Wolfram, auch bekannt als Wolfram , sind ein chemisches Element mit dem chemischen Symbol W und der Atomnummer 74. Das Wortwolfram kommt aus der schwedischen Sprache tung zum schweren Stein direkt übersetzbare leichte Maschinenpistole.

Ein hartes, seltenes Metall unter Standardbedingungen, wenn ungebunden, Wolfram wird natürlich auf der Erde nur in chemischen Zusammensetzungen gefunden. Es wurde als ein neues Element 1781 identifiziert, und zuerst als ein Metall 1783 isoliert. Seine wichtigen Erze schließen wolframite und scheelite ein. Das freie Element ist für seine Robustheit, besonders die Tatsache bemerkenswert, dass es den höchsten Schmelzpunkt aller nichtbeeinträchtigten Metalle und des zweiten im höchsten Maße aller Elemente nach Kohlenstoff hat. Auch bemerkenswert ist seine hohe Speicherdichte 19.3mal mehr als das von Wasser, das mit diesem von Uran und Gold, und viel höher (ungefähr 1.7mal) vergleichbar ist als diese der Leitung. Das Wolfram mit geringen Beträgen von Unreinheiten ist häufig spröde und hart, es schwierig machend, zu arbeiten. Jedoch ist sehr reines Wolfram, obwohl noch hart, hämmerbarer, und kann mit einer Hart-Stahlmetallsäge geschnitten werden.

Die ungetrübte elementare Form wird hauptsächlich in elektrischen Anwendungen verwendet. Viele Legierung des Wolframs hat zahlreiche Anwendungen, am meisten namentlich in Glühglühbirne-Glühfäden, Röntgenstrahl-Tuben (als beide der Glühfaden und das Ziel), und Superlegierung. Die Härte des Wolframs und hohe Speicherdichte geben ihm militärische Anwendungen in eindringenden Kugeln. Wolfram-Zusammensetzungen werden meistenteils industriell als Katalysatoren verwendet.

Wolfram ist das einzige Metall von der dritten Übergang-Reihe, die, wie man bekannt, in biomolecules vorkommt, wo es in einigen Arten von Bakterien verwendet wird. Es ist das schwerste Element, das bekannt ist, durch jeden lebenden Organismus verwendet zu werden. Wolfram stört Molybdän und Kupfermetabolismus, und ist für das Tierleben etwas toxisch.

Geschichte

1781 hat Carl Wilhelm Scheele entdeckt, dass eine neue Säure, tungstic Säure, von scheelite (zurzeit genannt Wolfram) gemacht werden konnte. Scheele und Torbern Bergman haben vorgeschlagen, dass es möglich sein könnte, ein neues Metall durch das Reduzieren dieser Säure zu erhalten. 1783 haben José und Fausto Elhuyar eine Säure gemacht von wolframite gefunden, der zu tungstic Säure identisch war. Später in diesem Jahr, in Spanien, haben die Brüder geschafft, Wolfram durch die Verminderung dieser Säure mit Holzkohle zu isolieren, und ihnen wird die Entdeckung des Elements zugeschrieben.

Im Zweiten Weltkrieg hat Wolfram eine bedeutende Rolle im politischen Hintergrundverkehr gespielt. Portugal, als die europäische Hauptquelle des Elements, wurde unter dem Druck von beiden Seiten wegen seiner Ablagerungen von wolframite Erz an Panasqueira gestellt. Der Widerstand des Wolframs gegen hohe Temperaturen und seine Stärkung der Legierung hat es einen wichtigen Rohstoff für die Waffenindustrie gemacht.

Etymologie

Der Name "Wolfram" (von der nordischen tung leichten Maschinenpistole, "schweren Stein" bedeutend), wird in Englisch, Französisch und vielen anderen Sprachen als der Name des Elements verwendet. Wolfram war der alte schwedische Name für das Mineral scheelite. Der andere Name "Wolfram" (oder "volfram"), verwendet zum Beispiel im europäischsten (besonders germanisch und slawisch) Sprachen, wird aus dem Mineral wolframite abgeleitet, und das ist auch der Ursprung seines chemischen Symbols, W. Der Name "wolframite" wird aus deutschem "Wolf rahm" ("Wolf-Ruß" oder "Wolf-Sahne"), der Name abgeleitet, der dem Wolfram von Johan Gottschalk Wallerius 1747 gegeben ist. Das ist abwechselnd "auf Lupi spuma", der Name Georg Agricola zurückzuführen, der für das Element 1546 verwendet ist, das ins Englisch als "der Schaum des Wolfs" übersetzt oder "Sahne" (die Etymologie nicht völlig sicher ist), und eine Verweisung auf die großen Beträge von Dose ist, die durch das Mineral während seiner Förderung verbraucht ist.

