Fizikinės ir cheminės volframo savybės. Cheminės volframo savybės
Volframas - ugniai atspariausias metalas. Aukštesnė lydymosi temperatūra yra tik nemetalinio elemento - anglies. Jis yra chemiškai atsparus standartinėmis sąlygomis. Wolframium vardas kilo iš mineralinio volframito, žinomo dar XVI amžiuje. vadinamas lat. Spuma lupi („vilkų putos“) arba jis. Vilkas Rahmas („vilkų kremas“, „vilkų kremas“). Pavadinimas atsirado dėl to, kad volframas, lydėjęs alavo rūdas, trukdė alavo lydymui, paversdamas jį šlakų putomis („aliejų ryja kaip vilkas avis“).
Taip pat žiūrėkite:
STRUKTŪRA
Volframo kristalas turi į kūną nukreiptą kubinę gardelę. Volframo kristalai šaltyje pasižymi mažu plastiškumu, todėl miltelių presavimo procese jie praktiškai nepakeičia savo pagrindinės formos ir dydžio, o milteliai sutankėja daugiausia dėl santykinio dalelių judėjimo. Kūno centre esančioje kubinėje volframo ląstelėje atomai yra ląstelės viršūnėse ir centre, t. ląstelėje yra du atomai. Nematomosios kopijos struktūra nėra artimiausia atomų pakuotė. Kompaktiškumo koeficientas yra 0,68. Erdvinė volframo grupė Im3m.
SAVYBĖS
Volframas yra blizgus šviesiai pilkas metalas, kurio lydymosi ir virimo temperatūros yra aukščiausios (daroma prielaida, kad seaborg yra dar ugniai atsparesnis, tačiau kol kas to negalima tvirtai teigti - seborgo gyvavimo laikas yra labai trumpas). Lydymosi temperatūra - 3695 K (3422 ° C), verda 5828 K (5555 ° C) temperatūroje. Gryno volframo tankis yra 19,25 g / cm³. Turi paramagnetines savybes (magnetinis jautrumas 0,32 · 10–9). „Brinell“ kietumas 488 kg / mm², savitasis elektrinis varža esant 20 ° C - 55 · 10−9 Ohm · m, esant 2700 ° C - 904 · 10−9 Ohm · m. Garso greitis atkaitintame volframe yra 4290 m / s. Tai paramagnetika.
Volframas yra vienas sunkiausių, sunkiausių ir ugniai atspariausių metalų. Gryna forma yra sidabro baltumo metalas, panašus į platiną, esant maždaug 1600 ° C temperatūrai, jis puikiai tinka kalimui ir gali būti įtrauktas į ploną siūlą.
REZERVAI IR GAMYBA
Žemės plutos volframo klarkas yra (pasak Vinogradovo) 1,3 g / t (0,00013% pagal žemės pluta). Vidutinis jo turinys akmenys, g / t: ultrabazis - 0,1, bazinis - 0,7, terpė - 1,2, rūgštus - 1,9.
Volframo gavimo procesas praeina per WO 3 trioksido atskyrimo iš rūdos koncentrato ir vėlesnio redukavimo į metalinius miltelius vandeniliu maždaug 700 ° C temperatūros poskyrį. Dėl aukštos volframo lydymosi temperatūros, norint gauti kompaktišką formą, naudojami miltelių metalurgijos metodai: susidarę milteliai presuojami, sukepinami vandenilio atmosferoje 1200–1300 ° C temperatūroje, tada per juos praeina elektros srovė. Metalas pašildomas iki 3000 ° C, o sukepina į monolitinę medžiagą. Zonos lydymas naudojamas tolesniam gryninimui ir gaunant monokristalinę formą.
KILMĖ
Volframas gamtoje daugiausia būna oksiduotų kompleksinių junginių, susidarančių iš volframo trioksido WO 3, su geležies ir mangano ar kalcio oksidais, o kartais ir su švinu, variu, toriu ir retųjų žemių elementais, pavidalu. Pramoninę reikšmę turi volframitas (geležies ir mangano volframatas nFeWO 4 * mMnWO 4 - atitinkamai ferberitas ir hubneritas) ir šeititas (kalcio volframatas CaWO 4). Volframo mineralai dažniausiai impregnuojami granito uolienose, todėl vidutinė volframo koncentracija yra 1-2%.
Didžiausi rezervai yra Kazachstane, Kinijoje, Kanadoje ir JAV; taip pat žinomi indėliai Bolivijoje, Portugalijoje, Rusijoje, Uzbekistane ir Pietų Korėjoje. Pasaulyje volframo gaminama 49–50 tūkstančių tonų per metus, iš jų 41 Kinijoje, 3,5 Rusijoje; Kazachstanas 0,7, Austrija 0,5. Pagrindinės volframo eksportuotojos: Kinija, Pietų Korėja, Austrija. Pagrindiniai importuotojai: JAV, Japonija, Vokietija, Didžioji Britanija.
Armėnijoje ir kitose šalyse taip pat yra volframo telkinių.
PARAIŠKA
Dėl volframo ugniai atsparumo ir plastiškumo jis yra būtinas šviestuvų, taip pat paveikslėlių ir kitų vakuuminių vamzdelių siūlams.
Dėl savo didelio tankio volframas yra sunkiųjų lydinių, kurie naudojami atsvarams, šarvus perveriantiems subkalibro šerdims ir strėlės formos plunksniniams artilerijos pabūklams, šarvus perveriančių kulkų šerdims ir ypač greitajam, pagrindas. giroskopo rotoriai, skirti stabilizuoti balistinių raketų skrydį (iki 180 tūkst. aps / min).
Volframas naudojamas kaip argodo lanko suvirinimo elektrodai. Volframo turintys lydiniai pasižymi atsparumu karščiui, atsparumu rūgštims, kietumu ir atsparumu dilimui. Iš jų gaminami chirurginiai instrumentai (amalio lydinys), tankų šarvai, torpedos ir kriauklių korpusai, svarbiausios orlaivių dalys ir varikliai, konteineriai radioaktyvioms medžiagoms laikyti. Volframas yra svarbus geriausių įrankinių plienų komponentas. Volframas naudojamas aukštos temperatūros vakuuminėse krosnyse kaip kaitinimo elementai. Tokiose krosnyse kaip termoelementas naudojamas volframo ir renio lydinys.
