ვოლფრამი არის ქიმიური ელემენტი, რომლის ატომური ნომერია 74. ეს მძიმე მეტალი ფოლადის ნაცრისფერიდან თეთრამდე ძალიან გამძლეა, რაც მას ხშირ შემთხვევაში უბრალოდ შეუცვლელს ხდის. მისი დნობის წერტილი უფრო მაღალია, ვიდრე ნებისმიერი სხვა ლითონისა და, შესაბამისად, იგი გამოიყენება როგორც ძაფები ინკანდესენტურ ნათურებში და გათბობის ელემენტებად ელექტრო ღუმელებში (მაგალითად, ცირკონიუმ-ვოლფრამის შენადნობი). ელემენტის ქიმია საშუალებას იძლევა გამოიყენოს იგი როგორც კატალიზატორი. მისი განსაკუთრებული სიხისტე მას შესაფერისს ხდის "მაღალსიჩქარიან ფოლადებში" გამოსაყენებლად, რაც საშუალებას აძლევს მასალების დაჭრას უფრო მაღალი სიჩქარით, ვიდრე ნახშირბადოვანი ფოლადები და მაღალი ტემპერატურის შენადნობები. ვოლფრამის კარბიდი, ელემენტის ნაერთი ნახშირბადთან, არის ერთ-ერთი ყველაზე მძიმე ნივთიერება, რომელიც ცნობილია და გამოიყენება საღეჭი და გადამხვევი ხელსაწყოების დასამზადებლად. კალციუმის და მაგნიუმის ვოლფრატები ფართოდ გამოიყენება ფლუორესცენტურ ნათურებში, ხოლო ვოლფრამის ოქსიდები ფართოდ გამოიყენება საღებავებში და კერამიკულ მინანქრებში.
აღმოჩენის ისტორია
ამ ქიმიური ელემენტის არსებობა პირველად 1779 წელს გამოთქვა პიტერ ვულფმა, როდესაც მან გამოიკვლია მინერალი ვოლფრამიტი და მივიდადასკვნა, რომ ის უნდა შეიცავდეს ახალ ნივთიერებას. 1781 წელს კარლ ვილჰელმ შელემ დაადგინა, რომ ახალი მჟავის მიღება შესაძლებელია ვოლფრამიტიდან. შილემ და ტორბერნ ბერგმანმა შესთავაზეს განიხილონ ახალი ლითონის მოპოვების შესაძლებლობა ამ მჟავის შემცირებით, რომელსაც ვოლსტენური მჟავა ეწოდება. 1783 წელს ორმა ძმამ, ხოსე და ფაუსტო ელგიარმა, ვოლფრამიტში აღმოაჩინეს მჟავა, რომელიც იდენტური იყო ვოლფრამიტში. იმავე წელს ძმებმა მოახერხეს მისგან ვოლფრამის იზოლირება ნახშირის გამოყენებით.
მეორე მსოფლიო ომის დროს ამ ქიმიურმა ელემენტმა უდიდესი როლი ითამაშა. ლითონის მდგრადობა მაღალი ტემპერატურისადმი, ისევე როგორც მისი შენადნობების უკიდურესი სიმტკიცე, ვოლფრამი სამხედრო მრეწველობისთვის ყველაზე მნიშვნელოვან ნედლეულად აქცია. მეომარი მხარეები ზეწოლას ახდენენ პორტუგალიაზე, როგორც ვოლფრამიტის ძირითად წყაროზე ევროპაში.
ბუნებაში ყოფნა
ბუნებაში, ელემენტი გვხვდება ვოლფრამიტში (FeWO4/MnWO44), შეელიტში (CaWO4), ფერბერიტი და ჰუბნერიტი. ამ მინერალების მნიშვნელოვანი საბადოები გვხვდება აშშ-ში კალიფორნიასა და კოლორადოში, ბოლივიაში, ჩინეთში, სამხრეთ კორეაში, რუსეთსა და პორტუგალიაში. ვოლფრამის მსოფლიო წარმოების დაახლოებით 75% კონცენტრირებულია ჩინეთში. ლითონი მიიღება მისი ოქსიდის წყალბადით ან ნახშირბადის შემცირებით.
