Wolfram - was ist das? Der Oxidationszustand von Wolfram. Anwendungen von Wolfram

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-12-17 05:21

Wolfram ist ein chemisches Element mit der Ordnungszahl 74. Dieses stahlgraue bis weiße Schwermetall ist sehr widerstandsfähig und damit in vielen Fällen einfach unersetzlich. Sein Schmelzpunkt ist höher als der jedes anderen Metalls und wird daher als Filamente in Glühlampen und Heizelementen in Elektroöfen verwendet (z. B. Zirkonium-Wolfram-Legierung). Die Chemie des Elements erlaubt es, es als Katalysator zu verwenden. Aufgrund seiner außergewöhnlichen Härte eignet es sich für den Einsatz in „Hochgeschwindigkeitsstählen“, die es ermöglichen, Materialien mit höheren Geschwindigkeiten als Kohlenstoffstähle zu schneiden, und in Hochtemperaturlegierungen. Wolframkarbid, eine Verbindung des Elements mit Kohlenstoff, ist einer der härtesten bekannten Stoffe und wird zur Herstellung von Fräs- und Drehwerkzeugen verwendet. Calcium- und Magnesiumwolframate werden häufig in Leuchtstofflampen verwendet, und Wolframoxide werden häufig in Farben und Keramikglasuren verwendet.

Discovery-Verlauf

Die Existenz dieses chemischen Elements wurde erstmals 1779 von Peter Woolf vorgeschlagen, als er das Mineral Wolframit untersuchte und zu ihm kamdie Schlussfolgerung, dass es einen neuen Stoff enth alten muss. 1781 stellte Carl Wilhelm Scheele fest, dass aus Wolframit eine neue Säure gewonnen werden konnte. Scheele und Thorburn Bergman schlugen vor, die Möglichkeit in Betracht zu ziehen, ein neues Metall durch Reduktion dieser Säure, genannt Wolframsäure, zu erh alten. 1783 fanden zwei Brüder, José und Fausto Elguiar, eine Säure in Wolframit, die mit Wolframsäure identisch war. Im selben Jahr gelang es den Brüdern, mit Holzkohle Wolfram daraus zu isolieren.

Während des Zweiten Weltkriegs spielte dieses chemische Element eine große Rolle. Die Beständigkeit des Metalls gegenüber hohen Temperaturen sowie die extreme Festigkeit seiner Legierungen machten Wolfram zum wichtigsten Rohstoff für die Militärindustrie. Die Kriegführenden üben Druck auf Portugal als Hauptquelle für Wolframit in Europa aus.

In der Natur sein

In der Natur kommt das Element in Wolframit (FeWO₄/MnWO₄), Scheelit (CaWO_{4), Ferberit und Hübnerit. Wichtige Vorkommen dieser Mineralien finden sich in den USA in Kalifornien und Colorado, in Bolivien, China, Südkorea, Russland und Portugal. Etwa 75 % der weltweiten Wolframproduktion konzentriert sich auf China. Das Metall wird durch Reduktion seines Oxids mit Wasserstoff oder Kohlenstoff gewonnen.}

Die weltweiten Reserven werden auf 7 Millionen Tonnen geschätzt, wobei davon ausgegangen wird, dass 30% davon Vorkommen von Wolframit und 70% von Scheelit sind. Derzeit ist ihre Entwicklung wirtschaftlich nicht tragbar. Beim derzeitigen Verbrauch reichen diese Reserven nur noch für 140 Jahre. Eine weitere wertvolle QuelleWolfram ist ein Altmetallrecycling.

Schmelzpunkt des chemischen Elements Wolfram

Hauptmerkmale

Wolfram ist ein chemisches Element, das als Übergangsmetall klassifiziert wird. Sein W-Symbol kommt vom lateinischen Wort Wolframium. Im Periodensystem steht es in Gruppe VI zwischen Tantal und Rhenium.

In seiner reinsten Form ist Wolfram ein hartes Material, dessen Farbe von stahlgrau bis zinnweiß reicht. Bei Verunreinigungen wird das Metall spröde und schwer zu bearbeiten, aber wenn sie fehlen, kann es mit einer Bügelsäge geschnitten werden. Außerdem kann es geschmiedet, gewalzt und gezogen werden.

Wolfram ist ein chemisches Element, dessen Schmelzpunkt der höchste aller Metalle ist (3422 °C). Es hat auch den niedrigsten Dampfdruck. Es hat auch die höchste Zugfestigkeit bei T> 1650 °C. Das Element ist extrem korrosionsbeständig und wird von Mineralsäuren nur wenig angegriffen. Bei Kontakt mit Luft bildet sich auf der Metalloberfläche eine schützende Oxidschicht, Wolfram wird jedoch bei hohen Temperaturen vollständig oxidiert. Wenn es Stahl in kleinen Mengen zugesetzt wird, nimmt seine Härte dramatisch zu.

