Вольфра́м вЂ” химический элемент СЃ атомным номером 74 РІ Периодической системе химических элементов Р”. Р�. РњРµРЅРґРµР»РµРµРІР°, обозначается символом W (лат. Wolframium). РџСЂРё нормальных условиях представляет СЃРѕР±РѕР№ твёрдый блестящий серебристо-серый переходный металл^[3].

Вольфрам вЂ” самый тугоплавкий РёР· металлов. Более высокую температуру плавления имеет только неметаллический элемент вЂ” углерод. РџСЂРё стандартных условиях химически стоек.

�стория и происхождение названия

Название Wolframium перешло РЅР° элемент СЃ минерала вольфрамит, известного ещё РІ XVI РІ. РїРѕРґ названием «волчья пен໠— В«Spuma lupiВ» РЅР° латыни, или В«Wolf RahmВ» РїРѕ-немецки. Название было связано СЃ тем, что вольфрам, сопровождая оловянные СЂСѓРґС‹, мешал выплавке олова, переводя его РІ пену шлаков («пожирает олово как волк овцу»).

Р’ настоящее время РІ РЎРЁРђ, Великобритании Рё Франции для вольфрама используют название В«tungstenВ» (швед. tung sten вЂ” «тяжелый камень»).

Р’ 1781 РіРѕРґСѓ знаменитый шведский С…РёРјРёРє Шееле, обрабатывая азотной кислотой минерал шеелит, получил жёлтый «тяжёлый камень» (триоксид вольфрама)^{[источник РЅРµ СѓРєР°Р·Р°РЅ 802 РґРЅСЏ]}. Р’ 1783 РіРѕРґСѓ испанские С…РёРјРёРєРё братья Элюар сообщили Рѕ получении РёР· саксонского минерала вольфрамита как растворимой РІ аммиаке жёлтой РѕРєРёСЃРё РЅРѕРІРѕРіРѕ металла, так Рё самого металла^{[источник РЅРµ СѓРєР°Р·Р°РЅ 802 РґРЅСЏ]}. РџСЂРё этом РѕРґРёРЅ РёР· братьев, Фаусто, был РІ Швеции РІ 1781 РіРѕРґСѓ Рё общался СЃ Шееле. Шееле РЅРµ претендовал РЅР° открытие вольфрама, Р° братья Элюар РЅРµ настаивали РЅР° своём приоритете.

Нахождение в природе

Кларк вольфрама земной РєРѕСЂС‹ составляет (РїРѕ Виноградову) 1,3 Рі/С‚ (0,0013 % РїРѕ содержанию РІ земной РєРѕСЂРµ). Его среднее содержание РІ горных породах, Рі/С‚: ультраосновных вЂ” 0,1, основных вЂ” 0,7, средних вЂ” 1,2, кислых вЂ” 1,9.

Вольфрам встречается РІ РїСЂРёСЂРѕРґРµ главным образом РІ РІРёРґРµ окисленных сложных соединений, образованных трехокисью вольфрама WO₃ СЃ оксидами железа Рё марганца или кальция, Р° РёРЅРѕРіРґР° свинца, меди, тория Рё редкоземельных элементов. Промышленное значение имеют вольфрамит (вольфрамат железа Рё марганца nFeWO₄ * mMnWO₄ вЂ” соответственно, ферберит Рё гюбнерит) Рё шеелит (вольфрамат кальция CaWO₄). Вольфрамовые минералы обычно вкраплены РІ гранитные РїРѕСЂРѕРґС‹, так что средняя концентрация вольфрама составляет 1—2 %.

Месторождения

Наиболее крупными запасами обладают Казахстан, Китай, Канада и США; известны также месторождения в Боливии, Португалии, России и Южной Корее. Мировое производство вольфрама составляет 49—50 тысяч тонн в год, в том числе в Китае 41, России 3,5; Казахстане 0,7, Австрии 0,5. Основные экспортёры вольфрама: Китай, Южная Корея, Австрия. Главные импортёры: США, Япония, Германия, Великобритания.
Также есть месторождения вольфрама в Армении и других странах.

