Словарь научных терминов

Вольфрам

ВОЛЬФРАМ [от нем. Wolf - волк, Rahm - сливки ("волчья пена" - назв. дано в 16 в., т.к. мешал выплавке олова, переводя его в шлак); лат. Wolframium] W, хим. элемент VI гр. периодич. системы, ат. н. 74, ат. м. 183,85. Прир. В. состоит из пяти стабильных изотопов с мас. ч. 180 (0,135%), 182 (26,41%), 183 (14,4%), 184 (30,64%) и 186 (28,41%). Поперечное сечение захвата тепловых нейтронов 19,2*10-28 м2. Конфигурация внеш. электронной оболочки 5d46s2; степени окисления +2; +3, +4, +5, +6 (наиб, характерна); энергия ионизации W° -> W+ -> W2+ соотв. 770 и 1710 кДж/моль; электроотрицательность по Полингу 1,7; сродство к электрону 0,5 эВ; работа выхода электронов 4,55 эВ; электронная эмиссия (мА/см2): 1,5*10-10 (1100 К), 2,3*10-1 (1900 К), 298 (2500 К); ат. радиус 0,1368 нм; ионные радиусы (в скобках указаны координац. числа) W4 + 0,080 нм (6), W6 + 0,065 нм (4), 0,074 нм (6).

В. мало распространен в природе. Содержание в земной коре 1*10-4 % по массе. Известно ок. 15 собств. минералов, большинство из них - вольфраматы. наиб. важные минералы - вольфрамит (Fe, Mn)WO4 [его разновидности - ферберит (Fe : Mn > 4 :1) и гюбнерит (Mn : Fe > 4 :1)] и шеелит CaWO4. наиб. крупные пром. месторождения в КНР, СССР, КНДР, Южной Корее, США, Таиланде, Канаде, Боливии, Австралии, Бразилии, Португалии. Мировые запасы В. в рудах 1815 тыс. т (1976).

Свойства. В. - металл светло-серого цвета. Осн. устойчивая модификация-https://www.medpulse.ru/image/encyclopedia/5/2/8/4528.jpegW, решетка объемноцентриров. кубическая (а = 0,31589 нм, z = 2, пространств. группа Im3m). Существует такжеhttps://www.medpulse.ru/image/encyclopedia/5/2/9/4529.jpegмодификация с кубич. кристаллич. решеткой (z = 8, пространств. группа Рт3п); образуется при восстановлении тонкого слоя WO3 сухим Н2 при 440-630 °С; выше 630°С необратимо превращ. вhttps://www.medpulse.ru/image/encyclopedia/5/3/0/4530.jpegW. В. - самый тугоплавкий металл, т. пл. 3380+10 °С, т. кип. 5900-6000°С; плотн. 19,3 г/см3, жидкого 16,65 г/см3; С° 24,27 Дж/(моль*К);https://www.medpulse.ru/image/encyclopedia/5/3/1/4531.jpeg 46 кДж/моль,https://www.medpulse.ru/image/encyclopedia/5/3/2/4532.jpeg 850 кДж/моль (О К); So298 32,6 Дж/(моль*К); ур-ние температурной зависимости давления пара над твердым В. в интервале 2000-3500 К: lg р (мм рт. ст.) = 42000/Г + 9,84 -— 0,146T-lg Т — 0,164*10-3T; скорость испарения [в г/(см2*с)1 2,18*10-12 (2200 К), 1,06*10-6 (3000 К), 2,06 х 10-5 (3273 К); температурный коэф. линейного расширения (К-1): 4,1*10-6 (298 К), 6,5*10-6 (2273 К), 7,1*10-6 (2673 К); теплопроводность [Вт/(м*К)]: 153 (298 К), 105 (1873 К); температуропроводность (м2/с): 3,17*103 (1873 К), 2,3*103 (2873 К); излучательная способность (Вт/см2): 23,65 (2200 К), 112,5 (2800 К), 203 (3200 К);https://www.medpulse.ru/image/encyclopedia/5/3/3/4533.jpeg (Ом*м): 5,5*10-8 (298 К), 55,7*10-8 (2000 К), 108,5*10-8 (2500 К); температурный коэф.https://www.medpulse.ru/image/encyclopedia/5/3/4/4534.jpeg 5,0*10-3 К -1 (273 - 473 К); т-ра перехода в сверхпроводящее состояние 0,0160 К. В. парамагнитен, магн. восприимчивость 0,32*10-9. Мех. св-ва В. сильно зависят от способа его получения, чистоты и предшествующей мех. и термич. обработки. Техн. В. хрупок при нормальной т-ре, при 200-500°С переходит в пластичное состояние; высокочистыи монокристаллич. В. пластичен вплоть до — 196 °С. Твердость по Бринеллю для спеченного штабика 2000-2300 МПа, для листа толщ. 2 мм 3500-4000 МПа; для проволоки модуль упругости 380-410 ГПа (298 К); в зависимости от диаметраhttps://www.medpulse.ru/image/encyclopedia/5/3/5/4535.jpegдля неотожженной проволоки 1800-4150 МПа, для отожженной 900-1300 МПа. Коэф. сжимаемости В. ниже, чем у всех металлов. По длительности сохранения прочности при 800-1300 °С он значительно превосходит Мо, Та и Nb. Компактный В. устойчив на воздухе, при 400 °С начинает окисляться, выше 500 °С быстро окисляется до триоксида WO3 (см. Вольфрама оксиды). С холодной и горячей водой не взаимод., парами воды выше 600 °С окисляется до WO3, WO2 и др. оксидов. На холоду устойчив к действию соляной к-ты, H2SO4, HNO3, а также смеси HNO3 и H2SO4, активно взаимод. со смесью к-т HNO3 и HF, медленно - с Н2О2. При 90-100 °С устойчив к действию фтористоводородной к-ты, слабо взаимод. с соляной к-той, H2SO4 и Н2СrО4, несколько сильней - с HNO3 и царской водкой. Не взаимод. с р-рами щелочей и NH3 на холоду, слабо реагирует с ними при нагр. в присут. О2. Быстро окисляется в расплавленном NaOH или КОН при доступе воздуха или в присут. окислителей (NaNO3, NaNO2 и др.) с образованием волъфраматов.

