تنگستن

تنگستن، ₇₄W

تنگستن
تلفظ	‎/ˈtʌŋstən/‎ ​(TUNG-stən)
ظاهر	grayish white, lustrous
جرم اتمی استاندارد (Ar، استاندارد)	۷۰۰۲۱۸۳۸۴۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰♠۱۸۳٫۸۴(۱)
تنگستن در جدول تناوبی
Mo ↑ W ↓ Sg تانتال ← تنگستن → رنیم
عدد اتمی (Z)	74
گروه	گروه ۶
دوره	دوره 6
بلوک	بلوک-d
دسته	Transition metal
آرایش الکترونی	[Xe] 4f14 5d4 6s2
لایه الکترونی	2, 8, 18, 32, 12, 2
ویژگی‌های فیزیکی
فاز در STP	جامد
نقطه ذوب	3695 K ​(3422 °C, ​6192 °F)
نقطه جوش	5828 K ​(5555 °C, ​10031 °F)
چگالی (near r.t.)	19.25 g/cm3
در حالت مایع (at m.p.)	17.6 g/cm3
نقطه بحرانی	13892 K,  MPa
حرارت همجوشی	35.3 kJ/mol
آنتالپی تبخیر	806.7 kJ/mol
ظرفیت حرارتی مولی	24.27 J/(mol·K)
فشار بخار فشار (Pa) ۱ ۱۰ ۱۰۰ ۱ K ۱۰ K ۱۰۰ K در دمای (K) 3477 3773 4137 4579 5127 5823
ویژگی‌های اتمی
عدد اکسایش	−4, −2, −1, 0, +1, +2, +3, +4, +5, +6 (یک اکسید اسیدی ملایم)
الکترونگاتیوی	مقیاس پائولینگ: 2.36
انرژی یونش	1st: 770 kJ/mol 2nd: 1700 kJ/mol
شعاع اتمی	empirical: 139 pm
شعاع کووالانسی	pm 162±7
خط طیف نوری تنگستن
دیگر ویژگی ها
ساختار بلوری	​(bcc)
انبساط حرارتی	4.5 µm/(m·K) (at 25 °C)
رسانندگی گرمایی	173 W/(m·K)
رسانش الکتریکی	52.8 n Ω·m (at 20 °C)
رسانش مغناطیسی	پارامغناطیس
مدول یانگ	411 GPa
مدول برشی	161 GPa
مدول حجمی	310 GPa
نسبت پواسون	0.28
سختی موس	7.5
سختی ویکرز	3430 MPa
سختی برینل	2570 MPa
شماره ثبت سی‌ای‌اس	7440-33-7
ایزوتوپ‌های تنگستن
ایزوتوپ فراوانی نیمه‌عمر (t۱/۲) حالت فروپاشی محصول 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 دارد 183W 14.31% 183W ایزوتوپ پایدار است که 109 نوترون دارد 184W 30.64% 184W ایزوتوپ پایدار است که 110 نوترون دارد 185W syn 75.1 d β− 0.433 185Re 186W 28.43% 186W ایزوتوپ پایدار است که 112 نوترون دارد

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

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

ویژگی ها

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

تاریخچه

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

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

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 معمولا "با اکسیژن ترکیب شده و اکسید تنگستن زرد رنگ WO3را تشکیل می دهد ، که در محلول قلیایی آبی حل شده و به فرم یونهای تنگستن، -WO2 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 (W₇O₂₄^6-‎) که در طول زمان به شکل آنیون کمتر قابل حل paratungstate B در می آید (H₂W₁₂O₄₀^10-‎).
با اسیدی شدن بیشتر آنیون بسیار قابل حل metatungstate، تولید می شود (H₂W₁₂O₄₂^6-‎)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

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

مواد سخت

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 هادی الکتریکی خوبی است، اما هدایت 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

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

آلیاژ تنگستن، معمولابا نیکل و آهن و 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 نمی باشد (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

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، عناصر 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 فرآیند 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 در مدارهای یکپارچه(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.

_{متن زیرنویس}