsten, kimyasal simgesi W. süre periyodik tablonun 6 grup 6 yer alan bir geçiş ve atom numarası 74 Adını iki etimolojik anlamlara sahiptir: Sabit taş ve kurt köpüğü; İkincisi, bu metalin tungsten olarak da bilinmesidir.

Gümüş grisi bir metaldir ve kırılgan olmasına rağmen büyük sertliğe, yoğunluğa ve yüksek erime ve kaynama noktalarına sahiptir. Bu nedenle, matkaplar, mermiler veya radyasyon yayan filamentler gibi yüksek sıcaklıklar, basınçlar veya mekanik kuvvetleri içeren tüm uygulamalarda kullanılmıştır.

Kısmen oksitlenmiş yüzeyi olan tungsten çubuk. Kaynak: Kimyasal Elementlerin Yüksek Çözünürlüklü Görüntüleri

Bu metalin kültürel ve popüler düzeyde en iyi bilinen kullanımı, elektrik ampullerinin liflerindedir. Onlarla kim ilgilenirse, ne kadar kırılgan olduklarını anlayacaktır; ancak, dövülebilir ve sünek olan saf tungstenden yapılmazlar. Ayrıca alaşımlar gibi metalik matrislerde mükemmel direnç ve sertlik sağlar.

En yüksek erime noktasına sahip metal olması ve ayrıca kurşunun kendisinden daha yoğun olmasıyla karakterize edilir ve ayırt edilir, yalnızca osmiyum ve iridyum gibi diğer metaller tarafından aşılır. Aynı şekilde, vücutta bazı biyolojik rolleri yerine getirdiği bilinen en ağır metaldir.

Tungstat anyonu, WO ₄ ^2- , bir asit ortamında kümeler oluşturmak üzere polimerize olabilen iyonik bileşiklerinin çoğuna katılır . Öte yandan tungsten, metaller arası bileşikler oluşturabilir veya metallerle veya inorganik tuzlarla sinterlenebilir, böylece katıları farklı şekiller veya kıvamlar kazanır.

Yerkabuğunda çok fazla değildir, ton başına bu metalden sadece 1.5 gramdır. Dahası, ağır bir element olduğu için, galaksiler arası kökenlidir; Özellikle, oluşumu sırasında gezegenimize tungsten atomları “jetleri” atmış olması gereken süpernova patlamalarından.

Tarih

etimoloji

Tungsten veya wolfram tarihinin de isimleri gibi iki yüzü vardır: biri İsviçreli, diğeri Alman. 1600'lerde, şu anda Almanya ve Avusturya'nın işgal ettiği bölgelerde, madenciler bronz üretmek için bakır ve kalay çıkarmak için çalıştılar.

O zamana kadar madenciler süreçte bir dikenle karşılaştılar: eritilmesi son derece zor bir mineral vardı; tenekeyi kurtmuş gibi tutan veya "yiyen" wolframit, (Fe, Mn, Mg) WO _4'ten oluşan mineral .

Dolayısıyla bu elementin etimolojisi, teneke yiyen bir kurt olan İspanyolca'da kurt için "kurt"; ve kristalleri uzun siyah bir kürke benzeyen köpük veya krem ​​"koç". Bu ilk gözlemlerin şerefine 'wolfram' veya 'wolfram' adı bu şekilde ortaya çıktı.

1758'de İsviçre tarafında, benzer bir mineral olan şelit CaWO ₄ , "sert taş" anlamına gelen "tung sten" olarak adlandırıldı.

Her iki isim de, wolfram ve tungsten, yalnızca kültüre bağlı olarak, birbirlerinin yerine yaygın olarak kullanılmaktadır. Örneğin İspanya'da ve batı Avrupa'da bu metal en çok tungsten olarak bilinir; Amerika kıtasında tungsten adı hakimdir.

Tanıma ve keşif

O zamanlar, on yedinci ve on sekizinci yüzyıllar arasında iki mineral olduğu biliniyordu: wolframit ve şelit. Ama içlerinde diğerlerinden farklı bir metal olduğunu kim gördü? Yalnızca mineral olarak nitelendirilebilirlerdi ve İrlandalı kimyager Peter Woulfe 1779'da tungsteni dikkatlice analiz etti ve tungstenin varlığını çıkardı.

