تنگستن

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو
تانتالتنگستنرنیم
Mo

W

Sg
ظاهر
grayish white, lustrous
ویژگی‌های کلی
نام, نماد, عدد تنگستن, W, 74
تلفظ به انگلیسی /ˈtʌŋstən/;
alternatively, /ˈwʊlfrəm/ WOOL-frəm
نام گروهی برای عناصر مشابه فلزات واسطه
گروه، تناوب، بلوک ۶۶, d
جرم اتمی استاندارد 183.84 g·mol−۱
آرایش الکترونی [Xe] 4f14 5d4 6s2[۱]
الکترون به لایه 2, 8, 18, 32, 12, 2 (تصویر)
ویژگی‌های فیزیکی
حالت جامد
چگالی (نزدیک به r.t.) 19.25 g·cm−۳
چگالی مایع در m.p. 17.6 g·cm−۳
نقطه ذوب 3695 K, 3422 °C, 6192 °F
نقطه جوش 5828 K, 5555 °C, 10031 °F
نقطه بحرانی 13892 K, MPa
گرمای هم‌جوشی 35.3 kJ·mol−1
گرمای تبخیر 806.7 kJ·mol−1
ظرفیت گرمایی 24.27 J·mol−۱·K−۱
فشار بخار
فشار (پاسکال) ۱ ۱۰ ۱۰۰ ۱k ۱۰k ۱۰۰k
دما (کلوین) 3477 3773 4137 4579 5127 5823
ویژگی‌های اتمی
وضعیت اکسید شدن 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0, −1, -2
(mildly اسیدic oxide)
الکترونگاتیوی 2.36 (مقیاس پاولینگ)
انرژی‌های یونیزه شدن 1st: 770 kJ·mol−1
2nd: 1700 kJ·mol−1
شعاع اتمی 139 pm
شعاع کووالانسی 162±7 pm
متفرقه
ساختار کریستالی body-centered cubic
مغناطیس پارامغناطیس[۲]
مقاومت الکتریکی (20 °C) 52.8 nΩ·m
رسانایی گرمایی (300 K) 173 W·m−1·K−1
انبساط گرمایی (25 °C) 4.5 µm·m−1·K−1
مدول یانگ 411 GPa
مدول شیر 161 GPa
مدول باک 310 GPa
نسبت پواسون 0.28
سختی موس 7.5
سختی ویکر 3430 MPa
سختی برینل 2570 MPa
عدد کاس 7440-33-7
پایدارترین ایزوتوپ‌ها
مقاله اصلی ایزوتوپ‌های تنگستن
iso NA نیمه عمر DM DE (MeV) DP
180W 0.12% 1.8×1018 y α 2.516 176Hf
181W syn 121.2 d ε 0.188 181Ta
182W 26.50% 182W ایزوتوپ پایدار است که 108 نوترون داردs
183W 14.31% 183W ایزوتوپ پایدار است که 109 نوترون داردs
184W 30.64% 184W ایزوتوپ پایدار است که 110 نوترون داردs
185W syn 75.1 d β 0.433 185Re
186W 28.43% 186W ایزوتوپ پایدار است که 112 نوترون داردs

تنگستن (ولفرام) یک عنصر شیمیایی است با علامت اختصاری W دارای عدد اتمی ۷۴. تنگستن فلزی است سخت و سنگین که دارای رنگ خاکستری روشن است. تنگستن دارای بالاترین درجه ذوب (۳۴۲۲ درجه سانتیگراد) در بین عنصرها است. مورد استفاده ویژه آن در صنایع برقی، لامپ روشنایی، لامپ اشعه-X، الکترودها و سوپر آلیاژهای عصر فضا است.

کشف[ویرایش]

تنگستن در سال 1781 شناسایی شد و در سال 1783 برای اولین بار به عنوان فلز جداسازی شد.

ویژگی ها[ویرایش]

تنگستن به خاطر نقطه‌ی ذوب بالایش و همچنین چگالی زیادش که 19.3 برابر چگالی آب است زبان‌زد است.

تاریخچه[ویرایش]

در سال 1781 کارل ویلهلم شیله(Carl Wilhelm Scheele)یک اسی جدید_تنگستنیک اسید_را کشف کرد که از شیلیته_تنگستن امروزی_ حاصل می‌شد. شیله و توربرن برگمن معتقد بودند با کاهش این اسید می‌توان فلز جدیدی بدست آورد. در سال 1783 خوزه و فاستو اسیدی را یافتند که از ولفرامیت به دست می‌آمد و بسیار شبیه به تنگستیک اسید بود.در اواخر آن سال این دو برادر توانستند با کاهش این اسید همراه زغال تنگستن را جداسازی کنند و نام خود را به عنوان کاشف این عنصر ثبت کنند.

