Izotopi. Metal tungsten. proprietățile wolframului. Aplicarea tungstenului Numărul atomic al wolframului

Proprietăți fizice Wolfram.

Tungsten.

Tungsten(Wolframium) W - element din grupa VI, perioada a 6-a a sistemului periodic al lui D. I. Mendeleev, p. 74, masă atomică 183,85. Deschis în 1781 de K. Scheele. Tungstenul nu este distribuit pe scară largă în natură. Formează propriile minerale - wolframit și scheelite; conținută ca impuritate în mineralele staniului, molibdenului, titanului. Tungstenul este un metal de culoare gri deschis, rezistent chimic in conditii normale. La temperaturi ridicate, reacționează cu oxigenul, carbonul și alte elemente. Reacționează cu fluorul la 20°C, cu alți halogeni - când este încălzit. Acizii, cu excepția acidului fluorhidric și azotic, nu afectează Tungstenul. În compuși, prezintă valență variabilă. Compușii de tungsten 6-valent sunt cei mai stabili. Tungstenul este utilizat pentru aliarea oțelurilor, pentru fabricarea aliajelor dure pentru lămpi electrice cu incandescență, încălzitoare în cuptoare electrice, electrozi de sudare, catozi lămpi generatoare și redresoare de înaltă tensiune.

Tungstenul se cristalizează într-un corp centrat zăbrele cubice cu perioada a = 3,1647Å; densitate 19,3 g/cm3, p.t. 3410°C, tbp 5900°C. Conductivitate termică (cal/cm sec °C) 0,31 (20°C); 0,26 (1300°C). Rezistivitate electrică (ohm cm 10-6) 5,5 (20°C); 90,4 (2700°C). Funcția de lucru a electronilor 7,21 10-19 J (4,55 eV), puterea energiei radiației la temperaturi ridicate (W/cm2): 18,0 (1000°C); 64,0 (2200°C); 153,0 (2700°C); 255,0 (3030°C). Proprietățile mecanice ale tungstenului depind de prelucrarea anterioară. Rezistența la tracțiune (kgf/mm2) pentru lingoul sinterizat 11, pentru tratat sub presiune de la 100 la 430; modul de elasticitate (kgf/mm1) 35000-38000 pentru sârmă și 39000-41000 pentru fir monocristal; Duritate Brinell (kgf/mm2) pentru lingoul sinterizat 200-230, pentru lingoul forjat 350-400 (1 kgf/mm2 = 10 MN/m2). La temperatura camerei, tungstenul are plasticitate scăzută.

În condiții normale, Tungstenul este stabil din punct de vedere chimic. La 400–500°C, metalul compact este vizibil oxidat în aer la WO3. Vaporii de apă îl oxidează intens peste 600°C până la WO3. Halogenii, sulful, carbonul, siliciul, borul interacționează cu Tungstenul la temperaturi ridicate (fluor cu Tungsten sub formă de pulbere - la temperatura camerei). Tungstenul nu reacționează cu hidrogenul până la punctul de topire; cu azotul peste 1500°C formează nitrură. În condiții normale, Tungstenul este rezistent la acizii clorhidric, sulfuric, azotic și fluorhidric, precum și la acva regia; la 100°С, interacționează slab cu ei; se dizolvă rapid într-un amestec de acizi fluorhidric și acizi azotic. În soluțiile alcaline, atunci când este încălzit, wolfram se dizolvă ușor, iar în alcaline topite cu acces la aer sau în prezența agenților de oxidare - rapid; în acest caz, se formează tungstate. În compuși, tungstenul prezintă o valență de la 2 la 6; compușii cu valență mai mare sunt cei mai stabili.



Tungstenul formează patru oxizi: cel mai mare - WO3 (anhidridă de wolfram), cel mai scăzut - WO2 și doi intermediari W10O29 și W4O11. Anhidridă de wolfram - pulbere cristalină de lămâie- Culoarea galbena, care se dizolvă în soluții alcaline pentru a forma tungstate. Când este redus cu hidrogen, se formează succesiv oxizi inferiori și wolfram. Anhidrida tungstică corespunde acidului tungstic H2WO4 - o pulbere galbenă, practic insolubilă în apă și acizi. Când interacționează cu soluții de alcalii și amoniac, se formează soluții de tungstate. La 188°C, H2WO4 desparte apa pentru a forma WO3. Cu clor, wolfram formează o serie de cloruri și oxicloruri. Cele mai importante dintre ele: WCl6 (pt 275°C, pf 348°C) și WO2Cl2 (pt 266°C, sublimează peste 300°C), sunt obținute prin acțiunea clorului asupra anhidridei de wolfram în prezența cărbunelui. Cu sulf, wolfram formează două sulfuri WS2 și WS3. Carburele de wolfram WC (topitură 2900°C) și W2C (topitură 2750°C) sunt compuși refractari duri; obţinut prin interacţiunea tungstenului cu carbonul la 1000-1500°C.

