Свойства вольфрама

 

Вольфрам (W) – удивительный металл с прекрасными физическими и химическими характеристиками. Его активно применяют практически во всех отраслях промышленности.

 

Физические свойства вольфрама:

  • твердый тугоплавкий и тяжелый металл (вес вольфрама почти в 2 раза больше, чем у свинца);
  • масса вольфрама составляет 184 г/моль;
  • сплавы W отличаются прочностью, твердостью и высоким сопротивлением к высоким температурам;
  • цвет зависит от способа получения (порошок имеет серый, темно-серый или черный цвет, сплавленный W – серый оттенок, напоминающий цвет платины);
  • плотность вольфрама при нормальних условиях равна 19, 25 г/м3.

 

Температура плавления вольфрама составляет 3410 °C, кипения - созмерима с температурой на поверхности Солнца – 6690 °C. Высокая твердость вольфрама позволяет применять его в химической промышленности и металлургии. При этом сопротивление вольфрама зависит только от температуры.

 

Химические свойства вольфрама:

 

  • в природе состоит из стабильных изотопов (5 штук), массовые числа которых находятся в пределах 180-186;
  • отделение 74 электронов атома W происходит легко;
  • обладает 6 валентностью, в соединениях может иметь 0, 2, 3, 4 и 5-валентным;
  • орбита элемента включает 2 яруса, что позволяет образовать крепкую химическую связь.

 

Наука относит вольфрам к химически активным элементам. Он может вступать в различные реакции и образовывать как простые, так и сложные соединения. В сплавах W чаще всего остается химически связанным. При этом с окислителями (например, с кислородом) он реагирует быстрее, чем другие металлы рода «тяжеловесов».

 

В случае нагревания элемента он еще быстрее вступает в реакцию с кислородом. Если в реакции участвуют водные пары, реакция протекает гораздо быстрее. Ученые выяснили: при нагреве элемента до 500 °C получается WO2 - низкий окислитель с высокой устойчивочтью. Он затягивает поверхность металла коричневой пленкой. Если повышать температуру - можно получить еще один окислитель, который называют промежуточным (W4O11). Он имеет синюю окраску, а если продолжить нагрев до температуры в 923градуса, она изменится на лимонно-желтую. Этому будет способствовать WO3.

 

Если с вольфрамом смешивают сухой фтор, то даже при небольшом подогреве можно получить вещество WF6. Его именуют гексафторидом. Оно может плавиться даже при 2,5 градусах, а кипеть при 19,5. Такое же соединение можно получить и при использовании хлора. Однако для этой реакции потребуется высокая температура - около 600 °C.

 

Также вольфрам легко вступает в реакции с йодом и бромом. С ними он образовывает такие малоустойчивые соединения как дибромид, ментамид, а также дииодид и тетрадид. При высоких температурах вольфрам соединяется с селеном, азотом, серой, а также с кремнием и углеродом.

 

Одним из интересных соединений считают карбонил. В этой реакции вольфрам реагирует на окись углерода. Именно здесь и проявляется его нулевая валентность. Однако это вещество сложно назвать устойчивым. Поэтому его можно получить только при создании специальных условий. Из карбонила получают плотные и ультратонкие покрытия чистого вольфрама.

 

Нужно уделить внимание и вольфрамовым соединениям. Некоторые из них поддаются полимеризации, в частности окись вольфрама.

 

Свойства атома

  • Имя, символ, номер  -   Вольфрам/Wolframium (W), 74
  • Атомная масса (молярная масса), г/моль  -   183,84 а. е. м.
  • Электронная конфигурация  -   [Xe] 4f14 5d4 6s2
  • Радиус атома, пм  -   141

 

Химические свойства

  • Ковалентный радиус, пм  -  170
  • Радиус иона, пм  -  (+6e) 62 (+4e) 70
  • Электроотрицательность, шкала Полинга  -  2.3
  • Электродный потенциал, В  -  W < W3+ 0,11 
  • W < W6+ 0,68
  • Степени окисления  -  6, 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, K  -  3422, 3695
  • Температура кипения, °C, K  -  5555, 5828
  • Теплота плавления, кДж/кг, кДж/моль  -  191, 35
  • Теплота испарения, кДж/кг, кДж/моль  -  4482, 824
  • Теплоемкость, кДж/(кг·°С)  -  0,134
  • Молярная теплоемкость, Дж/(K·моль)  -  24,27
  • Молярный объем, см3/моль  -  9,53

 

Кристаллическая решетка простого вещества

  • Структура решетки  -  кубическая объемноцентрированая
  • Параметры решетки, A  -  3,160
  • Температура Дебая, K  -  310,00

 

Прочие характеристики

  • Теплопроводность, K, Вт/(м·К)  -  300, 173
  • Удельное электросопротивление при 20°С, ом·мм2/м  -  5,03
  • Коэффициент теплопроводности при 20°С, кал/ (см·сек·град)  -  0,4
  • Коэффициент линейного расширения, 1/град  -  43·10-6
  • Временное сопротивление при растяжении, кг/мм2  -  35