Вольфрам

                        Івано-Франківський коледж ДВНЗ

 «Прикарпатський національний  університет імені Василя Стефаника»

 

 

 

 

                       РЕФЕРАТ 

                      на тему: «Вольфрам»

Виконала:

 

Перевірила:

Івано-Франківськ

          2014

                                             

 

 

 

    План

1.Похоження назви Вольфрам.

2.Поширення та області застосування.

А)Поширення.

Б)Отримання.

В) Області застосування.

3.Основні відомості.

А)Фізичні властивості.

Б)Хімічні властивості.

4.Біологічна роль.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Похоження назви Вольфрам.

Вольфрам відкритий і виділений у вигляді вольфрамового ангідриду в 1781 р. шведським хіміком К. Шеєле, який визначив сіль раніше невідомого елементу. Чистий вольфрам отримали трьома роками пізніше, у 1783 році, іспанські хіміки Фаусто та Хуан Хосе Ельгуяри (ісп. Juan José Elhuyar), які працювали у К. Шеєле, за реакцією відновлення його вугіллям з оксиду вольфраму.

По-німецьки його називають Wolfram, по-англійськи — Tungsten (по-французьки — так само). Хоча метал був відкритий у 80-х роках XVIII століття, на прізвисько «Вольфрам» (або по-німецьки — «Wolf Rahm») було відомо німецьким металургам задовго до цього. Гірники і металурги XIV-XVI століть помітили, що при прожарюванні однією з олов'яних руд втрачається багато олова, яке при цьому переходить в шлак, у піну. У своєму трактаті про гірничій справі і металургії Агрікола призводить латинська назва цього ефекту, він називає його на латині Spuma Lupi, або Lupus spuma, що означає «вовча піна». А по-німецьки це як раз і буде «Wolf Rahm» — «вовча піна».

 

А у Франції і англосаксонському світі метал знають під іншим ім'ям. Шведський хімік Шеєле в 1781 році в результаті обробки «важких каменів» («tungsten» — швед. tung sten, «важкий камінь») нової для нього породи азотною кислотою отримав важкий камінь жовтого кольору (ми тепер знаємо, що це не чистий вольфрам, а триоксид вольфраму).

 

У 1783 році іспанські хіміки брати Елюар з саксонського мінералу вольфраміту отримали якусь жовту окис нового металу, а вже з неї — новий метал, вольфрам.

 

При цьому ні Шеєле не претендував на лаври першовідкривача, ні брати Елюар не наполягали на своєму пріоритеті. Мінерал, з якого Шеєле виділив перший вольфрам, тепер відомий як шеелит.

 

2.Поширення та області застосування.

 

А)Поширення.

Вольфрам  мало поширений в природі; вміст в земній корі 1,3х10−4% (за масою). У вільному стані не зустрічається. Утворює власні мінерали (вольфрамати Са, Fe, Mn, іноді Pb, Zn, рідше оксиди WO3, H2WO4, ще рідше сульфіди WS2) або входить у вигляді ізоморфної домішки в інші мінерали, переважно в мінерали Мо, Ti, а також в деякі силікати (слюда, польові шпати). Найбільш важливими мінералами Вольфраму є вольфраміт та шеєліт, які можуть утворюватися і нагромаджуватися до рівня промислових концентрацій у скарновому, ґрейзеновому і гідротермальному процесах.

Як правило родовища вольфрамових руд пов’язані з областями розповсюдження гранітів. Великі кристали вольфраміту або шеліту – велика рідкість. Звичайно мінерали лише вкраплені в стародавні гранітні породи. Середня концентрація вольфраму в них всього 1-2%, тому витягувати його досить важко. Всього відомо близько 15 власних мінералів вольфраму. Серед них расоіт і штольцит, дві, що є, різні кристалічні модифікації вольфрамату свинцю PbWO4.

