טונגסטן הוא יסוד כימי שמספרו האטומי הוא 74. המתכת הכבדה הזו מאפור פלדה ללבן היא עמידה מאוד, מה שהופך אותה לבלתי ניתנת להחלפה במקרים רבים. נקודת ההיתוך שלו גבוהה מזו של כל מתכת אחרת, ולכן היא משמשת כחוטים במנורות ליבון וגופי חימום בתנורים חשמליים (למשל סגסוגת זירקוניום-טונגסטן). הכימיה של היסוד מאפשרת להשתמש בו כזרז. הקשיות יוצאת הדופן שלו הופכת אותו למתאים לשימוש ב"פלדות במהירות גבוהה" המאפשרות לחתוך חומרים במהירויות גבוהות יותר מפלדות פחמן ובסגסוגות בטמפרטורה גבוהה. טונגסטן קרביד, תרכובת של היסוד עם פחמן, הוא אחד החומרים הקשים ביותר הידועים ומשמש לייצור כלי כרסום וחריטה. טונגסטאטים של סידן ומגנזיום נמצאים בשימוש נרחב במנורות פלורסנט, ותחמוצות טונגסטן נמצאות בשימוש נרחב בצבעים ובזיגוג קרמי.
היסטוריית גילוי
קיומו של יסוד כימי זה הוצע לראשונה בשנת 1779 על ידי פיטר וולף, כאשר חקר את המינרל וולפרמיט והגיע אלהמסקנה שהוא חייב להכיל חומר חדש. בשנת 1781 קבע קרל וילהלם שילה שניתן להשיג חומצה חדשה מטונגסטןניט. שילה ות'ורבורן ברגמן הציעו לשקול את האפשרות להשיג מתכת חדשה על ידי הפחתת חומצה זו, המכונה חומצה טונגסטנית. בשנת 1783, שני אחים, חוסה ופאוסטו אלגוויאר, מצאו חומצה בוולפרמיט שהייתה זהה לחומצה טונגסטנית. באותה שנה הצליחו האחים לבודד ממנו טונגסטן באמצעות פחם.
במהלך מלחמת העולם השנייה, היסוד הכימי הזה מילא תפקיד עצום. עמידות המתכת לטמפרטורות גבוהות, כמו גם החוזק הקיצוני של סגסוגותיה, הפכו את הטונגסטן לחומר הגלם החשוב ביותר לתעשייה הצבאית. הלוחמים הפעילו לחץ על פורטוגל כמקור העיקרי לוולפרמיט באירופה.
להיות בטבע
בטבע, היסוד מופיע בוולפרמיט (FeWO4/MnWO4), scheelite (CaWO4)), ferberite ו-hübnerite. מרבצים חשובים של מינרלים אלה נמצאים בארה ב בקליפורניה ובקולורדו, בבוליביה, סין, דרום קוריאה, רוסיה ופורטוגל. כ-75% מייצור הטונגסטן בעולם מרוכז בסין. המתכת מתקבלת על ידי הפחתת התחמוצת שלה עם מימן או פחמן.
העתודות העולמיות מוערכות ב-7 מיליון טון. ההנחה היא ש-30% מהן הם מרבצים של וולפרמיט ו-70% מ-Scheelite. נכון לעכשיו, הפיתוח שלהם אינו כדאי כלכלית. ברמת הצריכה הנוכחית, עתודות אלו יחזיקו מעמד 140 שנה בלבד. עוד מקור חשובטונגסטן הוא מיחזור גרוטאות מתכת.
תכונות עיקריות
טונגסטן הוא יסוד כימי המסווג כמתכת מעבר. סמל ה-W שלו מגיע מהמילה הלטינית wolframium. בטבלה המחזורית, הוא נמצא בקבוצה VI בין טנטלום לרניום.
בצורתו הטהורה ביותר, טונגסטן הוא חומר קשיח שצבעו נע מאפור פלדה ועד לבן פיוטר. עם זיהומים, המתכת הופכת שבירה וקשה לעבוד איתה, אבל אם הם נעדרים, אז זה יכול להיות חתוך עם מסור. בנוסף, ניתן לזייף, לגלגל ולמשוך.
טונגסטן הוא יסוד כימי שנקודת ההיתוך שלו היא הגבוהה ביותר מבין כל המתכות (3422 מעלות צלזיוס). יש לו גם את לחץ האדים הנמוך ביותר. יש לו גם את חוזק המתיחה הגבוה ביותר ב-T> 1650 מעלות צלזיוס. האלמנט עמיד ביותר בפני קורוזיה ומותקף רק מעט על ידי חומצות מינרלים. במגע עם אוויר נוצרת שכבת תחמוצת מגן על פני המתכת, אך טונגסטן מתחמצן לחלוטין בטמפרטורות גבוהות. כאשר מוסיפים אותו בכמויות קטנות לפלדה, הקשיות שלו גדלה באופן דרמטי.
