ვოლფრამი

ვოლფრამი (ქიმიური სიმბოლო — W) — ელემენტთა პერიოდული სისტემის მეექვსე პერიოდის, მეექვსე ჯგუფის (მოძველებული კლასიფიკაციით — მეექვსე ჯგუფის თანაური ქვეჯგუფის, VIბ) ქიმიური ელემენტი. მისი ატომური ნომერია 74, ატომური მასა — 183.84, tდნ — 3422 °C, tდუღ — 5930 °C, სიმკვრივე — 19.25 გ/სმ3. ღია ნაცრისფერი ძნელდნობადი მძიმე ლითონი. ბუნებრივი ვოლფრამი შედგება ხუთი (^{180}W, ^{182}W, ^{183}W, ^{184}W და ^{186}W) სტაბილური იზოტოპის ნარევისაგან. 1781 წელს შვედმა ქიმიკოსმა კ. შეელემ მინერალ ტუნგსტენიდან, რომელსაც მოგვიანებით შეელიტი უწოდეს, გამოყო ვოლფრამი WO3 სახით. 1783 წელს ესპანელმა ქიმიკოსებმა — ძმებმა დ'ელიუარებმა მინერალ ვოლფრამიტიდან გამოყვეს WO3, ამ უკანასკნელის ნახშირით აღდგენისას მიიღეს ლითონი, რომელსაც ვოლფრამი უწოდეს. მიეკუთვნება გარდამავალ ლითონებს. ის ძირითდად გამოიყენება მეტალურგიაში როგორც ძნელადდნობადი მასალების საფუძველი. ის ყველაზე ძნელადლღვობადია, სტანდარტულ პირობებში და ქიმიურად მდგრადია.
ისტორია და სახელწოდების წარმომავლობა
სახელწოდება Wolframium ელემენტზე გადავიდა მინერალ ვოლფრამიტიდან, რომელიც ცნობილი იყო ჯერ კიდევ XVI საუკუნეში, სახელწოდებით «მგლის ქაფი» — «Spuma lupi» ლათინურად, ან «Wolf Rahm» გერმანულად. სახელწოდება დაკავშირებული იმასთან, რომ ვოლფრამი, რომელიც თან ახლდა კალის მადნებს და ხელს უშლიდა კალის გამოდნობას, ის გადაჰყავდა წიდების ქაფში («ჭამდა კალას ისე როგორც მგელი ცხვარს»).
ახლა აშშ-ში, დიდ ბრიტანეთში და საფრანგეთში ვოლფრამისათვის გამოიყენებენ სახელწოდებას «tungsten» («მძიმე ქვა»).
1781 წელს ცნობილმა შვედმა ქიმიკოსმა კარლ ვილჰელმ შეელემ მინერალ შეელიტის აზოტმჟავით დამუშავებისას, მიიღო ყვითელი «მძიმე ქვა». 1783 წ. ესპანელმა ქიმიკოსებმა ძმებმა ელუარებმა განაცხადეს საქსონური მინერალ ვოლფრამიტიდან ახალი ლითონის ყვითელი ოქსიდის მიღების შესახებ, რომელიც ამიაკში იხსნებოდა. ამასთან ერთ-ერთმა ძმამ, ფაუსტო, იყო შვედეთში და 1781 წელს ესაუბრა შეელეს. შეელე არ გამოთქვამდა პრეტენზიას ვოლფრამის აღმოჩენაზე, ხოლო ძმები ელუარები დაჟინებით მოითხოვდნენ თავისი აღმოჩენის პრიორიტეტზე.
ბუნებაში
ვოლფრამის კლარკი დედამიწის ქერქში შეადგენს (ვინოგრადოვის მიხედვით) 1,3 გრ/ტ (0.0013 % დედამიწის ქერქში შემცველიბით). მისი საშუალო შემცველობა მთის ქანებში არის, გრ/ტ: ულტრაფუძეებში — 0,1, ფუძეებში — 0,7, საშუალოში — 1,2, მჟავა ქანებში — 1,9. ვოლფრამის მადნების მსოფლიო მარაგი ფასდება 2,9 მლნ. ტონას ლითონზე გადათვლით.
ვოლფრამის საერთო მსოფლიო მარაგი (რუსეთის გარეშე) შეადგენს მიახლოებით 7,5 მლნ. ტ, დამტკიცებული მარაგი შეადგენს მიახლოებით 4 მლნ. ტ.
