Il tungsteno, il tungsteno o tungsteno è un metallo di transizione pesante il cui simbolo chimico è W. Si trova nel periodo 6 con il gruppo 6 della tavola periodica e il suo numero atomico è 74. Il suo nome ha due significati etimologici: pietra dura e schiuma di lupo; del secondo è perché questo metallo è noto anche come tungsteno.
È un metallo grigio-argenteo e, sebbene sia fragile, ha una grande durezza, densità e punti di fusione e ebollizione elevati. Pertanto, è stato utilizzato in tutte quelle applicazioni che implicano alte temperature, pressioni o forze meccaniche, come trapani, proiettili o filamenti che emettono radiazioni..
L'uso più noto di questo metallo, a livello culturale e popolare, è nei filamenti delle lampadine elettriche. Chi li ha manipolati si renderà conto di quanto siano fragili; tuttavia, non sono fatti di tungsteno puro, che è malleabile e duttile. Inoltre, nelle matrici metalliche come le leghe, fornisce un'eccellente resistenza e durezza.
Si caratterizza e si distingue per essere il metallo con il punto di fusione più alto, e anche per essere più denso del piombo stesso, superato solo da altri metalli come l'osmio e l'iridio. È anche il metallo più pesante noto per svolgere un ruolo biologico nel corpo..
L'anione di tungstato, WO4Due-, che può polimerizzare per formare grappoli in un mezzo acido. D'altra parte, il tungsteno può formare composti intermetallici, oppure essere sinterizzato con metalli o sali inorganici in modo che i suoi solidi acquisiscano forme o consistenze diverse..
Non è molto abbondante nella crosta terrestre, con solo 1,5 grammi di questo metallo per tonnellata. Inoltre, essendo un elemento pesante, la sua origine è intergalattica; in particolare dalle esplosioni di supernova, che devono aver lanciato "getti" di atomi di tungsteno verso il nostro pianeta durante la sua formazione.
Indice articolo
La storia del tungsteno o del wolfram ha due facce come i loro nomi: una svizzera e l'altra tedesca. Nel 1600, nelle regioni attualmente occupate da Germania e Austria, i minatori operavano nelle estrazioni di rame e stagno per produrre bronzi.
A quel punto i minatori si sono trovati con una spina nel processo: c'era un minerale estremamente difficile da sciogliere; minerale costituito da wolframite, (Fe, Mn, Mg) WO4, che ha trattenuto o "divorato" la latta come se fosse un lupo.
Da qui l'etimologia di questo elemento, "lupo" per lupo in spagnolo, un lupo che mangiava stagno; e "montone" di schiuma o crema, i cui cristalli somigliavano a una lunga pelliccia nera. Fu così che nacque il nome 'wolfram' o 'wolfram' in onore di queste prime osservazioni.
Nel 1758, dalla parte svizzera, un minerale simile, la scheelite, CaWO4, si chiamava "tung sten", che significa "pietra dura".
Entrambi i nomi, tungsteno e tungsteno, sono ampiamente usati in modo intercambiabile, a seconda esclusivamente della cultura. In Spagna, ad esempio, e nell'Europa occidentale, questo metallo è meglio conosciuto come tungsteno; mentre nel continente americano predomina il nome tungsteno.
Si sapeva allora che tra il XVII e il XVIII secolo esistevano due minerali: la wolframite e la scheelite. Ma chi ha visto che in loro c'era un metallo diverso dagli altri? Potevano essere caratterizzati solo come minerali, e fu nel 1779 che il chimico irlandese Peter Woulfe analizzò attentamente il tungsteno e ne dedusse l'esistenza..
Da parte svizzera, ancora una volta, Carl Wilhelm Scheele nel 1781 riuscì a isolare il tungsteno come WO3; e ancora di più, ottenne acido tungstico (o tungstico), H.DueWO4 e altri composti.
Tuttavia, questo non era sufficiente per arrivare al metallo puro, poiché era necessario ridurre questo acido; cioè sottoponendolo a un processo tale che si scollegasse dall'ossigeno e si cristallizzasse come metallo. Carl Wilhelm Scheele non disponeva dei forni o della metodologia appropriati per questa reazione di riduzione chimica.
È qui che sono entrati in azione i fratelli spagnoli d'Elhuyar, Fausto e Juan José, che hanno ridotto entrambi i minerali (wolframite e scheelite) con il carbone, nella città di Bergara. Entrambi ricevono il merito e l'onore di essere gli scopritori del wolfram metallico o del tungsteno (W).
