Volframs ir ķīmisks elements, kura atomu skaits ir 74. Šis smagais metāls no tēraudpelēka līdz b altam ir ļoti izturīgs, kas padara to daudzos gadījumos vienkārši neaizstājamu. Tā kušanas temperatūra ir augstāka nekā jebkura cita metāla kušanas temperatūra, un tāpēc to izmanto kā kvēldiegus kvēlspuldzēs un sildelementus elektriskajās krāsnīs (piemēram, cirkonija-volframa sakausējums). Elementa ķīmija ļauj to izmantot kā katalizatoru. Tā izcilā cietība padara to piemērotu izmantošanai "ātrgaitas tēraudos", kas ļauj griezt materiālus ar lielāku ātrumu nekā oglekļa tēraudu un augstas temperatūras sakausējumos. Volframa karbīds, elementa savienojums ar oglekli, ir viena no cietākajām zināmajām vielām, un to izmanto frēzēšanas un virpošanas instrumentu izgatavošanai. Kalcija un magnija volframātus plaši izmanto luminiscences spuldzēs, un volframa oksīdus plaši izmanto krāsās un keramikas glazūrās.
Atklājumu vēsture
Šī ķīmiskā elementa esamību pirmo reizi ierosināja Pēteris Vulfs 1779. gadā, kad viņš pētīja minerālu volframītu un nonāca piesecinājums, ka tajā jāiekļauj jauna viela. 1781. gadā Karls Vilhelms Šēle atklāja, ka no volframīta var iegūt jaunu skābi. Šēle un Torburns Bergmans ierosināja apsvērt iespēju iegūt jaunu metālu, reducējot šo skābi, ko sauc par volframskābi. 1783. gadā divi brāļi Hosē un Fausto Elgiāri atrada volframītā skābi, kas bija identiska volframskābei. Tajā pašā gadā brāļiem izdevās no tā izolēt volframu, izmantojot kokogli.
Otrā pasaules kara laikā šim ķīmiskajam elementam bija milzīga loma. Metāla izturība pret augstām temperatūrām, kā arī tā sakausējumu ārkārtējā izturība padarīja volframu par vissvarīgāko militārās rūpniecības izejvielu. Karojošās puses izdara spiedienu uz Portugāli kā galveno volframīta avotu Eiropā.
Būt dabā
Dabā elements sastopams volframītā (FeWO4/MnWO4), šeelītā (CaWO4), ferberīts un hübnerīts. Nozīmīgas šo minerālu atradnes atrodas ASV Kalifornijā un Kolorādo, Bolīvijā, Ķīnā, Dienvidkorejā, Krievijā un Portugālē. Aptuveni 75% no pasaules volframa ražošanas ir koncentrēti Ķīnā. Metālu iegūst, reducējot tā oksīdu ar ūdeņradi vai oglekli.
Pasaules rezerves tiek lēstas 7 miljonu tonnu apmērā, un tiek pieņemts, ka 30% no tiem ir volframīta un 70% šeelīta atradnes. Šobrīd to attīstība nav ekonomiski izdevīga. Pie pašreizējā patēriņa līmeņa šīs rezerves pietiks tikai 140 gadiem. Vēl viens vērtīgs avotsvolframs ir metāllūžņu pārstrāde.
Galvenās funkcijas
Volframs ir ķīmisks elements, kas tiek klasificēts kā pārejas metāls. Tā simbols W cēlies no latīņu vārda wolframium. Periodiskajā tabulā tas atrodas VI grupā starp tantalu un rēniju.
Tīrā veidā volframs ir ciets materiāls, kura krāsa ir no tērauda pelēkas līdz alvas b altai. Ar piemaisījumiem metāls kļūst trausls un grūti apstrādājams, bet, ja to nav, tad to var sagriezt ar metāla zāģi. Turklāt to var k alt, velmēt un vilkt.
Volframs ir ķīmisks elements, kura kušanas temperatūra ir visaugstākā starp visiem metāliem (3422 °C). Tam ir arī zemākais tvaika spiediens. Tam ir arī augstākā stiepes izturība pie T> 1650 °C. Elements ir ārkārtīgi izturīgs pret koroziju, un to tikai nedaudz ietekmē minerālskābes. Saskaroties ar gaisu, uz metāla virsmas veidojas aizsargājošs oksīda slānis, bet volframs augstā temperatūrā pilnībā oksidējas. Ja to nelielos daudzumos pievieno tēraudam, tā cietība ievērojami palielinās.