Получение

Процесс получения вольфрама РїСЂРѕС…РѕРґРёС‚ через подстадию выделения триоксида WO₃ РёР· рудных концентратов Рё последующем восстановлении РґРѕ металлического порошка РІРѕРґРѕСЂРѕРґРѕРј РїСЂРё температуре РѕРє. 700 В°C. Р�Р·-Р·Р° высокой температуры плавления вольфрама для получения компактной формы используются методы порошковой металлургии: полученный порошок прессуют, спекают РІ атмосфере РІРѕРґРѕСЂРѕРґР° РїСЂРё температуре 1200—1300 В°C, затем пропускают через него электрический ток. Металл нагревается РґРѕ 3000 В°C, РїСЂРё этом РїСЂРѕРёСЃС…РѕРґРёС‚ спекание РІ монолитный материал. Для последующей очистки Рё получения монокристаллической формы используется зонная плавка.

Физические свойства

Вольфрам вЂ” блестящий светло-серый металл, имеющий самые высокие доказанные температуры плавления Рё кипения (предполагается, что СЃРёР±РѕСЂРіРёР№ ещё более тугоплавок, РЅРѕ РїРѕРєР° что РѕР± этом твёрдо утверждать нельзя вЂ” время существования СЃРёР±РѕСЂРіРёСЏ очень мало). Температура плавления вЂ” 3695 K (3422 В°C), РєРёРїРёС‚ РїСЂРё 5828 K (5555 В°C)^[2]. Плотность чистого вольфрама составляет 19,25 Рі/СЃРјВі^[2]. Обладает парамагнитными свойствами (магнитная восприимчивость 0,32В·10^в€’9). Твердость РїРѕ Бринеллю 488 РєРі/РјРјВІ, удельное электрическое сопротивление РїСЂРё 20 В°C вЂ” 55В·10^в€’9 РћРјВ·Рј, РїСЂРё 2700 В°C вЂ” 904В·10^в€’9 РћРјВ·Рј. Скорость Р·РІСѓРєР° РІ отожжённом вольфраме 4290 Рј/СЃ.

Вольфрам является РѕРґРЅРёРј РёР· наиболее тяжелых, твердых Рё самым тугоплавким металлом^[3]. Р’ чистом РІРёРґРµ представляет СЃРѕР±РѕР№ металл серебристо-белого цвета, похожий РЅР° платину, РїСЂРё температуре около 1600 В°C хорошо поддается РєРѕРІРєРµ Рё может быть вытянут РІ тонкую нить.

Химические свойства

Проявляет валентность от 2 до 6. Наиболее устойчив 6-валентный вольфрам. 3- и 2-валентные соединения вольфрама неустойчивы и практического значения не имеют.

Вольфрам имеет высокую коррозионную стойкость: при комнатной температуре не изменяется на воздухе; при температуре красного каления медленно окисляется в оксид вольфрама (VI). Вольфрам в ряду напряжений стоит сразу после водорода, и в соляной, разбавленной серной и плавиковой кислотах почти нерастворим. В азотной кислоте и царской водке окисляется с поверхности.

Легко растворяется в смеси азотной и плавиковой кислот^[5]:

Реагирует с расплавленными щелочами в присутствии окислителей^[6]:

Поначалу данные реакции РёРґСѓС‚ медленно, однако РїСЂРё достижении 400 В°C (500 В°C для реакции СЃ участием кислорода) вольфрам начинает саморазогреваться, Рё реакция протекает достаточно Р±СѓСЂРЅРѕ, СЃ образованием большого количества тепла.