İsviçre tarafında, yine, 1781'de Carl Wilhelm Scheele, WO ₃ olarak tungsteni izole edebildi ; ve daha da fazlası, tungstik (veya tungstik) asit, H ₂ WO ₄ ve diğer bileşikleri elde etti.

Ancak, bu asidi indirgemek gerektiğinden bu, saf metale ulaşmak için yeterli değildi; yani oksijenden ayrılıp metal olarak kristalleşecek bir işleme tabi tutulması. Carl Wilhelm Scheele, bu kimyasal indirgeme reaksiyonu için uygun fırınlara veya metodolojiye sahip değildi.

Bergara şehrinde her iki minerali de (wolframit ve şelit) kömürle azaltan İspanyol kardeşler d'Elhuyar, Fausto ve Juan José burada faaliyete geçti. İkisine metalik tungstenin (W) kaşifleri olmanın liyakati ve şerefi verilir.

Çelikler ve ampuller

Tungsten filamanlı herhangi bir ampul. Kaynak: Pxhere.

Diğer metaller gibi, kullanımları da tarihini tanımlar. 19. yüzyılın sonlarında en öne çıkanlar arasında çelik-tungsten alaşımları ve elektrikli ampullerin içindeki karbon olanların yerini alacak tungsten filamentleri vardı. Bildiğimiz kadarıyla ilk ampullerin 1903-1904'te pazarlandığı söylenebilir.

Özellikleri

Fiziksel görünüş

Parlak gümüş grisi bir metaldir. Kırılgan ama çok sert (sertlikle karıştırılmamalıdır). Parça yüksek saflıkta ise, birkaç çelik kadar veya daha fazla, dövülebilir ve sert hale gelir.

Atomik numara

74.

Molar kütle

183.85 g / mol.

Erime noktası

3422 ° C

Kaynama noktası

5930 ° C

Yoğunluk

19.3 g / mL.

Füzyon ısısı

52,31 kJ / mol.

Buharlaşma ısısı

774 kJ / mol.

Molar ısı kapasitesi

24,27 kJ / mol.

Moh'un sertliği

7.5.

Elektronegativite

Pauling ölçeğinde 2.36.

Atomik radyo

139 pm

Elektriksel direnç

20 ° C'de 52,8 nΩ · m

İzotoplar

Doğada ağırlıklı olarak beş izotop olarak oluşur: ¹⁸² W, ¹⁸³ W, ¹⁸⁴ W, ¹⁸⁶ W ve ¹⁸⁰ W. Bu izotopların atomik kütlelerinin ortalamasını alan 183 g / mol molar kütlesine göre (ve diğerleri otuz radyoizotop), her bir tungsten veya tungsten atomunun yaklaşık yüz on nötron vardır (74 + 110 = 184).

Kimya

İnce WO ₃ tabakası onu oksijen, asit ve alkalilerin saldırısına karşı koruduğu için korozyona karşı oldukça dirençli bir metaldir . Diğer reaktiflerle çözüldükten ve çökeltildikten sonra, tungstatlar veya wolframatlar olarak adlandırılan tuzları elde edilir; tanesi, tungsten, genellikle (W olduğu varsayılmaktadır +6 bir oksitlenme haline sahip ^{6 +} katyonları ).

Asit kümelenmesi

Decatungstate, tungsten polioksometalatların bir örneği. Kaynak: Scifanz

Kimyasal olarak tungsten oldukça benzersizdir çünkü iyonları, heteropoliasitler veya polioksometalatlar oluşturmak için birlikte kümelenme eğilimindedir. Onlar neler? Üç boyutlu bir cismi tanımlamak için bir araya gelen atom grupları veya kümeleridir; Esas olarak, başka bir atomu “içine aldıkları” küresel kafes benzeri bir yapıya sahip olanı.

Bu, WO tungstat anyon tüm başlar, ₄ ^2- , burada hızlı bir şekilde asit bir ortamda protone (HWO ₄ ^- ) oluşturmak için bir komşu anyonu ile ve bağlandığı ^2- ; ve bu da başka bir ^2- ile birleşerek ^{4- ortaya çıkar} . Çözümde birkaç politungstats olana kadar devam edin.

Paratungstatlar A ve B sırasıyla ^6- ve H ₂ W ₁₂ O ₄₂ ^10- , bu polianyonların en öne çıkanlarından biridir.