ვოლფრამი ბუნებაში გვხვდება უმთავრესად დაჟანგული რთული ნაერთების სახით, რომლებიც წარმოიქმნებიან ვოლფრამის ჟანგის WO3 რკინის მანგანუმის ან კალციუმის ზოგჯერ კი ტყვიის, სპილენძის, თორიუმის და იშვიათმიწა ელემენტების ოქსიდებთან ერთად. სამრეწველო მნიშვნელობა აქვს ვოლფრამიტს (რკინისა და მანგანუმის ვოლფრამატი nFeWO4 * mMnWO4 — შესაბამისად, ფერბერიტი და გუბნერიტი) და შეელიტი (კალციუმის ვოლფრამატი CaWO4). ვოლფრამის მინერალებით ჩვეულებრივ დაწინწკლულია გრანიტის ქანები, ასე რომ ვოლფრამის საშუალო კონცენტრაცია შეადგენს 1-2 %.
საბადოები
ყველაზე დიდ მარაგს ფლობს ყაზახეთი, ჩინეთი, კანადა და აშშ; ცნობილია ასევე საბადოები ბოლივიაში, პორტუგალიაში, რუსეთში და სამხრეთ კორეაში. ვოლფრამის მსოფლიო წარმოება შეადგენს 18-20 ათ. ტონას წელიწადში, მათ შორის ჩინეთში 10, რუსეთში 3,5; ყაზახეთში 0,7, ავსტრიაში 0,5. ვოლფრამის ძირითადი ექსპორტიორები არიან: ჩინეთი, სამხრეთ კორეა, ავსტრია. მთავარი იმპორტიორები არიან: აშშ, იაპონია, გერმანია, დიდი ბრიტანეთი.
მიღება
ვოლფრამის მიღების პროცესი მიდის ოქსიდის WO3 გამოყოფის ქვესტადიით მადნების კონცენტრატებიდან და შემდგომი აღდგენით წყალბადით ლითონის ფხვნილამდე მიახლოებით 700 °C ტემპერატურაზე. დნობის მაღალი ტემპერატურის გამო კომპაქტური ფორმის მისაღებად გამოიყენება ფხვნილის მეტალურგიის მეთოდები: მიღებულ ფხვნილს წნეხენ, შეადუღებენ წყალბადის ატმოსფეროში 1200—1300 °C ტემპერატურაზე, შემდგომ მასში უშვებენ ელექტრო დენს. ლითონი ხურდება 3000 °C-მდე, ამ დროს ხდება შელღვობა მონოლიტურ მასალად. შემდგომი გასუფთავებისათვის და მონოკრისტალური ფორმის მისაღებად გამოიყენება ზონური დნობა.
ფიზიკური თვისებები
ვოლფრამი — ღია-რუხი ფერის ლითონია, რომელსაც აქვს ყველაზე მაღალი დამტკიცებული დნობისა და დუღილის ტემპერატურა (ითვლება რომ სიბორგიუმი კიდევ უფრო ძნელად დნობადია, მაგრამ ამის მტკიცება ჯერ არ შეიძლება — სიბორგიუმის არსებობის დრო ძალიან მცირეა).
ზოგიერთი მისი ფიზიკური თვისებები მოყვანილია ცხრილში (იხ. ზევით). ვოლფრამის სხვა ფიზიკური თვისებები:
სიმაგრე ბრინელის მიხედვით 488 კგ/მმ².
ელექტრო კუთრი წინაღობა 20 °C-ზე 55 ომი·მ, 2700 °C-ზე — 904 ომი·მ.
ვოლფრამში არეკლილი ბგერის სიჩქარე 4290 მ/წმ.
ვოლფრამი წარმოადგენს ერთ-ერთ ყველაზე მძიმე, მაგარ და ყველაზე ძნელად დნობად ლითონს. სუფთა სახით წარმოადგენს მოვერცხლისფრო-თეთრი ფერის ლითონს, რომელიც პლატინას ჩამოგავს, მიახლოებით 1600 °C ტემპერატურისას ადვილად ჭედადი ხდება და შეიძლება მწვრილ ძაფად გაიჭიმოს.
ქიმიური თვისებები
ვალენტობა აქვს 2-დან 6-მდე. ყველაზე მდგრადია 6-ვალენტიანი ვოლფრამი. 3- და 2-ვალენტიანი ვოლფრამის ნაერთები არამდგრადებია და პრაქტიკული მნიშვნელობა არ აქვს.
ვოლფრამს აქვს მაღალი კოროზიული მედეგობა: ოთახის ტემპერატურაზე ჰაერზე არ იცვლება; წითლად გავარვარების ტემპერატურაზე ნელა იჟანგება ვოლფრამის VI ოქსიდად; მარილმჟავაში, გოგირდმჟავაში და ფტორყალბადმჟავაში თითქმის არ იხსნება. აზოტმჟავაში და სამეფო წყალში იჟანგება ზედაპირიდან. აზოტმჟავისა და ფტორწყალბადმჟავის ნაზავში იხსნება, ვოლფრამმჟავის წარმოქმნით. ვოლფრამის ნაერთებიდან ყველაზე დიდი მნიშვნელობა აქვს: ვოლფრამის ტრიოქსიდს ან ვოლფრამის ანჰიდრიდს, ვოლფრამატებს, ზეჟანგების ნაერთებს საერთო ფორმულით Me2WOX, ასევე ნაერთებს ჰალოგენებთან, გოგირდთან და ნახშირბადთან. ვოლფრამატები მიდრეკილნი არიან პოლიმერული ანიონების წარმოქმნისაკენ, მათ შორის ჰეტეროპოლინაერთებისაც სხვა გარდამავალი ლითონების ჩართვით.
