Վոլֆրամը քիմիական տարր է, որի ատոմային թիվը 74 է։ Այս ծանր մետաղը՝ պողպատից մոխրագույնից մինչև սպիտակ, շատ դիմացկուն է, ինչը շատ դեպքերում այն դարձնում է պարզապես անփոխարինելի։ Դրա հալման կետը ավելի բարձր է, քան ցանկացած այլ մետաղի, և, հետևաբար, այն օգտագործվում է որպես թելեր շիկացած լամպերի և ջեռուցման տարրեր էլեկտրական վառարաններում (օրինակ, ցիրկոնիում-վոլֆրամ խառնուրդ): Տարրի քիմիան թույլ է տալիս այն օգտագործել որպես կատալիզատոր։ Նրա բացառիկ կարծրությունը դարձնում է այն հարմար օգտագործման համար «բարձր արագությամբ պողպատներում», որոնք թույլ են տալիս նյութերը կտրել ավելի բարձր արագությամբ, քան ածխածնային պողպատները և բարձր ջերմաստիճանի համաձուլվածքները: Վոլֆրամի կարբիդը՝ ածխածնի հետ տարրի միացությունը, հայտնի ամենադժվար նյութերից է և օգտագործվում է ֆրեզերային և շրջադարձային գործիքներ պատրաստելու համար։ Կալցիումի և մագնեզիումի վոլֆրամները լայնորեն օգտագործվում են լյումինեսցենտային լամպերում, իսկ վոլֆրամի օքսիդները լայնորեն օգտագործվում են ներկերի և կերամիկական ջնարակների մեջ:
Հայտնաբերման պատմություն
Այս քիմիական տարրի գոյությունն առաջին անգամ առաջարկվել է 1779 թվականին Պիտեր Վուլֆի կողմից, երբ նա ուսումնասիրել է վոլֆրամիտ հանքանյութը և եկել է.եզրակացությունը, որ այն պետք է պարունակի նոր նյութ. 1781 թվականին Կարլ Վիլհելմ Շելեն հաստատեց, որ վոլֆրամից կարելի է նոր թթու ստանալ։ Շելեն և Թորբերն Բերգմանը առաջարկեցին դիտարկել այս թթու կրճատման միջոցով նոր մետաղ ստանալու հնարավորությունը, որը կոչվում է վոլֆստենաթթու: 1783 թվականին երկու եղբայրներ՝ Խոսե և Ֆաուստո Էլգիարները, վոլֆրամիտում գտան թթու, որը նույնական էր վոլֆրամիտի հետ։ Նույն թվականին եղբայրներին հաջողվեց ածուխի միջոցով վոլֆրամից առանձնացնել վոլֆրամը։
Երկրորդ համաշխարհային պատերազմի ժամանակ այս քիմիական տարրը հսկայական դեր է խաղացել։ Մետաղի դիմադրությունը բարձր ջերմաստիճաններին, ինչպես նաև դրա համաձուլվածքների ծայրահեղ ամրությունը վոլֆրամը դարձրեց ռազմական արդյունաբերության համար ամենակարևոր հումքը։ Պատերազմող երկրները ճնշում են գործադրել Պորտուգալիայի վրա՝ որպես Եվրոպայում վոլֆրամիտի հիմնական աղբյուր։
Լինելով բնության մեջ
Բնության մեջ տարրը հանդիպում է վոլֆրամիտում (FeWO4/MnWO4), շելիտում (CaWO4):), ֆերբերիտ և հուբներիիտ: Այս օգտակար հանածոների կարևոր հանքավայրեր կան ԱՄՆ-ում՝ Կալիֆոռնիայում և Կոլորադոյում, Բոլիվիայում, Չինաստանում, Հարավային Կորեայում, Ռուսաստանում և Պորտուգալիայում։ Աշխարհում վոլֆրամի արտադրության մոտ 75%-ը կենտրոնացված է Չինաստանում։ Մետաղը ստացվում է նրա օքսիդը ջրածնով կամ ածխածնով վերականգնելով։