Eigenschaften

Physikalische Eigenschaften

In der rohen Form des Wolframs ist es ein hartes stahlgraues Metall, das häufig spröde und hart ist zu arbeiten. Wenn gemacht, sehr rein behält Wolfram seine Härte (der diesen von vielen Stahlen überschreitet), und verformbar genug wird, dass es leicht gearbeitet werden kann. Es wird durch das Fälschen gearbeitet, ziehend, vorstehend, oder sintering.

Aller Metalle in der reinen Form hat Wolfram den höchsten Schmelzpunkt (3,422 °C, 6,192 °F), niedrigster Dampf-Druck (bei Temperaturen über 1,650 °C, 3,000 °F) und die höchste Zugbelastung. Wolfram hat den niedrigsten Koeffizienten der Thermalvergrößerung jedes reinen Metalls. Die niedrige Thermalvergrößerung und der hohe Schmelzpunkt und die Kraft des Wolframs entstehen aus starken covalent Obligationen, die zwischen Wolfram-Atomen durch 5d Elektronen gebildet sind. Die Legierung kleiner Mengen des Wolframs mit Stahl vergrößert außerordentlich seine Schwierigkeit.

Wolfram besteht in zwei kristallenen Hauptformen: α und β. Der erstere hat eine Körper - Kubikstruktur und ist die stabilste Form. Die Struktur der β Phase wird A15 kubisch genannt; es ist metastable, aber kann mit der α Phase an umgebenden Bedingungen infolge der Nichtgleichgewicht-Synthese oder Stabilisierung durch Unreinheiten koexistieren. Gegen die α Phase, die in isometrischen Körnern kristallisiert, stellt die β-Form eine säulenartige Gewohnheit aus. Die α Phase hat einen dreimal niedrigeren elektrischen spezifischen Widerstand und eine viel niedrigere Superleiten-Übergangstemperatur T als die β Phase: ca. 0.015 K gegen 1-4 K; das Mischen der zwei Phasen erlaubt vorzuherrschen behandeln T-Werte medizinisch zwischen. Der T-Wert kann auch durch die Legierung des Wolframs mit einem anderen Metall (z.B 7.9 K für W-Tc) erhoben werden. Solche Wolfram-Legierung wird manchmal in Superleiten-Stromkreisen der niedrigen Temperatur verwendet.

Isotope

Natürlich vorkommendes Wolfram besteht aus fünf Isotopen, deren Halbwertzeiten so lang sind, dass sie stabil betrachtet werden können. Theoretisch können alle fünf in Isotope des Elements 72 (Hafnium) durch die Alpha-Emission verfallen, aber, wie man beobachtet hat, hat nur W so mit einer Halbwertzeit (1.8 ± 0.2) ×10 Jahre getan; durchschnittlich gibt das ungefähr zwei Alpha-Zerfall von W in einem Gramm des natürlichen Wolframs pro Jahr nach. Wie man beobachtet hat, sind die anderen natürlich vorkommenden Isotope nicht verfallen, ihre Halbwertzeiten beschränkend, zu sein

:W, T> 8.3×10 Jahre

:W, T> 29×10 Jahre

:W, T> 13×10 Jahre

:W, T> 27×10 Jahre

Weitere 30 künstliche Radioisotope des Wolframs sind charakterisiert, am stabilsten worden, von denen W mit einer Halbwertzeit von 121.2 Tagen, W mit einer Halbwertzeit von 75.1 Tagen, W mit einer Halbwertzeit von 69.4 Tagen, W mit einer Halbwertzeit von 21.6 Tagen und W mit einer Halbwertzeit von 23.72 h sind. Alle restlichen radioaktiven Isotope haben Halbwertzeiten von weniger als 3 Stunden, und die meisten von diesen haben Halbwertzeiten unter 8 Minuten. Wolfram hat auch 4 Meta-Staaten, das stabilste Wesen W (T 6.4 Minuten).