Tungsten(lat. Wolframium), W, element chimic din grupa VI a sistemului periodic Mendeleev, numărul de serie 74, masa atomică 183,85; refractar metal greu gri deschis. Tungstenul natural constă dintr-un amestec de cinci izotopi stabili cu numerele de masă 180, 182, 183, 184 și 186. Tungstenul a fost descoperit și izolat ca anhidridă de wolfram WO 3 în 1781 de chimistul suedez K. Scheele din mineralul wolfram, numit mai târziu scheelit. . În 1783, frații chimiști spanioli d "Eluyar au izolat WO 3 din mineralul wolframit și, după ce au redus WO 3 cu carbon, au obținut pentru prima dată metalul în sine, pe care l-au numit Wolfram. secol) și este numit de el „Spuma lupi” - spumă de lup (germană: Wolf - lup, Rahm - spumă) datorită faptului că Tungstenul, care însoțește mereu minereurile de staniu, a interferat cu topirea staniului, transformându-l în spumă de zgură ( „staniul mănâncă ca un lup o oaie”)). În SUA și unele în alte țări, elementul a fost numit și „tungsten” (în suedeză - piatră grea). Tungstenul nu și-a găsit utilizare industrială multă vreme. Doar în a doua jumătate a secolului al XIX-lea a început să studieze efectul aditivilor de wolfram asupra proprietăților oțelului.

Tungstenul nu este distribuit pe scară largă în natură; conținutul său în Scoarta terestra 110 -4% în greutate. Nu se găsește în stare liberă, își formează propriile minerale, în principal tungstate, dintre care wolframita (Fe, Mn)WO 4 și scheelita CaWO 4 sunt de importanță industrială.

Proprietățile fizice ale tungstenului. Tungstenul cristalizează într-o rețea cubică centrată pe corp cu o perioadă a = 3,1647Å; densitate 19,3 g/cm3, tpl 3410°C, tbp 5900°C. Conductivitate termică (cal/cm sec °C) 0,31 (20°C); 0,26 (1300°C). Rezistivitate electrică (ohm cm 10 -6) 5,5 (20°C); 90,4 (2700°C). Funcția de lucru a electronilor 7,21·10 -19 j (4,55 eV), puterea energiei radiației la temperaturi ridicate (W/cm2): 18,0 (1000°C); 64,0 (2200°C); 153,0 (2700°C); 255,0 (3030°C). Proprietățile mecanice ale tungstenului depind de prelucrarea anterioară. Rezistența la tracțiune (kgf / mm 2) pentru lingoul sinterizat 11, pentru tratat sub presiune de la 100 la 430; modul de elasticitate (kgf / mm 1) 35000-38000 pentru sârmă și 39000-41000 pentru fir monocristal; Duritate Brinell (kgf / mm 2) pentru un lingou sinterizat 200-230, pentru un lingot forjat 350-400 (1 kgf / mm 2 \u003d 10 MN / m 2). La temperatura camerei, tungstenul are plasticitate scăzută.

Proprietățile chimice ale wolframului.În condiții normale Tungstenul este rezistent chimic. La 400-500°C, metalul compact este vizibil oxidat în aer la WO3. Vaporii de apă îl oxidează intens peste 600°C până la WO3. Halogenii, sulful, carbonul, siliciul, borul interacționează cu Tungstenul la temperaturi ridicate (fluor cu Tungsten sub formă de pulbere - la temperatura camerei). Tungstenul nu reacționează cu hidrogenul până la punctul de topire; cu azotul peste 1500°C formează nitrură. În condiții normale, Tungstenul este rezistent la acizii clorhidric, sulfuric, azotic și fluorhidric, precum și la acva regia; la 100°С, interacționează slab cu ei; se dizolvă rapid într-un amestec de acizi fluorhidric și acizi azotic. În soluțiile alcaline, atunci când este încălzit, wolfram se dizolvă ușor, iar în alcaline topite cu acces la aer sau în prezența agenților de oxidare - rapid; în acest caz, se formează tungstate. În compuși, tungstenul prezintă o valență de la 2 la 6; compușii cu valență mai mare sunt cei mai stabili.

Tungstenul formează patru oxizi: cel mai mare - WO 3 (anhidridă de wolfram), cel mai scăzut - WO 2 și doi intermediari W 10 O 29 și W 4 O 11. Anhidrida tungstică este o pulbere cristalină galben-lămâie care se dizolvă în soluții alcaline pentru a forma tungstate. Când este redus cu hidrogen, se formează succesiv oxizi inferiori și wolfram. Anhidrida tungstică corespunde acidului tungstic H 2 WO 4 - o pulbere galbenă, practic insolubilă în apă și acizi. Când interacționează cu soluții de alcalii și amoniac, se formează soluții de tungstate. La 188°C, H2WO4 desparte apa pentru a forma WO3. Cu clor, wolfram formează o serie de cloruri și oxicloruri. Cele mai importante dintre ele: WCl 6 (t pl 275 ° C, t bp 348 ° C) și WO 2 Cl 2 (t pl 266 ° C, sublimează peste 300 ° C), sunt obținute prin acțiunea clorului asupra anhidridei de wolfram. în prezenţa cărbunelui. Cu sulf Tungstenul formează două sulfuri WS 2 și WS 3 . Carbure de wolfram WC (t pl 2900°C) și W 2 C (t pl 2750°C) - compuși refractari solizi; obţinut prin interacţiunea tungstenului cu carbonul la 1000-1500°C.

