Volfram

Uredi veze
S Vikipedije, slobodne enciklopedije
Za druge upotrebe pogledajte stranicu Volfram (višeznačna odrednica).

Volfram
Opšta svojstva
Ime, simbolvolfram, W
Izgledsivo beo, sjajan
U periodnom sistemu
Vodonik Helijum
Litijum Berilijum Bor Ugljenik Azot Kiseonik Fluor Neon
Natrijum Magnezijum Aluminijum Silicijum Fosfor Sumpor Hlor Argon
Kalijum Kalcijum Skandijum Titanijum Vanadijum Hrom Mangan Gvožđe Kobalt Nikl Bakar Cink Galijum Germanijum Arsen Selen Brom Kripton
Rubidijum Stroncijum Itrijum Cirkonijum Niobijum Molibden Tehnecijum Rutenijum Rodijum Paladijum Srebro Kadmijum Indijum Kalaj Antimon Telur Jod Ksenon
Cezijum Barijum Lantan Cerijum Prazeodijum Neodijum Prometijum Samarijum Evropijum Gadolinijum Terbijum Disprozijum Holmijum Erbijum Tulijum Iterbijum Lutecijum Hafnijum Tantal Volfram Renijum Osmijum Iridijum Platina Zlato Živa Talijum Olovo Bizmut Polonijum Astat Radon
Francijum Radijum Aktinijum Torijum Protaktinijum Uranijum Neptunijum Plutonijum Americijum Kirijum Berklijum Kalifornijum Ajnštajnijum Fermijum Mendeljevijum Nobelijum Lorencijum Raderfordijum Dubnijum Siborgijum Borijum Hasijum Majtnerijum Darmštatijum Rendgenijum Kopernicijum Nihonijum Flerovijum Moskovijum Livermorijum Tenesin Oganeson
Mo
↑
W
↓
Sg
tantal ← volfram → renijum ‍
Atomski broj (Z)74
Grupa, periodagrupa 6, perioda 6
Blokd-blok
Kategorija  prelazni metal
Rel. at. masa (Ar)183,84(1)[1]
El. konfiguracija
po ljuskama
2, 8, 18, 32, 12, 2
Fizička svojstva
Tačka topljenja3695 K ​(3422 °‍C, ​6192 °F)
Tačka ključanja6203 K ​(5930 °‍C, ​10706 °F)
Gustina pri s.t.19,3 g/cm3
tečno st., na t.t.17,6 g/cm3
Toplota fuzije52,31 kJ/mol[2][3]
Toplota isparavanja774 kJ/mol
Mol. topl. kapacitet24,27 J/(mol·K)
Napon pare
P (Pa) 100 101 102
na T (K) 3477 3773 4137
P (Pa) 103 104 105
na T (K) 4579 5127 5823
Atomska svojstva
Elektronegativnost2,36
Energije jonizacije1: 770 kJ/mol
2: 1700 kJ/mol
Atomski radijus139 pm
Kovalentni radijus162±7 pm
Linije boje u spektralnom rasponu
Spektralne linije
Ostalo
Kristalna struktura ​unutrašnjecentr. kubična (BCC)
Unutrašnjecentr. kubična (BCC) kristalna struktura za volfram
Brzina zvuka tanak štap4620 m/s (na s.t.) (žaren)
Topl. širenje4,5 µm/(m·K) (na 25 °‍C)
Topl. vodljivost173 W/(m·K)
Električna otpornost52,8 nΩ·m (na 20 °‍C)
Magnetni rasporedparamagnetičan[4]
Magnetna susceptibilnost (χmol)+59,0·10−6 cm3/mol (298 K)[5]
Jangov modul411 GPa
Modul smicanja161 GPa
Modul stišljivosti310 GPa
Poasonov koeficijent0,28
Mosova tvrdoća7,5
Vikersova tvrdoća3430–4600 MPa
Brinelova tvrdoća2000–4000 MPa
CAS broj7440-33-7
Istorija
Otkriće i prva izolacijaHuan Hoze Elhujar i Fausto Elhujar[6] (1783)
Imenovanje i eponimTorbern Bergman (1781)
Glavni izotopi
izotop rasp. pž. (t1/2) TR PR
180W 0,12% 1,8×1018 y α 176Hf
181W syn 121,2 d ε 181Ta
182W 26,50% stabilni
183W 14,31% stabilni
184W 30,64% stabilni
185W syn 75,1 d β− 185Re
186W 28,43% stabilni
reference • Vikipodaci

