תחמוצת טונגסטן נחשבת לאחד החומרים הבלתי אורגניים העמידים ביותר בקבוצה זו. על מנת לאפיין את המתכת, בואו ננתח את איכויות המתכת עצמה.
תכונות של טונגסטן
כדי להבין את החשיבות המעשית של תחמוצת טונגסטן, נציין שלמתכת עצמה יש התנגדות חשמלית, מקדם התפשטות ליניארי ונקודת התכה גבוהה.
טונגסטן טהור בעל גמישות גבוהה. המתכת תתמוסס בחומצה רק בחימום לטמפרטורה של 5000 oC. הוא מגיב עם פחמן ויוצר טונגסטן קרביד כמוצר תגובה. המפרק שנוצר הוא עמיד ביותר.
תחמוצת הטונגסטן הנפוצה ביותר היא טונגסטן אנהידריד. היתרון העיקרי של התרכובת הכימית הוא היכולת לצמצם אבקה למתכת, וליצור תחמוצות נמוכות יותר כתוצרי לוואי.
המתכת מאופיינת בצפיפות גבוהה, שבירות וביכולת ליצור תחמוצת טונגסטן בטמפרטורות נמוכות.
סגסוגות טונגסטן
מדענים מזהים סוגים חד פאזיים של סגסוגות, הכוללותיש אלמנט אחד או יותר. התרכובת הידועה ביותר של טונגסטן עם מוליבדן. סגסוגת הסגסוגת עם מוליבדן מגבירה את חוזק המתיחה של טונגסטן.
סגסוגות חד פאזיות הן תרכובות: טונגסטן - זירקוניום, טונגסטן - הפניום, טונגסטן - ניוביום. רניום נותן פלסטיות מקסימלית לטונגסטן. התוספת שלו אינה משפיעה על הביצועים של מתכת עקשן.
לקבל מתכת
אי אפשר להשיג סגסוגות של טונגסטן עקשן בדרך המסורתית: בהגיעה לנקודת ההתכה, המתכת עוברת מיידית לצורה גזית. האפשרות העיקרית להשגת מתכת טהורה היא אלקטרוליזה. בנפחים תעשייתיים, מטלורגיית אבקה משמשת להשגת סגסוגות טונגסטן. לשם כך, צור תנאים טכנולוגיים מיוחדים באמצעות ואקום.
להיות בטבע
תחמוצת טונגסטן, שהנוסחה שלה היא WO3, נקראת התרכובת הגבוהה ביותר. הוא אינו מופיע בטבע בצורתו הטהורה, אלא הוא חלק מעפרות טונגסטן. תהליך המיצוי והעיבוד של מתכת עקשנית כולל מספר שלבים.
תחמוצת טונגסטן גבוהה יותר מבודדת ממסת העפר. לאחר מכן, התרכובת מועשרת ולאחר העיבוד מבודדת מתכת טהורה.
בתהליך הכנת חוט טונגסטן דק, יש להקפיד על הסרה מלאה של זיהומים. אחרת, המפרט של המוצר המוגמר יופחת משמעותית.
תחומי שימוש בטונגסטן
איך לשחזר תחמוצת טונגסטן? מימן באינטראקציה עם תרכובת זו עוזר להשיג מתכת טהורה. זה חיוני בייצור חוטים, צינורות רנטגן, תנורי חימום ומסכי תנורי ואקום, המיועדים לשימוש בטמפרטורות גבוהות.
פלדה, שבה טונגסטן הוא יסוד מתג, היא בעלת תכונות חוזק גבוהות. מוצרים העשויים מסגסוגת כזו משמשים בייצור של מכשירים רפואיים, לוחות חיתוך לקידוח בארות. היתרון העיקרי של החיבור הוא עמידות בפני עיוות מכני.
ההסתברות להתרחשות סדקים ושבבים במהלך ההפעלה של מוצרים מוגמרים היא נמוכה למדי. דרגת הפלדה הפופולרית ביותר, הכוללת טונגסטן, נחשבת למנצחת.