وابستگی دمایی ضریب مقاومت[ویرایش]

طبق تجربه می دانیم در بیشتر فلزات از جمله تنگستن با افزایش دما مقاومت الکتریکی آنها نیز افزایش می یابد که این افزایش مقاومت با توجه به رابطه ی زیر برای افزایش دماهای نه چندان زیاد قابل محاسبه است:

R2=R1(1+αΔθ

که در آن α ضریب دمایی مقاومت ویژه بر حسب بر کلوین است. α برای تنگستن 0/0045است.

ویژگی های شیمیایی[ویرایش]

عنصر تنگستن در برابر اکسایش،اسید و باز از خود مقاومت نشان می دهد.معمولی ترین حالت اکسیداسیون تنگستن +6 است، اما کلیه حالات اکسیداسیون از -2 تا +6 از خود نشان می دهد.تنگستن معمولاً "با اکسیژن ترکیب شده و تری اکسید تنگستن زرد رنگ (WO3‎)را تشکیل می دهد ، که در محلول قلیایی آبی حل شده و به فرم یونهای تنگستن، (WO24-‎)در می آید.از آنجا که تنگستن به آرامی با اسید واکنش می دهد، برای اول به صورت آنیون بی ثبات قابل حل، paratungstate A ظاهر می شود (W7O246-‎) که در طول زمان به شکل آنیون کمتر قابل حل paratungstate B در می آید (H2W12O4010-‎).
با اسیدی شدن بیشتر آنیون بسیار قابل حل metatungstate، تولید می شود (H2W12O426-‎)که پس از هر موازنه بدست می آید.
با اسیدی شدن بیشتر آنیون بسیار قابل حل metatungstate، تولید می شود که پس از هر موازنه بدست می آید .یون metatungstate یک خوشه متقارن از دوازده تنگستن اکسیژن اکتاهدرا ست که آنیونKeggin نامیده میشود . آنیونها polyoxometalate دیگری به عنوان گونه های با ثبات وجود دارد. گنجاندن اتم متفاوتی مثل فسفر به جای دو اتم هیدروژن مرکزی در metatungstate تولید طیف گسترده ای از اسیدهای heteropoly مانند اسید phosphotungstic می سازد (H3PW12O40‎).
تری اکسید تنگستن می تواند ترکیبات معینی را با فلزات قلیایی تشکیل دهد. که به برنز معروف هستند، به عنوان مثال سدیم تنگستن برنز.

کاربردها[ویرایش]

تقریباً نیمی از تنگستن برای تولید مواد سخت- کاربید تنگستن- مصرف می شود. بیشتر باقی‌مانده در آلیاژها و فولادها بکار می رود. کمتر از 10 درصد است در سایر ترکیبات شیمیایی استفاده می شود.

مواد سخت[ویرایش]

تنگستن به طور عمده در تولید مواد سخت با بنیان کاربید تنگستن، یکی از سخت ترین کاربیدها، با نقطه ذوب 2770 درجه سانتی گراد استفاده می شود. WC رسانای الکتریکی خوبی است، اما رسانایی الکتریکی W2C کمتر است. حدود 60 درصد مصرف تنگستن بصورت WC در حال حاضر برای مواد صیقل دهنده مقاوم در برابر سایش ، برشکاری ، چاقو و مته، اره، فرز و ابزار دوار مورد استفاده در فلزکاری، نجاری، صنایع استخراج معدن، نفت و ساختمان بکار می رود.
در صنعت طلا و جواهر، حلقه های متخلخل کاربید تنگستن،کاپوزیت کاربید تنگستن / فلز ، و نیز فلزی تنگستن ساخته می شود. گاهی اوقات تولید کنندگان یا خرده فروشان به کاربید تنگستن به عنوان یک فلز اشاره می کنند، اما در واقع کاربید تنگستن یک سرامیک است. از آنجا که سختی کاربید تنگستن بالاست ، حلقه های ساخته شده از این مواد به شدت مقاوم در برابر سایش هستند ، و جلای حلقه های ساخته شده از تنگستن بیشتر از حلقه های فلزی هستند. با این حال،حلقه های کاربید تنگستن شکننده هستند، و ممکن است تحت یک ضربه متمرکز ترک بخورند.