Найбільшими  запасами  Вольфраму володіють Казахстан, Китай, Канада і США; відомі також родовища в Болівії, Португалії, Росії і Південній Кореї. Світове виробництво вольфраму складає 49-50 тисяч тонн в рік, у тому числі в Китаї 41тисяча тонн, Росії 3,5 тис. тонн; Казахстані 0,7, Австрії 0,5. Основні експортери вольфраму: Китай, Південна Корея, Австрія. Головні імпортери: США, Японія, Німеччина, Великобританія. Також є родовища вольфраму у Вірменії і інших країнах.

 

Б)Отримання.

Нині вольфрам видобувають в загальних рисах так само, як робили першовідкривачі (правда, не кілограмами, а тисячами тонн у рік). З рудних концентратів отримують триоксид WO, а потім з нього за допомогою водню при температурі близько 700оС, отримують порошок, який обробляють методами порошкової металургії з-за його сверхтугоплавкости. Порошок пресують, потім спікають в атмосфері водню при приблизно 1200о, а потім пропускають потужний електричний струм. Метал нагрівається до 3000о і спікається в злиток. Подальша очищення відбувається методом зонної плавки.

 

В) Області застосування.

Хоча вольфрам відкрито більше ста років тому, його почали широко використовувати в техніці, не рахуючи електротехніки, порівняно недавно. Завдяки тому, що вольфрам має найвищу температуру плавлення і саме низький тиск пари серед металів, він отримав виключно широке застосування в електротехніці. Цінні фізичні і хімічні властивості вольфраму зумовили його широке використання в сучасних техніці і промисловості.

Вольфрам знаходить широке застосування у виробництві сталей як легірующа добавка, в твердих жароміцних сплавах, в електротехніці, у виробництві спеціальних сплавів та у хімічній промисловості.

Тривалий час більш 60 % вольфраму використовувалося в металургії виготовлення інструментальних, нержавіючих легованих і спеціальних сталей. Присадка вольфраму до сталі 1-20 % надає їй міцність, твердість, тугоплавкість, самозакалювання, підвищує межу пружності й відвертий спротив розтяганню. Нині 55 % вольфраму йде на виготовлення твердих сплавів, що використовуються на бурових коронках фельєр для волочіння дроту, штампів, пружин, деталей пневматичних інструментів, клапанів двигунів. Тверді сплави, які з вольфраму (3-15 %), хрому (25-35 %) і кобальту (45-65 %) з додатком 0,5-2,7 % вуглецю, застосовуються покриття сильно зношуючи деталей. Сплави вольфраму є хорошими контактними матеріалами і їх застосовують у робочих частинах рубильників, вимикачів та інших. Сплав вольфраму (85-95 %) з нікелем і міддю, у яких висока щільність, використовують у радіотерапії для захисних екранів від гама променів.

Металевий вольфрам застосовується при виготовленні ниток розжарювання в электролампах, електродів для водневої зварювання, замінюючи платину, для нагрівачів високотемпературних електропечей, термопар, роторів в гіроскопах оптичних пірометрів для катодів рентгенівських трубок, електровакуумної апаратури, радіоприладів, випрямлювачей і гальвонометрів.

Завдяки високій щільності вольфрам використовується для противаг, бронебійних сердечників підкаліберних і стріловидний оперених снарядів артилерійських знарядь, сердечників бронебійних куль і надшвидкісних роторів гіроскопів для стабілізації польоту балістичних ракет (до 180 тис. об / хв). Вольфрам застосовується у високотемпературних вакуумних печах опору в якості нагрівальних елементів і теплоізоляції. Сплав вольфраму і ренію застосовується в таких печах як термопари.

Вольфрам використовується  68 % – у виробництві машин і устаткування металообробній, гірничодобувної та будівельної промисловості, 12% – виготовлення ламп і світильників, 12% – в електронній промисловості і для транспорті, 5% – в хімічних галузях, і 3% – інших областях.

Сульфід вольфраму WS2 використовується як високотемпературне (до 500 °C) мастило.

Деякі сполуки використовуються як каталізатори і пігменти.

WTe2 використовується для  перетворення теплової енергії  в електричну.