Chemische Eigenschaften

Elementares Wolfram widersteht Angriff durch Sauerstoff, Säuren und Alkalien.

Der allgemeinste formelle Oxydationsstaat des Wolframs ist +6, aber es stellt alle Oxydationsstaaten von 2 bis +6 aus. Wolfram verbindet sich normalerweise mit Sauerstoff, um das gelbe tungstic Oxyd, WO zu bilden, der sich in wässrigen Laugen auflöst, tungstate Ionen zu bilden.

Wolfram-Karbide (WC und WC) werden durch die Heizung des bestäubten Wolframs mit Kohlenstoff erzeugt. WC ist gegen den chemischen Angriff widerstandsfähig, obwohl es stark mit dem Chlor reagiert, um Wolfram hexachloride (WCl) zu bilden.

In der wässrigen Lösung gibt tungstate die heteropoly Säuren und polyoxometalate Anionen unter neutralen und acidic Bedingungen. Da tungstate mit Säure progressiv behandelt wird, gibt er zuerst das auflösbare, metastable "paratungstate Ein" Anion nach, der sich mit der Zeit zum weniger auflösbaren "paratungstate B" Anion umwandelt. Weitere Ansäuerung erzeugt das sehr auflösbare metatungstate Anion, nach dem Gleichgewicht erreicht wird. Das metatungstate Ion besteht als eine symmetrische Traube von zwölf Wolfram-Sauerstoff octahedra bekannt als das Anion von Keggin. Viele andere polyoxometalate Anionen bestehen als metastable Arten. Die Einschließung eines verschiedenen Atoms wie Phosphor im Platz der zwei zentralen hydrogens in metatungstate erzeugt ein großes Angebot an heteropoly Säuren, wie Phosphotungstic-Säure HPWO.

Wolfram-Trioxid kann Einschaltungszusammensetzungen mit alkalischen Metallen bilden. Diese sind als Bronzen bekannt; ein Beispiel ist Natriumswolfram-Bronze.

Ereignis

Wolfram wird in den Mineralen wolframite (Eisenmangan tungstate, (Fe, Minnesota) WO), scheelite gefunden (Kalzium tungstate, (CaWO), ferberite (FeWO) und hübnerite (MnWO). Chinas erzeugte 51,000 Tonnen des Wolframs konzentrieren sich 2009, der 83 % der Weltproduktion war. In der Einleitung zur Produktion des WWII Chinas des Wolframs hat eine Rolle gespielt, weil China diesen Einfluss verwenden konnte, um materielle Hilfe von der US-Regierung zu fordern. Der grösste Teil der restlichen Produktion ist aus Russland (2,500 t), Kanada (1,964 t), Bolivien (1,023 t), Österreich (900 t), Portugal (900 t), Thailand (600 t), Brasilien (500 t), Peru (500 t) und Ruanda (500 t) entstanden. Wie man auch betrachtet, ist Wolfram ein Konfliktmineral wegen der unmoralischen abbauenden in der demokratischen Republik des Kongos beobachteten Methoden.

Biologische Rolle

Wolfram, an der Atomnummer 74, ist das schwerste Element, das bekannt ist, mit dem folgenden schwersten biologisch funktionell zu sein, das Jod (Z = 53) ist. Obwohl nicht in eukaryotes Wolfram von einigen Bakterien verwendet wird. Zum Beispiel haben Enzyme Oxidoreductases-Gebrauch-Wolfram ähnlich zu Molybdän durch das Verwenden davon in einem Komplex des Wolframs-pterin mit molybdopterin genannt (molybdopterin, trotz seines Namens, enthält Molybdän nicht, aber kann Komplex entweder mit Molybdän oder mit Wolfram im Gebrauch durch lebende Organismen). Wolfram verwendende Enzyme reduzieren normalerweise carboxylic Säuren auf Aldehyde. Das Wolfram oxidoreductases kann auch Oxydationen katalysieren. Das erste Wolfram verlangende auch zu entdeckende Enzym verlangt Selen, und in diesem Fall kann das Paar des Wolfram-Selens analog zur Paarung des Molybdän-Schwefels von einigen Molybdän-Cofactor-Verlangen-Enzymen fungieren. Wie man bekannt, verwendet eines der Enzyme in der oxidoreductase Familie, die manchmal Wolfram verwenden (bakterieller formate dehydrogenase H) eine Version des Selen-Molybdäns von molybdopterin. Obwohl, wie man gefunden hat, ein Wolfram enthaltender xanthine dehydrogenase von Bakterien Wolfram-molydopterin enthalten hat und auch Nichtprotein Selen gebunden hat, ist ein Wolfram-Selen molybdopterin Komplex nicht endgültig beschrieben worden.