הגרוטאות של מתכת נדירה זו משמשת לייצור זרזים איכותיים, כל מיני צבעים, פיגמנטים מיוחדים וכו'. בתעשיית הגרעין המודרנית נעשה שימוש נרחב בכור היתוך ובמכלים של טונגסטן לפסולת רדיואקטיבית.
העמידות של מתכת משחקת תפקיד מיוחד בריתוך קשת. מאחר שטונגסטן בצורתו הטהורה נחשבת למתכת נדירה למדי, כדי להשיג אותה, מתבצע הליך העשרה ועיבוד של עפרות טונגסטן. בצורתו הטהורה, יש לו צבע אפור בהיר עם ברק מתכתי אופייני. סגסוגות טונגסטן סטנדרטיות, המכונה סטליטים, כוללות גם קובלט וכרום. המרכיב העיקרי בתרכובות כאלה הוא קובלט. סגסוגותמבוקש בהנדסת מכונות.
תחמוצות טונגסטן
מהן התכונות של תחמוצת טונגסטן (6), שהנוסחה שלה היא WO3? המתכת מסוגלת להפגין דרגות שונות של חמצון: ליציבות המקסימלית יש אפשרויות עם ערכיות מתכת (4) ו- (6). התרכובת הראשונה מסוג WO2 שייכת לתחמוצות חומציות ובעלת המאפיינים הבאים: נקודת התכה גבוהה וצפיפות מיוחדת. תרכובת כימית זו כמעט ואינה מסיסה במים, אך כאשר היא מחוממת היא עלולה להתמוסס בחומצות ובאלקליות. בתעשייה הכימית הוא משמש כזרז בתגובות מסוימות. לדוגמה, התרכובת WO2 משמשת לייצור מוצרי קרמיקה.
תחמוצת טונגסטן, בעלת ערכיות (6), גם היא מציגה תכונות חומציות אופייניות. תרכובת זו מגיבה עם אלקליות, אך אינה מסוגלת להתמוסס במים. בהתחשב בכך שלתרכובת יש נקודת התכה גבוהה, היא משמשת רק כמאיץ של תהליכים כימיים.
מסקנה
במהלך הכימיה האנאורגנית, מוקדשת תשומת לב מיוחדת לחקר תחמוצות, ניתוח תכונותיהן ומיוחדות היישום שלהן בתעשייה. לדוגמה, בבחינת הגמר מוצעת לתלמידי כיתות ט' המשימה של התכנים הבאים: "הכן נוסחאות לתחמוצות של נחושת, ברזל, טונגסטן, וגם לקבוע את התכונות הכימיות הבסיסיות שלהן."
כדי להתמודד בהצלחה עם המשימה, יש צורך לקבל מושג לגבי התכונות של תחמוצות. ככזהשקול תרכובות בינאריות שבהן היסוד השני הוא חמצן. כל התחמוצות מסווגות בדרך כלל לשלוש קבוצות: בסיסיות, חומציות, אמפוטריות.
ברזל ונחושת הם אלמנטים של תת-קבוצה משנית, ולכן הם מסוגלים להציג ערכיות משתנות. עבור נחושת, ניתן לכתוב רק שתי גרסאות של תחמוצות המציגות תכונות בסיסיות - Cu2O ו- CuO.
ברזל אינו ממוקם בתת-הקבוצה הראשית של יסודות כימיים, לכן מתרחשים מצבי חמצון +2 ו-+3. במקרים אלו נוצרות תחמוצות מהסוגים הבאים - FeO ו- Fe2O3.
טונגסטן בתרכובות בינאריות עם חמצן מציג לרוב ערכיות (4) ו-(6). שתי התחמוצות של מתכת זו מפגינות תכונות חומציות, ולכן הן משמשות בתעשייה כמאיצי תהליכים כימיים.
המטרה העיקרית של כל תחמוצות הטונגסטן היא לבודד מהן מתכת טהורה, המבוקשת בתעשיות הכימיות והמטלורגיות.