Mechaniniam metalų ir nemetalinių konstrukcinių medžiagų apdirbimui mechaninėje inžinerijoje (tekinimas, frezavimas, obliavimas, kaltai), gręžimui, kalnakasybos pramonėje plačiai naudojami kietieji lydiniai ir kompozicinės medžiagos, kurių pagrindas yra volframo karbidas (pavyzdžiui, „win“, WC kristalų kobalto matricoje; Rusijoje plačiai naudojamos rūšys - VK2, VK4, VK6, VK8, VK15, VK25, T5K10, T15K6, T30K4), taip pat volframo karbido, titano karbido, tantalo karbido mišiniai (TT klasės ypač sunkiomis apdirbimo sąlygomis, pavyzdžiui, karščiui atsparių plienų kaltai ir obliavimo kalviai bei gręžimo plaktukas iš kietos medžiagos). Jis plačiai naudojamas kaip legiruojantis elementas (dažnai kartu su molibdenu) geležies pagrindu pagamintuose plienuose ir lydiniuose. Aukšto greičio klasės legiruotuose plienuose, pažymėtuose P raide, beveik visada yra volframo. (P18, P6M5. Nuo greito - greito, greičio).
Volframo sulfidas WS 2 naudojamas kaip aukštos temperatūros (iki 500 ° C) tepalas. Kai kurie volframo junginiai naudojami kaip katalizatoriai ir pigmentai. Vienviečiai kristalai (švino, kadmio, kalcio volfratai) naudojami kaip scintiliacijos detektoriai rentgeno nuotrauka ir kita jonizuojančioji spinduliuotė branduolinėje fizikoje ir branduolinėje medicinoje.
Volframo ditelluridas WTe 2 naudojamas šilumos energijai paversti elektros energija (termo-EMF apie 57 µV / K). Dirbtinis radionuklidas 185 W naudojamas kaip radioaktyvi etiketė atliekant medžiagų tyrimus. Stabilus 184 W yra naudojamas kaip lydinių su uranu-235, naudojamo kietojo kūno branduolinių raketų varikliuose, komponentas, nes tai yra vienintelis plačiai paplitęs volframo izotopas, turintis mažą šiluminį neutronų surinkimo skerspjūvį (apie 2 tvartus).
Volframas - W
KLASIFIKACIJA
| „Nickel-Strunz“ (10-asis leidimas) | 1.AE.05 |
| „Dana“ (7-asis leidimas) | 1.1.38.1 |
Įvadas
Retų elementų svarba mokslo ir technologijų srityje kasmet didėja, o riba tarp retų ir įprastų elementų vis labiau neryški. Šiuolaikiniam analitiniam chemikui vis dažniau tenka susidurti su volframo, molibdeno, vanadžio, titano, cirkonio ir kitų retų elementų apibrėžimais.
Visų elementų mišinio analizė yra ypač retas atvejis.
Daugelis mineraluose randamų retų ir įprastų elementų deriniai yra tokie sudėtingi, kad analizei atlikti reikia daug patirties ir žinių apie retų elementų chemiją.
Norint išskirti elementus į grupes arba išskirti vieną elementą, naudojamos ne tik nusodinimo reakcijos, bet ir kiti metodai, tokie kaip: junginių ekstrahavimas organiniais tirpikliais, lakiųjų junginių distiliavimas, elektrolizė ir kt.
Dėl sunkumų atskiriant ir identifikuojant kai kuriuos retus elementus cheminiai metodai šie apibrėžimai sukuria fiziniai metodai (spektrinis, liuminescencinis ir kt.).
Aptikdami labai nedidelį kiekį išsibarsčiusių retų elementų, naudokite cheminiai metodai sodrinimas, pagrįstas elemento, kuris turi būti nustatytas kartu, nuosėdomis, su kitu specialiai parinktu elementu - "nešikliu". Nešimo elementai parenkami taip, kad netrukdytų tolesnei analizės eigai.
Vienas iš svarbiausių retų elementų yra volframas. Šiame darbe norime apsvarstyti kai kuriuos klausimus, susijusius su kokybiniu volframo aptikimu.
Volframo atradimo istorija
Žodis „volframas“ egzistavo dar gerokai prieš šio metalo atradimą. Kitas vokiečių gydytojas ir metalurgas Georgijus Agricola (1494-1555) kai kuriuos metalus pavadino volframu. Žodis „volframas“ turėjo daug atspalvių; tai visų pirma reiškė ir „vilkų seiles“, ir „vilko putas“, t. putos prie pikto vilko burnos. XIV-XVI amžių metalurgai pastebėjo, kad lydant alavą, kai kurių mineralų priemaiša sukelia didelius metalo nuostolius, paversdama jį „putomis“ - šlakais. Mineralinis volframitas (Mn, Fe) WO4, savo išvaizda panašus į alavo rūdą, kasiteritas (SnO2), buvo kenksminga priemaiša. Viduramžių metalurgai vadino volframitą „volframu“ ir teigė, kad „jis vagia ir ryja skardą kaip vilkas avį“.
Pirmą kartą volframą gavo ispanų chemikai broliai de Eluyaras 1783 m. Dar anksčiau - 1781 m. - Švedų chemikas Scheele išskyrė volframo trioksidą WO3 iš mineralo, kurio kompozicija buvo CaWO4, kuris vėliau buvo vadinamas scheelitu. Todėl volframas nuo seno vadinamas „scheel“.
Anglijoje, Prancūzijoje ir JAV volframas vadinamas kitaip - volframas, kuris švedų kalba reiškia „sunkusis akmuo“. XIX amžiuje Rusijoje volframas buvo vadinamas „usniu“.
Pozicija periodinėje cheminių elementų lentelėje
Volframas - VI grupės elementas periodinė sistema cheminių elementų, jo serijos numeris yra 74, atominė masė yra 183,85.