In Boden oxidiert Wolfram-Metall zum tungstate Anion. Es kann durch einige prokaryotic Organismen auswählend oder nichtauswählend importiert werden und kann molybdate in bestimmten Enzymen auswechseln. Seine Wirkung auf die Handlung dieser Enzyme ist in einigen Fällen hemmend und in anderen positiv. Die Chemie von Boden bestimmt wie das Wolfram polymerizes; alkalische Böden verursachen monomeric tungstates; Acidic-Böden verursachen polymeren tungstates.

Natrium tungstate und Leitung sind für ihre Wirkung auf Regenwürmer studiert worden. Wie man fand, war Leitung an niedrigen Stufen tödlich, und Natrium war tungstate viel weniger toxisch, aber der tungstate hat völlig ihre Fortpflanzungsfähigkeit gehemmt.

Wolfram ist als ein biologischer metabolischer Kupfergegner in einer der Handlung von Molybdän ähnlichen Rolle studiert worden. Es ist gefunden worden, dass tetrathiotungstates als biologisches Kupfer chelation Chemikalien verwendet werden kann, die dem tetrathiomolybdates ähnlich sind.

Produktion

Ungefähr 61,300 Tonnen von Wolfram-Konzentraten wurden das Jahr 2009 erzeugt. Wolfram wird aus seinen Erzen in mehreren Stufen herausgezogen. Das Erz wird schließlich zum Wolfram (VI) Oxyd (WO) umgewandelt, der mit Wasserstoff oder Kohlenstoff geheizt wird, um bestäubtes Wolfram zu erzeugen. Wegen des hohen Schmelzpunkts des Wolframs ist es nicht gewerblich ausführbar, Wolfram-Barren zu werfen. Statt dessen wird bestäubtes Wolfram mit kleinen Beträgen von bestäubtem Nickel oder anderen Metallen und sintered gemischt. Während des Sintering-Prozesses verbreitet sich der Nickel ins Wolfram, eine Legierung erzeugend.

Wolfram kann auch durch die Wasserstoffverminderung von WF herausgezogen werden:

:WF + 3 H  W + 6 HF

oder Pyrolytic-Zergliederung:

:WF  W + 3 F (ΔH = +)

Wolfram wird als ein Terminware-Vertrag nicht getauscht und kann auf dem Austausch wie der Londoner Metallaustausch nicht verfolgt werden. Der Preis für reines Metall ist ungefähr 20,075 $ pro Tonne bezüglich des Oktobers 2008.

Anwendungen

Ungefähr Hälfte des Wolframs wird für die Produktion von harten Materialien — nämlich Wolfram-Karbid — mit dem restlichen Hauptgebrauch verbraucht, der sein Gebrauch in der Legierung und den Stahlen ist. Weniger als 10 % werden in anderen chemischen Zusammensetzungen verwendet.

Harte Materialien

Wolfram wird in der Produktion von harten Materialien hauptsächlich verwendet, die auf dem Wolfram-Karbid, einem der härtesten Karbide mit einem Schmelzpunkt von 2770 °C gestützt sind. WC ist ein effizienter elektrischer Leiter, aber WC ist weniger. WC wird verwendet, um strapazierfähige Poliermittel und Schneidende und Messer für Bohrmaschinen, Kreissägen zu machen, sich prügelnd und Werkzeuge drehend, die durch die Metallbearbeitung verwendet sind, holzbearbeitend, Bergwerk, Erdöl und Bauindustrien und Rechnungen für ungefähr 60 % des aktuellen Wolfram-Verbrauchs.

