Volfram on keemiline element, mille aatomnumber on 74. See raskmetall terashallist valgeni on väga vastupidav, mistõttu on see paljudel juhtudel lihts alt asendamatu. Selle sulamistemperatuur on kõrgem kui mis tahes muul metallil ja seetõttu kasutatakse seda hõõglampides ja elektriahjude kütteelementidena (näiteks tsirkooniumi-volframisulam). Elemendi keemia võimaldab seda kasutada katalüsaatorina. Selle erakordne kõvadus muudab selle sobivaks kasutamiseks "kiirteastes", mis võimaldab materjale lõigata suurema kiirusega kui süsinikteraseid ja kõrge temperatuuriga sulamites. Volframkarbiid, elemendi ühend süsinikuga, on üks kõvemaid teadaolevaid aineid ning seda kasutatakse frees- ja treiriistade valmistamiseks. Luminofoorlampides kasutatakse laialdaselt k altsiumi ja magneesiumi volframaate ning volframoksiide värvides ja keraamilistes glasuurides.
Avastuste ajalugu
Selle keemilise elemendi olemasolu pakkus esmakordselt välja 1779. aastal Peter Woolf, kui ta uuris mineraali volframiiti ja jõudis selleni.järeldus, et see peab sisaldama uut ainet. 1781. aastal tegi Carl Wilhelm Scheele kindlaks, et volframiidist võib saada uut hapet. Scheele ja Thorburn Bergman tegid ettepaneku kaaluda võimalust saada uus metall selle happe redutseerimise teel, mida nimetatakse volframiinhappeks. 1783. aastal leidsid kaks venda José ja Fausto Elguiar volframiidist happe, mis oli identne volframhappega. Samal aastal õnnestus vendadel eraldada sellest söe abil volfram.
Teise maailmasõja ajal mängis see keemiline element tohutut rolli. Metalli vastupidavus kõrgetele temperatuuridele ja ka selle sulamite äärmine tugevus muutis volframi sõjatööstuse kõige olulisemaks tooraineks. Sõdivad pooled avaldasid survet Portugalile kui peamisele volframiidi allikale Euroopas.
Looduses viibimine
Looduses esineb elementi volframiidis (FeWO4/MnWO4), scheeliidis (CaWO4), ferberiit ja hübneriit. Nende mineraalide olulisi maardlaid leidub USA-s Californias ja Colorados, Boliivias, Hiinas, Lõuna-Koreas, Venemaal ja Portugalis. Umbes 75% maailma volframitoodangust on koondunud Hiinasse. Metall saadakse selle oksiidi redutseerimisel vesiniku või süsinikuga.
Maailma varud on hinnanguliselt 7 miljonit tonni, millest 30% moodustavad volframiidi ja 70% šeeliidi leiud. Praegu ei ole nende arendamine majanduslikult tasuv. Praeguse tarbimistaseme juures jätkub neid varusid vaid 140 aastaks. Veel üks väärtuslik allikasvolfram on vanametalli ringlussevõtt.
Põhifunktsioonid
Volfram on keemiline element, mis on klassifitseeritud siirdemetalliks. Selle sümbol W pärineb ladinakeelsest sõnast wolframium. Perioodilises tabelis on see VI rühmas tantaali ja reeniumi vahel.
Puhtamal kujul on volfram kõva materjal, mille värvus ulatub terashallist tinavalgeni. Lisandite tõttu muutub metall hapraks ja sellega on raske töötada, kuid kui need puuduvad, saab seda lõigata rauasaega. Lisaks saab seda sepistada, rullida ja tõmmata.
Volfram on keemiline element, mille sulamistemperatuur on kõigist metallidest kõrgeim (3422 °C). Sellel on ka madalaim aururõhk. Sellel on ka suurim tõmbetugevus temperatuuril T> 1650 °C. Element on äärmiselt korrosioonikindel ja mineraalhapete poolt rünnatud. Õhuga kokkupuutel tekib metalli pinnale kaitsev oksiidikiht, kuid volfram oksüdeerub kõrgel temperatuuril täielikult. Kui seda lisada terasele väikestes kogustes, suureneb selle kõvadus järsult.