Volfram (W, lat. wolframium) prelazni je metal VIB grupe sa atomskim brojem 74.[7][8] Ime je dobio po nemačkoj reči Wolfram koja označava bezvredan metal. Spada u prelazne metale. Volfram je srebreni sjajni metal, u svom čistom stanju je krhak teški metal,[9][10] velike relativne gustine. Međutim, čisti monokristalni volfram je duktilniji i može se rezati testerom od tvrdog čelika.[11] Među svim metalima (u čistom stanju) ima najvišu tačku topljenja i drugu najvišu tačku ključanja.[12] Njegova gustina je 19,25 grama po kubnom centimetru,[13] uporediva sa gustinom uranijuma i zlata i mnogo veća (oko 1,7 puta) od olova.[14]

Njegova najpoznatija upotreba je kao žareća nit (filament) u sijalicama. Volfram je zastupljen u zemljinoj kori u količini od 1 ppm (engl. parts per million). Najvažniji minerali volframa su: šelit CaWO4 i volframit (Fe,Mn)WO4}}

Istorija[uredi | uredi izvor]

Volfram u prahu

Već u 16. veku frajberški mineralog Georgij Agrikola je opisao pronalazak minerala među rudom kalaja iz Saksonije, koji je prilično otežavao dobijanje kalaja jer je povećavao udeo šljake u rudi. Upravo deo njegovog imena volf (nem. Wolf - vuk) je izveden iz ove osobine, jer je taj mineral doslovno jeo rudu kalaja poput vuka. Da li se tada radilo o mineralu volframitu čak ni danas nije sa sigurnošću poznato, jer je on opisivao lakoću tog minerala. Agrikola je taj mineral nazvao lupi spuma, što na latinskom znači otprilike vučja pena. Kasnije je nazvan volfram, iz srednjenemačkog rām, otpad, čađ, jer se crnosivi metal vrlo lako mogao samleti i tada je izgledom podsjećao na čađ.[15] Njegov međunarodni hemijski simbol W je izveden iz nemačkog Wolfram.

U engleskom, italijanskom i francuskom jeziku, ovaj metal se naziva tungsten što je izvedeno iz švedskog Tung Sten, doslovnog značenja teški kamen. Međutim, u švedskom jeziku u to vreme, volfram se nije nazivao tim imenom, nego kalcijum volframat. U njemu je nemačko-švedski hemičar Karl Vilhelm Šele 1781. godine otkrio do tada nepoznatu so. Čisti volfram su dobili 1783. godine španski naučnici braća Fausto i Huan Hoze Elhujar, vođeni Šeleovim otkrićima, putem redukcije volfram trioksida, a koji su dobili iz volframita.

Osobine[uredi | uredi izvor]

Fizičke[uredi | uredi izvor]

Volfram je srebreni, sjajni metal, u čistom stanju se lako izvlači. Ima veoma veliku gustinu, tvrdoću i čvrstoću. Gustina volframa je gotovo ravna gustini zlata, a Brinelova tvrdoća mu iznosi 250 HB. Otpornost na izvlačenje volframa iznosi od 550-620 N/mm2 do 1920 N/mm.[16] Metal egzistira u stabilnoj kubnoj-prostorno centriranoj α modifikaciji sa parametrom rešetke od 316 pm pri sobnoj temperaturi.[17] Ova vrsta kristalne strukture se često naziva i volframska vrsta. Kod supstance za koju se kaže da ima metastabilnu β-modifikaciju volframa (izobličenu kubnu prostorno-centriranu), radi se zapravo o oksidu bogatim volframom W3O.[18]

Volfram ima najvišu tačku topljenja od 3422 °C kao i najvišu tačku ključanja od 5930 °C[12] od svih hemijskih elemenata. Jedino se ugljenik ne topi, ali na temperaturi od 3642 °C sublimira direktno u gasovito stanje.

Volfram je supraprovodnik pri kritičnoj temperaturi od oko 15 mK.[18]

Hemijske[uredi | uredi izvor]

Volfram je hemijski vrlo otporan metal, kojeg na sobnoj temperaturi ne napadaju kiseline poput carske vode ili fluorovodonične kiseline. Međutim, može se rastvoriti u smeši fluoridne i azotne kiseline te u istopljenoj smeši alkalnih nitrata i karbonata.