Համաշխարհային պաշարները գնահատվում են 7 միլիոն տոննա, ենթադրվում է, որ դրանց 30%-ը վոլֆրամիտի և 70%-ը՝ շեյլիտի հանքավայրեր են։ Ներկայումս դրանց զարգացումը տնտեսապես շահավետ չէ։ Սպառման ներկայիս մակարդակով այդ պաշարները կբավականացնեն ընդամենը 140 տարի։ Մեկ այլ արժեքավոր աղբյուրվոլֆրամը մետաղի ջարդոնի վերամշակում է։
Հիմնական հատկանիշներ
Վոլֆրամը քիմիական տարր է, որը դասակարգվում է որպես անցումային մետաղ: Նրա W խորհրդանիշը գալիս է լատիներեն wolframium բառից։ Պարբերական աղյուսակում այն գտնվում է VI խմբում տանտալի և ռենիումի միջև։
Իր ամենամաքուր ձևով վոլֆրամը կոշտ նյութ է, որի գույնը տատանվում է պողպատե մոխրագույնից մինչև կծու սպիտակ: Կեղտերի դեպքում մետաղը դառնում է փխրուն և դժվար է աշխատել, բայց եթե դրանք բացակայում են, ապա այն կարելի է կտրել սղոցով: Բացի այդ, այն կարելի է կեղծել, գլորել և գծել։
Վոլֆրամը քիմիական տարր է, որի հալման կետն ամենաբարձրն է բոլոր մետաղների մեջ (3422 °C): Այն ունի նաև գոլորշիների ամենացածր ճնշումը: Այն նաև ունի ամենաբարձր առաձգական ուժը՝ T> 1650 °C: Տարրը չափազանց դիմացկուն է կոռոզիայից և միայն մի փոքր հարձակվում է հանքային թթուների կողմից: Օդի հետ շփվելիս մետաղի մակերեսի վրա ձևավորվում է պաշտպանիչ օքսիդային շերտ, սակայն վոլֆրամն ամբողջությամբ օքսիդանում է բարձր ջերմաստիճանում։ Երբ այն փոքր քանակությամբ ավելացվում է պողպատին, նրա կարծրությունը կտրուկ աճում է:
Իզոտոպներ
Բնության մեջ վոլֆրամը կազմված է հինգ ռադիոակտիվ իզոտոպներից, սակայն դրանք այնքան երկար կիսատ կյանք ունեն, որ կարելի է կայուն համարել: Դրանք բոլորը քայքայվում են հաֆնիում-72-ի՝ ալֆա մասնիկների արտանետմամբ (համապատասխանում է հելիում-4 միջուկներին)։ Ալֆայի քայքայումը նկատվում է միայն 180Վտ-ում՝ դրանցից ամենաթեթև և հազվադեպիզոտոպներ. Տարեկան միջինում երկու ալֆա քայքայում է տեղի ունենում 1 գ բնական վոլֆրամի մեջ 180Վտ.
Բացի այդ, նկարագրվել են վոլֆրամի 27 արհեստական ռադիոակտիվ իզոտոպներ: Դրանցից ամենակայունը 181Վտ է՝ 121,2 օր կիսամյակ, 185Վտ (75,1 օր), 188 Վտ (69, 4 օր) և 178Վտ (21, 6 օր): Բոլոր մյուս արհեստական իզոտոպների կիսամյակը մեկ օրից պակաս է, և դրանց մեծ մասը 8 րոպեից պակաս է: Վոլֆրամն ունի նաև չորս «մետկայուն» վիճակ, որոնցից ամենակայունը 179 մՎտ (6,4 րոպե):
Միացումներ
Քիմիական միացություններում վոլֆրամի օքսիդացման վիճակը փոխվում է +2-ից +6-ի, որոնցից +6-ը ամենատարածվածն է։ Տարրը սովորաբար կապվում է թթվածնի հետ՝ ձևավորելով դեղին եռօքսիդ (WO3), որը լուծվում է ջրային ալկալային լուծույթներում որպես վոլֆրամի իոններ (WO4 2−).