آلیاژ ها[ویرایش]

ازاستحکام و چگالی تنگستن در ساخت آلیاژهای فلزی سنگین استفاده شده است. یک مثال خوب فولاد های تندبر هستند که حاوی حدود 18٪ تنگستن است. با توجه به نقطه ذوب بالای تنگستن ماده خوبی برای کاربرد در مانند نازل موشک، به عنوان مثال در پولاریس 27-UGM، زیردریایی با موشک بالستیک می باشد.
ابر آلیاژهایی که دارای تنگستن هستند، مانند Hastelloy و Stellite، در پره های توربین ، قطعات مقاوم در برابر سایش و پوشش فلزات استفاده می شود.

جنگ افزار[ویرایش]

آلیاژ تنگستن، معمولابا نیکل و آهن یا کبالت به شکل آلیاژهای سنگین است، درگلوله های انرژی جنبشی به عنوان یک جایگزین برای اورانیوم ضعیف شده استفاده می شود، در برنامه هایی که کاربرد رادیواکتیویته مشکل زاست استفاده می شود.یا در مواردی که خواص آتشزایی اورانیوم مورد نیاز نمی‌باشد (به عنوان مثال، در گلوله های سلاح های معمولی کوچک که به منظور نفوذ به زره بدن طراحی شده اند). به طور مشابه، آلیاژهای تنگستن در گلوله های توپ، نارنجک و موشک ،و نیز برای ساخت گلوله های انفجاری (افشان) فراصوت بکار می رود. تنگستن در مواد منفجره با فلز فشرده نیز کاربرد دارد، که از آن به عنوان پودر متراکم، برای کاهش خسارات جانبی و در همان حال افزایش کشندگی انفجار در محدوده یک شعاع کوچک، استفاده می شود.

الکترونیک[ویرایش]

یک لامپ الکترونیکی باز شده‌است و باعث خروج گاز ساکن درون لامپ گردیده‌است. پس از آن هنگامی که لامپ روشن می‌گردد رشته تنگستن شروع به سوختن می‌کند و شعله‌ای از آتش را حاصل می‌کند. این تشکیل آتش به خاطر نفوذ اکسیژن به درون لامپ می‌باشد.

از آنجا که تنگستن عنصری است که استحکام خود را در دماهای بالا حفظ می کند و دارای نقطه ذوب بالاست، در بسیاری از برنامه هایی که درجه حرارت بالا ست کاربرد دارد، از قبیل لامپ، لامپ اشعه کاتد، و رشته های درون لوله خلاء، المنت حرارتی، ونازل موتور موشکها. نقطه ذوب بالای آن همچنین موجب شده تا تنگستن برای پروژه های هوا - فضا و دمای بالا مناسب باشد، مانند برق، حرارت، و برنامه های کاربردی جوشکاری، به ویژه در فرایند جوشکاری آرگون (جوشکاری (TIG) نیز نامیده می شود).
با توجه به خواص رسانایی و بی اثری شیمیایی نسبی، از تنگستن در الکترودها نیز استفاده می شود، و در نوکهای انتشاردهنده (امیتر) در ابزارهای پرتو الکترونی ، مانند میکروسکوپ الکترونی بکار می رود. در الکترونیک، تنگستن را به عنوان ماده اتصال درتراشه ها (IC)، بین سیلیکون دی اکسید دی الکتریک مواد و ترانزیستور بکار می برند. در لایه های نازک فلزی که جایگزین سیم کشی بکار رفته در الکترونیک معمولی شده، یک پوشش از تنگستن (یا مولیبدن) بر روی سیلیکون استفاده می شود.
ساختار الکترونیکی تنگستن آن را به یکی از مواد اصلی برای اهداف اشعه X تبدیل کرده است، از دیگر کاربردهای آن محافظت در برابر پرتوهای با انرژی بالا (مانند صنعت پرتو درمانی برای محافظ نمونه رادیواکتیو FDG) است. پودر تنگستن به عنوان مواد پرکننده در کامپوزیت های پلاستیکی، که به عنوان یک جایگزین غیر سمی سرب در گلوله، ساچمه، و سپر تابشی بکار میرود. چون انبساط حرارتی این عنصر شبیه شیشه بوروسیلیکات است، از آن در ساخت عایق های شیشه به فلز استفاده می شود.

W-TableImage.png
جستجو در ویکی‌انبار در ویکی‌انبار پرونده‌هایی دربارهٔ تنگستن موجود است.

پانویس[ویرایش]

  1. "Why does Tungsten not 'Kick' up an electron from the s sublevel ?". Retrieved 2008-06-15. 
  2. Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds, in Handbook of Chemistry and Physics 81st edition, CRC press.