Lewis taslağınızı ve yapılarınızı bulmak zor olabilir; ancak prensipte onları WO ₆ oktahedra kümeleri (üstteki resim) olarak görselleştirmek yeterlidir .

Bu grimsi oktahedraların bir politungstat olan decatungstate'i tanımladığına dikkat edin; İçinde bir heteroatom (örneğin fosfor) varsa, o zaman bir polioksometalat olacaktır.

Yapı ve elektronik konfigürasyon

Kristal fazlar

Tungsten atomları, vücut merkezli kübik (bcc) yapıya sahip bir kristali tanımlar. Bu kristal form, a fazı olarak bilinir; β fazı da kübiktir, ancak biraz daha yoğundur. Hem fazlar hem de kristal formlar, α ve β, normal koşullar altında dengede bir arada bulunabilir.

Α fazının kristal taneleri izometriktir, oysa β fazındakiler sütunlara benzer. Kristal ne olursa olsun, W atomlarını sıkıca bir arada tutan metalik bağlar tarafından yönetilir, aksi takdirde yüksek erime ve kaynama noktaları veya tungstenin yüksek sertliği ve yoğunluğu açıklanamaz.

Metalik bağ

Tungsten atomlarının bir şekilde sıkıca bağlanması gerekir. Bir varsayımda bulunmak için, önce bu metalin elektron konfigürasyonu gözlemlenmelidir:

4f ¹⁴ 5d ⁴ 6s ²

5d yörüngeleri çok büyük ve bulanıktır, bu da yakınlardaki iki W atomu arasında etkili yörüngesel örtüşmeler olduğu anlamına gelir. Ayrıca, 6'lık orbitaller sonuçtaki bantlara katkıda bulunur, ancak daha az ölçüde. 4f orbitalleri "arka planda derin" iken ve bu nedenle metalik bağa katkıları daha azdır.

Bu, atomların boyutu ve kristal taneler, tungstenin sertliğini ve yoğunluğunu belirleyen değişkenlerdir.

Oksidasyon durumları

Metalik tungsten veya wolframda, W atomları sıfır oksidasyon durumuna (W ⁰ ) sahiptir. Elektronik konfigürasyona geri dönersek, 5d ve 6s orbitalleri, W'nin oksijen veya flor gibi yüksek oranda elektronegatif atomların şirkette olmasına bağlı olarak elektronlardan "boşaltılabilir".

İki 6s elektron kaybolduğunda, tungstenin +2 oksidasyon durumuna (W ²⁺ ) sahiptir ve bu da atomunun büzülmesine neden olur.

5d yörüngesindeki tüm elektronları da kaybederse, oksidasyon durumu +6 (W ⁶⁺ ) olacaktır; Buradan daha pozitif olamaz (teoride), çünkü 4f orbitalleri, içsel oldukları için elektronlarını uzaklaştırmak için büyük enerjilere ihtiyaç duyarlar. Başka bir deyişle, en pozitif oksidasyon durumu, tungstenin daha da küçük olduğu +6'dır.

Bu tungsten (VI), asidik koşullarda veya birçok oksijenli veya halojenli bileşikte çok kararlıdır. Diğer olası ve pozitif oksidasyon durumları şunlardır: +1, +2, +3, +4, +5 ve +6.

Tungsten, kendisinden daha az elektronegatif atomlarla birleşirse de elektron kazanabilir. Bu durumda atomları büyür. En fazla dört elektron kazanabilir; yani -4 (W ^4- ) oksidasyon durumuna sahiptir .

edinme

Daha önce tungstenin wolframit ve şelit minerallerinde bulunduğundan bahsedilmişti. İşleme bağlı olarak bunlardan iki bileşik elde edilir: tungsten oksit, WO ₃ veya amonyum paratungstat, (NH ₄ ) ₁₀ (H ₂ W ₁₂ O ₄₂ ) · 4H ₂ O (veya ATP). Her ikisi de 1050 ° C'nin üzerinde karbon ile metalik W'ye indirgenebilir.

Tungsten külçelerini eritmek için çok fazla ısıya (ve paraya) ihtiyaç duyacaklarından, tungsten külçeleri üretmek ekonomik olarak karlı değildir. Bu nedenle, alaşımları elde etmek için diğer metallerle bir defada işlemden geçirilmesi için toz halinde üretilmesi tercih edilir.