მსოფლიო მარაგი შეფასებულია 7 მილიონ ტონად, ვარაუდობენ, რომ მათგან 30% ვოლფრამიტის საბადოა, ხოლო 70% შიელიტი. ამჟამად მათი განვითარება ეკონომიკურად არ არის მომგებიანი. მოხმარების ამჟამინდელ დონეზე ეს მარაგი მხოლოდ 140 წელიწადს გასტანს. კიდევ ერთი ღირებული წყაროვოლფრამი არის ჯართის გადამუშავება.
ძირითადი მახასიათებლები
ვოლფრამი არის ქიმიური ელემენტი, რომელიც კლასიფიცირებულია, როგორც გარდამავალი ლითონი. მისი W სიმბოლო მომდინარეობს ლათინური სიტყვიდან wolframium. პერიოდულ სისტემაში ის VI ჯგუფშია ტანტალისა და რენიუმს შორის.
მისი სუფთა სახით, ვოლფრამი არის მყარი მასალა, რომელიც მერყეობს ფოლადის ნაცრისფერიდან თეთრამდე. მინარევებისაგან, ლითონი ხდება მტვრევადი და რთული სამუშაო, მაგრამ თუ ისინი არ არიან, მაშინ მისი მოჭრა შესაძლებელია საჭრელით. გარდა ამისა, შესაძლებელია მისი გაყალბება, გაბრტყელება და დახატვა.
ვოლფრამი არის ქიმიური ელემენტი, რომლის დნობის წერტილი ყველაზე მაღალია ყველა ლითონს შორის (3422 °C). მას ასევე აქვს ყველაზე დაბალი ორთქლის წნევა. მას ასევე აქვს ყველაზე მაღალი დაჭიმვის სიმტკიცე T> 1650 °C. ელემენტი უკიდურესად მდგრადია კოროზიის მიმართ და მინერალური მჟავების მიერ მხოლოდ ოდნავ შეტევას განიცდის. ჰაერთან შეხებისას ლითონის ზედაპირზე წარმოიქმნება დამცავი ოქსიდის ფენა, მაგრამ მაღალ ტემპერატურაზე ვოლფრამი მთლიანად იჟანგება. როდესაც მას მცირე რაოდენობით ემატება ფოლადი, მისი სიმტკიცე მკვეთრად იზრდება.
იზოტოპები
ბუნებაში ვოლფრამი შედგება ხუთი რადიოაქტიური იზოტოპისგან, მაგრამ მათ აქვთ ისეთი გრძელი ნახევარგამოყოფის პერიოდი, რომ შეიძლება ჩაითვალოს სტაბილურად. ყველა მათგანი იშლება ჰაფნიუმ-72-ში ალფა ნაწილაკების გამოსხივებით (შეესაბამება ჰელიუმ-4 ბირთვს). ალფა დაშლა შეინიშნება მხოლოდ 180W, მათგან ყველაზე მსუბუქი და იშვიათი.იზოტოპები. საშუალოდ, ორი ალფა დაშლა ხდება 1 გ ბუნებრივ ვოლფრამში წელიწადში 180W.
გარდა ამისა, აღწერილია ვოლფრამის 27 ხელოვნური რადიოაქტიური იზოტოპი. მათგან ყველაზე სტაბილურია 181W, ნახევარგამოყოფის პერიოდით 121,2 დღე, 185W (75,1 დღე), 188 W (69, 4 დღე) და 178W (21, 6 დღე). ყველა სხვა ხელოვნურ იზოტოპს აქვს ნახევარგამოყოფის პერიოდი დღეზე ნაკლები და მათი უმეტესობა 8 წუთზე ნაკლებია. ვოლფრამს ასევე აქვს ოთხი "მეტასტაბილური" მდგომარეობა, რომელთაგან ყველაზე სტაბილურია 179მW (6.4 წთ).
კავშირები
ქიმიურ ნაერთებში ვოლფრამის დაჟანგვის მდგომარეობა იცვლება +2-დან +6-მდე, აქედან +6 ყველაზე გავრცელებულია. ელემენტი, როგორც წესი, აკავშირებს ჟანგბადს და ქმნის ყვითელ ტრიოქსიდს (WO3), რომელიც იხსნება წყალტუტე ხსნარებში ვოლფრატის იონების სახით (WO4 2−).