С азотом В. реагирует выше 1500°С; при 2300-2500 °С образуется нитрид WN2, к-рый в отсутствии N2 разлагается выше 800 °С. Водород не реагирует с В. вплоть до т-ры плавления. В В. мало растворимы О2 (менее 10-4% по массе), N2 (~ 10-5%) и Н2 (менее 10-4%), с F2 выше 150°С В. образует фториды (см. Вольфрама гексафторид), с С12 выше 800°С - хлориды, с Вr2 и I2 при 600-700°С - соотв. бромиды и иодиды (см. Вольфрама галогениды).

С парами S и Se, а также с H2S и H2Se выше 400 °С образует соотв. дисульфид WS2 (см. Вольфрама сульфиды)и диселенид WSe2, с кремнием и бором выше 1400°С - соотв. силициды (WSi2 и W5Si3) и бориды (W2B, WB, W2B5 и др.). При 700-800 °С SO2 окисляет В. до оксидов, СО2 выше 1200°С - до WO2, оксиды N выше 600°С - до WO3. Взаимод. В. с углеводородами при 1100-1200 °С приводит к карбидам. До ~ 1400°С В. устойчив в атмосфере СО, при более высокой т-ре образуются вольфрама карбиды. При 200-300 °С и давлении СО 20 МПа В. (в возбужденном состоянии) образует с СО гексакарбонил W (СО)6 - бесцв. кристаллы; т. пл. 169°С, т. кип. 175°С; не раств. в воде; выше 350°С разлагается на W и СО; применяют как катализатор полимеризации олефинов, для нанесения вольфрамовых покрытий на металлы, керамику, графит, для синтеза воль-фраморг. соед. (см. также Карбонилы металлов).

В. очень медленно взаимод. с Hg, Na, К, Ga, Mg даже при 600 °С. Он устойчив при 600 °С в сплаве Вуда (см. Свинца сплавы), при 1000°С - в эвтектич. сплаве Na-K, до 1680°С не реагирует с расплавленными Bi, Ca, Си и Sn. При 1100oС В. медленно раств. в U, выше 700 °С реагирует с жидким А1, давая интерметаллиды. В. способен образовывать сплавы со мн. металлами (см. Вольфрама сплавы).

Важнейшие кислородные соед. B. - WO3, вольфрамовая к-та WO32О и ее соли (вольфраматы). Известны поливольфраматы - соли высокомол. изополи- и акваполикислот, а также гетерополивольфраматы - соли гетерополивольфрамовых к-т (см. Гетерополисоединения). При восстановлении вольфраматов щелочных металлов получают вольфрамовые бронзы-кристаллич. в-ва с металлич. св-вами (см. Бронзы оксидные).

Диселенид вольфрама WSe2 - темно-серые кристаллы с гексагон. решеткой (а = 0,3280 нм, с=1,2950нм, пространств. группа p63/mmc); выше 550 °С окисляется на воздухе до WO3; в вакууме выше 900 °С диссоциирует на W и Se. Не раств. в воде; не взаимод. с разб. НС1, H2SO4, р-рами щелочей. Окисляется HNO3. Получают взаимод. паров Se или H2Se с W или WO3 при 600-800 °С. Полупроводник р-типа; используется как твердая смазка.