Die Schmucksachen-Industrie macht Ringe des sintered Wolfram-Karbids, der Wolfram-Zusammensetzungen des Karbids/Metalls und auch des metallischen Wolframs. Manchmal kennzeichnen Hersteller oder Einzelhändler Wolfram-Karbid als ein Metall, aber es ist eine Keramik. Wegen der Wolfram-Karbid-Härte sind aus diesem Material gemachte Ringe äußerst Abreiben widerstandsfähig, und werden einen polierten Schluss viel länger halten als aus dem metallischen Wolfram gemachte Ringe. Wolfram-Karbid-Ringe sind jedoch spröde, und können unter einem scharfen Schlag krachen.

Legierung

Die Härte und Dichte des Wolframs werden im Erreichen schwerer Metalllegierungen angewandt. Ein gutes Beispiel ist hoher Geschwindigkeitsstahl, der nicht weniger als 18-%-Wolfram enthalten kann. Der hohe Schmelzpunkt des Wolframs macht Wolfram ein gutes Material für Anwendungen wie Rakete-Schnauzen, zum Beispiel im UGM-27 Polarstern unterseebootgestartete ballistische Rakete. Superlegierung, die Wolfram, wie Hastelloy und Stellite enthält, wird in Turbinenklingen und strapazierfähigen Teilen und Überzügen verwendet.

Bewaffnungen

Wolfram, das gewöhnlich mit Nickel und Eisen oder Kobalt beeinträchtigt ist, um schwere Legierung zu bilden, wird in der kinetischen Energie penetrators als eine Alternative zu entleertem Uran in Anwendungen verwendet, wo die zusätzlichen pyrophoric Eigenschaften von Uran (zum Beispiel in gewöhnlichen Handfeuerwaffen-Kugeln nicht erforderlich sind, die entworfen sind, in Körperrüstung einzudringen). Ähnlich ist Wolfram-Legierung auch in Kanone-Schalen, Handgranaten und Raketen verwendet worden, um Überschallbombensplitter zu schaffen.

Wolfram ist auch in Dichten Trägen Metallexplosivstoffen verwendet worden, die es als dichtes Puder verwenden, um Nebenschaden zu reduzieren, während sie die tödliche Wirkung von Explosivstoffen innerhalb eines kleinen Radius vergrößern.

Chemische Anwendungen

Wolfram (IV) ist Sulfid ein hohes Temperaturschmiermittel und ist ein Bestandteil von Katalysatoren für die Hydroentschwefelung. MoS wird für solche Anwendungen allgemeiner verwendet.

Wolfram-Oxyde werden in keramischen Polituren verwendet, und Kalzium/Magnesium werden tungstates weit in der Neonbeleuchtung verwendet. Kristall tungstates wird als Funkeln-Entdecker in der Kernphysik und Kernmedizin verwendet. Andere Salze, die Wolfram enthalten, werden in den chemischen Industrien und Gerben-Industrien verwendet.

Wolfram-Oxyd (WO) wird in in kohlenentlassenen Kraftwerken gefundene Katalysatoren der auswählenden katalytischen Verminderung (SCR) vereinigt. Diese Katalysatoren wandeln Stickstoff-Oxyde (NOx) zum Stickstoff (N) und Wasser (HO) das Verwenden von Ammoniak (NH) um. Das Wolfram-Oxyd hilft mit der physischen Kraft des Katalysators und erweitert Katalysator-Leben.

Nische-Gebrauch

Anwendungen, die seine hohe Speicherdichte verlangen, schließen Gewichte, Gegengewichte, Ballastkiele für Jachten, Schwanz-Ballast für das kommerzielle Flugzeug, und als Ballast in Rennwagen für NASCAR und Formel Ein ein; entleertes Uran wird auch zu diesen Zwecken wegen der ähnlich hohen Speicherdichte verwendet. Es ist ein ideales Material, um als ein Püppchen für das Befestigen zu verwenden, wo die für gute Ergebnisse notwendige Masse in einer Kompaktbar erreicht werden kann. Die dichte Legierung des Wolframs mit Nickel, Kupfer oder Eisen wird im Qualitätsdarts verwendet (um ein kleineres Diameter und so dichtere Gruppierungen zu berücksichtigen) oder um Köder zu fischen (Wolfram-Perlen erlauben der Fliege, schnell zu sinken). Einige Typen von Schnuren für Musikinstrumente sind Wunde mit Wolfram-Leitungen.

