Wolfram

Z Multimediaexpo.cz

Aktuální verze z 4. 5. 2016, 13:46

Wolfram
Atomové číslo	74
Relativní atomová hmotnost	183,84(1) amu
Elektronová konfigurace	[Xe] 4f14 5d4 6s2
Elektronegativita (Pauling)	2,36
Teplota tání	3 422 °C (3 695 K)
Teplota varu	5 555 °C (5 828 K)
Hustota	19,25 g.cm-3
Hustota při teplotě tání	17,6 g.cm-3
Registrační číslo CAS	7440-33-7
Tvrdost	7,5

Základní fyzikálně-chemické vlastnosti

Kovový sintrovaný wolfram

Wolfram byl objeven roku 1781 švédským chemikem Wilhelmem Scheelem. Izolován byl až v roce 1783. Izolovali ho Juan Jose D'Elhuayar a Fausto D'Elhuayar. Wolfram je šedý až stříbřitě bílý, mimořádně obtížně tavitelný kov, jeho bod tavení je nejvyšší ze všech kovových prvků. Významná je i jeho vysoká hustota, pouze některé drahé kovy jako např. zlato, platina, iridium a osmium jsou těžší.

Chemicky je kovový wolfram velmi stálý – je zcela netečný k působení vody a atmosférických plynů a odolává působení většiny běžných minerálních kyselin. S kyslíkem a halogeny reaguje až za značně vysokých teplot. Pro jeho rozpouštění je nejúčinnější směs kyseliny dusičné a kyseliny fluorovodíkové. Nejsnáze se kovový wolfram rozkládá alkalickým tavením napřiklad se směsí dusičnanu draselného a hydroxidu sodného (KNO₃ + NaOH). Ve sloučeninách se vyskytuje v řadě různých mocenství od W^II+ a po W^VI+, z nichž sloučeniny W^VI+ jsou nejstálejší a nejvíce prakticky využívané.

Výskyt a výroba

Krystaly wolframitu v křemeni, Peru

Wolfram je na Zemi poměrně vzácný, jeho obsah se odhaduje na 1,5–34 mg/kg v zemské kůře. I v mořské vodě se wolfram nachází pouze v koncentraci 0,0001 mg/l. Ve vesmíru připadá jeden atom wolframu na 300 miliard atomů vodíku. Hlavními minerály wolframu v přírodě jsou wolframit – wolframan železnato-manganatý (Fe,Mn)WO₄ (přechodný člen řady ferberit FeWO₄ hübneritové MnWO₄); wolframan vápenatý, scheelit CaWO₄ a stolzit, wolframan olovnatý, PbWO₄. Při metalurgické výrobě wolframu se obvykle nejprve mechanicky separují těžké frakce rudy a výsledný koncentrát se taví s hydroxidem sodným (NaOH). Tavenina se louží vodou, do níž přechází vzniklý wolframan sodný, Na₂WO₄. Okyselením tohoto roztoku vypadává sraženina hydratovaného oxidu wolframového WO₃. Čistý wolfram (podobně jako molybden) získáváme redukci oxidů vodíkem při vyšších teplotách:

WO₃ + 3 H₂ → W + 3 H₂O

Použití

Praktické použití wolframu se odvozuje od jeho vysoké hustoty a obtížné tavitelnosti. Běžně se s ním setkáme jako s materiálem pro výrobu žárovkových vláken, kde je schopen po tisíce pracovních hodin snášet teploty značně přes 1000 °C. Vysoké teploty vlákno dosahuje průchodem elektrického proudu, přičemž vnitřní prostor žárovky je naplněn inertním plynem. Ani wolfram totiž není natolik inertní, aby za těchto podmínek nedocházelo k jeho oxidaci vzdušným kyslíkem. V elektrotechnice se používá jako materiál pro anody elektronek (lidově lampy). Při svařování kovů elektrickým obloukem za použití wolframových elektrod (tzv. metoda TIG, tungsten inert gas) způsobuje elektrický proud procházející mezi elektrodami v inertní atmosféře (obvykle argon) roztavení zpracovávaných kovů bez úbytku materiálu elektrod.

