Волфрам

За друга значења, погледајте страницу Волфрам (вишезначна одредница).

Волфрам (, лат. ) прелазни је метал B групе са атомским бројем 74.^[7][8] Име је добио по немачкој речи која означава безвредан метал. Спада у прелазне метале. Волфрам је сребрени сјајни метал, у свом чистом стању је крхак тешки метал,^[9][10] велике релативне густине. Међутим, чисти монокристални волфрам је дуктилнији и може се резати тестером од тврдог челика.^[11] Међу свим металима (у чистом стању) има највишу тачку топљења и другу највишу тачку кључања.^[12] Његова густина је 19,25 грама по кубном центиметру,^[13] упоредива са густином уранијума и злата и много већа (око 1,7 пута) од олова.^[14]

Волфрам

Општа својства
Име, симбол	волфрам, W
Изглед	сиво бео, сјајан
У периодноме систему
Водоник Хелијум Литијум Берилијум Бор Угљеник Азот Кисеоник Флуор Неон Натријум Магнезијум Алуминијум Силицијум Фосфор Сумпор Хлор Аргон Калијум Калцијум Скандијум Титанијум Ванадијум Хром Манган Гвожђе Кобалт Никл Бакар Цинк Галијум Германијум Арсен Селен Бром Криптон Рубидијум Стронцијум Итријум Цирконијум Ниобијум Молибден Технецијум Рутенијум Родијум Паладијум Сребро Кадмијум Индијум Калај Антимон Телур Јод Ксенон Цезијум Баријум Лантан Церијум Празеодијум Неодијум Прометијум Самаријум Европијум Гадолинијум Тербијум Диспрозијум Холмијум Ербијум Тулијум Итербијум Лутецијум Хафнијум Тантал Волфрам Ренијум Осмијум Иридијум Платина Злато Жива Талијум Олово Бизмут Полонијум Астат Радон Францијум Радијум Актинијум Торијум Протактинијум Уранијум Нептунијум Плутонијум Америцијум Киријум Берклијум Калифорнијум Ајнштајнијум Фермијум Мендељевијум Нобелијум Лоренцијум Радерфордијум Дубнијум Сиборгијум Боријум Хасијум Мајтнеријум Дармштатијум Рендгенијум Коперницијум Нихонијум Флеровијум Московијум Ливерморијум Тенесин Оганесон ↑ W ↓ тантал ← волфрам → ренијум ‍
Атомски број (Z)	74
Група, периода	група 6, периода 6
Блок	d-блок
Категорија	прелазни метал
Рел. ат. маса (Ar)	183,84(1)[1]
Ел. конфигурација
по љускама	2, 8, 18, 32, 12, 2
Физичка својства
Тачка топљења	3695 K ​(3422 °‍C, ​6192 °F)
Тачка кључања	6203 K ​(5930 °‍C, ​10706 °F)
Густина при с.т.	19,3 g/cm3
течно ст., на т.т.	17,6 g/cm3
Топлота фузије	52,31 kJ/mol[2][3]
Топлота испаравања	774 kJ/mol
Мол. топл. капацитет	24,27 J/(mol·K)
Напон паре P (Pa) 100 101 102 на T (K) 3477 3773 4137 P (Pa) 103 104 105 на T (K) 4579 5127 5823
Атомска својства
Електронегативност	2,36
Енергије јонизације	1: 770 kJ/mol 2: 1700 kJ/mol
Атомски радијус	139 pm
Ковалентни радијус	162±7 pm
Спектралне линије
Остало
Кристална структура	​унутрашњецентр. кубична (BCC)
Брзина звука танак штап	4620 m/s (на с.т.) (жарен)
Топл. ширење	4,5 µm/(m·K) (на 25 °‍C)
Топл. водљивост	173 W/(m·K)
Електроотпорност	52,8 nΩ·m (на 20 °‍C)
Магнетни распоред	парамагнетичан[4]
Магнетна сусцептибилност (χmol)	+59,0·10−6 cm3/mol (298 )[5]
Јангов модул	411 GPa
Модул смицања	161 GPa
Модул стишљивости	310 GPa
Поасонов коефицијент	0,28
Мосова тврдоћа	7,5
Викерсова тврдоћа	3430–4600 MPa
Бринелова тврдоћа	2000–4000 MPa
CAS број	7440-33-7
Историја
Откриће и прва изолација	Хуан Хозе Елхујар и Фаусто Елхујар[6] (1783)
Именовање и епоним	Торберн Бергман (1781)
Главни изотопи
изотоп расп. пж. (1/2) ТР ПР 180W 0,12% 1,8×1018 y α 176 181W 121,2  ε 181 182W 26,50% стабилни 183W 14,31% стабилни 184W 30,64% стабилни 185W syn 75,1  β− 185 186W 28,43% стабилни
референце • Википодаци

Његова најпознатија употреба је као жарећа нит (филамент) у сијалицама. Волфрам је заступљен у земљиној кори у количини од 1 ppm (енгл. ). Најважнији минерали волфрама су: шелит и волфрамит }}

Историја

Волфрам у праху

Већ у 16. веку фрајбершки минералог Георгиј Агрикола је описао проналазак минерала међу рудом калаја из Саксоније, који је прилично отежавао добијање калаја јер је повећавао удео шљаке у руди. Управо део његовог имена волф (нем. - вук) је изведен из ове особине, јер је тај минерал дословно јео руду калаја попут вука. Да ли се тада радило о минералу волфрамиту чак ни данас није са сигурношћу познато, јер је он описивао лакоћу тог минерала. Агрикола је тај минерал назвао , што на латинском значи отприлике вучја пена. Касније је назван волфрам, из средњенемачког , отпад, чађ, јер се црносиви метал врло лако могао самлети и тада је изгледом подсјећао на чађ.^[15] Његов међународни хемијски симбол W је изведен из немачког .