Să iau Wolfram. Concentratele de wolframită și scheelit (50-60% WO 3) servesc drept materii prime pentru producția de wolfram. Ferrotungstenul (un aliaj de fier cu 65-80% wolfram) este topit direct din concentrate, care este folosit în producția de oțel; pentru a obține wolfram, aliajele și compușii săi, din concentrat se izolează anhidrida de wolfram. În industrie, se folosesc mai multe metode pentru a obţine WO3. Concentratele Scheelite sunt descompuse în autoclave cu o soluție de sodă la 180-200 ° C (se obține o soluție tehnică de wolfram de sodiu) sau acid clorhidric (se obține un acid tungstic tehnic):

1. CaWO 4 tv + Na 2 CO 3 w = Na 2 WO 4 w + CaCO 3 tv

2. CaWO 4 tv + 2HCl w = H 2 WO 4 tv + CaCl 2 sol.

Concentratele de wolframită sunt descompuse fie prin sinterizare cu sodă la 800-900°C, urmată de leșierea Na2W04 cu apă, fie prin tratare cu soluție de hidroxid de sodiu când sunt încălzite. Când este descompus de agenți alcalini (sodă sau sodă caustică), se formează o soluție de Na 2 WO 4, contaminată cu impurități. După separarea lor din soluţie se emit H2WO4. Pentru a obține precipitate mai grosiere, ușor filtrabile și lavabile, CaWO4 este mai întâi precipitat dintr-o soluție de Na2WO4, care este apoi descompusă cu acid clorhidric.) H2WO4 uscat conține 0,2 - 0,3% impurități. Prin calcinarea H2WO4 la 700-800°C se obține WO3 și din acesta se obțin aliaje dure. Pentru producerea tungstenului metalic, H2WO4 este purificat suplimentar prin metoda amoniacului - prin dizolvarea în amoniac și cristalizarea paratungstatului de amoniu 5(NH4)2O12WO3nH2O. Calcinarea acestei sări dă WO3 pur. Pulberea de wolfram se obține prin reducerea WO 3 cu hidrogen (și în producerea aliajelor dure - tot cu carbon) în cuptoare electrice tubulare la 700-850°C. Metalul compact se obține din pulbere prin metoda cermet, adică prin presare în matrițe de oțel la o presiune de 3000-5000 kgf/cm2 și prin tratarea termică a semifabricatelor presate - tije. Ultima etapă a tratamentului termic - încălzirea până la aproximativ 3000°C se realizează în aparate speciale direct prin trecerea curentului electric prin tijă în atmosferă de hidrogen. Ca urmare, se obține wolfram, care se pretează bine la tratarea sub presiune (forjare, trefilare, laminare etc.) atunci când este încălzit. Monocristalele de wolfram sunt obținute din tije prin topirea zonei cu fascicul de electroni fără creuzet.

aplicarea Wolframului. Tungstenul este utilizat pe scară largă în tehnologie moderna sub formă de metal pur și într-o serie de aliaje, dintre care cele mai importante sunt oțelurile aliate, aliajele dure pe bază de carbură de tungsten, aliajele rezistente la uzură și la căldură. Tungstenul face parte dintr-un număr de aliaje rezistente la uzură utilizate pentru acoperirea suprafețelor pieselor mașinii (supape ale motoarelor de aeronave, palete ale turbinei și altele). În tehnologia aviației și a rachetelor, se folosesc aliaje rezistente la căldură de tungsten cu alte metale refractare. Refractaritatea și presiunea scăzută a vaporilor la temperaturi ridicate fac ca wolframul să fie indispensabil pentru filamentele lămpilor electrice, precum și pentru fabricarea de piese pentru dispozitive de electrovacuum din radioelectronica și inginerie cu raze X. În diverse domenii ale tehnologiei, se folosesc unii compuși chimici ai wolframului, de exemplu, Na 2 WO 4 (în industria vopselei și lacurilor și textilelor), WS 2 (un catalizator în sinteza organică, un lubrifiant solid eficient pentru piesele de frecare).

DEFINIȚIE

Tungsten- al șaptezeci și patrulea element al Tabelului Periodic. Denumire - W din latinescul „wolfranium”. Situat în a șasea perioadă, grupul VIB. Se referă la metale. Taxa de bază este 74.

În ceea ce privește prevalența în scoarța terestră, wolframul este inferior cromului, dar depășește molibdenul. Compușii naturali de tungsten în cele mai multe cazuri sunt tungstate - săruri ale acidului tungstic H 2 WO 4. Astfel, cel mai important minereu de wolfram - wolframita - este format din tungstate de fier și mangan. De asemenea, se găsește adesea scheelitul mineral CaWO 4.

Tungstenul este un metal alb greu (Fig. 1) cu o densitate de 19,3 g / cm 3. Punctul său de topire (aproximativ 3400 o C) este mai mare decât punctul de topire al tuturor celorlalte metale. Tungstenul poate fi sudat și tras în filamente subțiri.

Orez. 1. Tungsten. Aspect.

Greutatea atomică și moleculară a wolframului

DEFINIȚIE

Greutatea moleculară relativă a unei substanțe (M r) este un număr care arată de câte ori masa unei molecule date este mai mare decât 1/12 din masa unui atom de carbon și masa atomică relativă a unui element (A r)- De câte ori greutate medie atomii unui element chimic este mai mult de 1/12 din masa unui atom de carbon.

Deoarece în stare liberă wolfram există sub formă de molecule monoatomice W, valorile maselor sale atomice și moleculare coincid. Ele sunt egale cu 183,84.

