Storia, proprietà, struttura, struttura del tungsteno

Lui tungsteno, Wolframio o Volframium è un metallo di transizione pesante il cui simbolo chimico è W. Si trova nel periodo 6 con il gruppo 6 della tavola periodica e il suo numero atomico è 74. Il suo nome ha due significati etimologici: pietra dura e schiuma del lupo; Il secondo è perché questo metallo è anche noto come wolframio.

È un metallo grigio argento e, anche se è fragile, ha una grande durezza, densità e alti punti di fusione e bollitura. Pertanto, è stato utilizzato in tutte quelle applicazioni che coinvolgono alte temperature, pressioni o forze meccaniche, come esercitazioni, proiettili o filamenti che emettono radiazioni.

Barra di tungsteno con la sua superficie parzialmente ossidata. Fonte: immagini ad alta risoluzione degli elementi chimici [CC di 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licenze/di/3.0)]

L'uso più noto per questo metallo, a livello di cultura e popolare, è nei filamenti delle lampadine elettriche. Chi li ha manipolati si renderà conto di quanto siano fragili; Tuttavia, non sono fatti di tungsteno puro, che è malleabile e duttile. Inoltre, nelle matrici metalliche come le leghe, fornisce un'eccellente resistenza e durezza.

È caratterizzato e distinto dall'essere il metallo con il punto di fusione più alto e per essere anche più denso dello stesso piombo, superato solo da altri metalli come l'osmio e l'iridio. È anche il metallo più pesante che è noto per soddisfare un ruolo biologico nel corpo.

Nella maggior parte dei suoi composti ionici, partecipa l'anione Tungstate, WO₄^2-, che può polimerizzare per causare cluster in un mezzo acido. D'altra parte, il tungsteno può formare composti intermetallici o sterilizzare con metalli o sali inorganici in modo che i loro solidi acquisiscano forme o consistenza diverse.

Non è molto abbondante nella corteccia terrestre, ne avendo una tonnellata solo 1,5 grammi di questo metallo. Inoltre, poiché è un elemento pesante, la sua origine è intergalattica; In particolare le esplosioni delle supernova, che dovevano gettare "getti" di atomi di tungsteno sul nostro pianeta durante la loro formazione.

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Storia

Etimologia

La storia del tungsteno o Wolframio ha due volti e i loro nomi: uno svizzero e l'altro tedesco. Nel 1600, nelle regioni attualmente occupate dalla Germania e dall'Austria, i minatori lavoravano su estrazioni di rame e stagno per produrre bronzi.

A quel punto i minatori incontrarono una spina nel processo: c'era un minerale estremamente difficile; Il minerale era composto da Wolframite, (Faith, MN, MG) WO₄, che ha mantenuto o "divorato" latta come se fosse un lupo.

Da qui l'etimologia per questo elemento, "lupo" di lupo in spagnolo, un lupo che mangiava latta; e "Ram" di schiuma o crema, i cui cristalli assomigliavano a una lunga pelliccia nera. Fu così che il nome "Wolfram" o "Wolframio" emerse in onore di queste prime osservazioni.

Nel 1758, sul lato svizzero di un minerale simile, la Scheelita, Cawo₄, È stato chiamato "Tung Sten", che significa "Stone duro".

Entrambi i nomi, Wolframio e Tungsten, sono ampiamente usati in modo intercambiabile, a seconda della coltura. In Spagna, ad esempio, e nell'Occidente europeo, questo metallo è più noto da Wolframio; mentre nel continente americano predomina il nome di tungsteno.

Riconoscimento e scoperta

Si sapeva che tra il diciassettesimo e il diciottesimo secolo c'erano due minerali: la Wolframite e la Scheelita. Ma chi ha intravisto sul fatto che c'era un metallo diverso dagli altri? Potevano essere caratterizzati solo come minerali, ed era nel 1779 che il chimico irlandese Peter Woulfe analizzava attentamente il Wolframite e dedurò l'esistenza di Wolframiumium.

