Volframoksiidi peetakse selle anorgaaniliste ainete klassi üheks kõige tulekindlamaks. Metalli iseloomustamiseks analüüsime metalli enda omadusi.
Volframi omadused
Volframoksiidi praktilise tähtsuse mõistmiseks märgime, et metallil endal on elektritakistus, joonpaisumise koefitsient ja kõrge sulamistemperatuur.
Puhtal volframil on kõrge elastsus. Metall lahustub happes ainult siis, kui seda kuumutatakse temperatuurini 5000 oC. See reageerib süsinikuga, moodustades reaktsioonisaadusena volframkarbiidi. Saadud liigend on väga vastupidav.
Kõige levinum volframoksiid on volframenhüdriid. Keemilise ühendi peamine eelis on võime redutseerida pulber metalliks, moodustades kõrvalsaadusena madalamaid oksiide.
Metalli iseloomustab suur tihedus, rabedus ja võime moodustada madalatel temperatuuridel volframoksiidi.
Volframisulamid
Teadlased tuvastavad ühefaasilised sulamite tüübid, sealhulgaselemente on üks või mitu. Tuntuim volframi ja molübdeeni ühend. Sulami legeerimine molübdeeniga suurendab volframi tõmbetugevust.
Ühefaasilised sulamid on ühendid: volfram – tsirkoonium, volfram – hafnium, volfram – nioobium. Reenium annab volframile maksimaalse plastilisuse. Selle lisamine ei mõjuta tulekindla metalli jõudlust.
Metalli hankimine
Tulekindla volframi sulameid pole võimalik traditsioonilisel viisil saada: sulamistemperatuurini jõudes läheb metall koheselt gaasilisse vormi. Peamine võimalus puhta metalli saamiseks on elektrolüüs. Tööstuslikes mahtudes kasutatakse volframisulamite saamiseks pulbermetallurgiat. Selleks looge vaakumi abil spetsiaalsed tehnoloogilised tingimused.
Looduses viibimine
Volframoksiidi, mille valem on WO3, nimetatakse kõrgeimaks ühendiks. Looduses seda puhtal kujul ei esine, vaid see on osa volframimaagidest. Tulekindla metalli ekstraheerimise ja töötlemise protsess hõlmab mitut etappi.
Maagi massist eraldatakse kõrgem volframoksiid. Seejärel ühend rikastatakse ja pärast töötlemist eraldatakse puhas metall.
Õhukese volframtraadi valmistamisel tuleb hoolitseda selle eest, et lisandid oleksid täielikult eemaldatud. Vastasel juhul vähenevad valmistoote spetsifikatsioonid oluliselt.
Volframi kasutusvaldkonnad
Kuidas taastada volframoksiidi? Selle ühendiga interakteeruv vesinik aitab saada puhta metalli. See on oluline hõõgniitide, röntgentorude, küttekehade ja vaakumahjude ekraanide valmistamisel, mis on ette nähtud kasutamiseks kõrgetel temperatuuridel.
Terasel, milles volfram on legeerelement, on kõrged tugevusomadused. Sellisest sulamist valmistatud tooteid kasutatakse meditsiiniseadmete valmistamisel, puuraukude puurimiseks mõeldud lõikeplaatidel. Ühenduse peamine eelis on vastupidavus mehaanilisele deformatsioonile.
Valmistoodete kasutamisel on pragude ja laastude tekkimise tõenäosus üsna väike. Kõige populaarsem terase klass, mille hulka kuulub ka volfram, loetakse võitjaks.
Selle haruldase metalli jääke kasutatakse kvaliteetsete katalüsaatorite, igasuguste värvide, spetsiaalsete pigmentide jms tootmiseks. Kaasaegses tuumatööstuses kasutatakse laialdaselt volframistiigleid ja radioaktiivsete jäätmete mahuteid.
Metalli tulekindlus mängib kaarkeevitamisel erilist rolli. Kuna volframi puhtal kujul peetakse üsna haruldaseks metalliks, viiakse selle saamiseks läbi volframimaagi rikastamise ja töötlemise protseduur. Puhtal kujul on sellel helehall värv, millel on iseloomulik metalliline läige. Standardsed volframisulamid, mida nimetatakse stelliitideks, hõlmavad ka koob altit ja kroomi. Selliste ühendite põhikomponent on koob alt. Sulamidnõudlus masinaehituses.
Volframoksiidid
Millised omadused on volframoksiidil (6), mille valem on WO3? Metall on võimeline avaldama erinevat oksüdatsiooniastet: maksimaalse stabiilsuse korral on valikud metalli valentsiga (4) ja (6). Esimene WO2 tüüpi ühend kuulub happeliste oksiidide hulka ja sellel on järgmised omadused: kõrge sulamistemperatuur ja eriline tihedus. See keemiline ühend on vees peaaegu lahustumatu, kuid kuumutamisel võib see lahustuda hapetes ja leelistes. Keemiatööstuses kasutatakse seda mõnedes reaktsioonides katalüsaatorina. Näiteks keraamikatoodete valmistamisel kasutatakse ühendit WO2.
Volframoksiidil, mille valents on (6), on samuti iseloomulikud happelised omadused. See ühend reageerib leelistega, kuid ei suuda vees lahustuda. Arvestades, et ühendil on kõrge sulamistemperatuur, kasutatakse seda ainult keemiliste protsesside kiirendajana.
Järeldus
Anorgaanilise keemia käigus pööratakse erilist tähelepanu oksiidide uurimisele, nende omaduste analüüsile ja tööstuses kasutamise iseärasustele. Näiteks pakutakse lõpueksamil üheksanda klassi õpilastele järgmise sisuga ülesanne: "Koosta vase-, raua-, volframioksiidide valemid ja määrake ka nende peamised keemilised omadused."
Ülesandega edukaks toimetulekuks on vaja ettekujutust oksiidide omadustest. Naguvaatleme kahekomponentseid ühendeid, milles teiseks elemendiks on hapnik. Kõik oksiidid liigitatakse tavaliselt kolme rühma: aluselised, happelised, amfoteersed.
Raud ja vask on sekundaarse alamrühma elemendid, seetõttu on neil võimelised näitama muutuvat valentsi. Vase puhul saab kirjutada ainult kaks oksiidide varianti, millel on põhiomadused - Cu2O ja CuO.
Raud ei asu keemiliste elementide peamises alarühmas, seetõttu toimuvad oksüdatsiooniastmed +2 ja +3. Nendel juhtudel moodustuvad järgmist tüüpi oksiidid - FeO ja Fe2O3.
Volframil kahekomponentsetes ühendites koos hapnikuga on enamasti valentsid (4) ja (6). Selle metalli mõlemal oksiidil on happelised omadused, mistõttu kasutatakse neid tööstuses keemiliste protsesside kiirendajatena.
Kõigi volframoksiidide põhieesmärk on eraldada neist puhas metall, mille järele on nõudlus keemia- ja metallurgiatööstuses.