Дисилицид вольфрама WSi2 - голубовато-серые кристаллы с тетрагон. решеткой (а = 0,3212 нм, с = = 0,7880 нм, z = 2, пространств. ггруппа I4/mmm); т. пл. 2165 °С; плотн. 9,25 г/см3;https://www.medpulse.ru/image/encyclopedia/5/3/6/4536.jpeg - 93,7 кДж/моль;https://www.medpulse.ru/image/encyclopedia/5/3/7/4537.jpeg 12,5*10-8 Ом*м;https://www.medpulse.ru/image/encyclopedia/5/3/8/4538.jpeg 1269 МПа (20°С); микротвердость 10740 МПа (нагрузка 50 г). Не раств. в воде; не взаимод. с неорг. к-тами (кроме фтористоводородной к-ты). Получают: взаимод. паров Si с W в вакууме при 1150-1350 °С; восстановлением SiCl4 водородом на нагретой до 1100-1800°С пов-сти W; по р-ции 4SiCl2 + + Whttps://www.medpulse.ru/image/encyclopedia/5/3/9/4539.jpeg WSi2 + 2SiCl4. Образует на изделиях из В. защитные покрытия, устойчивые на воздухе до 2000 °С.

Борид вольфрама (пентаборид дивольфрама) W2B5 - серые кристаллы с металлич. блеском, решетка гексагональная (https://www.medpulse.ru/image/encyclopedia/5/4/0/4540.jpeg=W2B5; а = 0,292нм, с=1,387нм, пространств, группа С6/mmc); т. пл. 2300 °С (с разл.); плотн. 13,0 г/см3; микротвердость 25800 МПа; на воздухе выше 800°С окисляется. Не раств. в воде. Разлагается царской водкой, а также HNO3 и конц. H2SO4 при кипячении. Получают взаимод. WO3 с В4С и С в вакууме при 1150-1300 °С. Компонент твердых сплавов для режущих инструментов, наплавочных износостойких материалов для стали и чугуна; образует защитные покрытия на В.

Получение. Вольфрамовые руды (содержат 0,15-0,5% WO3) обогащают гравитационными методами, флотацией, магн. и электростатич. сепарацией, а также хим. способами. Для получения В. и его соед. используют рудные концентраты, содержащие 55-65% WO3, иногда 10-20%, направляемые на хим. переработку. Пром. способы извлечения В. из рудных концентратов подразделяют на щелочные (наиб. распространенные) и кислотные. В первом случае вольфрамитовый или шеелитовый концентрат разлагают спеканием с Na2CO3 при 800-900 °С с послед. выщелачиванием спека водой или обработкой р-ром Na2CO3 в автоклаве при 200-225 °С Вольфрамитовые концентраты иногда разлагают нагреванием с р-рами NaOH. Для полного разложения вольфрамита спеканием требуется небольшой избыток Na2CO3 по сравнению со стехиометрически необходимым кол-вом; в случае шеелита в шихту добавляют SiO2 (2CaWO4 + 2Na2CO3 + SiO2 -> 2Na2WO4 + + Ca2SiO4 + 2CO2). Для полного разложения в автоклаве шеелитовых концентратов избыток Na2CO3 должен составлять 250-300%, а в случае вольфрамитовых концентратов - 300-400%. Из образовавшихся водных р-ров Na2WO4 после их очистки от примесей (Si, P, As, Mo, F) действием СаС12 или Ca(NO3)2 осаждают CaWO4, к-рый затем разлагают соляной к-той или HNO3 и выделяют вольфрамовую к-ту. Последнюю прокаливают, получая WO3, или растворяют в водном р-ре NH3, из к-рого выпариванием кристаллизуют паравольфрамат (NH4)10[H2W12O42]*4Н2О. Это соед. м. б. также получено более простым способом - экстракцией водными р-рами солей аминов или четвертичных аммониевых соед. (при рН 2,5-3) с послед. реэкстракцией р-рами NH3. Перспективен метод его получения из р-ров Na2WO4 с использованием ионообменных смол.

По кислотному способу шеелитовые концентраты (с содержанием WO3 65-75%) разлагают к-тами (НС1, HNO3); образующуюся при этом вольфрамовую к-ту раств. в водном р-ре NH3 и затем кристаллизуют в виде паравольфрамата аммония.