3.Основні відомості.

Символ W, атомний номер 74, атомна маса — 183,85. Найбільш характерними і стійкими є сполуки вольфраму  зі ступенем окиснення +6. Вольфрам має схильність до комплексоутворень. Металічний вольфрам у звичайних умовах хімічно стійкий. З киснем починає взаємодіяти при температурі вище 400 °C. Протистоїть дії води, але при  розжарюванні легко окиснюється водяною парою. Найважливіші із сполук Вольфраму: триоксид вольфраму WO3, вольфрамова кислота H2WO4 і її солі — вольфрамати.

Відомі 33 ізотопи вольфраму: від 158W до 190W. Вольфрам відрізняється від всієї решти металів особливою тяжкістю, твердістю і тугоплавкою. Густина вольфраму майже удвічі більше, ніж свинцю, точніше – в 1,7 рази. При цьому атомна маса його дещо нижча: 184 проти 207.

 

А)Фізичні властивості.

Вольфрам - світло-сірий метал, що має найвищі доведені температури плавлення і кипіння (передбачається, що Сиборг ще більш тугоплавкий, але поки що про це твердо стверджувати не можна - час існування Сиборг дуже малий).

Фізичні властивості вольфраму:

-твердість по Брінеллю 488 кг / мм;

-питомий електричний опір при 20° C 55 10 -9 Ом м, при 2700° C - 904 10 -9 Ом м;

-швидкість звуку в отожженном вольфрамі 4290 м / с;

-температура плавлення: 3380 °C;

-температура кипіння : 5555 °C;

-твердість по Брінеллю: 488 кгс/мм²;

- Электропровідність: 55•10−9 Ом•м.

Вольфрам є одним з найбільш важких, твердих і самим тугоплавким металом. У чистому вигляді являє собою метал сріблясто-білого кольору, схожий на платину, при температурі близько 1600 C добре піддається куванню і може бути витягнуть в тонку нитку.

 

Б) Хімічні властивості.

Валентність від 2 до 6. Найбільш стійкий 6-валентний вольфрам. Треті і 2-валентні з'єднання вольфраму нестійкі і практичного значення не мають.

Вольфрам має високу корозійну стійкість: при кімнатній температурі не змінюється на повітрі; при температурі червоного розжарювання повільно окислюється в оксид вольфраму VI; в соляній, сірчаної і плавикової кислотах майже не розчинний. В азотній кислоті і царській горілці окислюється з поверхні. У суміші азотної і плавикової кислоти розчиняється, утворюючи вольфрамову кислоту. З сполук вольфраму найбільше значення мають: триоксид вольфраму або вольфрамовий ангідрид, вольфрамати, перекисні сполуки із загальною формулою Me 2 WO X, а також сполуки з галогенами, сіркою і вуглецем. Вольфрамати схильні до утворення полімерних аніонів.

В результаті реакції оксиду вольфраму і металевого натрію виходить нестехіометричний вольфрамат натрію, який називають «вольфрамовою бронзою»:

WO3 + xNa = NaxWO3.

В процесі відновлення оксиду вольфраму воднем, під час виділення виходять гідратовані оксиди, що мають змішану міру окислення, їх називають «вольфрамова синь»:

WO3–n(OH)n, n = 0,5–0,1.

WO3 + Zn + HCl = [W10O25(OH) + W3O8(OH)] («синь»), W2O5(OH) (коричн.)

 

 

4.Біологічна роль.

Вольфрам не відіграє значної біологічної ролі. У деяких архей і бактерій є ферменти, які включають вольфрам до свого активного центру. Існують облігатно-залежні від вольфраму форми архей-гіпертермофілів, що живуть навколо глибоководних гідротермальних джерел. Присутність вольфраму в складі ферментів може розглядатися як фізіологічний релікт раннього архея — існують припущення, що вольфрам грав роль в ранніх етапах виникнення життя.