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Sul lato svizzero, di nuovo, Carl Wilhelm Scheele nel 1781 fu in grado di isolare il tungsteno come Wo₃; E ancora di più, ha ottenuto l'acido tumotico (o wolframico), H₂Wo₄ e altri composti.

Tuttavia, questo non era sufficiente per raggiungere il metallo puro, perché era necessario ridurre questo acido; cioè, soggetto a un tale processo che non sarà in grado di ossigeno e cristallizzerà come metallo. Carl Wilhelm Scheele non aveva la metodologia appropriata per questa reazione di riduzione chimica.

È qui che i fratelli spagnoli D'Aluyar, Fausto e Juan José, che hanno ridotto entrambi i minerali (Wolframite e Scheelita) con carbone, nella città di Bergara, nella città di Bergara. A due è concesso il merito e l'onore di essere gli scopri del Wolframium o del Tungsteno metallico (W).

Acciai e lampadine

Qualsiasi lampadina con filamento di tungsteno. Fonte: pxhere.

Come altri metalli, i suoi usi definiscono la sua storia. Tra i più importanti alla fine del XIX secolo, c'erano le leghe in acciaio-tungsteno e i filamenti di tungsteno per sostituire il carbonio all'interno delle lampadine elettriche. Si può dire che i primi bulbi, come li conosciamo, furono commercializzati nel 1903-1904.

Proprietà

Aspetto fisico

È un metallo grigio argento e brillante. Fragile ma di grande durezza (non confuso con la tenacia). Se il pezzo è di alta purezza, diventa malleabile e duro, sia o più acciai.

Numero atomico

74.

Massa molare

183,85 g/mol.

Punto di fusione

3422ºC.

Punto di ebollizione

5930ºC.

Densità

19,3 g/ml.

Calore di fusione

52,31 kJ/mol.

Calore di vaporizzazione

774 kJ/mol.

Capacità termica molare

24,27 kJ/mol.

Moh durezza

7.5.

Elettronegatività

2,36 sulla scala Pauling.

Radio atomica

139 pm

Resistività elettrica

52.8 nω · m a 20 ° C.

Isotopi

Presenta prevalentemente in natura come cinque isotopi: ¹⁸²W, ¹⁸³W, ¹⁸⁴W, ¹⁸⁶W e ¹⁸⁰W. Secondo la massa molare di 183 g/mol, che in media le masse atomiche di questi isotopi (e gli altri trenta radioisotopi), ogni atomo di tungsteno o wolframium ha circa centodieci neutroni (74 + 110 = 184).

Chimica

È un altamente resistente al metallo di corrosione, come il suo sottile strato di WO₃ Proteggelo dall'attacco di ossigeno, acido e alcali. Una volta sciolti e precipitati con altri reagenti, si ottengono i loro sali, che sono chiamati Wolframati o Tungstates; In essi il tungsteno ha uno stato di ossidazione di +6 (supponendo che ci siano cationi w⁶⁺).

Clustering acido

Decatungstate, un esempio di poliaxometalati di tungsteno. Fonte: Scifanz [CC BY-SA 4.0 (https: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/4.0)]

Chimicamente il tungsteno è piuttosto particolare perché i suoi ioni tendono ad essere raggruppati (raggruppamento in inglese) per formare eteropolicidi o poliaxometalato. Quali sono? Sono gruppi o gruppi di atomi che si legano a definire un corpo tridimensionale; Principalmente uno con struttura a gabbia sferica, in cui "racchiudono" un altro atomo.

Tutto inizia dall'anione Tungstate, WO₄^2-, Che in mezzo acido è protonato (HWO₄^-) e collegato con un anione vicino per formare [W₂O₇(OH)₂"^2-; E questo a sua volta si unisce a un altro [W₂O₇(OH)₂"^2- Per originare il [W₄O₁₂(OH)₄"^4-. Quindi, fino a quando in soluzione ci sono diversi politungistati.

