Početna za: VOLFRAM, W  

SPOJEVI, DOBIVANJE I UPORABA

Dobivanje volframa:

Čisti metal volfram može se dobiti redukcijom volframovog(VI)-oksida (WO3) vodikom. Za dodivanje WO3 koriste se volframove rude ferberit ili šelit koje se najprije raščine natrijevim karbonatom uz prisutnost zraka:

4FeWO4(s) + 4Na2CO3(s) + O2(g) <-> 4Na2WO4(s) + 2Fe2O3(s) + 4CO2(g)

CaWO4(s) + Na2CO3(s) <-> Na2WO4(s) + CaCO3(s)

Nastali natrijev volframat otopi se u vodi i zakiseli pri čemu se istaloži netopljiva ortovolframatna kiselina (H2WO4) koja se zagrijava da bi se dobio čisti WO3. Redukcija oksida vodikom odvija se pri temperaturi 1200°C, a nastaje elementarni volfram u obliku metalnog praha:

WO3(S) + 3H2(g) <-> W(g) + 3H2O(g)

Budući da se dosta volframa upotrebljava u metalurgiji kao ferovolfram koji se legira s čelicima (velik broj različitih alatnih čelika), volframove rude se direktno prerađuju u ferovolframat. Pri tom se ruda ferberit reducira s aluminijem, a šelit i volframit se reduciraju koksom u električnim pećima uz dodatak odgovarajućih količina željezovog(III)-oksida.


Svojstva i upotreba volframa:

Volfram je tvrd, sjajan, srebrno-bijeli metal s najvišim talištem (3410°C), najnižim tlakom vlastitih para i najvećom čvrstoćom na vlak (sve do temperature 1650°C) od svih metala. Javlja se u dvije alotropske modifikacije: alfa-volfram prostorno centrirane kubične strukture i beta-volfram plošno centrirane kubične strukture. Pri sobnoj temperaturi na zraku je postojan, a zagrijan do crvenog žara izgara dajući volframov(VI)-oksid. Otporan je na djelovanje većine kiselina tako da ga fluorovodična kiselinu i zlatotopka nagrizaju vrlo polagano, ali se brzo otapa u smjesi dušične i fluorovodične kiseline. Lako i brzo otapa se u talini NaOH + NaNO3, a taljenjem s lužinama daje volframate.

Vrlo čist metal, iako tvrd, dobro se obrađuje klasičnim metodama, ali ako sadrži imalo primjesa, postaje vrlo krhak. Volfram se stoga bolje i češće obrađuje metodama metalurgije praha.

Prirodni volfram je smjesa od četiri stabilna izotopa 18OW, 182W, 183W i 184W, a poznato je još dvanaest prirodnih radioaktivnih izotopa.

Važna je upotreba volframa za žarne niti električnih žarulja i katoda elektronskih cijevi. Žarne niti se proizvode ili iz štapića volframa ciklusima: kovanje - zagrijavanje - hlađenje, dok ne postane rastezljiv metal da se može izvlačiti u tanke niti promjera oko 0,01 mm. Druga metoda je propuštanje niti napravljenih od smjese praha volframa, 1-4% ThO2 i veziva kroz peći zagrijane na temperaturu 2200-2400°C. U tom prolazu praškasta smjesa se sinterira, a ThO2 pospješuje proces sinteriranja i kontrolira rast zrna, a time i mikrokristalnu morfologiju. Volfram za žarne niti mora imati izdužene mikrokristale. Ovako dobivene volframove niti upotrebljavaju se za proizvodnju žarnih niti u elektronskim i katodnim cijevima te žaruljma.

Iz volframa se izrađuje ferovolfram, legura koja se upotrebljava u metalurgiji za dobivanje čvrstih volframovih čelika koji se odlikuju izuzetnom antikorozivnošću na visokim temperaturama. Koriste se za izradu oplata visokotemperaturnih peći, električnih grijača i brojnih raketnih elemenata, posebno mlaznica u svemirskoj tehnologiji. Poznati čelici za brzorezne alate, Haselloy i Stellit, legirani su volframom. Volframov karbid, W2C, jedna je od najtvrđih tvari i glavnih proizvoda na bazi volframa, a koristi se za izradu brzoreznih alata ili kao nanos na alatima iz tvrdog sinter-metala te za alate koji se upotrebljavaju u naftnoj industriji i rudarstvu - za najkritičnije dijelove (vrhove bušilica i rudarskih drobilica). Karbid ima tvrdoću 9,5 na Mohsovoj skali od 10 (za dijamant) i talište pri 2860°C.

Volfram se legira i s drugim metalima kao što su srebro, bakar i nikal. Ove se legure koriste za električne kontakte, štitove za ionizirajuća zračenja, izradu teških strojnih elemenata (žiroskopskih rotora, zrakoplovnih protuutega i sl.). legure s kobaltom i kromom također se koriste za izradu reznih alata i raznih ekstruzijskih elemenata.


Spojevi volframa:

Volfram pravi spojeve u kojima ima oksidacijski broj 0, +2, +3, +4, +5 i +6. Spojevi s nižim oksidacijskim brojem nemaju osobitu važnost a tipični su u karbonilnim i fosfinskim spojevima. Veći broj spojeva, posebno oksida, nestehiometrijskog su sastava. Volfram stvara brojne komplekse. U višim oksidacijskim stanjima ima uglavnom S- i O-ligande, a u nižim P-ligande. Halogenidi nižih oksidacijskih stanja obično su polimerizirani s jakim W - W vezama.

Glavne skupine spojeva:

-Volframovi halogenidi nastaju izravnom sintezom elemenata. Fluoridi volframa postoje u oksidacijskim brojevima +6, +5 i +4 (WF6,WFs i WF4). Pripadni kompleksi sadrže ione [WF7]- i [WF6]-. Kloridi postoje u oksidacijskim brojevima od +6 do +2 (WCl6, WCl5, WCl4, WCl3 i WCl2, a kompleksni kloridi sadrže ione [WCl6]-, [WCl6]^2- i [W2Cl9]^3-. Analogno postoje bromidi (WBr6, WBr4, WBr3 i WBr2), te jodidi (WI4, WI3 i WI2) i njihovi kompleksi. 

-Volframovi stehiometrijski oksidi oksidi su žuti WO3 i smeđi WO2. Pored njih postoje brojni nestehiometrijski oksidi. Najvažniji je volframov(VI)-oksid (WO3). Netopljiv je u kiselinarna, a otapanjem u lužinama daje ortovolframate, ione WO4^2-. Ovisno o alkalnosti otopina ortovolframata mogu nastati manje ili više polimerni volfrarnati npr. M10W12O41 x aH2O, M6W7O24 x bH2O i M6H2W12O40. Reakcijom elementamog volframa s alkalijskim volframatima uz zagrijavanje dobiju se intenzivno obojene tzv. volframove bronce (MxWO3, gdje je M=Li, Na ili K) koje imaju metalni izgled i dobri su vodiči električne struje.

 Početna za: VOLFRAM, W