У енглеском, италијанском и француском језику, овај метал се назива што је изведено из шведског , дословног значења тешки камен. Међутим, у шведском језику у то време, волфрам се није називао тим именом, него калцијум волфрамат. У њему је немачко-шведски хемичар Карл Вилхелм Шеле 1781. године открио до тада непознату со. Чисти волфрам су добили 1783. године шпански научници браћа Фаусто и Хуан Хозе Елхујар, вођени Шелеовим открићима, путем редукције волфрам триоксида, а који су добили из волфрамита.

Особине

Физичке

Волфрам је сребрени, сјајни метал, у чистом стању се лако извлачи. Има веома велику густину, тврдоћу и чврстоћу. Густина волфрама је готово равна густини злата, а Бринелова тврдоћа му износи 250 ХБ. Отпорност на извлачење волфрама износи од 550-620 ² до 1920 .^[16] Метал егзистира у стабилној кубној-просторно центрираној α модификацији са параметром решетке од 316 при собној температури.^[17] Ова врста кристалне структуре се често назива и волфрамска врста. Код супстанце за коју се каже да има метастабилну β-модификацију волфрама (изобличену кубну просторно-центрирану), ради се заправо о оксиду богатим волфрамом W₃O.^[18]

Волфрам има највишу тачку топљења од 3422 ° као и највишу тачку кључања од 5930 °^[12] од свих хемијских елемената. Једино се угљеник не топи, али на температури од 3642 ° сублимира директно у гасовито стање.

Волфрам је супрапроводник при критичној температури од око 15 .^[18]

Хемијске

Волфрам је хемијски врло отпоран метал, којег на собној температури не нападају киселине попут царске воде или флуороводоничне киселине. Међутим, може се растворити у смеши флуоридне и азотне киселине те у истопљеној смеши алкалних нитрата и карбоната.

Изотопи

Позната су 33 изотопа волфрама и пет нуклеарних изомера. Од њих се само пет изотопа јавља у природи: ¹⁸⁰W, ¹⁸²W, ¹⁸³W, ¹⁸⁴W и ¹⁸⁶W. Изотоп волфрама ¹⁸⁴W је највише заступљен у природи. Свих пет природних изотопа би, теоретски, могли бити нестабилни, пошто се током експеримента 2004. године у дошло до попратног резултата при потрази за тамном материјом да се изотоп ¹⁸⁰W распада алфа-распадом.^[19] У том експерименту израчунато је његово време полураспада од 1,8 трилиона година, а такав распад се у нормалним лабораторијским условима није могао доказати. Радиоактивност овог природног изотопа је тако мала, да се за све практичне сврхе може потпуно занемарити. Претпостављено време полураспада код друга четири природна изотопа би, по данашњем стању науке, могло бити још и дуже, око осам трилиона година. Вештачки радиоактивни изотопи волфрама имају врло кратка времена полураспада и крећу се од 0,9 код ¹⁸⁵W до 121,2 дана код ¹⁸¹W.

Распрострањеност

Волфрамит из Португалије

Удео волфрама у Земљиној кори се креће око 0,0001 ^[20] односно око 0,0064 посто по тежини. До данас овај метал није пронађен у самородном облику у природи. Руска академија наука је 1995. године објавила извјештај о постојању самородног волфрама, мада то откриће није потврђено од стране Међународне минеролошке организације (IMA) i njene komisije za nove minerale, nomenklaturu i klasifikaciju ().^[21] Познати су многи минерали волфрама, углавном оксида те волфрамата. Најважније руде волфрама су волфрамит и шелит . Осим њих, постоје и други волфрамови минерали попут штолцита и тунептита .

Највећа свјетска налазишта волфрама налазе се у Кини, Перуу, САЂу, Кореји, Боливији, Казахстану, Русији, Аустрији и Португалу. У Немачкој, волфрамова руда може се пронаћи у „Рудном горју” . Доказане и вероватне светске резерве чистог волфрама износе око 2,9 милиона тона. У Европи најпознатије налазиште волфрама налази се у долини Фелбертал у аустријској савезној покрајини Салцбург.

Добијање

Свјетска производња чистог волфрама 2006. године износила је 73.300 тона.^[22] Убедљиво највећи светски произвођач волфрама је Кина, где се производи више од 80% овог метала. Државе са највећом производњом волфрама у 2006. години биле су:^[22]

Ранг	Држава	Произведена количина (у тонама годишње)
1	Кина	62.000
2	Русија	4.500
3	Канада	2.500
4	Аустрија	1.350
5	Португалија	900
6	Северна Кореја	600
7	Боливија	530
8	остале државе	900

Кристали волфрама високе чистоће

Волфрам се не може добити редукцијом са угљем из оксидних руда, јер том реакцијом настаје волфрам карбид.

Додавањем раствора амонијака настаје комплекс у облику амониј-параволфрамата (). Он се исфилтрира из раствора и затим се на температури 600 ° претвара у релативно чисти волфрам триоксид. Жарењем се из њега добија волфрам() оксид (WO₃) који се при температури од 800 ° у атмосфери водоника редукује до челичносивог волфрама:

${\displaystyle \mathrm {WO_{3}+3\ H_{2}\longrightarrow W+3\ H_{2}O} }$

Овим поступком настаје сиви прах волфрама, који се најчешће згрушњава у калупима те се синтерује у шипке помоћу електричне струје. На температурама преко 3400 ° компактни метал волфрама се може истопити у посебним електролучним пећима у редуцираној атмосфери водоника.^[23]

Види још

• Волфрамова киселина