Izotopi de wolfram

Se știe că wolfram poate apărea în natură sub formă de cinci izotopi stabili 180 W, 182 W, 183 W, 184 W și 186 W. Numerele lor de masă sunt 180, 182, 183, 184 și, respectiv, 186. Nucleul izotopului de tungsten de 180 W conține șaptezeci și patru de protoni și o sută șase neutroni, în timp ce restul diferă de acesta doar prin numărul de neutroni.

Există izotopi artificiali instabili ai tungstenului cu numere de masă de la 158 la 192, precum și unsprezece stări izomerice ale nucleelor.

Ioni de tungsten

La nivelul de energie exterior al atomului de wolfram, există șase electroni care sunt de valență:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 10 4f 14 5s 2 5p 6 5d 4 6s 2 .

Ca urmare interacțiune chimică wolfram donează electronii de valență, adică este donatorul lor și se transformă într-un ion încărcat pozitiv:

W o -2e → W 2+;

W o -3e → W 3+;

W o -4e → W 4+;

W o -5e → W 5+;

W o -6e → W 6+.

Moleculă și atom de tungsten

În stare liberă, wolfram există sub formă de molecule monoatomice W. Iată câteva proprietăți care caracterizează atomul și molecula de wolfram:

Aliaje de wolfram

Cea mai mare parte din wolfram extras este folosit în metalurgie pentru prepararea oțelurilor și aliajelor speciale. Oțelul de scule de mare viteză conține până la 20% tungsten și are capacitatea de a se autoîntări. Un astfel de oțel nu își pierde duritatea chiar și atunci când este încălzit la roșu.

Pe lângă tăierea de mare viteză, alte oțeluri tungsten și crom-tungsten sunt utilizate pe scară largă. De exemplu, oțelul care conține de la 1 la 6% tungsten și până la 2% crom este utilizat pentru fabricarea de ferăstraie, freze și matrițe.

Fiind cel mai refractar metal, wolfram face parte dintr-un număr de aliaje rezistente la căldură. În special, aliajele sale cu cobalt și crom - stelite - au duritate mare, rezistență la uzură, rezistență la căldură. Aliajele de tungsten-cupru combină conductivitate electrică ridicată, conductivitate termică și rezistență la uzură. Sunt utilizate pentru fabricarea pieselor de lucru ale comutatoarelor cu cuțit, întrerupătoarelor, electrozilor pentru sudarea în puncte.

Exemple de rezolvare a problemelor

EXEMPLUL 1

Introducere

Semnificația elementelor rare în știință și tehnologie crește în fiecare an, iar granița dintre elementele rare și cele nerare devine din ce în ce mai neclară. Chimistul analitic modern se confruntă din ce în ce mai des cu definițiile tungstenului, molibdenului, vanadiului, titanului, zirconiului și altor elemente rare.

Analiza unui amestec de toate elementele este un caz extrem de rar.

Multe combinații de elemente rare și nerare găsite în minerale sunt atât de complexe încât analiza necesită o experiență vastă și cunoștințe despre chimia elementelor rare.

Pentru separarea elementelor în grupuri sau pentru izolarea oricărui element, se folosesc nu numai reacțiile de precipitare, ci și alte metode, cum ar fi: extracția compușilor cu solvenți organici, distilare compuși volatili, electroliza etc.

Datorită dificultății de separare și identificare a unor elemente rare metode chimice aceste determinări se fac prin metode fizice (spectrale, luminiscente etc.).

Când detectați cantități foarte mici de elemente rare împrăștiate, aplicați metode chimiceîmbogăţirile bazate pe co-precipitarea elementului fiind determinate cu un alt element special selectat – „purtătorul”. Elementele purtătoare sunt selectate astfel încât să nu interfereze cu evoluția ulterioară a analizei.

Unul dintre cele mai importante elemente rare este wolfram. În această lucrare, dorim să luăm în considerare câteva aspecte legate de detectarea calitativă a wolframului.

Istoria descoperirii tungstenului

Cuvântul „tungsten” a existat cu mult înainte de descoperirea acestui metal. Un alt medic și metalurgist german Georgius Agricola (1494-1555) a numit unele metale wolfram. Cuvântul „tungsten” avea multe nuanțe de înțeles; aceasta, în special, însemna atât „salivă de lup”, cât și „spumă de lup”, adică. spumă la gura unui lup furios. Metalurgiștii din secolele XIV-XVI au observat că în timpul topirii staniului, amestecul unor minerale provoacă pierderi semnificative ale metalului, transformându-l în „spumă” - în zgură. O impuritate dăunătoare a fost mineralul wolframit (Mn, Fe)WO4, asemănător ca aspect cu minereul de staniu - casiteritul (SnO2). Metalurgiștii medievali au numit wolframite „tungsten” și au spus că „fură și devorează cositor ca un lup și o oaie”.

Pentru prima dată wolfram a fost obținut de frații chimiști spanioli de Eluyar în 1783. Chiar mai devreme - în 1781. - chimist suedez Scheele a izolat trioxidul de wolfram WO3 din mineral cu compoziția CaWO4, numită ulterior „scheelite”. Prin urmare, wolfram a fost numit sheel pentru o lungă perioadă de timp.

În Anglia, Franța și SUA, wolfram este numit diferit - tungsten, care înseamnă „piatră grea” în suedeză. În Rusia, în secolul al XIX-lea, wolfram era numit „lup”.

