Il tungsteno è un elemento chimico il cui numero atomico è 74. Questo metallo pesante dal grigio acciaio al bianco è estremamente durevole, il che lo rende semplicemente insostituibile in molti casi. Il suo punto di fusione è superiore a quello di qualsiasi altro metallo, e quindi viene utilizzato come filamento nelle lampade a incandescenza e come elementi riscaldanti nei forni elettrici (ad esempio, lega di zirconio-tungsteno). La chimica dell'elemento consente di utilizzarlo come catalizzatore. La sua eccezionale durezza lo rende adatto all'uso negli "acciai rapidi" che consentono di tagliare i materiali a velocità superiori rispetto agli acciai al carbonio e nelle leghe per alte temperature. Il carburo di tungsteno, un composto dell'elemento con il carbonio, è una delle sostanze più dure conosciute e viene utilizzato per realizzare utensili di fresatura e tornitura. I tungstati di calcio e magnesio sono ampiamente utilizzati nelle lampade fluorescenti e gli ossidi di tungsteno sono ampiamente utilizzati nelle vernici e negli sm alti ceramici.
Cronologia delle scoperte
L'esistenza di questo elemento chimico fu suggerita per la prima volta nel 1779 da Peter Woolf, quando indagò sul minerale wolframite e arrivò ala conclusione che deve contenere una nuova sostanza. Nel 1781 Carl Wilhelm Scheele stabilì che dalla tungstenite si poteva ottenere un nuovo acido. Scheele e Thorburn Bergman hanno proposto di considerare la possibilità di ottenere un nuovo metallo riducendo questo acido, chiamato acido tungstenico. Nel 1783, due fratelli, José e Fausto Elguiar, trovarono nella wolframite un acido identico all'acido tungstenico. Nello stesso anno, i fratelli riuscirono a isolarne il tungsteno usando del carbone.
Durante la seconda guerra mondiale, questo elemento chimico ha giocato un ruolo enorme. La resistenza del metallo alle alte temperature, nonché l'estrema robustezza delle sue leghe, hanno reso il tungsteno la materia prima più importante per l'industria militare. I belligeranti hanno esercitato pressioni sul Portogallo come principale fonte di wolframite in Europa.
Essere nella natura
In natura, l'elemento si trova in wolframite (FeWO4/MnWO4), scheelite (CaWO4), ferberite e hübnerite. Importanti giacimenti di questi minerali si trovano negli USA in California e Colorado, in Bolivia, Cina, Corea del Sud, Russia e Portogallo. Circa il 75% della produzione mondiale di tungsteno è concentrato in Cina. Il metallo si ottiene riducendo il suo ossido con idrogeno o carbonio.
Le riserve mondiali sono stimate in 7 milioni di tonnellate Si presume che il 30% di esse siano depositi di wolframite e il 70% di scheelite. Attualmente, il loro sviluppo non è economicamente sostenibile. Al livello attuale di consumo, queste riserve dureranno solo 140 anni. Un' altra preziosa fonteil tungsteno è un riciclaggio di rottami metallici.
Caratteristiche principali
Il tungsteno è un elemento chimico classificato come metallo di transizione. Il suo simbolo W deriva dalla parola latina wolframium. Nella tavola periodica, è nel gruppo VI tra tantalio e renio.
Nella sua forma più pura, il tungsteno è un materiale duro di colore variabile dal grigio acciaio al bianco peltro. Con le impurità, il metallo diventa fragile e difficile da lavorare, ma se sono assenti, può essere tagliato con un seghetto. Inoltre, può essere forgiato, arrotolato e trafilato.
Il tungsteno è un elemento chimico il cui punto di fusione è il più alto tra tutti i metalli (3422 °C). Ha anche la pressione di vapore più bassa. Ha anche la più alta resistenza alla trazione a T> 1650 °C. L'elemento è estremamente resistente alla corrosione ed è solo leggermente attaccato dagli acidi minerali. A contatto con l'aria, sulla superficie del metallo si forma uno strato protettivo di ossido, ma ad alte temperature il tungsteno viene completamente ossidato. Quando viene aggiunto in piccole quantità all'acciaio, la sua durezza aumenta notevolmente.
