№74 Вольфрам

История открытия:

Вольфрам, вернее его оксид WO₃, был открыт Шееле в 1781 г. в минерале тунгстейне, который теперь обычно называют шеелитом (CaWO₄). Вскоре после этого два испанских химика, братья д'Элюяр, установили, что этот же окисел содержится в вольфрамите, где он, однако, связан не с окисью кальция, как в тунгстейне, а с окислами железа и марганца, Вследствие содержания в тунгстейне и в называвшемся в то время "вольфрамом" вольфрамите металл и получил свое название. От первого происходит и применяющееся еще и теперь французами и англичанами название вольфрама - tungsten.

Получение:

Вольфрамовые руды плавят с содой в пламеных печах:
4FeWO₄ + 4Na₂CO₃ + O₂ =4Na₂WO₄ + 2Fe₂O₃ + 4CO₂
Получающийся при этом вольфромат натрия выщелачивают водой и разлагают концентрированной горячей кислотой: Na₂WO₄ + 2HCl = H₂WO₄ + 2NaCl
Образующуюся вольфрамовую кислоту переводят при нагревании в оксид вольфрама(VI), а последний восстанавливают до металла нагреванием с углем или в токе водорода:
H₂WO₄ = WO₃ + H₂O; WO₃ + 3H₂ = W + 3H₂O
При этом, вследствие очень высокой температуре плавления вольфрама, его получают в виде порошка. Компактный металл получают методами порошковой металлургии.

Физические свойства:

Вольфрамовый порошок матово-серый, плавленый вольфрам - белый и блестящий. Вольфрам обладает самой высокой температурой плавления (Тпл.= 3422°С), плотностью (19,25 г/см³) и твердостью среди металлов. В тоже время при температуре 1600°С вольфрам очень пластичен, что позволяет вытягивать из него тончайшую вольфрамовую нить.

Химические свойства:

При обычных температурах вольфрам устойчив на воздухе. При нагревании он окисляется в оксид вольфрама(VI). Элементарный азот не реагирует с вольфрамом даже при 1500°С. Водород также поглощается в очень небольших количествах. Из галогенов энергично реагирует фтор, с порошкообразным вольфрамом уже при обычных температурах, хлор реагирует только при температуре красного каления.
Пары воды переводят раскаленный вольфрам в оксид вольфрама(IV). Вольфрам очень устойчив по отношению к кислотам, растворяется только в смеси HF и азотной кислоты. В тоже время, в присутствии окислителей вольфрам активно реагирует с расплавами щелочей: 2W + 4NaOH + 3O₂ =2Na₂WO₄ + 2H₂O
В соединениях проявляет степень окисления от +2 до +6, наиболее устойчивы соединения в высшей степени окисления.

Важнейшие соединения:

Оксид вольфрама(VI), WО₃, лимонно-желтый хрупкий порошок, который при нагревании становится оранжевым. В воде оксид вольфрама(VI) практически не растворяется, но растворяется в едких щелочах с образованием вольфраматов. Растворяется в HF с образованием H₂WF₈.
Оксид вольфрама(IV), WО₂, темно-коричневые кристаллы. Плохо растворим в воде, растворах кислот и щелочей.
Вольфрамовая (моновольфрамовая) кислота H₂WO₄ желтые кристаллы или аморфное вещество. Получают действием кислот на вольфраматы. Адсорбент, катализатор гидрогенизации в производстве бензина.
Вольфраматы - соли вольфрамовой кислоты H₂WO₄ и поливольфрамовых кислот. Вольфраматы щелочных металлов и аммония растворимы в воде.
Гексафторид вольфрама. Жидкость с Ткип. 17°С, гидролизуется водой. Используется для нанесения вольфрамовых покрытий, сплавов вольфрама химическим осаждением из газовой фазы, для разделения изотопов вольфрама.
Гексахлорид вольфрама. кристаллическое вещество, не растворимо в воде, растворимо в спирте, эфире, CS₂ и CCl₄. Используется для нанесения вольфрамовых покрытий, для получения вольфрама.
Гексакарбонил вольфрама, W(CO)₆, кристаллы, возгоняются при 50°С, нерастворимы в воде и кислотах, азотной кислотой разлагаются. Применяют для нанесения покрытий из вольфрама.

Применение:

Вольфрам широко применяют для получения специальных сталей, отличающихся особой твердостью, эластичностью и прочностью. Добавленный вместе с хромом к железу, он дает так называемые быстрорежущие стали, которые сохраняют свою твердость и заточки даже в накаленном состоянии. Вольфрам используется для изготовления нитей накала, катодов в электровакуумных приборах.