Poziția în sistem periodic elemente chimice

Tungstenul este un element din grupa VI a sistemului periodic de elemente chimice, numărul său de serie este 74, masa atomică este 183,85.

Tungstenul natural constă dintr-un amestec de izotopi stabili cu mase:

Pentru wolfram, sunt cunoscuți și izotopi radioactivi cu mase de la 174 la 188.

Proprietățile fizice și chimice ale wolframului și aplicarea acestuia

detectie calitativa chimica tungsten

Tungstenul metalic pur este un metal alb-argintiu, asemănător ca aspect cu oțelul, rețeaua cristalină este cubică centrată pe corp; în stare de pulbere - culoare gri închis.

Constantele fizice ale wolframului:

Temperatură de topire. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3380-3430oC

Temperatura de fierbere. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5900oC

Densitate (la 20 oC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19,3 g/cm3

Căldura specifică(la 20 oC) . . . . . . . . . . . . . . . . . .032 cal/g* oC

Căldura de topire. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .44 cal/g

Căldura de evaporare. . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . .1,83 cal/g

Presiunea de vapori a tungstenului este listată în Tabelul 1 (vezi Anexa).

Tungstenul are cel mai ridicat punct de topire și cea mai scăzută presiune de vapori dintre orice metal. Sârma de wolfram are cea mai mare rezistență la tracțiune și rezistență la curgere de până la 420 kg/mm2.

Astăzi, tungstenul este utilizat pe scară largă în știință și tehnologie. Este utilizat pentru aliarea oțelului, ca bază pentru aliajele superdure, ca componentă a aliajelor termorezistente pentru tehnologia aviației și rachete, pentru fabricarea de catozi pentru dispozitive de vid și filamente de lămpi incandescente. Aliajele de wolfram au rezistență ridicată la căldură (la 16500C, rezistența finală este de 175-253 MPa), dar sunt casante și oxidează intens în aer peste 6000C (fără un strat protector, pot fi folosite doar în vid și reducător sau neutru). atmosfera). Bun la absorbția de vindecare ionizantă. Sunt utilizate pentru fabricarea elementelor de încălzire, ecrane termice, recipiente pentru depozitarea preparatelor radioactive, emițători termici, electrozi de termocuplu folosiți pentru măsurarea temperaturilor de până la 25000C (aliaje cu reniu).

Proprietăți chimice

Tungstenul este unul dintre cele mai rezistente metale la coroziune. La temperaturi obișnuite este rezistent la apă și aer, la o temperatură de 400-500 oC se oxidează vizibil, la o temperatură mai mare se oxidează intens, formând trioxid de wolfram galben. Nu interacționează cu hidrogenul nici la temperaturi foarte ridicate; interacționează cu azotul la temperaturi peste 2000 oC, formând nitrură WN2. Carbonul solid la 1100-1200 oC reacționează cu wolfram, formând carburi WC și W2C. La rece, acizii sulfuric, clorhidric, nitric, fluorhidric și acva regia nu acționează asupra wolframului. La o temperatură de 100 oC, wolfram nu interacționează cu acidul fluorhidric, interacționează slab cu acidul clorhidric și sulfuric, interacționează mai rapid cu acidul azotic și acva regia. Se dizolvă rapid într-un amestec de acizi fluorhidric și acizi azotic. Soluțiile alcaline la rece nu acționează asupra wolframului; alcalii topiți cu acces la aer sau în prezența agenților oxidanți (cum ar fi: nitrați, clorați, dioxid de plumb) dizolvă intens wolfram, formând săruri.

Distribuția electronilor într-un atom de wolfram: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 5s2 5p6 5d4 6s2. Potențiale de ionizare wolfram: I1=7,98eV; I2=17,7eV. Raza atomică rme=1,40Ao.

Raze ionice:

În compuși, tungstenul prezintă stări de oxidare +2, +3, +4, +5, +6. În stări superioare de oxidare, wolfram are proprietăți acide, în cele inferioare - cele principale. Compușii cu o stare de oxidare de +2, +3 sunt instabili. Tungstenul divalent este cunoscut doar sub formă de halogenuri. Cianurile complexe stabile au fost izolate sub formă solidă din compușii tungsten (IV). Compușii tungstenului (V) și (VI) au cea mai mare importanță practică în analiză.

Comportarea wolframului în soluții este complexă, mai ales în cele acide, din cauza lipsei de compuși simpli. De o importanță esențială în chimia analitică a wolframului este tendința sa ridicată de formare complexă. Datorită faptului că în compușii complecși proprietățile individuale ale elementelor individuale sunt mai pronunțate decât în ​​cele simple, complexarea wolframului este utilizată pe scară largă în determinarea în prezența elementelor cu proprietăți similare.

Compușii tungsten (II) și (III) sunt agenți reducători puternici; capacitatea de oxidare a compușilor tungsten (V) este slabă.

Datele termodinamice pentru wolfram și compușii săi sunt date în Tabelul 2 (vezi Anexa)

Până în anii 1940 s-a dezvoltat o dată cu chimia analitică a molibdenului chimia analitică a wolframului, prima fiind caracterizată prin metode gravimetrice de determinare. LA anul trecut chimia compușilor de coordonare a tungstenului a fost studiată cu succes, dintre care unii sunt utilizați cu succes în chimia analitică pentru determinarea wolframului prin metode fizice și fizico-chimice.