Natūralų volframą sudaro stabilių izotopų ir masių mišinys:
Taip pat žinomi volframo radioaktyvieji izotopai, kurių masė yra nuo 174 iki 188.
Fizikocheminės volframo savybės ir jo panaudojimas
kokybinis volframo nustatymas
Grynas metalinis volframas yra sidabro baltumo metalas, išvaizda atrodo kaip plienas krištolo elementas į kūną nukreiptas kubinis; miltelių pavidalo - tamsiai pilka.
Fizinės volframo konstantos:
Lydymosi temperatūra. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 3380-3430oC
Virimo temperatūra. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .5900oC
Tankis (esant 20 oC). ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .19,3 g / cm3
Savitoji šiluma (esant 20 oC). ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .032 cal / g * oC
Susiliejimo šiluma. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .44 cal / g
Garavimo šiluma. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .1,83 cal / g
Volframo garų slėgis parodytas 1 lentelėje (žr. Priedėlį).
Volframas turi aukščiausią lydymosi temperatūrą ir mažiausią garų slėgį iš bet kurio metalo. Volframo viela turi didžiausią tempiamąjį stiprį ir atsparumą takumui iki 420kg / mm2.
Šiandien volframas plačiai naudojamas moksle ir technologijose. Jis naudojamas legiruojant plieną, kaip pagrindą itin sunkiems lydiniams, kaip karščiui atsparių lydinių, naudojamų aviacijos ir raketų technologijoje, komponentą, elektrinių vakuuminių įtaisų katodų ir kaitrinių lempų gijų gamybai. Volframo lydiniai pasižymi dideliu atsparumu karščiui (esant 16500C, galutinis stiprumas yra 175-253 MPa), tačiau jie yra trapūs, o virš 6000C intensyviai oksiduojasi ore (be apsauginės dangos juos galima naudoti tik vakuume ir redukciniame arba neutrali atmosfera). Jie gerai sugeria jonizuojantį gydymą. Jie naudojami šildymo elementams, šilumos skydams, konteineriams radioaktyviems vaistams laikyti, termoemitatoriams, termoelementų elektrodams, naudojamiems temperatūrai matuoti iki 25000C (lydiniams su reniu) gaminti.
Volframas yra vienas atspariausių korozijai metalų. Normalioje temperatūroje jis atsparus vandens ir oro veikimui, 400–500 oC temperatūroje pastebimai oksiduojasi, aukštesnėje temperatūroje intensyviai oksiduojasi, susidaro geltonasis volframo trioksidas. Jis neturi sąveikos su vandeniliu net esant labai aukštai temperatūrai; jis sąveikauja su azotu esant aukštesnei nei 2000 oC temperatūrai, susidaro WN2 nitridas. Kieta anglis 1100–1200 oC temperatūroje reaguoja su volframu, formuodama karbidus WC ir W2C. Šalčio metu sieros, vandenilio chlorido, azoto, vandenilio fluoro rūgštys ir akvariumas neturi įtakos volframui. Esant 100 oC temperatūrai, volframas neturi sąveikos su vandenilio fluorido rūgštimi, silpnai sąveikauja su druskos ir sieros rūgštimis, greičiau sąveikauja su azoto rūgštimi ir vandens regija. Jis greitai ištirpsta vandenilio ir azoto rūgščių mišinyje. Šarminiai tirpalai šaltyje neveikia volframo; išlydytos šarmos veikiamos oro arba esant oksiduojančioms medžiagoms (tokioms kaip nitratai, chloratai, švino dioksidas) intensyviai tirpdo volframą, susidaro druskos.
Elektronų pasiskirstymas volframo atome: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 5s2 5p6 5d4 6s2. Volframo jonizacijos potencialai: I1 \u003d 7,98 eV; I2 \u003d 17,7 eV. Atomo spindulys yra rme \u003d 1.40Ao.
Joniniai spinduliai:
Junginiuose volframas pasižymi oksidacijos būsenomis +2, +3, +4, +5, +6. Esant aukštesnėms oksidacijos būsenoms, volframas turi rūgštinės savybės, apatinėje - pagrindinė. Junginiai, kurių oksidacijos būsenos yra +2, +3, yra nestabilūs. Dvivalentis volframas yra žinomas tik halogenidų pavidalu. Stabilūs kompleksiniai cianidai buvo išskirti iš kietos formos volframo (IV) junginių. Analizuojant didžiausią praktinę reikšmę turi volframo junginiai (V) ir (VI).
Volframo elgesys tirpaluose yra sunkus, ypač rūgštiniuose, nes trūksta paprastų junginių. Didelę reikšmę analitinėje volframo chemijoje turi didelis polinkis formuoti kompleksus. Dėl to, kad m kompleksiniai junginiai atskiros atskirų elementų savybės pasireiškia aiškiau nei paprastose; volframo kompleksas yra plačiai naudojamas nustatant esant panašių savybių elementams.
Volframo (II) ir (III) junginiai yra stiprūs reduktoriai, volframo (V) junginių oksidacinis gebėjimas yra silpnas.
Termodinaminiai volframo ir jo junginių duomenys pateikti 2 lentelėje (žr. Priedėlį)
Iki 20-ojo amžiaus 40-ųjų analitinė volframo chemija vystėsi kartu su analitine molibdeno chemija, o pirmajai buvo būdingi gravimetriniai nustatymo metodai. Pastaraisiais metais sėkmingai tirta volframo koordinacinių junginių chemija, kai kurie jų sėkmingai naudojami analitinėje chemijoje volframui nustatyti fizikiniais ir fizikocheminiais metodais.
Volframo ir molibdeno savybių artumas paaiškina jų atskyrimo ir nustatymo sunkumus abipusiam buvimui. Tačiau valentinių elektronų pasiskirstymo skirtumas - lantanido suspaudimo reiškinys, kurį patiria volframo elektronų apvalkalas, lemia kai kurių šių elementų cheminių savybių skirtumus. Pavyzdžiui, volframo (VI) vandeninių tirpalų polimerizacijos ir hidrolizės polinkis esant mineralinėms rūgštims yra stipresnis nei molibdeno (VI). Sunkiau redukuoti volframą iki tam tikrų žemesnių oksidacijos būsenų, kurių stabilizavimas, priešingai nei molibdenas, yra sunkus ir ne visada sėkmingas.