Come altri metalli, i suoi usi definiscono la sua storia. Tra i più importanti alla fine del 19 ° secolo c'erano le leghe di acciaio-tungsteno e filamenti di tungsteno per sostituire il carbonio nelle lampadine elettriche. Si può dire che le prime lampadine, così come le conosciamo, furono commercializzate nel 1903-1904.
È un metallo grigio argento brillante. Fragile ma molto duro (da non confondere con la durezza). Se il pezzo è di elevata purezza diventa malleabile e duro, tanto quanto più acciai.
74.
183,85 g / mol.
3422ºC.
5930ºC.
19,3 g / mL.
52,31 kJ / mol.
774 kJ / mol.
24,27 kJ / mol.
7.5.
2.36 della scala Pauling.
139 pm
52,8 nΩ · ma 20ºC.
Si presenta prevalentemente in natura come cinque isotopi: 182W, 183W, 184W, 186W e 180W. Secondo la massa molare di 183 g / mol, che media le masse atomiche di questi isotopi (e degli altri trenta radioisotopi), ogni tungsteno o atomo di tungsteno ha circa centodieci neutroni (74 + 110 = 184).
È un metallo altamente resistente alla corrosione, come il suo sottile strato di WO3 Lo protegge dall'attacco di ossigeno, acidi e alcali. Una volta disciolti e precipitati con altri reagenti, si ottengono i suoi sali, chiamati tungstati o wolframmati; in essi solitamente il tungsteno ha uno stato di ossidazione di +6 (assumendo che ci siano cationi W6+).
Chimicamente il tungsteno è piuttosto particolare perché i suoi ioni tendono a raggrupparsi per formare acidi eteropolici o poliossometallati. Quali sono? Sono gruppi o ammassi di atomi che si uniscono per definire un corpo tridimensionale; Principalmente, uno con una struttura a gabbia sferica, in cui "racchiudono" un altro atomo.
Tutto inizia dall'anione tungstato, WO4Due-, che in mezzo acido protona rapidamente (HWO4-) e si lega con un anione adiacente per formare [WDueO7(OH)Due]Due-; e questo a sua volta si unisce ad un altro [WDueO7(OH)Due]Due- per dare origine al [W4O12(OH)4]4-. Quindi fino a quando non ci sono diversi politungstat in soluzione.
Paratungstates A e B, [W7O24]6- e H.DueW12O4210-, rispettivamente, sono uno dei più eccezionali di questi polianioni.
Può essere difficile elaborare la struttura e le strutture di Lewis; ma in linea di principio è sufficiente visualizzarli come insiemi di ottaedri WO6 (immagine in alto).
Si noti che questi ottaedri grigiastri finiscono per definire il decatungstate, un politungstat; se contenesse un eteroatomo (ad esempio fosforo) all'interno, sarebbe quindi un poliossometalato.
Gli atomi di tungsteno definiscono un cristallo con una struttura cubica centrata sul corpo (bcc, per cubica centrata sul corpo). Questa forma cristallina è nota come fase α; mentre anche la fase β è cubica, ma un po 'più densa. Entrambe le fasi o forme cristalline, α e β, possono coesistere in equilibrio in condizioni normali.
I grani cristallini della fase α sono isometrici, mentre quelli della fase β assomigliano a colonne. Indipendentemente da come sia, il cristallo è governato dai legami metallici che tengono strettamente insieme gli atomi W. Altrimenti, gli alti punti di fusione e di ebollizione, o l'elevata durezza e densità del tungsteno, non potrebbero essere spiegati..
Gli atomi di tungsteno devono essere legati strettamente in qualche modo. Per fare una congettura, è necessario prima osservare la configurazione elettronica di questo metallo:
[Xe] 4f145 D46sDue
Gli orbitali 5d sono molto grandi e sfocati, il che implicherebbe che tra due atomi di W vicini ci siano sovrapposizioni orbitali effettive. Allo stesso modo, gli orbitali 6s contribuiscono alle bande risultanti, ma in misura minore. Mentre gli orbitali 4f sono "profondi sullo sfondo" e quindi il loro contributo al legame metallico è minore.
Questa, la dimensione degli atomi e dei grani cristallini, sono le variabili che determinano la durezza del tungsteno e la sua densità..
Nel tungsteno o nel wolfram metallico gli atomi di W hanno uno stato di ossidazione zero (W.0). Tornando alla configurazione elettronica, gli orbitali 5d e 6s possono essere "svuotati" di elettroni a seconda che W sia in compagnia di atomi altamente elettronegativi, come ossigeno o fluoro..
