Generale

Il tungsteno [ˈvɔlfram] è un elemento chimico con il simbolo dell'elemento W e il numero ordinale 74. È uno dei metalli di transizione, nella tavola periodica è nel 6 ° sottogruppo (gruppo 6) o gruppo del cromo. Il tungsteno è un metallo pesante bianco lucido ad alta densità, fragile allo stato puro. Di tutti i metalli puri, ha il punto di fusione più alto e il secondo punto di ebollizione più alto. Il suo utilizzo più noto è quindi il filamento nelle lampadine.

Già nel XVI secolo, il mineralogista di Freiberg Georgius Agricola descrisse la presenza di un minerale nei minerali di stagno sassoni, che rendeva notevolmente più difficile l'estrazione dello stagno a causa della scoria del contenuto di stagno. Il nome componente “lupo” deriva da questa proprietà, poiché il minerale “divorava” il minerale di stagno come un lupo. Che si trattasse di wolframite è ancora oggi controverso, poiché ha parlato della "leggerezza" del minerale. Ha chiamato il minerale lupi spumumche tradotto dal latino significa "schiuma di lupo". Successivamente è stato chiamato Wolfram, da mhd. Ariete "Fuliggine, sporcizia", ​​perché il minerale grigio-nero può essere facilmente macinato e quindi ricorda la fuliggine. Il suo simbolo chimico W deriva dal tungsteno.

La parola comune in inglese, italiano e francese Tungsteno deriva da Tung Sten (Svedese per "pietra pesante"). Ciò non significava che Wolfram stesso (svedese Volfram), ma chiamato tungstato di calcio. Nel 1781, il chimico tedesco-svedese Carl Wilhelm Scheele vi riconobbe un sale precedentemente sconosciuto. Il tungsteno puro fu prodotto per la prima volta nel 1783 dai fratelli spagnoli Faust e Juan José Elhuyar (che lavoravano sotto la direzione di Scheele) riducendo il triossido di tungsteno, che viene estratto dalla wolframite.

Presenza 

Il contenuto di tungsteno della crosta terrestre è di circa 0,0001 g / to 0,0064 percento in peso (valore di Clarke). Finora, il metallo non è stato rilevato in natura (in forma pura). La "Doklady Akademii Nauk" in Russia ha pubblicato un rapporto sul tungsteno solido nel 1995 senza che questo fosse esaminato dalla "Commissione sui nuovi minerali, nomenclatura e classificazione" (CNMNC) dell'IMA. Sono noti alcuni minerali, soprattutto ossidi e tungstati. I minerali di tungsteno più importanti sono la wolframite (Mn, Fe) WO₄ e Scheelite CaWO₄. Ci sono anche altri minerali di tungsteno, come Stolzit PbWO₄ e Tuneptit WO₃ · H₂O.

I depositi più grandi si trovano in Cina, Perù, Stati Uniti, Corea, Bolivia, Kazakistan, Russia, Austria e Portogallo. I minerali di tungsteno si possono trovare anche nei Monti Metalliferi. I depositi mondiali sicuri e probabili sono attualmente 2,9 milioni di tonnellate di tungsteno puro.

La più importante presenza nota di tungsteno in Europa è nella Felbertal negli Alti Tauri (stato di Salisburgo in Austria).

Promozione in tutto il mondo 

Nel 2006 la produzione mondiale di tungsteno puro è stata di 73.300 tonnellate. Di gran lunga il più grande produttore di tungsteno è la Cina. Più dell'80% del tungsteno prodotto nel mondo viene prodotto lì. Gli stati con la più alta produzione di tungsteno (2006):

Promozione in Austria

In Austria, il minerale di tungsteno Scheelite fu scoperto per la prima volta nel 1815/16 nel giacimento d'oro di Schellgaden nel comune di Muhr (Stato di Salisburgo). Di conseguenza, in molte fessure degli Alti Tauri sono stati trovati bellissimi cristalli di scheelite, a volte di diversi centimetri di dimensione. Tutti questi reperti non erano di alcuna utilità pratica. Il grande giacimento nella Felbertal non è stato scoperto per il momento.