აპლიკაცია
იმის გამო, რომ ვოლფრამი აქვს ძალიან მაღალი დნობის წერტილი და არის დნობა (შეიძლება მავთულში ჩასხმა), იგი ფართოდ გამოიყენება როგორც ინკანდესენტური ნათურების და ვაკუუმური ნათურების ძაფი, ასევე ელექტრო ღუმელების გამათბობელ ელემენტებში. გარდა ამისა, მასალა უძლებს ექსტრემალურ პირობებს. მისი ერთ-ერთი ცნობილი გამოყენებაა გაზით დაცული ვოლფრამის რკალის შედუღება.
განსაკუთრებით მყარი, ვოლფრამი იდეალური კომპონენტია მძიმე იარაღის შენადნობებისთვის. მაღალი სიმკვრივე გამოიყენება კეტბელებში,საპირწონეები და ბალასტური კილები იახტებისთვის, ასევე ისრებში (80-97%). მაღალსიჩქარიანი ფოლადი, რომელსაც შეუძლია მასალის დაჭრა უფრო მაღალი სიჩქარით, ვიდრე ნახშირბადოვანი ფოლადი, შეიცავს ამ ნივთიერების 18%-მდე. ტურბინის პირები, აცვიათ ნაწილები და საფარები იყენებენ ვოლფრამის შემცველ „სუპერშენადნობებს“. ეს არის სითბოს მდგრადი, ძალიან მდგრადი შენადნობები, რომლებიც ფუნქციონირებს ამაღლებულ ტემპერატურაზე.
ქიმიური ელემენტის თერმული გაფართოება ბოროსილიკატური მინის მსგავსია, ამიტომ გამოიყენება მინისა და ლითონის ბეჭდების დასამზადებლად. ვოლფრამის შემცველი კომპოზიტები ტყვიის შესანიშნავი შემცვლელია ტყვიასა და გასროლაში. ნიკელის, რკინის ან კობალტის შენადნობებში მისგან მზადდება დარტყმითი ჭურვები. ტყვიის მსგავსად, მისი კინეტიკური ენერგია გამოიყენება სამიზნის დასარტყმელად. ინტეგრირებულ სქემებში ვოლფრამი გამოიყენება ტრანზისტორებთან კავშირის დასამყარებლად. ზოგიერთი სახის მუსიკალური ინსტრუმენტის სიმები დამზადებულია ვოლფრამის მავთულისგან.
კავშირების გამოყენება
ვოლფრამის კარბიდის განსაკუთრებული სიხისტე (W2C, WC) მას ყველაზე გავრცელებულ მასალად აქცევს საღეჭი და დასაბრტყელებელი ხელსაწყოებისთვის. იგი გამოიყენება მეტალურგიულ, სამთო, ნავთობისა და სამშენებლო ინდუსტრიებში. ვოლფრამის კარბიდი ასევე გამოიყენება სამკაულების წარმოებაში, რადგან ის ჰიპოალერგიულია და არ კარგავს ბზინვარებას.
მინანქარი მზადდება მისი ოქსიდებისგან. ვოლფრამი "ბრინჯაო" (ასე უწოდებენ ოქსიდების ფერის გამო) გამოიყენება საღებავებში. მაგნიუმის და კალციუმის ვოლფრატები გამოიყენება ფლუორესცენტშინათურები. კრისტალური ვოლფრამი ემსახურება როგორც სცინტილაციის დეტექტორი ბირთვულ მედიცინასა და ფიზიკაში. მარილები გამოიყენება ქიმიურ და ტყავის მრეწველობაში. ვოლფრამის დისულფიდი არის მაღალი ტემპერატურის ცხიმი, რომელიც უძლებს 500°C-ს. ვოლფრამის შემცველი ზოგიერთი ნაერთი გამოიყენება ქიმიაში, როგორც კატალიზატორები.
თვისებები
W-ის ძირითადი ფიზიკური თვისებები შემდეგია:
- ატომური ნომერი: 74.
- ატომური მასა: 183, 85.
- დნობის წერტილი: 3410 °C.
- დუღილის წერტილი: 5660 °C.
- სიმკვრივე: 19,3 გ/სმ3 20°C-ზე.
- ჟანგვის მდგომარეობა: +2, +3, +4, +5, +6.
- ელექტრონული კონფიგურაცია: [Xe]4 f 145 დ 46 s 2.