Izotopi
Dabā volframs sastāv no pieciem radioaktīviem izotopiem, taču tiem ir tik ilgs pussabrukšanas periods, ka tos var uzskatīt par stabiliem. Visi no tiem sadalās par hafniju-72, izdalot alfa daļiņas (kas atbilst hēlija-4 kodoliem). Alfa sabrukšana tiek novērota tikai 180W, vieglākajā un retākajā no tiemizotopi. Gadā 1 g dabiskā volframa notiek vidēji divi alfa sabrukšanas gadījumi 180W.
Turklāt ir aprakstīti 27 mākslīgie volframa radioaktīvie izotopi. Stabilākais no tiem ir 181W ar pussabrukšanas periodu 121,2 dienas, 185W (75,1 dienas), 188 W (69, 4 dienas) un 178W (21, 6 dienas). Visu pārējo mākslīgo izotopu pussabrukšanas periods ir mazāks par dienu, un lielākā daļa no tiem ir mazāks par 8 minūtēm. Volframam ir arī četri "metastabīli" stāvokļi, no kuriem stabilākais ir 179mW (6,4 min).
Savienojumi
Ķīmiskajos savienojumos volframa oksidācijas pakāpe mainās no +2 uz +6, no kurām +6 ir visizplatītākā. Elements parasti saistās ar skābekli, veidojot dzelteno trioksīdu (WO3), kas izšķīst sārmainos ūdens šķīdumos kā volframāta joni (WO42−).
Pieteikums
Tā kā volframam ir ļoti augsta kušanas temperatūra un tas ir plastisks (var ievilkt stieplē), to plaši izmanto kā kvēlspuldžu un vakuuma spuldžu kvēldiegu, kā arī elektrisko krāšņu sildelementos. Turklāt materiāls iztur ekstremālus apstākļus. Viens no zināmajiem lietojumiem ir ar gāzi aizsargāta volframa loka metināšana.
Īpaši ciets volframs ir ideāla sastāvdaļa smago ieroču sakausējumiem. Augstu blīvumu izmanto tējkannās,pretsvaros un balasta ķīļos jahtām, kā arī šautriņu mešanā (80-97%). Ātrgaitas tērauds, kas var griezt materiālu ar lielāku ātrumu nekā oglekļa tērauds, satur līdz 18% šīs vielas. Turbīnu lāpstiņas, dilstošās daļas un pārklājumi izmanto "supersakausējumus", kas satur volframu. Tie ir karstumizturīgi, ļoti izturīgi sakausējumi, kas darbojas paaugstinātā temperatūrā.
Ķīmiskā elementa termiskā izplešanās ir līdzīga borsilikāta stiklam, tāpēc to izmanto stikla un metāla blīvējumu izgatavošanai. Kompozītmateriāli, kas satur volframu, ir lielisks svina aizstājējs lodēs un šāvienos. Sakausējumos ar niķeli, dzelzi vai kob altu no tā izgatavo triecienlādiņus. Tāpat kā lode, tās kinētiskā enerģija tiek izmantota, lai sasniegtu mērķi. Integrālajās shēmās volframu izmanto, lai izveidotu savienojumus ar tranzistoriem. Dažu veidu mūzikas instrumentu stīgas ir izgatavotas no volframa stieples.
Izmantojot savienojumus
Volframa karbīda izcilā cietība (W2C, WC) padara to par visizplatītāko materiālu frēzēšanas un virpošanas instrumentiem. To izmanto metalurģijas, kalnrūpniecības, naftas un būvniecības nozarēs. Volframa karbīdu izmanto arī juvelierizstrādājumu ražošanā, jo tas ir hipoalerģisks un nemēdz zaudēt savu spīdumu.
Glazūra ir izgatavota no tās oksīdiem. Volframa "bronza" (tā saukta oksīdu krāsas dēļ) tiek izmantota krāsās. Magnija un kalcija volframāti tiek izmantoti dienasgaismas spuldzēslampas. Kristāliskais volframāts kalpo kā scintilācijas detektors kodolmedicīnā un fizikā. Sāļus izmanto ķīmiskajā un ādas rūpniecībā. Volframa disulfīds ir augstas temperatūras smērviela, kas var izturēt 500°C. Dažus savienojumus, kas satur volframu, izmanto ķīmijā kā katalizatorus.
Properties
Galvenās W fizikālās īpašības ir šādas:
- Atomskaitlis: 74.
- Atommasa: 183, 85.
- Kušanas temperatūra: 3410 °C.
- Vārīšanās temperatūra: 5660 °C.
- Blīvums: 19,3 g/cm3 pie 20°C.
- Oksidācijas stāvokļi: +2, +3, +4, +5, +6.
- Elektroniskā konfigurācija: [Xe]4 f 145 d 46 s 2.