Nel 1950 si è saputo che grandi quantità di scheelite erano apparse nel giacimento di magnesite sulla Wanglalm vicino a Lanersbach / Tux (Tirolo) nella parte posteriore della Zillertal, che era stata estratta dal 1927. Era una grossolana scheelite ricoperta di magnesite e quarzo. Negli anni successivi sono state estratte circa 10.000 tonnellate di minerale con un contenuto medio di ossido di tungsteno dell'1,8%, che rappresentava un'alta qualità unica al mondo. A causa del basso prezzo di mercato, l'estrazione del tungsteno fu interrotta alla fine degli anni '1960, ma riprese nel 1971 e continuò fino alla chiusura della miniera di magnesite nel 1976.

1967 alla fine è stato scoperto il più grande Scheelitvorkommen in Europa nel Felbertal. I pezzi di minerale presenti nei flussi sono stati tracciati utilizzando la luce UV (fluorescenti di Scheelite). Il difficile lavoro di esplorazione in alta montagna (il sito minerario più alto di Brentling in 2100 a livello del mare) iniziò 1971, l'estrazione inizialmente in superficie fu registrata in Felbertal 1976 (da 1979 anche miniere sotterranee, set di miniere 1986). Dall'inizio di 1993 alla metà di 1995, il mining è stato temporaneamente sospeso a causa del basso prezzo di mercato del tungsteno.

Il minerale di tungsteno proveniente dalla Felbertal viene lavorato nella vicina Mittersill. Da qui il concentrato di scheelite raggiunge Sankt Martin im Sulmtal (Stiria). Sul sito della miniera sotterranea di lignite di Pölfing-Bergla, chiusa nel 1976, è stata costruita una fonderia di tungsteno, in cui dal 1977 vengono prodotti ossido di tungsteno, metallo di tungsteno e polvere di carburo di tungsteno da concentrati di diversi paesi.

I processori tedeschi più importanti sono HC Starck e il Longyear GmbH.

Estrazione e presentazione

Il tungsteno non può essere ottenuto da minerali ossidici mediante riduzione con carbone, poiché ciò si traduce in carburo di tungsteno.

L'aggiunta di una soluzione ammoniacale crea un complesso chiamato paratungstato di ammonio (APW). Questo viene filtrato e quindi convertito in triossido di tungsteno relativamente puro a 600 ° C. Ossido di tungsteno (VI) (WO₃), che viene ridotto a tungsteno grigio acciaio a 800 ° C in atmosfera di idrogeno:

Questo produce polvere di tungsteno grigia, che di solito viene compattata in stampi e sinterizzata elettricamente in barre. A temperature superiori a 3400 ° C, un metallo compatto di tungsteno può essere fuso in speciali forni elettrici con atmosfera riducente di idrogeno (processo di fusione a zone).

Proprietà 

Proprietà fisiche

Il tungsteno è un metallo bianco lucido che può essere allungato allo stato puro ed è di elevata durezza, densità e resistenza. La densità è quasi la stessa di quella dell'oro, la durezza Brinell è 250 HB, la resistenza alla trazione 550-620 N / mm² (morbido) fino a 1920 N / mm² (difficile). Il metallo esiste in una modifica α cubica centrata sul corpo stabile con una spaziatura del piano reticolare (= costante reticolare) di 316 pm a temperatura ambiente. Questo tipo di struttura cristallina è spesso chiamato tipo di tungsteno. Con un as β-modifica metastabile di tungsteno (distorto centrato sul corpo cubico), d'altra parte, è l'ossido ricco di tungsteno W₃O.

Dopo l'elemento carbonio, il tungsteno ha il secondo punto di fusione più alto di tutti gli elementi chimici a 3422 ° C. Il punto di ebollizione di 5555 ° C viene superato solo dal raro metallo renio con 5596 ° C di 41 K.

Il metallo è un superconduttore con una temperatura di transizione di 15 mK.