Çin'in dünya çapında en büyük tungsten üretimine sahip ülke olduğunu belirtmekte fayda var. Ve Amerika kıtasında, Kanada, Bolivya ve Brezilya da bu metalin en büyük üreticileri listesinde yer alıyor.

Uygulamalar

Tungsten karbürden yapılmış bir halka - bu metalin sertliğinin malzemeleri ölümsüzleştirmek ve sertleştirmek için nasıl kullanılabileceğine bir örnek. Kaynak: SolitaryAngel (SolitaryAngel)

İşte bu metalin bilinen kullanımlarından bazıları:

-Tuzları eski tiyatro kıyafetlerinden pamukları renklendirmek için kullanıldı.

-Çelikle birleştiğinde daha da sertleştirir, yüksek hızlarda mekanik kesilmelere bile dayanabilir.

-Sinterlenmiş tungsten filamentler, elektrik ampullerinde ve halojen lambalarda yüz yıldan fazla bir süredir kullanılmaktadır. Ayrıca yüksek erime noktası nedeniyle katot ışın tüpleri ve roket motorlarının nozulları için bir malzeme görevi görmüştür.

- Mermi ve radyoaktif kalkan üretiminde kurşunun yerini alır.

-Tungsten nanoteller pH ve gaza duyarlı nano cihazlarda kullanılabilir.

Petrol endüstrisinde kükürt üretimi ile uğraşmak için tungsten katalizörleri kullanıldı.

-Tungsten karbür, tüm bileşikleri arasında en yaygın kullanılanıdır. Kesme ve delme aletlerinin güçlendirilmesinden veya askeri silah parçalarının imalatından ahşap, plastik ve seramiklerin işlenmesine kadar.

Riskler ve önlemler

Biyolojik

Yerkabuğunda nispeten nadir bulunan bir metal olduğundan olumsuz etkileri azdır. Asitli topraklarda, poliungstatlar molibdat anyonları kullanan enzimleri etkilemeyebilir; ancak temel topraklarda, WO ₄ ^2- , MoO ₄ ^2- ve bakırın metabolik süreçlerine (olumlu veya olumsuz) müdahale eder .

Örneğin bitkiler, çözünür tungsten bileşiklerini emebilir ve bir hayvan bunları yediğinde ve ardından etini tükettikten sonra W atomları vücudumuza girer. Çoğu idrar ve dışkı ile atılır ve geri kalanına ne olduğu çok az şey bilinmektedir.

Hayvan çalışmaları, yüksek konsantrasyonlarda toz tungsten teneffüs ettiklerinde akciğer kanserine benzer semptomlar geliştirdiklerini göstermiştir.

Yutulduğunda, yetişkin bir insanın, kolinesteraz ve fosfataz enzimlerinin kayda değer şekilde inhibe edildiğini göstermek için tungsten tuzlarıyla zenginleştirilmiş binlerce galon su içmesi gerekecektir.

Fiziksel

Genel anlamda, tungsten düşük toksik bir elementtir ve bu nedenle sağlığa zarara ilişkin çok az çevresel risk vardır.

Metalik tungsten ile ilgili olarak, tozunu solumaktan kaçının; ve numune katı ise, çok yoğun olduğu ve düşürülmesi veya başka yüzeylere çarpması halinde fiziksel hasara neden olabileceği akılda tutulmalıdır.

Referanslar

1. Bell Terence. (Sf). Tungsten (Wolfram): Özellikler, Üretim, Uygulamalar ve Alaşımlar. Denge. Thebalance.com'dan kurtarıldı
2. Vikipedi. (2019). Tungsten. En.wikipedia.org adresinden kurtarıldı
3. Lenntech BV (2019). Tungsten. Kurtarıldı: lenntech.com
4. Jeff Desjardins. (1 Mayıs 2017). Dünyadaki En Güçlü Doğal Metal Tungsten Tarihi. Kurtarıldı: visualcapitalist.com
5. Doug Stewart. (2019). Tungsten Elemanı Gerçekleri. Chemicool.com'dan kurtarıldı
6. Art Fisher ve Pam Powell. (Sf). Tungsten. Nevada Üniversitesi. Kurtarıldı: unce.unr.edu
7. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2 Mart 2019). Tungsten veya Wolfram Gerçekleri. Kurtarıldı: thinkco.com