Goldersatz

Seine Dichte, die diesem von Gold ähnlich ist, erlaubt Wolfram, in Schmucksachen als eine Alternative zu Gold oder Platin verwendet zu werden. Metallisches Wolfram ist härter als Goldlegierung (obwohl nicht so hart wie Wolfram-Karbid), und ist hypoallergenic, es nützlich für Ringe machend, die dem Kratzen besonders in Designs mit einem gebürsteten Schluss widerstehen werden.

Weil die Dichte Gold so ähnlich ist (Wolfram ist nur um 0.36 % weniger dicht), Wolfram kann auch im Verfälschen von Goldbars, solcher als durch den Überzug einer Wolfram-Bar mit Gold verwendet werden, das seit den 1980er Jahren, oder der Einnahme einer vorhandenen Goldbar, dem Bohren von Löchern und dem Ersetzen vom entfernten Gold mit Wolfram-Stangen beobachtet worden ist. Die Dichten sind nicht genau dasselbe, und andere Eigenschaften von Gold und Wolfram unterscheiden sich, aber vergoldetes Wolfram wird oberflächliche Tests bestehen.

Vergoldetes Wolfram ist gewerblich von China (die Hauptquelle des Wolframs) sowohl in Schmucksachen als auch als Bars verfügbar.

Elektronik

Weil es seine Kraft bei hohen Temperaturen behält und einen hohen Schmelzpunkt hat, wird elementares Wolfram in vielen Hoch-Temperaturanwendungen, wie Glühbirne, Kathodenstrahlröhre und Vakuumtube-Glühfäden verwendet, Elemente und Raketentriebwerk-Schnauzen heizend. Sein hoher Schmelzpunkt macht auch Wolfram passend für den Raumfahrt- und Hoch-Temperaturgebrauch solcher als elektrisch, Heizung und Schweißanwendungen, namentlich im Gaswolfram-Prozess der elektrischen Schweißung (auch genannt Schweißen des Wolframs trägen Benzins (TIG)).

Wegen seiner leitenden Eigenschaften und chemischer Verhältnisträgheit wird Wolfram auch in Elektroden, und in den Emitter-Tipps in Elektronbalken-Instrumenten verwendet, die Feldemissionspistolen wie Elektronmikroskope verwenden. In der Elektronik wird Wolfram als ein Verbindungsmaterial in einheitlichen Stromkreisen, zwischen dem Silikondioxyd-Dielektrikum-Material und den Transistoren verwendet. Es wird in metallischen Filmen verwendet, die die Verdrahtung ersetzen, die in der herkömmlichen Elektronik mit einem Mantel des Wolframs (oder Molybdän) auf Silikon verwendet ist.

Die elektronische Struktur des Wolframs macht es eine der Hauptquellen für Röntgenstrahl-Ziele, und um auch vor energiereichen Radiationen (solcher als in der radiopharmaceutical Industrie zu beschirmen, um radioaktive Proben von FDG zu beschirmen). Wolfram-Puder wird als ein Füller-Material in Plastikzusammensetzungen verwendet, die als ein nichttoxischer Ersatz für die Leitung in Kugeln, Schuss und Strahlenschildern verwendet werden. Da die Thermalvergrößerung dieses Elements dem Borosilikatglas ähnlich ist, wird sie verwendet, um Siegel des Glases zum Metall zu machen.

Vorsichtsmaßnahmen

Weil Wolfram selten ist und seine Zusammensetzungen allgemein träge sind, werden die Effekten des Wolframs auf der Umgebung beschränkt. Die tödliche Mitteldosis hängt LD stark vom Tier und der Methode der Regierung ab und ändert sich zwischen 59 Mg/Kg (intravenös, Kaninchen) und 5000 Mg/Kg (Wolfram-Metallpuder, intraperitoneal, Ratten).

Offener Anspruch

Wolfram ist unter den Elementen einzigartig, in denen es das Thema von Prozessen gewesen ist. 1928 hat ein US-Gericht den Versuch des General Electric zurückgewiesen, es zu patentieren, gewährt 1913 William D. Coolidge umkippend.

Siehe auch

• Feldemissionspistole

Links

• Eigenschaften, Fotos, Geschichte, MSDS
• Bild in der Sammlung von Heinrich Pniok
• Elementymology & Elements Multidict durch Peter van der Krogt - Wolfram
• Internationale Wolfram-Industrievereinigung