Р’ смеси азотной Рё плавиковой кислоты растворяется, образуя гексафторвольфрамовую кислоту H₂[WF₆]. Р�Р· соединений вольфрама наибольшее значение имеют: триоксид вольфрама или вольфрамовый ангидрид, вольфраматы, перекисные соединения СЃ общей формулой Me₂WO_X, Р° также соединения СЃ галогенами, серой Рё углеродом. Вольфраматы склонны Рє образованию полимерных анионов, РІ том числе гетерополисоединений СЃ включением РґСЂСѓРіРёС… переходных металлов.

Применение

Главное применение вольфрама вЂ” как РѕСЃРЅРѕРІР° тугоплавких материалов РІ металлургии.

Металлический вольфрам

• Тугоплавкость Рё пластичность вольфрама делают его незаменимым для нитей накаливания РІ осветительных приборах, Р° также РІ кинескопах Рё РґСЂСѓРіРёС… вакуумных трубках.
• Благодаря высокой плотности вольфрам является РѕСЃРЅРѕРІРѕР№ тяжёлых сплавов, которые используются для противовесов, бронебойных сердечников подкалиберных Рё стреловидных оперенных снарядов артиллерийских РѕСЂСѓРґРёР№, сердечников бронебойных пуль Рё сверхскоростных роторов РіРёСЂРѕСЃРєРѕРїРѕРІ для стабилизации полёта баллистических ракет (РґРѕ 180 тыс. РѕР±/РјРёРЅ).
• Вольфрам используют РІ качестве электродов для аргоно-РґСѓРіРѕРІРѕР№ сварки.
• Сплавы вольфрама, РІРІРёРґСѓ его высокой температуры плавления, получают методом порошковой металлургии. Сплавы, содержащие вольфрам, отличаются жаропрочностью, кислотостойкостью, твердостью Рё устойчивостью Рє истиранию. Р�Р· РЅРёС… изготовляют хирургические инструменты (сплав «амалой»), танковую Р±СЂРѕРЅСЋ, оболочки торпед Рё снарядов, наиболее важные детали самолетов Рё двигателей, контейнеры для хранения радиоактивных веществ. Вольфрам вЂ” важный компонент лучших марок инструментальных сталей.
• Вольфрам применяется РІ высокотемпературных вакуумных печах сопротивления РІ качестве нагревательных элементов. Сплав вольфрама Рё рения применяется РІ таких печах РІ качестве термопары.

Соединения вольфрама

• Для механической обработки металлов Рё неметаллических конструкционных материалов РІ машиностроении (точение, фрезерование, строгание, долбление), бурения скважин, РІ горнодобывающей промышленности широко используются твёрдые сплавы Рё композитные материалы РЅР° РѕСЃРЅРѕРІРµ карбида вольфрама (например, победит, состоящий РёР· кристаллов WC РІ кобальтовой матрице; широко применяемые РІ Р РѕСЃСЃРёРё марки вЂ” Р’Рљ2, Р’Рљ4, Р’Рљ6, Р’Рљ8, Р’Рљ15, Р’Рљ25, Рў5Рљ10, Рў15Рљ6, Рў30Рљ4), Р° также смесей карбида вольфрама, карбида титана, карбида тантала (марки РўРў для РѕСЃРѕР±Рѕ тяжёлых условий обработки, например, долбление Рё строгание РїРѕРєРѕРІРѕРє РёР· жаропрочных сталей Рё перфораторное ударно-поворотное бурение крепкого материала). РЁРёСЂРѕРєРѕ используется РІ качестве легирующего элемента (часто совместно СЃ молибденом) РІ сталях Рё сплавах РЅР° РѕСЃРЅРѕРІРµ железа. Высоколегированная сталь, относящаяся Рє классу «быстрорежущая», СЃ маркировкой, начинающейся РЅР° Р±СѓРєРІСѓ Р , практически всегда содержит вольфрам.
• Сульфид вольфрама WS₂ применяется как высокотемпературная (РґРѕ 500 В°C) смазка.

• Некоторые соединения вольфрама применяются как катализаторы Рё пигменты.