Apropierea proprietăților wolframului și molibdenului explică dificultatea separării și determinării lor unul în prezența celuilalt. Cu toate acestea, diferența în distribuția electronilor de valență a experimentat fenomenul de contracție a lantanidelor învelișul de electroni wolfram duce la o diferență în unele proprietăți chimice aceste elemente. De exemplu, tendința soluțiilor apoase de wolfram(VI) la polimerizare și hidroliză în prezența acizilor minerali este mai puternică decât cea a molibdenului(VI). Tungstenul este mai greu de recuperat până la sigur grade inferioare oxidare, a cărei stabilizare, spre deosebire de molibden, este complexă și nu întotdeauna reușită.

Detectarea calitativă a wolframului

Chimia tungstenului este extrem de complexă. Cu o stare de oxidare variabilă, se formează acest element număr mare conexiuni. Aici vom lua în considerare proprietățile numai acelor compuși de tungsten pe care îi formează atunci când aliajele sale sunt dizolvate în acizi. Deoarece acid azotic concentrat amestecat cu 2N este folosit pentru a dizolva aceste aliaje. acid sulfuric sau acva regia, wolfram intră în el cel mai înalt grad oxidare +6. Prin urmare, ne vom concentra asupra proprietăților compușilor tungsten(VI).

Reacții parțiale ale ionului WO42-:

1. Acizi. Când soluțiile de tungstat sunt expuse la acizi minerali concentrați, cum ar fi acidul clorhidric, un precipitat alb de acid tungstic precipită:

W042-+2H++H2O = W03*2H2O.

Când este fiert, WO3*2 H2O se transformă în galben WO3* H2O. Acidul tungstic este insolubil în acizi concentrați(diferență față de MoO3* H2O). Reacția de formare a acestuia este utilizată pentru a separa WO42- de alți ioni.

2. Hidrogen sulfurat H2S in soluție acidă nu precipită WO42-.

3. Sulfura de amoniu (NH4)2S formează tiosăruri solubile în apă cu wolfram, de exemplu:

W042- + 8NH4+ + 4S2-+ 4 H2O = WS42- + 8NH4OH.

La acidificare, tiosarea se descompune cu formarea unui precipitat maro deschis WS3.

4. Recuperarea WO42-. O soluție de wolfram, acidulată cu acid clorhidric sau sulfuric, este tratată cu zinc metalic. Precipitatul de acid tungstic care s-a format mai întâi devine albastru din cauza formării de produse cu compoziție variabilă care conțin compuși tungsten(VI) și (V):

Zn + 2WO42-+6Н+ = W2O5+Zn2++3H2O.

Același compus se obține prin înlocuirea zincului cu o soluție de clorură de staniu(II).

În metoda de analiză cu hidrogen sulfurat, wolframul este clasificat ca un subgrup de arsen; cu toate acestea, nu formează sulfură sub acțiunea hidrogenului sulfurat în mediu acid, ci o formează numai sub acțiunea sulfurilor de amoniu și metale alcaline sau hidrogen sulfurat în mediu alcalin; se dizolvă în exces de sulfură pentru a forma o tiosătură:

Na2W04 + 4 (NH4)2S + 4 H2O = Na2WS4 + 8 NH4OH.

La acidificarea soluțiilor de tiosăruri, sulfura de tungsten maro deschis precipită:

Na2WS4 + 2 HCl = 2 NaCl + H2S + WS3,

solubil în exces de acid clorhidric. Dar ionul WO42- precipită sub acțiunea acidului clorhidric sub formă de acid tungstic puțin solubil împreună cu grupa de argint (Ag+, Hg22+, Tl(I), Pb2+) și astfel este separat de majoritatea cationilor.

În schema de analiză fără hidrogen sulfurat, s-a propus și izolarea wolframului sub formă de acid tungstic prin acțiunea acidului clorhidric; împreună cu acesta, ionii precipită sub formă de cloruri: Ag +, Hg22 +, Tl (I), Pb2 +. Cursul sistematic al analizei cationilor în prezența wolframului este prezentat în Tabelul 3 (vezi Anexa).

Analiza calitativă a wolframului este foarte slab dezvoltată. Practic, precipitarea acidului tungstic puțin solubil este folosită prin acțiunea acizilor minerali asupra tungstatelor; acid silicic precipită împreună cu wolfram în aceste condiţii. Din acesta din urmă, wolfram este separat prin tratarea precipitatului cu amoniac și apoi găsit în filtrat. Dintre reactivii anorganici, tiocianații de metale alcaline și de amoniu sunt utilizați cel mai adesea în prezența agenților reducători de titan (III) și staniu (II), iar a reactanților organici, toluen-3,4-ditiol. Probabil, reactivii recomandați pentru determinarea fotometrică a wolframului pot fi folosiți pentru detecție: sunt sensibili și destul de fiabili, mai ales după separarea wolframului, de exemplu, prin hidroliză acidă. Reactivii recomandați pentru determinarea gravimetrică a wolframului sunt de puțin folos pentru detectarea acestuia, deoarece formează precipitate necaracteristice cu wolfram.