Осн. продукты переработки вольфрамовых концентратов - WO3 (получаемый термич. разложением W03-H20 или (NH4)10[H2W12042]*4H20) и ферровольфрам [сплав W (65-80%) и Fe (35-20%), выплавляемый для нужд черной металлургии]. Восстановлением WO3 водородом при 700-900 °С в многотрубных или вращающихся трубчатых печах получают В. в виде порошка разл. гранулометрич. состава (наиб, типичны порошки со средним размером частиц 2-3 мкм). Осн. примесь в порошках - кислород (0,05-0,3%). Получают также порошки В. с присадками оксидов Th, La, Y, A1, а также K2SiO3, к-рые вводят в WO3 перед его восстановлением.

Компактный металл получают преим. методами порошковой металлургии. Заготовки сечением от 10*10 до 20*20 мм и длиной 500-600 мм (штабики) прессуют под давл. 150-500 МПа и подвергают спеканию в две стадии: первая (упрочнение штабика) проводится при 1150-1300 °С в атмосфере Н2, вторая (сварка)-прямым пропусканием электрич. тока при 2900-3000 °С. Плотность штабиков после спекания 17,5-18,5 г/см3. Изделия из них (проволока, лента и др.) изготовляют обработкой давлением при т-рах ниже т-ры рекристаллизации В. По мере обработки т-ра понижается от 1300-1400 °С (при ковке) до 800-500 °С (при волочении или прокатке). В результате волочения через твердосплавные, а затем алмазные фильеры получают вольфрамовую проволоку диаметром 10-300 мкм.

Крупные заготовки (до 300 кг) производят методом гид-ростатич. прессования порошков, помещенных в эластичные оболочки. Такие заготовки спекают в индукционных печах в вакууме или в атмосфере Н2 при 2400-2500 °С. Для получения компактных заготовок используют также дуговую вакуумную плавку или гарнисажную дуговую с разливом металла в изложницу.

В огранич. масштабах В. получают восстановлением его гексагалогенидов, гл. обр. WF6, водородом. При проведении процесса в газовой фазе в потоке получают высокодисперсные порошки, в кипящем слое - крупные сферич. гранулы размером 200-500 мкм. Последние превращают в компактные заготовки горячим газостатич. прессованием. Способ получения изделий восстановлением WF6 (получивший название газофазное формование) заключается в осаждении В. из газовой фазы в виде плотного покрытия на нагретых до 600-700 °С подложках из др. металлов или графита. Методом бестигельной зонной плавки спеченных штабиков получают монокристаллы В., отличающиеся высокой чистотой и пластичностью.

Определение. Качественно В. определяют: по выделению белого аморфного осадка WO3*nH2O при добавлении НС1 или H2SO4 в р-р образца; по образованию вольфрамовой сини при добавлении SnCl2 в кислый р-р образца; по желто-зеленой окраске р-ра в присут. роданид-иона и восстановителя (напр., SnCl2) и др. методами. При большом содержании в анализируемом образце (концентраты, ферровольфрам и др.) В. определяют гравиметрически в виде WO3 (образуется после прокаливания вольфрамовой к-ты или осадков, выделяющихся при действии, напр., цинхонина, бензндина и др.), а также потенциометрич. титрованием солью Cr+ в кислой среде. При низком содержании В. определяют преим. фотометрически по р-ции с роданид-ионами в присут. TiCl3. Для перевода В. в р-р исходную навеску разлагают соляной или азотной к-той, осадок WO3*nH2O раств. в водном р-ре NH3; иногда используют выщелачивание содового плава водой.

Применение. До 50% получаемого В. используют в произ-ве легированных (гл. обр. инструментальных) сталей, важнейшие из к-рых - быстрорежущие, содержащие 8-20% В. Примерно 35-45% В. расходуется на производство твердых сплавов на основе карбида WC (85-95% WC и 5-15% Со). Нек-рые сплавы, кроме WC, содержат TiC, ТаС и NbC. Эти сплавы применяют для изготовления рабочих частей режущих и буровых инструментов, фильер для протяжки проволоки и др. В виде сплавов с др. металлами В. используют в авиац. и ракетной технике, электротехнике; чистый В. - для изготовления спиралей и нитей накаливания в произ-ве электроламп, в электровакуумной технике для изготовления катодов, рентгеновских трубок, сеток, подогревателей катодов, выпрямителей высокого напряжения и др.

Искусственные радиоактивные изотопы В. 181W (T1/2 120сут), 185W (T1/2 78,5 сут) и 187W (T1/2 24 ч) - изотопные индикаторы.

Произ-во вольфрамовых концентратов (65% WO3) в капиталистич. странах 39400 т/год (1978), в т.ч. в США 6300, Таиланде 6200, Боливии 6100, Южной Корее 5000, Австралии 5300, Канаде 4400, Бразилии 2200, Португалии 2100 т/год.