Rozžhavené wolframové žárovkové vlákno

Ve slitinách se přídavek wolframu projeví především zvýšením tvrdosti a mechanické i tepelné odolnosti. Rychlořezné oceli nabízené pod značkou Hastelloy a Stellite obsahují v některých případech až 18 % wolframu. Vyrábí se z nich kovoobráběcí nástroje, vrtné hlavice geologických nástrojů, turbiny a další vysoce teplotně a mechanicky namáhané součástky. Díky své vysoké hustotě slouží jako materiál tzv. penetračních projektilů (penetrátorů). Ty jsou používány již od 2. světové války pro prorážení pancíře nepřátelských tanků, stěn bunkrů a opevnění. Tyto dělostřelecké a tankové střely jsou v poslední době vyráběny i z ochuzeného uranu, který je levnější. Problematické je však následné působení uranu v životním prostředí, příkladem z nedávné doby jsou stovky tun ochuzeného uranu, které byly použity armádou USA ve vojenském konfliktu v bývalé Jugoslávii.

Pseudoslitiny wolframu (s niklem, železem a kobaltem, obsah wolframu 91–96 hm.%) vyrobené práškovou metalurgií se využívají kvůli své dobré schopnosti odstínit rentgenové záření a záření gama jako materiál pro radiační stínění např. v kobaltových ozařovačích, používaných k ozařování zhoubných nádorů.

Sloučeniny

Wolfram tvoří celou řadu sloučenin, z nichž nejstálejší vykazují oxidační číslo VI+. Ve sloučeninách může mít dále oxidační číslo II+, III+, IV+, V+. Praktický význam nalézají jeho sloučeniny při přípravě katalyzátorů pro petrochemický průmysl, při výrobě různých barevných pigmentů a teplotně odolných lubrikantů a maziv (sulfidy wolframu). Z oxidů wolframu jsou známy oxid wolframový WO₃ a oxid wolframičitý, WO₂. Další významnou sloučeninou wolframu je kyselina wolframová, H₂WO₄. Tvoří buď jednoduché soli, wolframany, ale i celou řadu značně složitých komplexních sloučenin. Technicky důležitými sloučeninami wolframu jsou karbidy o složení WC a W₂C. Vyznačují se mimořádnou tvrdostí a využívají se jako součásti brusiv pro kovoobrábění a geologické aplikace. Lze je připravit například redukcí oxidu wolframového uhlíkem:

WO₃ + 4 C → WC + 3 CO

Biologický význam

Díky velmi nízké rozpustnosti wolframu ve vodě je jeho obsah v živých organizmech velmi nízký a wolfram rozhodně nepatří mezi biogenní prvky, jejichž nedostatek ve stravě výrazně ovlivňuje fyziologický stav organizmu. Předpokládá se, že wolfram obsažený v tkáních živých organizmů se chová podobně jako molybden. Je například potvrzena jeho role v enzymatickém systému oxidoreduktázy. Zároveň nejsou známy případy, kdy by přebytek wolframu v životním prostředí dlouhodobě negativně ovliňoval lidské zdraví.

Literatura

1. Cotton F.A., Wilkinson J.:Anorganická chemie, souborné zpracování pro pokročilé, ACADEMIA, Praha 1973
2. Holzbecher Z.:Analytická chemie, SNTL, Praha 1974
3. Dr. Heinrich Remy, Anorganická chemie 1. díl, 1. vydání 1961
4. N. N. Greenwood - A. Earnshaw, Chemie prvků 1. díl, 1. vydání 1993 ISBN 80-85427-38-9

Externí odkazy

1. Periodická soustava a tabulka vlastností prvků [1]
2. Chemický vzdělávací portál [2]
3. WebElements (anglicky) [3]
4. Periodická tabulka prvků [4]