Proprietà chimiche

Il tungsteno è un metallo chimicamente molto resistente che difficilmente viene attaccato anche dall'acido fluoridrico e dall'acqua regia (almeno a temperatura ambiente). Tuttavia, si dissolve in miscele di acido fluoridrico e nitrico e miscele fuse di nitrati alcalini e carbonati.

isotopo 

Sono noti 33 isotopi e 5 isomeri nucleari del tungsteno. Di questi, 5 isotopi si trovano in natura ¹⁸⁰W, ¹⁸²W, ¹⁸³W, ¹⁸⁴W e ¹⁸⁶W. L'isotopo di tungsteno ¹⁸⁴W ha la frequenza maggiore. Tutti e 5 gli isotopi naturali sono stati considerati stabili per molto tempo. È solo nel 2004 che l'esperimento CRESST dei Laboratori nazionali del Gran Sasso riesce a dimostrare che l'isotopo era un risultato secondario della ricerca della materia oscura ¹⁸⁰W è soggetto a decadimento alfa. L'emivita è estremamente lunga 1,8 trilioni di anni, quindi questo decadimento non può essere rilevato in un normale ambiente di laboratorio. La radioattività di questo isotopo naturale è così bassa che può essere ignorata per tutti gli scopi pratici. Al contrario, gli isotopi radioattivi artificiali del tungsteno hanno una breve emivita compresa tra 0,9 ms ¹⁸⁵Giorni W e 121,2 a ¹⁸¹W.

Utilizzare

A causa del suo alto punto di fusione, l'applicazione più importante del tungsteno è nell'industria dell'illuminazione come filamento nelle lampade ad incandescenza e come elettrodo nelle lampade a scarica di gas e nei tubi elettronici.

Nelle lampadine si fa uso del fatto che la conduttività elettrica del tungsteno è notevolmente inferiore a quella dei metalli conduttivi rame e alluminio. Di conseguenza, il sottile filamento di tungsteno si riscalda fino a quando non si illumina, mentre i conduttori più spessi dei metalli conduttivi difficilmente si riscaldano.

Ha la sua seconda grande importanza come lega metallica nella metallurgia del ferro. Forma carburi di tungsteno negli acciai per utensili, che aumentano la durezza secondaria.

A causa della sua alta densità, viene utilizzato per contrappesi e per schermare contro le radiazioni. Sebbene la sua densità e quindi l'effetto schermante sia molto superiore a quella del piombo, a questo scopo viene utilizzato meno spesso del piombo, poiché è più costoso e difficile da lavorare. Inoltre, a causa dell'elevata densità di tungsteno, alcuni eserciti usano munizioni perforanti con un nucleo di proiettile fatto di carburo di tungsteno invece dell'uranio impoverito più economico ma radioattivo e tossico. Durante la seconda guerra mondiale, il tungsteno era importante per la costruzione del carro armato granata tedesco 40, che aveva un nucleo di tungsteno. In futuro, le munizioni con un nucleo di tungsteno saranno utilizzate dal nuovo veicolo da combattimento della fanteria Puma, che sostituirà il Marder.

A causa della sua elevata resistenza alla corrosione, il tungsteno può essere utilizzato anche come materiale per apparecchiature in impianti chimici. Tuttavia, a causa della scarsa lavorabilità del tungsteno (il tungsteno può essere saldato solo mediante laser o fascio di elettroni), questa forma di realizzazione viene utilizzata raramente. Lo stesso vale per un'applicazione concepibile nel campo della tecnologia medica.

In fisiologia, in particolare in neurofisiologia, i microelettrodi di tungsteno vengono utilizzati per le registrazioni extracellulari.

Inoltre, gli elettrodi per i processi di saldatura sono fabbricati in tungsteno. Ad esempio, nella saldatura a resistenza, specialmente quando si saldano materiali come rame, bronzo o ottone. Anche nella saldatura universale TIG (Tungsten Inert Gas), un elettrodo è realizzato in tungsteno o una sua lega. Questi elettrodi non si sciolgono durante il processo di saldatura. L'arco brucia come plasma in un gas protettivo tra l'elettrodo e il componente. Il materiale di riempimento viene fornito separatamente sotto forma di barre.

Nello sport, il tungsteno viene utilizzato per produrre canne di alta qualità per freccette, nel tiro con l'arco viene utilizzato per realizzare punte per frecce speciali e le teste dei martelli sono talvolta realizzate in tungsteno per ridurre la resistenza dell'aria e il raggio di rotazione per il lancio del martello. Inoltre, le piastre di tungsteno vengono utilizzate come pesi aggiuntivi in ​​Formula 1 per raggiungere il peso minimo prescritto delle vetture di Formula 1 (inclusi olio, freni e liquido di raffreddamento, nonché piloti in tuta da corsa e con casco) di 620 kg (a partire dal 2010). È stato utilizzato anche da grandi regatanti in bombe a chiglia in navigazione per qualche tempo. L'impermeabilità è notevolmente ridotta a causa della maggiore densità rispetto ai materiali convenzionali come il piombo o la ghisa. Ci sono anche racchette da tennis che hanno fibre di tungsteno incorporate nella rete del telaio in carbonio. In questo modo, aree specifiche del telaio della racchetta possono essere ulteriormente stabilizzate per aumentare la precisione di gioco.