Kokybiškas volframo nustatymas
Volframo chemija yra labai sudėtinga. Esant kintamai oksidacijos būsenai, šis elementas sudaro daug junginių. Čia mes apsvarstysime tik tų volframo junginių, kurie susidaro, kai jo lydiniai ištirpsta rūgštyse, savybes. Kadangi šiems lydiniams ištirpinti, mišinyje su 2n naudojama koncentruota azoto rūgštis. sieros rūgšties arba aqua regia, volframas pasiekia aukščiausią oksidacijos būseną +6. Todėl daugiausia dėmesio skirsime volframo (VI) junginių savybėms.
Dalinės WO42 jonų reakcijos:
1. Rūgštys. Kai volframato tirpalai veikiami koncentruotomis mineralinėmis rūgštimis, tokiomis kaip druskos rūgštis, susidaro baltos volframo rūgšties nuosėdos:
WO42- + 2H ++ H2O \u003d WO3 * 2 H2O.
Verdamas WO3 * 2 H2O virsta geltonu WO3 * H2O. Vungstino rūgštis netirpi koncentruotose rūgštyse (skirtingai nuo MoO3 * H2O). Jo susidarymo reakcija naudojama WO42- atskirti nuo kitų jonų.
2. Vandenilio sulfidas H2S rūgščiame tirpale nesudaro WO42- nuosėdų.
3. Amonio sulfidas (NH4) 2S su volfratais sudaro vandenyje tirpius tio druskas, pavyzdžiui:
WO42- + 8NH4 + + 4S2- + 4 H2O \u003d WS42- + 8NH4OH.
Parūgštėjus, tiosaltas suyra susidarant šviesiai rudoms nuosėdoms WS3.
4. WO42- atkūrimas. Volframo tirpalas, parūgštintas druskos arba sieros rūgštimi, apdorojamas metaliniu cinku. Iš pradžių susidariusios volframo rūgšties nuosėdos tampa mėlynos, nes susidaro įvairios sudėties produktai, kuriuose yra volframo junginių (VI) ir (V):
Zn + 2WO42- + 6H + \u003d W2O5 + Zn2 ++ 3H2O.
Tas pats junginys gaunamas pakeitus cinką alavo (II) chlorido tirpalu.
Taikant sieros vandenilio analizės metodą, volframas priskiriamas arseno pogrupiui; tačiau veikiant vandenilio sulfidui, jis nesudaro sulfido rūgšti aplinkair sudaro jį tik veikiant amonio sulfidams ir šarminiams metalams arba vandenilio sulfidui šarminėje aplinkoje; ištirpsta sulfido pertekliuje ir susidaro tiosaltis:
Na2WO4 + 4 (NH4) 2S + 4 H2O \u003d Na2WS4 + 8 NH4OH.
Rūgštinant tios druskų tirpalus, nusėda šviesiai rudos spalvos volframo sulfidas:
Na2WS4 + 2 HCl \u003d 2 NaCl + H2S + WS3,
tirpinant per didelę druskos rūgšties dalį. Bet WO42-jonai nusodinami veikiant druskos rūgštimi blogai tirpios volframo rūgšties pavidalu kartu su sidabro grupe (Ag +, Hg22 +, Tl (I), Pb2 +) ir todėl yra atskirti nuo daugumos katijonų .
Analizės be vandenilio analizės schemoje taip pat siūloma išskirti volframą rūgšties pavidalu veikiant druskos rūgštimi; kartu su juo jonai nusėda chloridų pavidalu: Ag +, Hg22 +, Tl (I), Pb2 +. Sisteminga katijonų, kai yra volframas, analizės eiga parodyta 3 lentelėje (žr. Priedėlį).
Kokybinė volframo analizė yra labai prastai išvystyta. Iš esmės blogai tirpios volframo rūgšties nusėdimas naudojamas, kai mineralinės rūgštys veikia volframatus; tokiomis sąlygomis kartu su volframu nusodinama silicio rūgštis. Volframas atskiriamas nuo pastarojo apdorojant nuosėdas amoniaku ir randamas filtrate. Iš neorganinių reagentų šarminiai metalai ir amonio tiocianatai dažniausiai naudojami esant titano (III) ir alavo (II) reduktoriams ir organiniams reagentams - toluen-3,4-ditioliui. Tikriausiai aptikimui gali būti naudojami fotometriniam volframo nustatymui rekomenduojami reagentai: jie yra jautrūs ir gana patikimi, ypač po volframo atskyrimo, pavyzdžiui, atliekant rūgštinę hidrolizę. Reagentai, rekomenduojami volframo gravimetriniam nustatymui, nėra labai tinkami jo aptikti, nes jie su volframu sudaro nebūdingas nuosėdas.
Korenmanas pasiūlė aptikti volframą naudojant amonio chloridą: bespalviai amonio volframato kristalai yra deimanto ir strypo formos. Jautrumas 0,15 μg volframo tirpalo laše, ribojant skiedimą 1: 4 * 104. Chloridai, sulfatai, šimteriopai molibdatai ir trisdešimt kartų vanadatai netrukdo aptikti.
Tiocianato metodas leidžia lašinimo metodu aptikti rūdose 0,05–1% volframo trioksido ir uolienose - 10–4% volframo.
Volframo lašelių aptikimas rūdose. 10% molibdenas ir vanadis netrukdo aptikti 0,05-1% volframo trioksido; 5% chromo; 2% arseno ir stibio, tačiau vanadį ir chromą rekomenduojama atskirti.