Izotopi[uredi | uredi izvor]

Poznata su 33 izotopa volframa i pet nuklearnih izomera. Od njih se samo pet izotopa javlja u prirodi: 180W, 182W, 183W, 184W i 186W. Izotop volframa 184W je najviše zastupljen u prirodi. Svih pet prirodnih izotopa bi, teoretski, mogli biti nestabilni, pošto se tokom CRESST eksperimenta 2004. godine u Laboratoriji nazionali del Gran Sasso došlo do popratnog rezultata pri potrazi za tamnom materijom da se izotop 180W raspada alfa-raspadom.[19] U tom eksperimentu izračunato je njegovo vreme poluraspada od 1,8 triliona godina, a takav raspad se u normalnim laboratorijskim uslovima nije mogao dokazati. Radioaktivnost ovog prirodnog izotopa je tako mala, da se za sve praktične svrhe može potpuno zanemariti. Pretpostavljeno vreme poluraspada kod druga četiri prirodna izotopa bi, po današnjem stanju nauke, moglo biti još i duže, oko osam triliona godina. Veštački radioaktivni izotopi volframa imaju vrlo kratka vremena poluraspada i kreću se od 0,9 ms kod 185W do 121,2 dana kod 181W.

Rasprostranjenost[uredi | uredi izvor]

Volframit iz Portugalije

Udeo volframa u Zemljinoj kori se kreće oko 0,0001 g/t[20] odnosno oko 0,0064 posto po težini. Do danas ovaj metal nije pronađen u samorodnom obliku u prirodi. Ruska akademija nauka je 1995. godine objavila izvještaj o postojanju samorodnog volframa, mada to otkriće nije potvrđeno od strane Međunarodne minerološke organizacije (IMA) i njene komisije za nove minerale, nomenklaturu i klasifikaciju (CNMNC).[21] Poznati su mnogi minerali volframa, uglavnom oksida te volframata. Najvažnije rude volframa su volframit (Mn, Fe)WO4 i šelit CaWO4. Osim njih, postoje i drugi volframovi minerali poput štolcita PbWO4 i tuneptita WO3 · H2O.

Najveća svjetska nalazišta volframa nalaze se u Kini, Peruu, SAĐu, Koreji, Boliviji, Kazahstanu, Rusiji, Austriji i Portugalu. U Nemačkoj, volframova ruda može se pronaći u „Rudnom gorju” Erzgebirge. Dokazane i verovatne svetske rezerve čistog volframa iznose oko 2,9 miliona tona. U Evropi najpoznatije nalazište volframa nalazi se u dolini Felbertal u austrijskoj saveznoj pokrajini Salcburg.

Dobijanje[uredi | uredi izvor]

Svjetska proizvodnja čistog volframa 2006. godine iznosila je 73.300 tona.[22] Ubedljivo najveći svetski proizvođač volframa je Kina, gde se proizvodi više od 80% ovog metala. Države sa najvećom proizvodnjom volframa u 2006. godini bile su:[22]

Rang Država Proizvedena količina
(u tonama godišnje)
1  Kina 62.000
2  Rusija 4.500
3  Kanada 2.500
4  Austrija 1.350
5  Portugalija 900
6  Severna Koreja 600
7  Bolivija 530
8 ostale države 900
Kristali volframa visoke čistoće

Volfram se ne može dobiti redukcijom sa ugljem iz oksidnih ruda, jer tom reakcijom nastaje volfram karbid.

Dodavanjem rastvora amonijaka nastaje kompleks u obliku amonij-paravolframata (APW). On se isfiltrira iz rastvora i zatim se na temperaturi 600 °C pretvara u relativno čisti volfram trioksid. Žarenjem se iz njega dobija volfram(VI) oksid (WO3) koji se pri temperaturi od 800 °C u atmosferi vodonika redukuje do čeličnosivog volframa:

Ovim postupkom nastaje sivi prah volframa, koji se najčešće zgrušnjava u kalupima te se sinteruje u šipke pomoću električne struje. Na temperaturama preko 3400 °C kompaktni metal volframa se može istopiti u posebnim elektrolučnim pećima u reduciranoj atmosferi vodonika.[23]

Vidi još[uredi | uredi izvor]

Reference[uredi | uredi izvor]