В. открыт в виде WO3 К. Шееле в 1781. Металлич. В. впервые получили X. X. и Ф. д'Элуяры в 1873. В Великобритании, США и Франции употребляется первоначальное название В. - "тангстен" (тунгстен, швед. tungsten, букв. - тяжелый камень).

Лит.: Зеликман А. Н., Крейн О. Е., Самсонов Г. В., Металлургия редких металлов, 3 изд., М., 1978; Зеликман А. Н., Никитина Л. С, Вольфрам, М., 1978; Rollinson С. Pergamon textes in inorganic chemistry, v. 21-The chemistry of Cr, Mo and W, Oxf.-[a.o.]. 1973; YihS.W.H., WangC.T., Tungsten, N. Y., 1978; Gmelins Handbuch der anorganischen Chemie. Wolfram, Bd A. 1, Technologic des Metals, В., 1979. А. Н. Зеликман.


1-винил-2-пирролидон В массе Вагнера реакция Вагнера-меервейна перегруппировки Вазелины Вазопрессин Вакуум Вакуумметры Вакуумформование полимеров Валентность Валентные углы Валентных связей метод Валериановые кислоты Валин Валлаха перегруппировка Вальденовское обращение Вальтерилацетат Вальцевание полимеров Ван слайка метод Ван-дер-ваальса уравнение Ван-дер-ваальсово взаимодействие Ван-дер-ваальсовы кристаллы Ван-дер-ваальсовы радиусы Ванадатометрия Ванадаты Ванадий Ванадийорганические соединения Ванадия галогениды Ванадия оксиды Ванилаль Ванилин Вариантность системы Вариационный метод Велера реакция Верапамил Вербенол и вербеной Вердазильные радикалы Вестерберга реакция Весы Ветиверилацетат Ветиверкетон Ветинон Вещества Вещество Взвешивание Взрыв Взрывоопасность Взрывчатые вещества Вибрационная техника Вильгеродта реакция Вильсмайера реакция Вильямсона синтез Винилазолы Винилацетат Винилацетилен Винилиденфторид Винилиденхлорид Винилиденхлорида сополимеры Виниловые мономеры Виниловые эфиры Виниловый спирт Винилогия Винилпиридиновые каучуки Винилпиридины Винилсульфоновые красители Винилфторид Винилхлорид Винилхлорида сополимеры Винипласт Винные кислоты Вириальное уравнение Вирирование фотографического изображения Висбрекинг Вискоза Вискозиметрия Вискозные волокна Висмут Висмута галогениды Висмута оксиды Висмута сульфиды Висмутолы Висмуторганические соединения Витамин Витамин d Витамин u Витамин в12 Витамин в2 Витамин в3 Витамин в6 Витамин вс Витамин е Витамин к Витамин н Витамин рр Витамин с Витамины Виттига реакция Виц.. Влагомеры и гигрометры Влагопроницаемость Влажность Внедрения реакция Внутреннее вращение молекул Внутренняя энергия Внутрирезонаторная лазерная спектроскопия Вода Водно-угольные суспензии Воднодисперсионные краски Водоподготовка Водоразбавляемые лакокрасочные материалы Водород Водорода пероксид Водородная энергетика Водородный показатель Водородоподобные атомы Водостойкость Водоэмульсионные краски Возбужденные состояния Возгораемость Воздух Воздуха разделение Возмущений теория Волновая функция Волокна природные Волокна химические Волокниты Вольта-потенциал Вольтамперометрия Вольфа перегруппировка Вольфрам Вольфрама галогениды Вольфрама гексафторид Вольфрама карбиды Вольфрама оксиды Вольфрама сплавы Вольфрама сульфиды Вольфраматы Вольфрамовые кислоты Вольфраморганйческие соединения Воля-циглера реакция Воски Воспламенение Воспламенение в пожарном деле Воспламенительные составы Восстановители Восстановительное аминйрование Восстановление Вращательные спектры Вревского законы Всесоюзное химическое общество Вспышки температура Втор.. Второе начало термодинамики Вуда сплав Вудворда реактив Вудворда реакция Вудворда-хофмана правила Вулканизация Вымораживание Выпаривание Вырождение энергетических уровней Высаливание Высокомодульные волокна Высокомолекулярные соединения Высокочастотное титрование Высокоэластическое состояние Высшие жирные кислоты Высшие жирные спирты Выщелачивание Вюрца реакция Вяжущие лекарственные средства Вяжущие материалы Вязкость Вязкотекучее состояние