Su maždaug 5mg mėginio, sumalto į miltelius, sulydoma? Į lydalą pridedama 20 mg natrio hidroksido, apie 3 mg natrio peroksido ir vėl lydoma. Geltona lydalo spalva rodo, kad yra chromo. Keli lašai vandens įpilami į plūdę, pašildomi, perkeliami į porceliano tiglį ir parūgštinami druskos rūgštimi. Tirpalas išgarinamas ant vandens vonios beveik iki sausumo, likutis drėkinamas druskos rūgštimi, atskiedžiamas vandeniu ir filtruojamas. Filtrinis pyragas apdorojamas karštu amoniako tirpalu (1: 1), nuplaunamas karštas vanduo, filtratas ir plovikliai sujungiami ir pridedamas vienas lašas reagento tirpalo (30 g kalio tiocianato 100 ml vandens), išgarinamas iki nedidelio tūrio, įlašinami 1-2 lašai koncentruotos druskos rūgšties, 1 lašas 10% alavo (II) chlorido tirpalas ir 1 lašas 0, 5% titano (III) chlorido tirpalo druskos rūgštyje (1: 1). Esant volframui, atsiranda geltona spalva.
Volframo aptikimas rūdose ir uolienose. Molibdenas, selenas, telūras, didelis kiekis geležies, vanadžio, chromo ir silicio dioksido trukdo aptikti apytiksliai 1 10–4% volframo. Sulfido mėginiai šaudomi ir po šaudymo papildomai sumalami.
0,5 g smulkiai sumaltos medžiagos 30 minučių bandymo mėgintuvėlyje arba mikrokultūroje apdorojama 2 ml druskos rūgšties, kaitinant vandens vonioje. Jei yra arseno, jis pašalinamas veikiant hidrazinu, dalyvaujant kalio bromidui, skysčius išgarinant, pridedant reagentų iki pusės pradinio tūrio. Liekana ištirpinama dviejuose vandens tūriuose, tirpalas filtruojamas per vatos tamponą ir plaunamas 1-2 ml vandens. Filtratas ir praplovimai išgarinami iki sausumo, ištirpinami 1-2 lašuose vandens, lašinant pridedama 25% kalio hidroksido tirpalo, kol visiškai nusodinamas geležies hidroksidas, pridedami 3 lašai prisotinto amonio tiocianato tirpalo, maišomi Pridedama% alavo (II) chlorido tirpalo, kol nudažys raudonai. Esant volframui, atsiranda gelsvai žalia spalva.
Norint padidinti volframo aptikimo jautrumą iki 0,01 μg, rekomenduojama atlikti reakciją su anionito grūdeliais. Aptikimas netrukdo 100-1000 μg La, Ce (IV), Zr, Th, Mn, Fe, Ni, Zn, Cd, Al, Ga, In, Ge, Sn (IV), Pb, Sb (III), Bi, F-, Br-, I-, NO3-, SO32-, SO42-, HPO42-, B4O72-, HCOO-, C2O42-, citratas ir tartratas. Pd, Pt, Ag, Au, Hg, As, Se, Te trukdo.
Esant molibdenui, tirpalas parūgštinamas sieros rūgštimi iki 1-2 M koncentracijos, molibdenas du kartus ekstrahuojamas vienodo tūrio acetilacetono ir chloroformo mišiniu, vandeninis sluoksnis filtruojamas, garinamas iki nedidelio tūrio, azoto rūgštis. pridedama sunaikinti organinės medžiagos ir pridedama natrio hidroksido iki 0,01 M koncentracijos. Tirpalas dedamas ant baltos plytelių plokštės, po kelių minučių pridedami keli Dowex-1-x-1 arba 1-x-2 anionito grūdai, po kelių minučių 1 lašas 10% alavo (II) chlorido tirpalo koncentruotoje druskos rūgštyje ir įvedamas 3% amonio tiocianato tirpalas. Esant volframui grūdai tampa žalsvi. Grūdus rekomenduojama apžiūrėti mikroskopu apšviestai fluorescencinei lempai.
Plieno volframo lašelinis aptikimas. Cullbergas siūlo reakciją, pagrįstą peroksotungo rūgšties, susidariusios veikiant vandenilio peroksidui volframo rūgščiai, gebėjimu nuspalvinti acto rūgšties benzidino tirpalą oranžinės-raudonos-rudos spalvos. Gautas junginys yra atsparus vandenilio peroksidui.
Ant išvalyto plieno paviršiaus užlašinamas lašas rūgšties mišinio (1 dalis 30% sieros rūgšties ir 1 dalis koncentruotos azoto rūgšties). Po 2-3 minučių pridedamas didelis natrio peroksido perteklius, maišoma ir lašinamas 10% amoniako tirpalas, kol virinama. Dalis nuosėdų sugaunama filtro popieriaus gabalėliu, ant jo lede dedami 2–3 lašai šviežiai paruošto 1% benzidino tirpalo acto rūgštis... Esant volframui, atsiranda oranžinės-raudonos-rudos spalvos.
Plienuose volframą galima aptikti ditioliu; netrukdykite molibdeno, cirkonio, vario ir kitų plieno komponentų.
Pasverta 0,5–0,6 g plieno dalis ištirpinama 10 ml 6M druskos rūgšties. Dalis tirpalo pašildoma alavo (II) chloridu, kad molibdenas (VI) virstų molibdenu (III), ir pridedama metanolio dioolio tirpalo. Esant volframui, atsiranda melsvai žalia spalva.
Naudojant rodamino C, volframo aptikimo jautrumas yra 0,001-0,0005 mg 1 laše tirpalo. Rekomenduojama išskirti volframo rūgštį H2WO4, tada ją ištirpinti natrio hidrokside ir aptikti volframą silpnai rūgščioje aplinkoje. Daugelis jonų trukdo aptikti be volframo atskyrimo, įskaitant anijonus I-, Br-, SCN-, Cr2O72-, S2O82-, MnO4-, ClO4-, S2O32-.
Rodaminas C rekomenduojamas volframui aptikti popieriaus chromatogramose; šiam tikslui jie purškiami 0,025% rodamino C tirpalu 1 M sieros rūgštyje ir 20% kalio bromido tirpalu. Volframo buvimą galima nustatyti pagal dėmės spalvą ar liuminescenciją.
Šeelitas intensyviai šviečia su mėlyna šviesa, veikiamas katodo ar ultravioletinių spindulių.