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Parathungstate A e B, [W₇O₂₄"^6- e h₂W₁₂O₄₂^10-, rispettivamente, sono uno dei più eccezionali di queste podute.

Può diventare una sfida considerare il suo schizzo e le strutture Lewis; Ma in linea di principio è sufficiente visualizzarli come set di ottaedri₆ (Immagine superiore).

Si noti che questi ottaedri grigiastri finiscono per definire Decatungstate, un politungstate; Se un eteroátomo si blocca all'interno (ad esempio, fosforo), sarebbe quindi un poliaxometalato.

Struttura elettronica e configurazione

Fasi cristalline

Gli atomi di tungsteno definiscono una struttura cubica centrata con il corpo (BCC, da Cubico centrato sul corpo). Questa forma cristallina è nota come fase α; Mentre la fase β è anche cubica, ma un po 'densa. Entrambe le fasi o le forme cristalline, α e β, possono coesistere in equilibrio in condizioni normali.

I granuli cristallini della fase α sono isometrici, mentre quelli della fase β assomigliano alle colonne. Indipendentemente da come sia il bicchiere, in questo governo. Altrimenti, non è stato possibile spiegare gli alti punti di fusione e ebollizione, o l'elevata durezza e densità del tungsteno.

Collegamento metallico

Gli atomi di tungsteno in qualche modo devono essere molto uniti. Per sollevare una congettura, la configurazione elettronica di questo metallo dovrebbe essere osservata prima:

[Xe] 4f¹⁴5 D⁴6s²

Gli orbitali 5D sono molto grandi e sfocati, il che implicherebbe che tra due atomi ravvicinati W Ci sono efficaci sovrapposizioni orbitali. Inoltre, gli orbitali 6s contribuiscono alle bande risultanti, ma in misura minore. Mentre gli orbitali 4F hanno "molto profondamente" e il loro contributo quindi al collegamento metallico è inferiore.

Questo, le dimensioni degli atomi e i grani cristallini, sono le variabili che determinano la durezza del tungsteno e la sua densità.

Stati di ossidazione

Nel tungsteno o nel wolframium metallico gli atomi w non hanno uno stato di ossidazione zero (W⁰). Tornando alla configurazione elettronica, gli orbitali 5D e 6S possono "svuotare" elettroni a seconda che W sia in compagnia di atomi molto elettronegativi, come ossigeno o fluoro.

Quando i due elettroni 6s sono persi, il tungsteno ha uno stato di ossidazione +2 (W²⁺), Ciò che genera che il suo contratto atomo.

Se perdi anche tutti gli elettroni dei tuoi orbitali 5D, il tuo stato di ossidazione diventerà +6 (W⁶⁺); Da qui non può diventare più positivo (in teoria), poiché gli orbitali 4f per essere interni richiederebbero grandi energie per rimuovere i loro elettroni. Vale a dire che lo stato di ossidazione più positivo è +6, in cui il tungsteno ha ancora piccolo.

Questo tungsteno (VI) è molto stabile in condizioni acide o in molti composti ossigenati o alogenati. Altri stati di ossidazione positivi e possibili sono: +1, +2, +3, +4, +5 e +6.

Il tungsteno può anche guadagnare elettroni se combinati con atomi meno elettronegativi di lui. In questo caso, i loro atomi diventano più grandi. Può guadagnare un massimo di quattro elettroni; Cioè, avere uno stato di ossidazione di -4 (W^4-).

Ottenimento

In precedenza, si è menzionato che il tungsteno si trova nei minerali Wolframite e Scheelita. A seconda del processo, sono ottenuti due composti: ossido di tungsteno, WO₃, o ammonio paratungstate, (NH₄)₁₀(H₂W₁₂O₄₂) · 4h₂O (o ATP). Ognuno di essi due può essere ridotto a wtallic W con carbone superiore a 1050 ° C.

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Non è economicamente redditizio. Ecco perché è preferito produrlo sotto forma di polvere per gestire una volta altri metalli per ottenere leghe.