Quando i due elettroni 6s vengono persi, il tungsteno ha uno stato di ossidazione +2 (W.Due+), che fa contrarre il suo atomo.
Se perde anche tutti gli elettroni nei suoi orbitali 5d, il suo stato di ossidazione diventerà +6 (W.6+); Da qui non può diventare più positivo (in teoria), poiché gli orbitali 4f, poiché sono interni, richiederebbero grandi energie per rimuovere i loro elettroni. Cioè, lo stato di ossidazione più positivo è +6, dove il tungsteno è ancora più piccolo.
Questo tungsteno (VI) è molto stabile in condizioni acide o in molti composti ossigenati o alogenati. Altri stati di ossidazione possibili e positivi sono: +1, +2, +3, +4, +5 e +6.
Il tungsteno può anche guadagnare elettroni se si combina con atomi meno elettronegativi di esso. In questo caso, i suoi atomi diventano più grandi. Può guadagnare un massimo di quattro elettroni; cioè avere uno stato di ossidazione di -4 (W.4-).
È stato accennato in precedenza che il tungsteno si trova nei minerali wolframite e scheelite. A seconda del processo, si ottengono due composti: ossido di tungsteno, WO3, o paratungstato di ammonio, (NH4)10(H.DueW12O42) · 4HDueO (o ATP). Ciascuno di essi può essere ridotto a W metallico con carbonio superiore a 1050ºC.
Non è economicamente redditizio produrre lingotti di tungsteno, poiché avrebbero bisogno di molto calore (e denaro) per scioglierli. Ecco perché si preferisce produrlo in polvere per trattarlo subito con altri metalli per ottenere leghe..
Vale la pena ricordare che la Cina è il paese con la più grande produzione di tungsteno al mondo. E nel continente americano, Canada, Bolivia e Brasile, occupano anche l'elenco dei maggiori produttori di questo metallo.
Ecco alcuni degli usi noti di questo metallo:
-I suoi sali erano usati per colorare i cotoni di vecchi abiti teatrali.
-Abbinato all'acciaio lo indurisce ancora di più, potendo resistere anche ai tagli meccanici ad alte velocità.
-I filamenti di tungsteno sinterizzato vengono utilizzati da oltre cento anni nelle lampadine elettriche e nelle lampade alogene. Inoltre, a causa del suo alto punto di fusione, è servito come materiale per tubi a raggi catodici e per gli ugelli dei motori a razzo..
-Sostituisce il piombo nella produzione di proiettili e scudi radioattivi.
-I nanofili di tungsteno possono essere utilizzati in nanodispositivi sensibili al pH e ai gas.
-I catalizzatori di tungsteno sono stati utilizzati per gestire la produzione di zolfo nell'industria petrolifera.
-Il carburo di tungsteno è il più utilizzato di tutti i suoi composti. Dal rafforzamento di utensili da taglio e perforazione, o dalla fabbricazione di pezzi di armamenti militari, alla lavorazione di legno, plastica e ceramica.
Essendo un metallo relativamente raro nella crosta terrestre, i suoi effetti negativi sono scarsi. In terreni acidi, i polungstati possono non influenzare gli enzimi che utilizzano anioni molibdato; ma nei terreni di base, il WO4Due- interviene (positivamente o negativamente) nei processi metabolici di MoO4Due- e rame.
Le piante, ad esempio, possono assorbire composti solubili di tungsteno e quando un animale li mangia e poi dopo aver consumato la sua carne, gli atomi di W entrano nel nostro corpo. La maggior parte viene espulsa con l'urina e le feci e poco si sa cosa succede al resto di loro..
Studi sugli animali hanno dimostrato che quando inalano alte concentrazioni di polvere di tungsteno sviluppano sintomi simili a quelli del cancro ai polmoni.
Per ingestione, un essere umano adulto dovrebbe bere migliaia di litri d'acqua arricchita con sali di tungsteno per mostrare un'apprezzabile inibizione degli enzimi colinesterasi e fosfatasi..
In termini generali, il tungsteno è un elemento a bassa tossicità e quindi ci sono pochi rischi ambientali per i danni alla salute..
Per quanto riguarda il tungsteno metallico, evitare di respirarne la polvere; e se il campione è solido, si tenga presente che è molto denso e che può causare danni fisici se cade o colpisce altre superfici.
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