Volframas (lot. Wolframium), vakarų cheminis elementas VI Mendelejevo periodinės sistemos grupė, serijos numeris 74, atominė masė 183,85; ugniai atspari sunkusis metalas šviesiai pilka. Natūralus volframas susideda iš penkių stabilių izotopų, kurių masės numeriai yra 180, 182, 183, 184 ir 186. Mišinys buvo nustatytas ir izoliuotas kaip volframo anhidridas WO 3 1781 m. Švedijos chemiko K. Scheele iš volframo mineralo, vėliau vadinamo scheelitu. 1783 m. Ispanų chemikai broliai d "Eluyar" išskyrė WO 3 iš mineralinio volframito ir, sumažinę WO 3 anglimi, pirmiausia gavo patį metalą, kurį jie pavadino volframu. Mineralinis volframitas buvo žinomas dar Agricola (XVI a.) Ir vadinamas "Spuma lupi". - vilkų putos (vokiečių vilkas - vilkas, Rahmas - putos) dėl to, kad volframas, visada lydintis alavo rūdas, trukdė lydyti alavą, paversdamas jį šlakų puta („aliejų ryja kaip vilkas avį"). JAV ir kai kuriuose Kitose šalyse elementas taip pat buvo vadinamas „volframu" (švediškai - sunkusis akmuo). Volframas ilgą laiką nerado pramoninio naudojimo. Tik XIX amžiaus antroje pusėje buvo pradėta tirti volframo priedų poveikį plieno savybėms.
Volframas nėra plačiai paplitęs gamtoje; jo kiekis žemės plutoje yra 1,10 -4% masės. Jis nevyksta laisvoje būsenoje, sudaro savo mineralus, daugiausia volfratus, iš kurių wolframitas (Fe, Mn) WO 4 ir šeitas CaWO 4 yra pramoninės svarbos.
Fizinės volframo savybės. Volframas kristalizuojasi į kūną nukreiptoje kubinėje gardelėje, kurios periodas a \u003d 3,1647 Å; tankis 19,3 g / cm 3, lydymosi temperatūra 3410 ° C, virimo temperatūra 5900 ° C. Šilumos laidumas (cal / cm · sec · ° С) 0,31 (20 ° С); 0,26 (1300 ° C). Savitoji elektrinė varža (omai · cm · 10 -6) 5,5 (20 ° C); 90,4 (2700 ° C). Darbo elektronų funkcija yra 7,21 · 10 -19 J (4,55 eV), spinduliuotės energija aukštoje temperatūroje (W / cm 2): 18,0 (1000 ° C); 64,0 (2200 ° C); 153,0 (2700 ° C); 255,0 (3030 ° C). Mechaninės volframo savybės priklauso nuo ankstesnio apdorojimo. Sukepinto luito 11 atsparumas tempimui (kgf / mm 2) slėgiui apdorojant nuo 100 iki 430; elastingumo modulis (kgf / mm 1) 35000-38000 vielai ir 39000-41000 monokristalinei gijai; Brinelio kietumas (kgf / mm 2) sukepintam luitui 200–230, suklastotam luitui - 350–400 (1 kgf / mm 2 \u003d 10 MN / m 2). Kambario temperatūroje volframas yra mažai plastiko.
Cheminės volframo savybės. Volframas yra chemiškai atsparus normaliomis sąlygomis. Esant 400–500 ° C temperatūrai, kompaktiškas metalas ore pastebimai oksiduojasi iki WO 3. Vandens garai intensyviai oksiduoja juos virš 600 ° C iki WO 3. Halogenai, siera, anglis, silicis, boras sąveikauja su volframu aukštoje temperatūroje (fluoras su volframo milteliais - kambario temperatūroje). Volframas nereaguoja su vandeniliu iki lydymosi temperatūros; kai azoto temperatūra viršija 1500 ° C, susidaro nitridas. Normaliomis sąlygomis volframas yra atsparus druskos, sieros, azoto ir vandenilio fluoro rūgštims, taip pat vandens regiai; esant 100 ° C temperatūrai silpnai sąveikauja su jais; greitai ištirpsta vandenilio ir azoto rūgščių mišinyje. Šarmų tirpaluose, kaitinant, volframas šiek tiek ištirpsta, o išlydytose šarmose, veikiamas oro ar esant oksidatoriams, greitai ištirpsta; šiuo atveju susidaro volfratai. Junginiuose volframo valentingumas yra nuo 2 iki 6, stabiliausių junginių, kurių valentingumas didžiausias.
Volframas sudaro keturis oksidus: didžiausias - WO 3 (volframo anhidridas), mažiausias - WO 2 ir du tarpinius W 10 O 29 ir W 4 O 11. Volframo anhidridas yra citrinos geltonos spalvos kristaliniai milteliai, kurie ištirpsta šarminiuose tirpaluose ir susidaro volframatai. Kai jis redukuojamas vandeniliu, nuosekliai susidaro žemesni oksidai ir volframas. Volframo anhidridas atitinka volframo rūgštį H 2 WO 4 - geltonus miltelius, praktiškai netirpius vandenyje ir rūgštyse. Kai jis sąveikauja su šarmų ir amoniako tirpalais, susidaro volframato tirpalai. 188 ° C temperatūroje H 2 WO 4 pašalina vandenį ir susidaro WO 3. Su chloru volframas sudaro daug chloridų ir oksichloridų. Svarbiausi iš jų: WCl 6 (lydymosi temperatūra 275 ° C, virimo temperatūra 348 ° C) ir WO 2 Cl 2 (lydymosi temperatūra 266 ° C, sublimuojasi virš 300 ° C), gaunami veikiant chlorui volframo anhidridui, esant angliai. Su siera volframas sudaro du sulfidus WS 2 ir WS 3. Volframo karbidai WC (lydymosi temperatūra 2900 ° C) ir W 2 C (lydymosi temperatūra 2750 ° C) yra kieti ugniai atsparūs junginiai; gautas sąveikaujant volframui su anglimi 1000-1500 ° C temperatūroje.