Vale la pena ricordare che il mondo cinese è il paese con la più grande produzione di tungsteno. E nel continente americano, in Canada, Bolivia e Brasile, occupano anche l'elenco dei maggiori produttori di questo metallo.

Applicazioni

Un composto in carburo di tungsteno: un esempio di come la durezza di questo metallo può essere utilizzata per immortalare e indurire i materiali. Fonte: solitaryangel (solitaryangel) [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/3.0)]

Alcuni degli usi noti per questo metallo sono menzionati di seguito:

-I suoi sali erano usati per colorare cotoni di vecchi teatri.

-Combinato con l'acciaio si indurisce ancora di più, anche essere in grado di resistere ai tagli meccanici ad alta velocità.

-I filamenti di sinterizzazione del tungsteno sono stati utilizzati per più di cento anni in lampadine elettriche e lampade alogenate. Inoltre, a causa del suo elevato punto di fusione, è servito da materiale per i tubi a raggi catodici e per gli ugelli dei motori a razzo.

-Sostituisce il piombo nella produzione di proiettili e scudi radioattivi.

-I nanocabili di tungsteno possono essere utilizzati in nanodispositivo sensibile al pH.

-I catalizzatori di tungsteno sono stati usati per affrontare la produzione di zolfo nell'industria petrolifera.

-Il carburo di tungsteno proviene da tutti i suoi composti che coprono più usi. Dal rafforzamento di tagli e strumenti di perforazione, o la produzione di armamenti militari, per meccanizzare legno, materie plastiche e ceramiche.

Rischi e precauzioni

Biologico

Essendo un metallo relativamente raro nella crosta terrestre, i suoi effetti negativi sono scarsi. Nei terreni acidi, i politungostati potrebbero non influire sugli enzimi utilizzati dai molibdati; Ma nei terreni di base, il WO₄^2- Interviene (positivamente o negativamente) nei processi metabolici del MOO₄^2- e rame.

Le piante, ad esempio, possono assorbire i composti solubili di tungsteno e mangiandoli un animale e poi dopo aver consumato la loro carne, gli atomi W entrano nei nostri organismi. La maggior parte sono espulsi nelle urine e nelle feci, e poco si sa cosa succede al resto di essi.

Gli studi sugli animali hanno dimostrato che quando alte concentrazioni di polvere di tungsteno sviluppano sintomi simili al carcinoma polmonare.

Per ingestione, un essere umano adulto avrebbe bisogno di bere migliaia di litri di acqua arricchiti con sali di tungsteno per mostrare un'inibizione apprezzabile degli enzimi di colinesterasi e fosfatasi.

Fisico

In termini generali, il tungsteno è un elemento piccolo tossico e pertanto ci sono pochi rischi ospitanti per il danno sanitario.

Per quanto riguarda il tungsteno metallico, dovresti evitare di respirare la sua polvere; E se il campione è solido, deve essere preso in considerazione che è molto denso e che può causare danni fisici se cade o colpisce altre superfici.

Riferimenti

1. Bell Terence. (S.F.). Tungsten (Wolfram): proprietà, produzione, applicazioni e leghe. L'equilibrio. Recuperato da: thebelance.com
2. Wikipedia. (2019). Tungsteno. Recuperato da: in.Wikipedia.org
3. Lentech b.V. (2019). Tungsteno. Recuperato da: lentech.com
4. Jeff Desjardins. (1 maggio 2017). La storia del tungsteno, il metallo naturale più forte sulla terra. Recuperato da: Visualcapitalist.com
5. Doug Stewart. (2019). Fatti per elementi di tungsteno. Recuperato da: Chemicool.com
6. Art Fisher e Pam Powell. (S.F.). Tungsteno. Università del Nevada. Recuperato da: unce.a r.Edu
7. Helmestine, Anne Marie, PH.D. (2 marzo 2019). Fatti di tungsteno o wolfram. Recuperato da: Thoughtco.com