Nella pesca a mosca, ninfe e stelle filanti (esche pescate sott'acqua) vengono appesantite con palline di tungsteno che vengono forate e spinte sul gambo dell'amo, in modo che si immergano più velocemente e più in profondità.

Le corde per strumenti musicali a volte vengono avvolte con tungsteno per aumentarne il peso e quindi ridurre il tono.

Il tungsteno viene anche utilizzato nella diagnostica a raggi X come materiale target nell'anodo. Il - e -Le linee dei raggi X caratteristici sono intorno a 59 keV e 67 keV.

Nella microscopia a tunneling a scansione, il tungsteno viene spesso utilizzato come materiale per la punta della sonda.

Dall'inizio del 21 ° secolo, il carburo di tungsteno, erroneamente indicato come tungsteno, è stato utilizzato anche in gioielleria (gioielli in tungsteno), ad es. B. anelli lavorati. Questo è molto facile da determinare dalla durezza e dalla densità. Il WC ha una durezza Mohs di 9,5, il tungsteno solo 7,5. Finora, tutte le parti di gioielli sul mercato sono state realizzate in carburo di tungsteno.

Fisiologia 

Il tungsteno è utilizzato come bioelemento positivo da batteri anaerobici del tipo Eubacterium acidaminophilum usato e incorporato come cofattore in alcuni enzimi. E. acidaminofilo è un batterio che fermenta gli amminoacidi che utilizza il tungsteno negli enzimi formiato deidrogenasi e aldeide deidrogenasi. In questi organismi, il tungsteno sostituisce il molibdeno perché è molto più comune nel loro ambiente naturale (prese d'aria vulcaniche sul fondo del mare).

tossicologia 

Secondo lo stato attuale delle conoscenze, il tungsteno e i suoi composti sono considerati fisiologicamente innocui. Il cancro ai polmoni tra i lavoratori negli impianti di produzione o lavorazione di metalli duri è attribuito al cobalto che è anche presente.

Nel modello animale è stato riscontrato che la maggior quantità di composti di tungsteno ingeriti per via orale viene rapidamente escreta nelle urine. Una piccola parte del tungsteno entra nel plasma sanguigno e da lì negli eritrociti. Viene quindi depositato nei reni e nel sistema osseo. Tre mesi dopo la somministrazione, la maggior parte delle piccolissime quantità di tungsteno assorbite dal corpo si trovano nelle ossa.

Nel 2003, a Fallon / Nevada con 16 bambini affetti da leucemia dal 1997 e in Sierra Vista / Arizona con nove bambini affetti anche da cancro del sangue, sono stati identificati due cosiddetti cluster di cancro - un'area locale con un tasso di casi di cancro superiore alla media. In entrambi i luoghi l'acqua potabile ha concentrazioni eccezionalmente elevate di tungsteno. Concentrazioni di tungsteno significativamente aumentate sono state rilevate nelle urine del pubblico in generale. Entrambi i luoghi sono noti per i loro depositi di minerale di tungsteno. Nelle successive indagini del Center for Disease Control (CDC), durate circa un anno, non è stato possibile stabilire alcun collegamento diretto tra tungsteno e leucemia. Il tungsteno non ha mostrato alcun effetto cancerogeno in nessun metodo di test e nessun gruppo di cancro è stato trovato in altri luoghi del Nevada con valori di tungsteno altrettanto elevati nelle urine della popolazione.

sicurezza 

Come polvere o polvere, è facilmente infiammabile, non infiammabile in forma compatta.

Connessioni 

Ossido 

Il tungsteno forma diversi ossidi. Tra il membro iniziale:

• Ossido di tungsteno (VI) WO₃ - giallo limone

e l'ultimo membro:

• Ossido di tungsteno (IV) WO₂ - marrone

Ci sono altri ossidi intermedi?