  1. ^ Meija, J.; et al. (2016). „Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report)”. Pure and Applied Chemistry. 88 (3): 265—291. doi:10.1515/pac-2015-0305. 
  2. ^ Lide, David R., ur. (2009). CRC Handbook of Chemistry and Physics (90th izd.). Boca Raton, Florida: CRC Press. str. 6-134. ISBN 978-1-4200-9084-0. 
  3. ^ Tolias P. (2017). „Analytical expressions for thermophysical properties of solid and liquid tungsten relevant for fusion applications”. Nuclear Materials and Energy. 13: 42—57. Bibcode:2017arXiv170306302T. S2CID 99610871. arXiv:1703.06302 Slobodan pristup. doi:10.1016/j.nme.2017.08.002. 
  4. ^ Lide, D. R., ur. (2005). „Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds” (PDF). CRC Handbook of Chemistry and Physics (86th izd.). Boca Raton (FL): CRC Press. ISBN 978-0-8493-0486-6. Arhivirano iz originala 03. 03. 2011. g. Pristupljeno 15. 01. 2021. 
  5. ^ Weast, Robert (1984). CRC, Handbook of Chemistry and Physics. Boca Raton, Florida: Chemical Rubber Company Publishing. str. E110. ISBN 978-0-8493-0464-4. 
  6. ^ „Tungsten”. Royal Society of Chemistry. Royal Society of Chemistry. Pristupljeno 2. 5. 2020. 
  7. ^ Housecroft, C. E.; Sharpe, A. G. (2008). Inorganic Chemistry (3. izd.). Prentice Hall. ISBN 978-0-13-175553-6. 
  8. ^ Parkes, G.D. & Phil, D. (1973). Melorova moderna neorganska hemija. Beograd: Naučna knjiga. 
  9. ^ Lassner, Erik; Schubert, Wolf-Dieter (1999). „low temperature brittleness”. Tungsten: properties, chemistry, technology of the element, alloys, and chemical compounds. Springer. str. 20—21. ISBN 978-0-306-45053-2. 
  10. ^ Gludovatz, B.; Wurster, S.; Weingärtner, T.; Hoffmann, A.; Pippan, R. (2011). „Influence of impurities on the fracture behavior of tungsten”. Philosophical Magazine (Submitted manuscript). 91 (22): 3006—3020. Bibcode:2011PMag...91.3006G. S2CID 137145004. doi:10.1080/14786435.2011.558861. 
  11. ^ Stwertka, Albert (2002). A Guide to the elements (2nd izd.). New York: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-515026-1. 
  12. ^ a b Zhang Y; Evans JRG and Zhang S (2011). „Corrected Values for Boiling Points and Enthalpies of Vaporization of Elements in Handbooks”. J. Chem. Eng. Data. 56 (2): 328—337. doi:10.1021/je1011086. 
  13. ^ „This Chinese Company Proudly Sells Tungsten-Filled Gold Bars”. Business Insider. 2012. 
  14. ^ Daintith, John (2005). Facts on File Dictionary of Chemistry (4th izd.). New York: Checkmark Books. ISBN 978-0-8160-5649-1. 
  15. ^ Elmar Seebold, ur. (2002). Kluge: Etymologisches Wörterbuch der deutschen Sprache (24 izd.). Berlin: Walter de Gruyter. str. 995—996. ISBN 3-11-017473-1. 
  16. ^ Wolfram - online Katalog - Lieferant von Materialien in kleinen Mengen fuer die Forschung - Goodfellow.
  17. ^ Tungsten Properties
  18. ^ a b Holleman-Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie, 101. izd.
  19. ^ Cozzini, C.; Angloher, G.; Bucci, C.; von Feilitzsch, F.; Hauff, D.; Henry, S.; Jagemann, Th.; Jochum, J.; Kraus, H.; Majorovits, B.; Mikhailik, V.; Ninkovic, J.; Petricca, F.; Potzel, W.; Pröbst, F.; Ramachers, Y.; Rau, W.; Razeti, M.; Seidel, W.; Stark, M.; Stodolsky, L.; Tolhurst, A. J. B.; Westphal, W.; Wulandari, H. (2004). „Detection of the naturalРашчлањивање није успело (грешка у синтакси): {\displaystyle α} decay of tungsten”. Physical Review C. 70 (6): 064606. S2CID 118891861. arXiv:nucl-ex/0408006 Slobodan pristup. doi:10.1103/PhysRevC.70.064606. .
  20. ^ Hans Breuer (2000). dtv-Atlas Chemie, Band 1 (9 izd.). dtv-Verlag. str. 243. ISBN 3-423-03217-0. 
  21. ^ IMA/CNMNC List of Mineral Names – Tungsten Arhivirano na sajtu Wayback Machine (26. jun 2013) (engl, PDF; str. 290)
  22. ^ a b Wolfram bei usgs mineral Resources (PDF)
  23. ^ Abbildung zonengeschmolzene Wolfram Stücke Arhivirano na sajtu Wayback Machine (16. mart 2014).

Spoljašnje veze[uredi | uredi izvor]

Volfram na Vikimedijinoj ostavi.
Preuzeto iz „https://sr.wikipedia.org/w/index.php?title=Волфрам&oldid=26224651”