איזוטופים
בטבע, טונגסטן מורכב מחמישה איזוטופים רדיואקטיביים, אך יש להם זמן מחצית חיים כה ארוך עד שהם יכולים להיחשב יציבים. כולם מתפרקים להפניום-72 עם פליטת חלקיקי אלפא (המקבילים לגרעיני הליום-4). ריקבון אלפא נצפה רק ב-180W, הקל והנדיר שבהםאיזוטופים. בממוצע, שתי דעיכות אלפא מתרחשות ב-1 גרם של טונגסטן טבעי בשנה 180W.
בנוסף, תוארו 27 איזוטופים רדיואקטיביים מלאכותיים של טונגסטן. היציב ביותר מבין אלה הוא 181W עם זמן מחצית חיים של 121.2 ימים, 185W (75.1 ימים), 188 W (69, 4 ימים) ו-178W (21, 6 ימים). לכל שאר האיזוטופים המלאכותיים זמן מחצית חיים של פחות מיממה, ורובם פחות מ-8 דקות. לטונגסטן יש גם ארבעה מצבים "מט-יציבים", שבהם היציב ביותר הוא 179mW (6.4 דקות).
חיבורים
בתרכובות כימיות, מצב חמצון טונגסטן משתנה מ-+2 ל-+6, מתוכם +6 הוא הנפוץ ביותר. היסוד נקשר בדרך כלל עם חמצן ויוצר טריאוקסיד צהוב (WO3), שמתמוסס בתמיסות אלקליות מימיות כיוני טונגסטאט (WO42−).
Application
מכיוון לטונגסטן יש נקודת התכה גבוהה מאוד והוא רקיע (ניתן למשוך אותו לתוך חוט), הוא נמצא בשימוש נרחב בתור חוט הלהט של מנורות ליבון ומנורות ואקום, כמו גם בגופי חימום של תנורים חשמליים. בנוסף, החומר עומד בתנאים קיצוניים. אחד מהיישומים הידועים שלה הוא ריתוך קשת טונגסטן מוגן גז.
קשה במיוחד, טונגסטן הוא רכיב אידיאלי לסגסוגות של נשק כבד. צפיפות גבוהה משמשת בקטלבלס,משקלי נגד וקילי נטל ליאכטות, וכן בחצים (80-97%). פלדה במהירות גבוהה, שיכולה לחתוך חומר במהירויות גבוהות יותר מפלדת פחמן, מכילה עד 18% מהחומר הזה. להבי טורבינה, חלקי בלאי וציפויים משתמשים ב"סגסוגות-על" המכילות טונגסטן. אלו הן סגסוגות עמידות בחום ועמידות במיוחד המתפקדות בטמפרטורות גבוהות.
ההתפשטות התרמית של יסוד כימי דומה לזכוכית בורוסיליקט, ולכן היא משמשת לייצור אטמי זכוכית למתכת. חומרים מרוכבים המכילים טונגסטן הם תחליף מצוין לעופרת בכדורים ובירייה. בסגסוגות עם ניקל, ברזל או קובלט, מייצרים ממנו קליעי השפעה. כמו כדור, האנרגיה הקינטית שלו משמשת לפגיעה במטרה. במעגלים משולבים, טונגסטן משמש ליצירת חיבורים לטרנזיסטורים. סוגים מסוימים של מיתרים לכלי נגינה עשויים מחוטי טונגסטן.
שימוש בחיבורים
הקשיות יוצאת הדופן של טונגסטן קרביד (W2C, WC) הופכת אותו לחומר הנפוץ ביותר עבור כלי כרסום וחריטה. הוא מיושם בתעשיות מתכות, כרייה, נפט ובנייה. טונגסטן קרביד משמש גם לייצור תכשיטים מכיוון שהוא היפואלרגני ואינו נוטה לאבד את הברק שלו.
Glaze עשוי מהתחמוצות שלו. טונגסטן "ברונזה" (נקרא כך בגלל צבע התחמוצות) משמש בצבעים. טונגסטאטים מגנזיום וסידן משמשים בפלורסנטמנורות. טונגסטאט גבישי משמש כגלאי נצנוץ ברפואה גרעינית ובפיזיקה. מלחים משמשים בתעשיות הכימיות והעור. טונגסטן דיסולפיד הוא גריז בטמפרטורה גבוהה שיכול לעמוד ב-500 מעלות צלזיוס. תרכובות מסוימות המכילות טונגסטן משמשות בכימיה כזרזים.
Properties
התכונות הפיזיקליות העיקריות של W הן כדלקמן:
- מספר אטומי: 74.
- מסה אטומית: 183, 85.
- נקודת התכה: 3410 מעלות צלזיוס.
- נקודת רתיחה: 5660 מעלות צלזיוס.
- צפיפות: 19.3 גרם/ס"מ3 ב-20°C.
- מצבי חמצון: +2, +3, +4, +5, +6.
- תצורה אלקטרונית: [Xe]4 f 145 d 46 s 2.