Kaip gauti volframą. Volframas gaminamas iš volframo ir scheitito koncentratų (50–60% WO 3). Feromolframas (geležies lydinys, turintis 65–80% volframo), naudojamas plieno gamyboje, tiesiogiai lydomas iš koncentratų; Kad gautų volframą, jo lydinius ir junginius, iš koncentrato išskiriamas volframo anhidridas. Pramonėje WO 3 gauti naudojami keli metodai. Šeelito koncentratai autoklavuose skaidomi sodos tirpalu 180–200 ° C temperatūroje (gaunamas techninis natrio volframato tirpalas) arba druskos rūgštimi (gaunama techninė volframo rūgštis):
1. „CaWO 4 tv“ + Na 2 CO 3 l \u003d Na 2 WO 4 l + CaCO 3 tv
2. CaWO 4 tv + 2НCl w \u003d H 2 WO 4 tv + CaCl 2 tirpalas.
Volframito koncentratai skaidomi arba sukepinant soda 800–900 ° C temperatūroje, po to išplaunant Na 2 WO 4 vandeniu, arba apdorojant kaitinant natrio hidroksido tirpalu. Skaidant šarminiais agentais (soda arba natrio hidroksidu), susidaro Na 2 WO 4 tirpalas, užterštas priemaišomis. Po jų atskyrimo nuo tirpalo H2WO4 išskiriamas. Norint gauti šiurkštesnių, lengvai filtruojamų ir nuplautų nuosėdų, CaWO 4 pirmiausia nusodinamas iš Na 2 WO 4 tirpalo, kuris vėliau skaidomas druskos rūgštimi.) Džiovintame H 2 WO 4 yra 0,2–0,3% priemaišų. Kalcinuojant H 2 WO 4 700–800 ° C temperatūroje, gaunamas WO 3, o jau iš jo - kietieji lydiniai. Metaliniam volframui gaminti H 2 WO 4 papildomai gryninamas amoniako metodu - ištirpinant amoniake ir kristalizuojant amonio paratungstate 5 (NH 4) 2 O · 12WO 3 · nH 2 O. Kalcinuojant šią druską gaunamas grynas WO 3. Volframo milteliai gaunami redukuojant WO 3 vandeniliu (o gaminant kietuosius lydinius - taip pat ir su anglimi) elektrinėse vamzdinėse krosnyse 700–850 ° C temperatūroje. Kompaktiškas metalas iš miltelių gaunamas kermeto metodu, tai yra, presuojant plieno formose 3000-5000 kgf / cm 2 slėgiu ir termiškai apdorojant presuotus ruošinius - strypus. Paskutinis terminio apdorojimo etapas - kaitinimas iki maždaug 3000 ° C atliekamas specialiuose aparatuose tiesiogiai, praleidžiant elektros srovę per juostą vandenilio atmosferoje. Dėl to gaunamas volframas, kuris kaitinant gerai apdorojamas slėgiu (kalimas, tempimas, valcavimas ir kt.). Vienviečiai volframo kristalai gaunami iš strypų, lydant tiglio elektronų pluošto zonoje.
Volframo naudojimas. Volframas yra plačiai naudojamas šiuolaikinėse technologijose gryno metalo pavidalu ir daugelyje lydinių, iš kurių svarbiausi yra legiruotieji plienai, kietieji lydiniai, kurių pagrindas yra volframo karbidas, atsparūs dilimui ir karščiui atsparūs lydiniai. Volframas yra daugelio atsparių dilimui lydinių, naudojamų mašinų dalių (orlaivių variklių vožtuvų, turbinų mentių ir kitų) paviršiams padengti. Aviacijos ir raketų technologijoje naudojami karščiui atsparūs volframo lydiniai su kitais ugniai atspariais metalais. Dėl ugniai atsparumo ir žemo garų slėgio esant aukštai temperatūrai volframas yra būtinas elektrinių lempų gijoms gaminti, taip pat gaminant vakuuminių prietaisų dalis radijo elektronikoje ir rentgeno inžinerijoje. Įvairiose technologijų srityse naudojami kai kurie cheminiai volframo junginiai, pavyzdžiui, Na 2 WO 4 (dažų ir lakų bei tekstilės pramonėje), WS 2 (organinės sintezės katalizatorius, efektyvus kietas tepalas trinties dalims).
Šviesiai pilkos spalvos. Periodinėje Mendelejevo sistemoje jis priklauso 74-ajam serijos numeriui. Cheminis elementas yra ugniai atsparus. Jo sudėtyje yra 5 stabilūs izotopai.
Cheminės volframo savybės
Cheminis volframo atsparumas ore ir vandenyje yra gana didelis. Kaitinant jis oksiduojasi. Kuo aukštesnė temperatūra, tuo didesnis cheminio elemento oksidacijos greitis. Esant aukštesnei nei 1000 ° C temperatūrai, volframas pradeda garuoti. Kambario temperatūroje druskos, sieros, fluoro ir azoto rūgštys neturi įtakos volframui. Azoto ir vandenilio fluorintų rūgščių mišinys ištirpinamas volframe. Volframas nesimaišo su auksu, sidabru, natriu, ličiu nei skystai, nei kietai. Be to, nėra sąveikos su cinku, magniu, kalciu, gyvsidabriu. Volframas tirpsta tantale ir niobyje, o su chromu ir molibdenu jis gali formuoti tirpalus tiek kietoje, tiek skystoje būsenose.
Volframo naudojimas
Volframas šiuolaikinėje pramonėje naudojamas tiek gryna forma, tiek lydiniais. Volframas yra atsparus dilimui metalas. Dažnai volframo turintys lydiniai naudojami turbinų mentėms ir orlaivių variklių vožtuvams gaminti. Be to, šis cheminis elementas buvo pritaikytas gaminant įvairias rentgeno inžinerijos ir radijo elektronikos dalis. Volframas naudojamas elektrinių lempų kaitinimo siūlams.