Isotoobid
Looduses koosneb volfram viiest radioaktiivsest isotoobist, kuid nende poolestusaeg on nii pikk, et neid võib pidada stabiilseks. Kõik nad lagunevad hafnium-72-ks alfaosakeste emissiooniga (mis vastavad heelium-4 tuumadele). Alfa lagunemist täheldatakse ainult 180W, mis on neist kõige kergem ja haruldasemisotoobid. Aastas toimub 1 g looduslikus volframis keskmiselt kaks alfalagunemist 180W.
Lisaks on kirjeldatud 27 kunstlikku volframi radioaktiivset isotoopi. Kõige stabiilsem neist on 181W poolväärtusajaga 121,2 päeva, 185W (75,1 päeva), 188 W (69, 4 päeva) ja 178W (21, 6 päeva). Kõigi teiste tehisisotoopide poolestusaeg on alla ühe päeva ja enamik neist on alla 8 minuti. Volframil on ka neli metastabiilset olekut, millest kõige stabiilsem on 179mW (6,4 min).
Ühendused
Keemilistes ühendites muutub volframi oksüdatsiooniaste +2-lt +6-le, millest +6 on kõige levinum. Element seostub tavaliselt hapnikuga, moodustades kollase trioksiidi (WO3), mis lahustub leeliselistes vesilahustes volframaadiioonidena (WO42−).
Rakendus
Kuna volframil on väga kõrge sulamistemperatuur ja see on plastiline (saab tõmmata traadiks), kasutatakse seda laialdaselt hõõglampide ja vaakumlampide hõõgniidina, samuti elektriahjude kütteelementides. Lisaks peab materjal vastu ekstreemsetes tingimustes. Üks selle tuntud rakendusi on gaasvarjestatud volframkaarkeevitus.
Erandlikult kõva volfram on ideaalne komponent raskerelvade sulamite jaoks. Kõrget tihedust kasutatakse kettlebellides,vastukaalud ja ballastkiilud jahtidele, samuti nooleviskes (80-97%). Kiirteras, mis suudab materjali lõigata suurema kiirusega kui süsinikteras, sisaldab seda ainet kuni 18%. Turbiini labad, kuluvad osad ja katted kasutavad volframi sisaldavaid "supersulameid". Need on kuumakindlad, väga vastupidavad sulamid, mis töötavad kõrgel temperatuuril.
Keemilise elemendi soojuspaisumine on sarnane boorsilikaatklaasile, seega kasutatakse seda klaas-metalli tihendite valmistamiseks. Volframit sisaldavad komposiidid asendavad suurepäraselt pliid kuulides ja haavlites. Nikli, raua või koob altiga sulamites valmistatakse sellest löökmürske. Nagu kuul, kasutatakse selle kineetilist energiat sihtmärgi tabamiseks. Integraallülitustes kasutatakse transistoridega ühenduste loomiseks volframi. Teatud tüüpi muusikariistade keeli valmistatakse volframtraadist.
Ühenduste kasutamine
Volframkarbiidi erakordne kõvadus (W2C, WC) muudab selle kõige levinumaks materjaliks frees- ja treiriistade jaoks. Seda kasutatakse metallurgia-, kaevandus-, nafta- ja ehitustööstuses. Volframkarbiidi kasutatakse ka ehete valmistamisel, kuna see on hüpoallergeenne ega kipu oma läiget kaotama.
Glasuur on valmistatud selle oksiididest. Värvides kasutatakse volframi "pronksi" (nn oksiidide värvuse tõttu). Fluorestsentsis kasutatakse magneesiumi ja k altsiumi volframilambid. Kristalliline volframaat toimib tuumameditsiinis ja füüsikas stsintillatsioonidetektorina. Sooli kasutatakse keemia- ja nahatööstuses. Volframdisulfiid on kõrge temperatuuriga määre, mis talub 500 °C. Mõnda volframi sisaldavat ühendit kasutatakse keemias katalüsaatoritena.
Atribuudid
W peamised füüsikalised omadused on järgmised:
- Aatomnumber: 74.
- Aatommass: 183, 85.
- Sulamistemperatuur: 3410 °C.
- Keemistemperatuur: 5660 °C.
- Tihedus: 19,3 g/cm3 20°C juures.
- Oksüdatsiooniolekud: +2, +3, +4, +5, +6.
- Elektrooniline konfiguratsioon: [Xe]4 f 145 d 46 s 2.