Isotope

Wolfram besteht in der Natur aus fünf radioaktiven Isotopen, die jedoch eine so lange Halbwertszeit haben, dass sie als stabil gelten können. Alle zerfallen in Hafnium-72 unter Emission von Alpha-Teilchen (entspricht Helium-4-Kernen). Alpha-Zerfall wird nur in ¹⁸⁰W beobachtet, dem leichtesten und seltensten von diesenIsotope. Im Durchschnitt treten in 1 g natürlichem Wolfram pro Jahr zwei Alpha-Zerfälle auf ¹⁸⁰W.

Außerdem wurden 27 künstliche radioaktive Isotope von Wolfram beschrieben. Das stabilste davon ist ¹⁸¹W mit einer Halbwertszeit von 121,2 Tagen, ¹⁸⁵W (75,1 Tage), ¹⁸⁸ W (69, 4 Tage) und ¹⁷⁸W (21, 6 Tage). Alle anderen künstlichen Isotope haben eine Halbwertszeit von weniger als einem Tag, und die meisten von ihnen sind weniger als 8 Minuten. Wolfram hat auch vier "metastabile" Zustände, von denen der stabilste ^179mW (6,4 min) ist.

Verbindungen

In chemischen Verbindungen ändert sich der Oxidationszustand von Wolfram von +2 auf +6, wobei +6 am häufigsten vorkommt. Das Element verbindet sich typischerweise mit Sauerstoff unter Bildung von gelbem Trioxid (WO₃), das sich in wässrigen alkalischen Lösungen als Wolframat-Ionen (WO_{4löst 2−}).

Bewerbung

Da Wolfram einen sehr hohen Schmelzpunkt hat und duktil ist (kann zu Draht gezogen werden), wird es häufig als Glühfaden von Glühlampen und Vakuumlampen sowie in den Heizelementen von Elektroöfen verwendet. Zudem hält das Material extremen Bedingungen stand. Eine seiner bekannten Anwendungen ist das Wolfram-Schutzgasschweißen.

Wolfram ist außergewöhnlich hart und eine ideale Komponente für schwere Waffenlegierungen. Hohe Dichte wird in Kettlebells verwendet,Gegengewichte und Ballastkiele für Yachten sowie in Darts (80-97%). Schnellarbeitsstahl, der Material mit höheren Geschwindigkeiten schneiden kann als Kohlenstoffstahl, enthält bis zu 18 % dieser Substanz. Turbinenschaufeln, Verschleißteile und Beschichtungen verwenden „Superlegierungen“, die Wolfram enth alten. Dies sind hitzebeständige, hochbeständige Legierungen, die bei erhöhten Temperaturen funktionieren.

Die Wärmeausdehnung eines chemischen Elements ähnelt der von Borosilikatglas, daher wird es zur Herstellung von Glas-Metall-Dichtungen verwendet. Wolframh altige Verbundwerkstoffe sind ein ausgezeichneter Ersatz für Blei in Kugeln und Schrot. In Legierungen mit Nickel, Eisen oder Kob alt werden daraus Schlaggeschosse hergestellt. Wie bei einer Kugel wird ihre kinetische Energie genutzt, um ein Ziel zu treffen. In integrierten Sch altkreisen wird Wolfram verwendet, um Verbindungen zu Transistoren herzustellen. Einige Arten von Saiten für Musikinstrumente werden aus Wolframdraht hergestellt.

Verwendung von Verbindungen

Die außergewöhnliche Härte von Hartmetall (W₂C, WC) macht es zum gängigsten Werkstoff für Fräs- und Drehwerkzeuge. Es wird in der Hütten-, Bergbau-, Öl- und Bauindustrie eingesetzt. Wolframcarbid wird auch in der Schmuckherstellung verwendet, da es hypoallergen ist und nicht dazu neigt, seinen Glanz zu verlieren.

Glasur wird aus seinen Oxiden hergestellt. Wolfram-"Bronze" (so genannt wegen der Farbe der Oxide) wird in Farben verwendet. Magnesium- und Calciumwolframat werden in Leuchtstoffröhren verwendetLampen. Kristallines Wolframat dient als Szintillationsdetektor in der Nuklearmedizin und Physik. Salze werden in der Chemie- und Lederindustrie verwendet. Wolframdisulfid ist ein Hochtemperaturfett, das 500 °C standh alten kann. Einige wolframh altige Verbindungen werden in der Chemie als Katalysatoren verwendet.