Դիմում
Քանի որ վոլֆրամն ունի շատ բարձր հալման կետ և ճկուն է (կարելի է քաշել մետաղալարով), այն լայնորեն օգտագործվում է որպես շիկացած լամպերի և վակուումային լամպերի թել, ինչպես նաև էլեկտրական վառարանների ջեռուցման տարրերում: Բացի այդ, նյութը դիմակայում է ծայրահեղ պայմաններին: Դրա հայտնի կիրառություններից մեկը գազով պաշտպանված վոլֆրամի աղեղով եռակցումն է։
Բացառիկ կոշտ, վոլֆրամը իդեալական բաղադրիչ է ծանր զենքի համաձուլվածքների համար: Բարձր խտությունը օգտագործվում է kettlebells-ում,զբոսանավերի, ինչպես նաև տեգերում (80-97%) հակակշիռներ և բալաստային կիլիկներ: Բարձր արագությամբ պողպատը, որը կարող է նյութը կտրել ավելի բարձր արագությամբ, քան ածխածնային պողպատը, պարունակում է այս նյութի մինչև 18%: Տուրբինի շեղբերները, մաշված մասերը և ծածկույթները օգտագործում են վոլֆրամ պարունակող «գերհամաձուլվածքներ»: Սրանք ջերմակայուն, բարձր դիմացկուն համաձուլվածքներ են, որոնք գործում են բարձր ջերմաստիճանի դեպքում:
Քիմիական տարրի ջերմային ընդարձակումը նման է բորոսիլիկատային ապակու, ուստի այն օգտագործվում է ապակուց մետաղից կնիքներ պատրաստելու համար: Վոլֆրամ պարունակող կոմպոզիտները հիանալի փոխարինում են կապարի փամփուշտների և կրակոցի մեջ: Նիկելի, երկաթի կամ կոբալտի հետ համաձուլվածքներում դրանից պատրաստվում են հարվածային արկեր։ Ինչպես փամփուշտը, այնպես էլ նրա կինետիկ էներգիան օգտագործվում է թիրախին խոցելու համար։ Ինտեգրալ սխեմաներում վոլֆրամն օգտագործվում է տրանզիստորների հետ կապեր հաստատելու համար։ Երաժշտական գործիքների լարերի որոշ տեսակներ պատրաստված են վոլֆրամի մետաղալարից։
Կապերի օգտագործում
Վոլֆրամի կարբիդի բացառիկ կարծրությունը (W2C, WC) այն դարձնում է ամենատարածված նյութը ֆրեզերային և շրջադարձային գործիքների համար: Կիրառվում է մետաղագործության, հանքարդյունաբերության, նավթի և շինարարության ոլորտներում։ Վոլֆրամի կարբիդն օգտագործվում է նաև ոսկերչական իրերի արտադրության մեջ, քանի որ այն հիպոալերգեն է և չի կորցնում իր փայլը։
Գլազը պատրաստվում է դրա օքսիդներից։ Վոլֆրամի «բրոնզը» (այսպես կոչվում է օքսիդների գույնի պատճառով) օգտագործվում է ներկերի մեջ։ Մագնեզիումի և կալցիումի վոլֆրատները օգտագործվում են լյումինեսցենտումլամպեր. Բյուրեղային վոլֆրամը միջուկային բժշկության և ֆիզիկայի մեջ ծառայում է որպես ցինտիլյացիայի դետեկտոր: Աղերն օգտագործվում են քիմիական և կաշվի արդյունաբերության մեջ։ Վոլֆրամի դիսուլֆիդը բարձր ջերմաստիճանի քսուք է, որը կարող է դիմակայել 500°C: Վոլֆրամ պարունակող որոշ միացություններ քիմիայում օգտագործվում են որպես կատալիզատորներ։
Հատկություններ
W-ի հիմնական ֆիզիկական հատկությունները հետևյալն են.
- Ատոմային համարը՝ 74.
- Ատոմային զանգված՝ 183, 85.
- Հալման կետ՝ 3410 °C.
- Եռման կետ՝ 5660 °C.
- Խտություն՝ 19,3 գ/սմ3 20°C-ում։
- Օքսիդացման վիճակներ՝ +2, +3, +4, +5, +6.
- Էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիա՝ [Xe]4 f 145 դ 46 s 2.