Cheminiai junginiai volframas neseniai rado savo praktinį pritaikymą. Fosforo volframo heteropolinė rūgštis naudojama gaminant ryškius, šviesai atsparius dažus ir lakus. Retųjų žemių elementų, šarminių žemių metalų ir kadmio volframos yra naudojamos šviečiantiems dažams gaminti ir lazeriams gaminti.
Šiandien tradicinius auksinius vestuvinius žiedus pradėjo keisti kitų metalų gaminiai. Volframo karbido sužadėtuvių žiedai išpopuliarėjo. Tokie gaminiai yra labai patvarūs. Veidrodinis žiedo lakas laikui bėgant neblunka. Produktas išlaikys savo pradinę būklę visą naudojimo laiką.
Volframas naudojamas kaip legiruojantis plieno priedas. Tai suteikia plienui tvirtumą ir kietumą esant aukštai temperatūrai. Taigi, įrankiai, pagaminti iš volframo plieno, gali atlaikyti labai intensyvius metalo apdirbimo procesus.
Fizinės savybės Volframas.
Volframas.
Volframas(Wolframium) W - VI grupės elementas, 6-asis periodinės D.I.Mendelejevo, gim. N., periodas. 74, atominė masė 183,85. Atrado K. Scheele 1781 m. Volframas gamtoje sutinkamas retai. Susidaro savo mineralus - volframitą ir šeelitą; kaip alavo, molibdeno, titano mineralų priemaiša. Volframas yra šviesiai pilkas metalas, atsparus cheminėms medžiagoms normaliomis sąlygomis. Kada pakilusi temperatūra reaguoja su deguonimi, anglimi ir kitais elementais. 20 ° C temperatūroje jis reaguoja su fluoru, kaitinant su kitais halogenais. Rūgštys, išskyrus fluoro ir azoto rūgštis, neveikia volframo. Junginiuose jis turi kintamą valentingumą. Stabiliausi junginiai yra 6-valentinis volframas. Volframas naudojamas legiruojančiam plienui gaminti, kietiesiems lydiniams iš elektrinių lempų gijų, šildytuvų elektrinėse krosnyse, suvirinimo elektrodams, generatorinių lempų katodams, aukštos įtampos lygintuvams gaminti.
Volframas kristalizuojasi į kūną nukreiptoje kubinėje gardelėje, kurios periodas a \u003d 3,1647 Å; tankis 19,3 g / cm3, lydymosi temperatūra 3410 ° C, virimo temperatūra 5900 ° C. Šilumos laidumas (cal / cm · sec · ° С) 0,31 (20 ° С); 0,26 (1300 ° C). Savitoji elektrinė varža (omai · cm · 10-6) 5,5 (20 ° С); 90,4 (2700 ° C). Elektronų darbo funkcija yra 7,21 · 10-19 J (4,55 eV), spinduliuotės energijos galia aukštoje temperatūroje (W / cm2): 18,0 (1000 ° C); 64,0 (2200 ° C); 153,0 (2700 ° C); 255,0 (3030 ° C). Mechaninės volframo savybės priklauso nuo ankstesnio apdorojimo. Sukepinto luito 11 atsparumas tempimui (kgf / mm2) slėgiui apdorojant nuo 100 iki 430; elastingumo modulis (kgf / mm1) vielai 35000-38000 ir monokristalinei gijai 39000-41000; Brinelio kietumas (kgf / mm2) sukepintam luitui 200–230, suklastotam luitui - 350–400 (1 kgf / mm2 \u003d 10 MN / m2). Kambario temperatūroje volframas yra mažai plastiko.
Volframas yra chemiškai atsparus normaliomis sąlygomis. Esant 400–500 ° C temperatūrai, kompaktiškas metalas ore pastebimai oksiduojasi iki WO3. Vandens garai intensyviai oksiduoja juos virš 600 ° C iki WO3. Halogenai, siera, anglis, silicis, boras sąveikauja su volframu aukštoje temperatūroje (fluoras su volframo milteliais - kambario temperatūroje). Volframas nereaguoja su vandeniliu iki lydymosi temperatūros; azotui esant aukštesnei nei 1500 ° C, susidaro nitridas. Normaliomis sąlygomis volframas yra atsparus druskos, sieros, azoto ir vandenilio fluoro rūgštims, taip pat vandens regiai; esant 100 ° C temperatūrai silpnai sąveikauja su jais; greitai ištirpsta vandenilio ir azoto rūgščių mišinyje. Šarminiuose tirpaluose, kaitinant, volframas šiek tiek ištirpsta, o išlydytuose šarmuose, veikiamas oro arba esant oksidatoriams, greitai ištirpsta; šiuo atveju susidaro volfratai. Junginiuose volframo valentingumas yra nuo 2 iki 6, stabiliausių junginių, kurių valentingumas didžiausias.
Volframas sudaro keturis oksidus: didžiausias - WO3 (volframo anhidridas), mažiausias - WO2 ir du tarpinius W10O29 ir W4O11. Volframo anhidridas yra citrinos geltonos spalvos kristaliniai milteliai, kurie ištirpsta šarminiuose tirpaluose ir susidaro volframatai. Kai jis redukuojamas vandeniliu, nuosekliai susidaro žemesni oksidai ir volframas. Volframo anhidridas atitinka volframo rūgštį H2WO4 - geltonus miltelius, praktiškai netirpius vandenyje ir rūgštyse. Kai jis sąveikauja su šarmų ir amoniako tirpalais, susidaro volframato tirpalai. Esant 188 ° C temperatūrai, H2WO4 pašalina vandenį ir susidaro WO3. Su chloru volframas sudaro daug chloridų ir oksichloridų. Svarbiausi iš jų: WCl6 (tp 275 ° C, tboil 348 ° C) ir WO2Cl2 (tp 266 ° C, sublimuojasi virš 300 ° C), gaunami veikiant chlorui volframo anhidridui, esant angliai. Su siera volframas sudaro du sulfidus WS2 ir WS3. Volframo karbidai WC (lydymosi temperatūra 2900 ° C) ir W2C (lydymosi temperatūra 2750 ° C) yra kieti ugniai atsparūs junginiai; gautas sąveikaujant volframui su anglimi 1000-1500 ° C temperatūroje.