Korenman a propus să detecteze wolfram folosind clorură de amoniu: cristalele incolore de tungstat de amoniu au forma de romburi și tije. Sensibilitate 0,15 µg de wolfram într-o picătură de soluție, limitând diluția 1:4*104. Detectarea nu este interferată de cloruri, sulfați, cantități de o sută de ori molibdați și cantități de treizeci de ori vanadați.

Metoda rodanidei face posibilă detectarea prin metoda picăturii a 0,05-1% trioxid de wolfram WO3 în minereuri și a 10-4% tungsten în stânci.

Detectarea picăturilor de wolfram în minereuri. Detectarea trioxidului de wolfram 0,05-1% nu interferează cu 10% molibden și vanadiu fiecare; 5% crom; 2% fiecare din arsenic și antimoniu, totuși, se recomandă separarea vanadiului și cromului.

Aproximativ 5 mg din probă, măcinată până la o pulbere, sunt topite cu? La topitură se adaugă 20 mg hidroxid de sodiu, aproximativ 3 mg peroxid de sodiu și se topesc din nou. Culoarea galbenă a topiturii indică prezența cromului. Câteva picături de apă sunt adăugate în topitură, încălzite, transferate într-un creuzet de porțelan și acidulate cu acid clorhidric. Soluția este evaporată pe o baie de apă aproape până la uscare, reziduul este umezit cu acid clorhidric, diluat cu apă, filtrat. Turta de filtrare se tratează cu soluție fierbinte de amoniac (1:1), se spală apa fierbinte, filtratul și spălările se combină și se adaugă o picătură de soluție de reactiv (30 g tiocianat de potasiu în 100 ml apă), se evaporă la un volum mic, 1-2 picături de acid clorhidric concentrat, 1 picătură de staniu 10% (II) soluție de clorură și 1 picătură de soluție 0,5% de clorură de titan (III) în acid clorhidric (1:1). În prezența tungstenului, apare o culoare galbenă.

Detectarea wolframului în minereuri și roci. Molibdenul, seleniul, telurul, cantitățile mari de fier, vanadiu, crom și dioxid de siliciu interferează cu detectarea 10-4% tungsten. Probele de sulfuri sunt arse și mai departe măcinate după ardere.

0,5 g de substanță măcinată fin se tratează timp de 30 de minute într-o eprubetă sau microcupă cu 2 ml de acid clorhidric în timp ce se încălzește într-o baie de apă. Dacă este prezent arsenul, acesta este îndepărtat prin acțiunea hidrazinei în prezența bromurii de potasiu, evaporând lichidul după introducerea reactivilor la jumătate din volumul inițial. Reziduul se dizolvă în două volume de apă, soluția se filtrează printr-un tampon de bumbac și se spală cu 1-2 ml apă. Filtratul și spălările se evaporă la sec, se dizolvă în 1-2 picături de apă, se adaugă prin picurare o soluție de hidroxid de potasiu 25% până la precipitarea completă a hidroxidului de fier, se adaugă 3 picături dintr-o soluție saturată de tiocianat de amoniu, se amestecă, un 40% Se adaugă % soluție de clorură de staniu (II) până la dispariția colorării roșii. În prezența tungstenului, apare o culoare verde-gălbuie.

Pentru a crește sensibilitatea detectării tungstenului la 0,01 μg, se recomandă efectuarea reacției pe boabele schimbătoare de anioni. Detectarea nu interferează cu 100-1000 µg de La, Ce(IV), Zr, Th, Mn, Fe, Ni, Zn, Cd, Al, Ga, In, Ge, Sn (IV), Pb, Sb (III) , Bi, F-, Br-, I-, NO3-,S032-, S042-, HPO42-, B4O72-,HCOO-, C2042-, citrat şi tartrat. Ele interferează cu Pd, Pt, Ag, Au, Hg, As, Se, Te.

În prezența molibdenului, soluția este acidulată cu acid sulfuric la o concentrație de 1-2 M, molibdenul este extras de două ori cu un amestec de volume egale acetilacetonă și cloroform, stratul apos este filtrat, evaporat la un volum mic, se introduce acid azotic pentru a distruge materie organicăși se adaugă hidroxid de sodiu la o concentrație de 0,01 M. Soluția se pune pe o placă de țiglă albă, se adaugă mai multe granule de rășină schimbătoare de anioni Dowex-1-x-1 sau 1-x-2, după câteva minute, 1 picătură dintr-o soluție 10% de clorură de staniu (II) în acid clorhidric concentrat și o soluție 3% de tiocianat de amoniu se adaugă. În prezența tungstenului, boabele devin verzui. Se recomandă ca boabele să fie privite la microscop sub iluminarea unei lămpi fluorescente.

Detectarea picăturii de wolfram din oțel. Kulberg propune o reacție bazată pe capacitatea acidului peroxotungstic, format prin acțiunea peroxidului de hidrogen asupra acidului tungstic, de a colora o soluție de acid acetic de benzidin portocaliu-roșu-brun. Compusul rezultat este rezistent la acțiunea peroxidului de hidrogen.

O picătură dintr-un amestec acid (1 parte de acid sulfuric 30% și 1 parte de acid azotic concentrat) este plasată pe suprafața de oțel curățată. După 2-3 minute, se adaugă un exces mare de peroxid de sodiu, se agită și se adaugă prin picurare soluție de amoniac 10% până când fierberea se oprește. O parte din sediment se captează cu o bucată de hârtie de filtru, se pun 2-3 picături dintr-o soluție de benzidină 1% proaspăt preparată la rece ca gheață. acid acetic. În prezența tungstenului, se dezvoltă o culoare portocalie-roșu-maro.