Isotopi
In natura, il tungsteno è composto da cinque isotopi radioattivi, ma hanno un'emivita così lunga che possono essere considerati stabili. Tutti decadono in afnio-72 con l'emissione di particelle alfa (corrispondenti ai nuclei di elio-4). Il decadimento alfa si osserva solo in 180W, il più leggero e raro di questiisotopi. In media, si verificano due decadimenti alfa in 1 g di tungsteno naturale all'anno 180W.
Inoltre, sono stati descritti 27 isotopi radioattivi artificiali del tungsteno. Il più stabile di questi è 181W con un'emivita di 121,2 giorni, 185W (75,1 giorni), 188 W (69, 4 giorni) e 178W (21, 6 giorni). Tutti gli altri isotopi artificiali hanno un'emivita inferiore a un giorno e la maggior parte di essi è inferiore a 8 minuti. Il tungsteno ha anche quattro stati "metastabili", di cui il più stabile è 179mW (6,4 min).
Connessioni
Nei composti chimici, lo stato di ossidazione del tungsteno cambia da +2 a +6, di cui +6 è il più comune. L'elemento si lega tipicamente con l'ossigeno per formare triossido giallo (WO3), che si dissolve in soluzioni acquose alcaline sotto forma di ioni tungstato (WO42−).
Applicazione
Poiché il tungsteno ha un punto di fusione molto elevato ed è duttile (può essere trafilato nel filo), è ampiamente utilizzato come filamento di lampade a incandescenza e sottovuoto, nonché negli elementi riscaldanti dei forni elettrici. Inoltre, il materiale resiste a condizioni estreme. Una delle sue applicazioni note è la saldatura ad arco di tungsteno con protezione dai gas.
Eccezionalmente duro, il tungsteno è un componente ideale per le leghe di armi pesanti. L' alta densità è usata nei kettlebell,contrappesi e chiglie di zavorra per yacht, nonché in freccette (80-97%). L'acciaio ad alta velocità, che può tagliare il materiale a velocità più elevate rispetto all'acciaio al carbonio, contiene fino al 18% di questa sostanza. Le pale delle turbine, le parti soggette ad usura ei rivestimenti utilizzano "superleghe" contenenti tungsteno. Si tratta di leghe resistenti al calore e altamente resistenti che funzionano a temperature elevate.
L'espansione termica di un elemento chimico è simile al vetro borosilicato, quindi viene utilizzato per realizzare guarnizioni vetro-metallo. I compositi contenenti tungsteno sono un eccellente sostituto del piombo nei proiettili e nei proiettili. Nelle leghe con nichel, ferro o cob alto, da esso vengono realizzati proiettili d'urto. Come un proiettile, la sua energia cinetica viene utilizzata per colpire un bersaglio. Nei circuiti integrati, il tungsteno viene utilizzato per effettuare connessioni ai transistor. Alcuni tipi di corde per strumenti musicali sono realizzati con filo di tungsteno.
Utilizzo delle connessioni
L'eccezionale durezza del carburo di tungsteno (W2C, WC) lo rende il materiale più comune per gli utensili di fresatura e tornitura. È applicato nelle industrie metallurgiche, minerarie, petrolifere e delle costruzioni. Il carburo di tungsteno è anche usato nella creazione di gioielli in quanto è ipoallergenico e non tende a perdere la sua lucentezza.
La glassa è composta dai suoi ossidi. Il tungsteno "bronzo" (così chiamato per il colore degli ossidi) è usato nelle vernici. I tungstati di magnesio e calcio sono usati in fluorescenzalampade. Il tungstato cristallino funge da rivelatore di scintillazione in medicina nucleare e fisica. I sali sono usati nell'industria chimica e della pelle. Il disolfuro di tungsteno è un grasso per alte temperature in grado di resistere a 500°C. Alcuni composti contenenti tungsteno sono usati in chimica come catalizzatori.
Proprietà
Le principali proprietà fisiche di W sono le seguenti:
- Numero atomico: 74.
- Massa atomica: 183, 85.
- Punto di fusione: 3410 °C.
- Punto di ebollizione: 5660 °C.
- Densità: 19,3 g/cm3 a 20°C.
- Stati di ossidazione: +2, +3, +4, +5, +6.
- Configurazione elettronica: [Xe]4 f 145 d 46 s 2.