Тяжкі наслідки дії вольфраму і його з'єднань на людину не виявлені. При тривалій дії великих доз вольфрамового пилу може виникнути пневмоконіоз, захворювання, що викликається всіма важкими порошками, що потрапляють в легені. Найбільш часті симптоми цього синдрому – кашель, порушення дихання, атопічна астма, зміни в легенях, прояв яких зменшується після припинення контакту з металом.

У організм людини в середньому за добу поступає з їжею приблизно 0,001-0,015 міліграм вольфраму. Засвоюваність самого елементу, як і вольфрамових солей, в ЖКТ людини дорівнює 1-10 %, слаборозчинних вольфрамових кислот – до 20 %. Вольфрам в основному накопичується в кістковій тканині і нирках. У кістках міститься приблизно 0,00025мг/кг, а в крові людини біля 0,001мг/л вольфраму. Метал зазвичай виводиться з організму природним чином, з сечею. Але 75% радіоактивного ізотопу вольфраму 185w виводиться з калом.

  Харчові джерела вольфраму, як і його добова потреба, поки  не вивчені. Токсична доза для людського організму також не виявлена. Летальний результат у щурів настає від більше 30 міліграм речовини. У медицині вважається, що вольфрам не володіє метаболічними, канцерогенними і тератогенними діями на людину і тварин.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Використана література:

1. Глосарій термінів з хімії // Й.Опейда, О.Швайка. Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім.. Л. М. Литвиненка НАН України, Донецький національний університет — Донецьк:"Вебер", 2008. — 758 с. ISBN 978-966-335-206-0.

2.Мала гірнича енциклопедія. В 3-х т. / За ред. В. С. Білецького. — Донецьк: Донбас, 2004. — ISBN 966-7804-14-3.

3. Федонкін М. А. Звуження геохімічного базису життя і евкаріотізація біосфери: причинний зв'язок - Палеонтологічний журнал - 2003 - № 6 - с. 33-40.

4. Який метал найбільш тугоплавкий? - MY PLANET - www.planeta.co.ua / other / refractory_metal.php.

5. http://www.i-think.ru/wikimet/?type=metall&section_id=235.

 

 

 

 

Цікаві факти

Вольфрам - найтугоплавкіший метал. Температура плавлення 3380 C, кипіння 5900 C [6].

Щільність вольфраму майже дорівнює щільності золота: 19,30 г / см проти 19,32 г / см відповідно. Таким чином візуально і по вазі практично не відмітно. До часів Архімеда якби був відомий метал вольфрам - ніхто б не зміг відрізнити його від золота. Але у наш час це визначається дуже легко.

Сплави та карбіди вольфраму використовуються як в танкової броні, так і в бронебійних сердечниках снарядів, в найбільш важливих частинах двигунів внутрішнього згоряння і реактивних двигунів. Спіралі електричних лампочок — це теж вольфрам.

Крім металообробки, сплав вольфраму, нікелю і міді використовується для виготовлення контейнерів для зберігання радіоактивних речовин — він поглинає випромінювання на 40% краще свинцю. З цієї ж причини цей сплав використовується і в радіотерапії.

Коли під час Першої світової війни Німеччина була блокована і відрізана блокадою від джерел вольфрамового сировини, німці почали використовувати завали того самого шлаку, який створили металурги середніх віків. При обробці цих «давніх звалищ» Німеччина забезпечила себе приблизно 100 тоннами вольфраму в рік на весь час війни.

Наявність металу вольфраму в мобільних телефонах подвоює ризик інсульту, виявили учені.  Високий рівень вольфраму значно збільшують ризик захворювання, особливо у людей молодше 50 років, виявили дослідники. Цей дорогоцінний метал часто використовується в повсякденних приладах, таких як мобільні телефони, комп'ютери і лампочки.  У останні десять років виробництво вольфраму виросло майже удвічі, оскільки розвиток технологій продовжує стимулювати попит. Тепер експерти опасаються, що збільшення кількості цього металу в предметах домашнього ужитку може  піддати ризику майбутні покоління.