În oțeluri, wolframul poate fi detectat cu ditiol; nu interferați cu molibdenul, zirconiul, cupru și alte componente din oțel.

O probă de oțel 0,5-0,6 g este dizolvată în 10 ml de acid clorhidric 6M. O parte din soluție este încălzită cu clorură de staniu (II) pentru a reduce molibdenul (VI) la molibden (III) și se adaugă o soluție metanolică de ditiol. În prezența tungstenului, se dezvoltă o culoare verde-albăstruie.

Când se utilizează rodamină C, sensibilitatea de detecție a wolframului este de 0,001-0,0005 mg per 1 picătură de soluție. Se recomandă izolarea acidului tungstic H2WO4, apoi dizolvarea acestuia în hidroxid de sodiu și detectarea wolframului într-un mediu ușor acid. Mulți ioni interferează cu detectarea fără a separa wolfram, inclusiv anionii I-, Br-, SCN-, Cr2O72-, S2O82-, MnO4-, ClO4-, S2O32-.

Rodamina C este recomandată pentru detectarea tungstenului pe cromatograme de hârtie; pentru aceasta se pulverizează cu o soluție 0,025% de rodamină C în acid sulfuric 1M și o soluție 20% de bromură de potasiu. Prezența tungstenului poate fi identificată prin culoarea sau luminescența spotului.

Sub acțiunea razelor catodice sau ultraviolete, scheelite luminesce intens cu lumină albastră.

Cu numărul atomic 74 în sistemul periodic, notat cu simbolul W (lat. Wolframium), un metal de tranziție de culoare gri dur. Aplicația principală este ca bază a materialelor refractare în metalurgie. Extrem de refractar, conditii standard rezistent chimic.

Istoria și originea numelui

Numele Wolframium a fost transferat elementului din mineralul wolframit, cunoscut încă din secolul al XVI-lea. numită „spumă de lup” – „Spuma lupi” în latină sau „Wolf Rahm” în germană. Numele s-a datorat faptului că wolfram, însoțit de minereurile de staniu, a interferat cu topirea staniului, transformându-l în spumă de zgură („devorează staniul ca un lup și o oaie”).
În prezent, în SUA, Marea Britanie și Franța, denumirea de „tungsten” (suedez tung sten – „piatră grea”) este folosită pentru wolfram.
În 1781, celebrul chimist suedez Scheele, tratând mineralul scheelit cu acid azotic, a obținut o „piatră grea” galbenă. În 1783, chimiștii spanioli, frații Eluard, au raportat prepararea unui oxid galben al unui nou metal, solubil în amoniac, din mineralul săsesc wolframit. În același timp, unul dintre frați, Fausto, se afla în Suedia în 1781 și a comunicat cu Scheele. Scheele nu a pretins că a descoperit wolfram, iar frații Eluard nu au insistat asupra priorității lor.

Chitanță

Procesul de obţinere a wolframului trece prin subetapa de separare a trioxidului WO 3 din concentratele de minereu şi reducerea ulterioară la o pulbere metalică cu hidrogen la o temperatură de cca. 700°C. Datorită punctului de topire ridicat al wolframului, metodele de metalurgie a pulberilor sunt utilizate pentru a obține o formă compactă: pulberea rezultată este presată, sinterizată în atmosferă de hidrogen la o temperatură de 1200-1300 ° C, apoi trecută prin ea. electricitate. Metalul este încălzit la 3000 °C și are loc sinterizarea într-un material monolit. Pentru purificarea ulterioară și obținerea unei forme monocristaline, se utilizează topirea zonei.

Proprietăți

Fizic
Tungstenul este un metal de culoare gri deschis cu cele mai mari puncte de topire și fierbere dovedite (se presupune că seaborgiul este și mai refractar, dar până acum acest lucru nu poate fi afirmat cu fermitate - durata de viață a seaborgiului este foarte scurtă).
Tungstenul este unul dintre cele mai grele, mai dure și mai refractare metale. În forma sa pură, este un metal alb-argintiu, asemănător cu platina, la o temperatură de aproximativ 1600 ° C se pretează bine forjarii și poate fi tras într-un fir subțire.

Chimic
Valenta de la 2 la 6. Cel mai stabil este tungstenul 6-valent. Compușii de tungsten 3 și 2-valenti sunt instabili și nu au nicio semnificație practică.
Tungstenul are o rezistență ridicată la coroziune: nu se modifică în aer la temperatura camerei; la o temperatură de căldură roșie, se oxidează încet la oxid de wolfram VI; aproape insolubil în acizi clorhidric, sulfuric și fluorhidric. LA acid azoticși acva regia oxidată de la suprafață. Se dizolvă într-un amestec de acid azotic și acid fluorhidric, formând acid tungstic. Din compuși de tungsten cea mai mare valoare au: trioxid de wolfram sau anhidridă de wolfram, tungstate, compuși peroxid cu formula generală Me 2 WO x, precum și compuși cu halogeni, sulf și carbon. Tungstații sunt predispuși la formarea de anioni polimerici, inclusiv heteropolicompuși cu incluziuni de alte metale de tranziție.

Citeste si