• W₁₀O₂₉ blu-viola, gamma di omogeneità WO_2,92-DOVE_2,88
• W₄O₁₁ rosso-viola, gamma di omogeneità WO_2,76-DOVE_2,73
• W₁₈O₄₉, DOVE_2,72
• W₂₀O₅₀, DOVE_2,50

Altri composti

• Sodio tungstato Na₂WO₄
• Tungstato di zirconio ZrW₂O₈ mostra un'anomalia quando riscaldato.
• Bronzi al tungsteno M_xWO₃; M = metallo alcalino, metallo alcalino terroso, lantanoide, circa 0.3 <x <0.9 hanno conducibilità elettrica e sono intensi e di colore diverso a seconda del contenuto di metallo.
• Calcio tungstato CaWO₄ è conosciuto come un minerale sotto il nome di Scheelite.
• Il carburo di tungsteno WC è un composto simile al metallo estremamente duro. C'è anche Diwungsten Carbide W.₂C.
• Esafluoruro di tungsteno WF₆
• Piombo tungstato PbWO₄
• Disolfuro di tungsteno WS₂ Utilizzare come lubrificante secco (simile a MoS₂)

Uso dei composti

Il carburo di tungsteno viene utilizzato come riflettore di neutroni nelle armi nucleari per ridurre la massa critica. I carburi di tungsteno (metallo duro) vengono utilizzati nella lavorazione dei materiali a causa della loro elevata durezza.

I tungstati vengono utilizzati per impregnare i tessuti per renderli ignifughi.

I colori al tungsteno sono usati nella pittura, nell'industria della ceramica e della porcellana.

Il tungstato di piombo è usato come un moderno scintillatore nella fisica delle particelle.

Generale
Nome, simbolo, numero atomico	Tungsteno, W, 74
Serie	I metalli di transizione
Gruppo, periodo, blocco	6, 6, d
Aspetto	bianco grigiastro, lucido
numero CAS	7440-33-7
Frazione di massa del guscio di terra	64 ppm
nucleare
massa atomica	183,84 u
Raggio atomico (calcolato)	135 (193) pm
Raggio covalente	162 pm
configurazione elettronica	[Xe] 4f145d46s2
1. ionizzazione	770 kJ / mol
2. ionizzazione	1700 kJ / mol
fisicamente
stato fisico	fisso
struttura cristallina	cubico centrato sul corpo
densità	19,3 g / cm3 (20 ° C)
durezza Mohs	7,5
magnetismo	paramagnetico ( = 7,8 10-5)
punto di fusione	3695 K (3422 ° C)
punto di ebollizione	5828 K (5555 ° C)
Volume molare	9,47 · 10-6 m3/ mol
Calore di vaporizzazione	824 kJ / mol
calore di fusione	35,4 kJ / mol
velocità del suono	5174 m/s
Capacità termica specifica	138 J / (kg · K)
Conducibilità elettrica	18,52 · 106 A / (V · m)
conducibilità termica	170 W / (m · K)
Chimico
stati di ossidazione	6, 5, 4, 3, 2
potenziale normale	−0,119 V (WO2 + 4H+ + 4e- → W + 2H2O)
elettronegatività	2,36 (scala Pauling)
isotopo
isotopo NH t1/2 ZA ZE (MeV) ZP 178W {Syn.} 21,6 d ε 0,091 178Ta 179W {Syn.} 37,05 min ε 1,060 179Ta 180W 0,13% 1,8 · 1018 a α 2,516 176Hf 181W {Syn.} 121,2 d ε 0,188 181Ta 182W 26,3% stabile 183W 14,3% stabile 184W 30,67 % stabile 185W {Syn.} 75,1 d β- 0,433 185Re 186W 28,6% stabile 187W {Syn.} 23,72 h β- 1,311 187Re 188W {Syn.} 69,4 d β- 0,349 188Re
proprietà NMR
Spin γ in rad * T-1· s-1 Er(1H) fL a W = 4,7 T in MHz 183W 1/2 1,128 · 107 1,07 · 10-5 4,166
sicurezza
GHS sostanze pericolose polveri etichettatura

Frasi H e P di pericolo H: 228EUH: nessuna tariffa EUHP: 210-​240-​241-​280-​370+378 Gefahrstoffkennzeichnung

leggero infiammabile

(F)

Frasi R e S in polvere R: 11S: 43

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