Cектор вольфрамовый

Физические свойства

Вольфрам отличается от всех остальных металлов особой тяжестью, твердостью и тугоплавкостью. Давно известно выражение: «Тяжелый, как свинец». Правильнее было бы говорить: «Тяжелый, как вольфрам». Плотность вольфрама почти вдвое больше, чем свинца, точнее – в 1,7 раза. При этом атомная масса его несколько ниже: 184 против 207.

По тугоплавкости и твердости вольфрам и его сплавы занимают высшие места среди металлов. Технически чистый вольфрам плавится при 3410°C, а кипит лишь при 6690°C. Такая температура – на поверхности Солнца!

А выглядит «король тугоплавкости» довольно заурядно. Цвет вольфрама в значительной мере зависит от способа получения. Сплавленный вольфрам – блестящий серый металл, больше всего напоминающий платину. Вольфрамовый порошок – серый, темно-серый и даже черный (чем мельче зернение, тем темнее).

Химические свойства

Природный вольфрам состоит из пяти стабильных изотопов с массовыми числами от 180 до 186. Кроме того, в атомных реакторах в результате различных ядерных реакций образуются еще 8 радиоактивных изотопов вольфрама с массовыми числами от 176 до 188; все они сравнительно недолговечны: их периоды полураспада – от нескольких часов до нескольких месяцев.

Семьдесят четыре электрона атома вольфрама расположены вокруг ядра таким образом, что шесть из них находятся на внешних орбитах и могут быть отделены сравнительно легко. Поэтому максимальная валентность вольфрама равна шести. Однако строение этих внешних орбит особое – они состоят как бы из двух «ярусов»: четыре электрона принадлежат предпоследнему уровню – d, который оказывается, таким образом, заполненным меньше чем наполовину. (Известно, что число электронов в заполненном уровне d равно десяти.) Эти четыре электрона (очевидно, неспаренные) способны легко образовывать химическую связь. Что же касается двух «самых наружных» электронов, то их оторвать совсем легко.

Именно особенностями строения электронной оболочки объясняется высокая химическая активность вольфрама. В соединениях он бывает не только шестивалентным, но и пяти-, четырех-, трех-, двух- и нульвалентным. (Неизвестны лишь соединения одновалентного вольфрама).

Активность вольфрама проявляется в том, что он вступает в реакции с подавляющим большинством элементов, образуя множество простых и сложных соединений. Даже в сплавах вольфрам часто оказывается химически связанным. А с кислородом и другими окислителями он взаимодействует легче, чем большинство тяжелых металлов.

Реакция вольфрама с кислородом идет при нагревании, особенно легко – в присутствии паров воды. Если вольфрам нагревать на воздухе, то при 400...500°C на поверхности металла образуется устойчивый низший окисел WO2; вся поверхность затягивается коричневой пленкой. При более высокой температуре сначала получается промежуточный окисел W4O11 синего цвета, а затем лимонно-желтая трехокись вольфрама WO3, которая возгоняется при 923°C.

Сухой фтор соединяется с тонкоизмельченным вольфрамом уже при небольшом нагревании. При этом образуется гексафторид WF6 – вещество, которое плавится при 2,5°C и кипит при 19,5°C. Аналогичное соединение – WC16 – получается при реакции с хлором, но лишь при 600°C. Сине-стального цвета кристаллы WC16 плавятся при 275°C и кипят при 347°C. С бромом и иодом вольфрам образует малоустойчивые соединения: пента- и дибромид, тетра- и дииодид.

При высокой температуре вольфрам соединяется с серой, селеном и теллуром, с азотом и бором, с углеродом к кремнием. Некоторые из этих соединений отличаются большой твердостью и другими замечательными свойствами.

Очень интересен карбонил W(CO)6. Здесь вольфрам соединен с окисью углерода и, следовательно, обладает нулевой валентностью. Карбонил вольфрама неустойчив; его получают в специальных условиях. При 0° он выделяется из соответствующего раствора в виде бесцветных кристаллов, при 50°C возгоняется, а при 100°C полностью разлагается. Но именно это соединение позволяет получить тонкие и плотные покрытия из чистого вольфрама. Не только сам вольфрам, но и многие его соединения весьма активны. В частности, окись вольфрама WO3 способна к полимеризации. В результате образуются так называемые изополисоединения и гетерополисоединения: молекулы последних могут содержать более 50 атомов.

Свойства атома
Имя, символ, номерВольфрам/Wolframium (W), 74
Атомная масса (молярная масса), г/моль183,84 а. е. м.
Электронная конфигурация[Xe] 4f14 5d4 6s2
Радиус атома, пм141
Химические свойства
Ковалентный радиус, пм170
Радиус иона, пм(+6e) 62 (+4e) 70
Электроотрицательность, шкала Полинга2.3

Электродный потенциал, В

W < W3+ 0,11
W < W6+ 0,68
Степени окисления6, 5, 4, 3, 2, 0
Энергия ионизации, кДж/моль(1-й ионизац. потенциал, эВ)769,7 (7,98)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность, кг/м3 (при н. у., г/см3)19300 (19,3)
Температура плавления, °C, K3422, 3695
Температура кипения, °C, K5555, 5828
Теплота плавления, кДж/кг, кДж/моль191, 35
Теплота испарения, кДж/кг, кДж/моль4482, 824
Теплоемкость, кДж/(кг·°С)0,134
Молярная теплоемкость, Дж/(K·моль)24,27
Молярный объем, см3/моль9,53
Кристаллическая решетка простого вещества
Структура решеткикубическая объемноцентрированая
Параметры решетки, A3,160
Температура Дебая, K310,00
Прочие характеристики
Теплопроводность, K, Вт/(м·К)300, 173
Удельное электросопротивление при 20°С, ом·мм25,03
Коэффициент теплопроводности при 20°С, кал/ (см·сек·град)0,4
Коэффициент линейного расширения, 1/град43·10-6
Временное сопротивление при растяжении, кг/мм235

Цены на вольфрам и вольфрамовую продукцию можно посмотреть в разделе Цены.