• Монокристаллы вольфраматов (вольфраматы свинца, кадмия, кальция) используются как сцинтилляционные детекторы рентгеновского излучения Рё РґСЂСѓРіРёС… ионизирующих излучений РІ ядерной физике Рё ядерной медицине.

• Дителлурид вольфрама WTe₂ применяется для преобразования тепловой энергии РІ электрическую (термо-ЭДС около 57 РјРєР’/Рљ).

Другие сферы применения

Р�скусственный радионуклид ¹⁸⁵W используется РІ качестве радиоактивной метки РїСЂРё исследованиях вещества. Стабильный ¹⁸⁴W используется как компонент сплавов СЃ ураном-235, применяемых РІ твердофазных ядерных ракетных двигателях, поскольку это единственный РёР· распространённых изотопов вольфрама, имеющий РЅРёР·РєРѕРµ сечение захвата тепловых нейтронов (около 2 барн).

Рынок вольфрама^[7]

Цены РЅР° металлический вольфрам (содержание элемента РїРѕСЂСЏРґРєР° 99 %) РЅР° конец 2010 РіРѕРґР° составляли около 40—42 долларов РЎРЁРђ Р·Р° килограмм, РІ мае 2011 РіРѕРґР° составляли около 53—55 долларов РЎРЁРђ Р·Р° килограмм. Полуфабрикаты РѕС‚ 58 USD (прутки) РґРѕ 168 (тонкая полоса). Р’ 2014 РіРѕРґСѓ цены РЅР° вольфрам колебались РІ диапазоне РѕС‚ 55 РґРѕ 57 USD.

Биологическая роль

Вольфрам РЅРµ играет значительной биологической роли. РЈ некоторых архебактерий Рё бактерий имеются ферменты, включающие вольфрам РІ своем активном центре. Существуют облигатно-зависимые РѕС‚ вольфрама формы архебактерий-гипертермофилов, обитающие РІРѕРєСЂСѓРі глубоководных гидротермальных источников. Присутствие вольфрама РІ составе ферментов может рассматриваться как физиологический реликт раннего архея вЂ” существуют предположения, что вольфрам играл роль РІ ранних этапах возникновения жизни^[8].

Пыль вольфрама, как и большинство других видов металлической пыли, раздражает органы дыхания.

�зотопы

Природный вольфрам состоит РёР· пяти изотопов (¹⁸⁰W, ¹⁸²W, ¹⁸³W, ¹⁸⁴W Рё ¹⁸⁶W). Р�скусственно созданы Рё идентифицированы ещё 30 радионуклидов. Р’ 2003 открыта^[9] чрезвычайно слабая радиоактивность РїСЂРёСЂРѕРґРЅРѕРіРѕ вольфрама (примерно РґРІР° распада РЅР° грамм элемента РІ РіРѕРґ), обусловленная О±-активностью ¹⁸⁰W, имеющего период полураспада 1,8В·10¹⁸ лет^[10].

�нтересные факты

• Вольфрам вЂ” самый тугоплавкий металл. Температура плавления — 3422 В°C, кипения — 5555 В°C^[2]. Примерно такую же температуру имеет фотосфера Солнца^[11]. Критическая температура вольфрама равняется 13 610 В°C. Это та температура, РїСЂРё которой вольфрам РЅРµ может быть сконденсирован РІ РІРёРґРµ жидкости РёР· газа РЅРё РїСЂРё каком давлении. ^[12]

• Плотность вольфрама почти равняется плотности золота: 19,25 Рі/СЃРјВі против 19,32 Рі/СЃРјВі соответственно^[2].

• Р’ 2009 РіРѕРґСѓ СЂСЏРґРѕРј инвестиционных банков РїРѕ отношению РґСЂСѓРі Рє РґСЂСѓРіСѓ были совершены мошеннические действия РїРѕ подлогу слитков золота РЅР° позолоченные вольфрамовые^[13].

Примечания