მშრალი ჰაერის ატმოსფეროში ვოლფრამი მდგრადია 400 °C-მდე, ხოლო შემდგომი გაცხელებით წარმოიქმნება ვოლფრამის ტრიოქსიდი WO2.
ოთახის ტემპერატურაზე ურთიერთქმედებს, მხოლოდ ფთორთან. 300-400 °C-ზე ფტორთან ურთიერთქმედებისას ვოლფრამი წარმოაქმნის WF6.
არსებობენ აგრეთვე გაცხელებისას წარმოქმნილი ვოლფრამის უმაღლესი ქლორიდი (WCl6) და (WBr6) ბრომიდი.
მიღებულია მდგრადი ჰალოგენიდები WHal5. მდგრადი იოდიდები ჟანგვის ხარისხით +5 და +6 მიღებული არ არის.
ოქსიჰალოგენიდებს WOHal4 (Hal = F, Cl, Br) იღებენ ვოლფრამის ურთიერთქმედებით ჰალოგენებთან, გაცხელების პირობებში წყლის ორთქლის თანაობისას.
W + H2O + 3Cl2 → WOCl4 + 2HCl.
ვოლფრამის ურთიერთქმედებით გოგირდის ორთქლთან ან გოგირდწყალბადთან H2S 400 °C ტემპერატურაზე წარმოიქმნება დისულფიდი WS2. ვოლფრამის გაცხელებით 1400-1500 °C-ზე აზოტის თანაობისას იღებენ ვოლფრამის ნიტრიდს WN2. სინთეზირებულია ვოლფრამის კარბიდი WC და მხოლოდ მაღალ ტემპერატურაზე არსებული კარბიდი W2C, დისილიციდი WSi2 და ვოლფრამის პენტაბორიდი W2B5.
ვოლფრამი არ ურთიერთქმედებს მინერალურ მჟავებთან. ხსნარში მის გადასაყვანად იყენებენ აზოტმჯავისა და ფთორწყალბადმაჟავის ნარევს ან ელექტროქიმიურ პროცესებს.
ვოლფრამის ოქსიდისათვის WO2 დამახასიათებელია მჟავური თვისებები. მას შეესაბამება სუსტი ვოლფრამმჟავა WO2•H2O (H2WO4). მისი მარილები - ვოლფრამატები (Na2WO4, CaWO4, CdWO4). ცნობილია მარალმოლეკულური პოლივოლფრამატები (იზოპოლივოლფრამატები, ჰეტეროპოლივოლფრამატები), რომელთა ანიონები შეიცავენ ერთმანეთთან დაკავშირებულ დაჯგუფებებს WO2.
გამოყენება
ლითონური ვოლფრამი
ვოლფრამის ძნელად დნობადობა და პლასტიკურობა მას ხდის შეუცვლელ გავარვარების ძაფის მასალად გავარვარების ნათურებში, ასევე კინესკოპებში და სხვა ვაკუუმის მილაკებში.
ვოლფრამის მაღალი სიმკვრივის გამო გამოიყენება საპირწონედ, საარტილერიო ჭურვებში, ჯავშან საწინააღმდეგო ტყვიების გულსართად და ჰიროსკოპის ზეჩქარ როტორებში ბალისტიკური რაკეტების ფრენის სტაბილიზაციისათვის (180 ათ. ბრუნი/წთ).
ვოლფრამი გამოიყენება არგონ-ჭავლური შედუღებისას როგორც ელექტროდი.
ვოლფრამის შენადნობებს, მისი დნობის მაღალი ტემპერატურის გამო, მიიღებენ ფხვნილური მეტალურგიის მეთოდებით. ვლფრამ შემცველი შენადნობები, გამოირჩევიან ცეცხლმედეგობით, მდგრადობით მჟავეების მიმართ, სიმაგრით და ცვეთის მიმართ მედეგობით. მისგან ამზადებენ ქირურგიულ ინსტრუმენტებს (შენადნობი «ამალოი»), ტანკის ჯავშანს, წყალქვეშა ნაღმების, ყუმბარების და ჭურვების გარსებს, თვითმფრინავების და ძრავების ყველაზე მნიშვნელოვან ნაწილებს, რადიოაქტიური ნივთიერებების შესანახ კონტეინერებს. ვოლფრამი - არის საუკეთესო მარკის ინსტრუმენტალური ფოლადების მნიშვნელოვანი კომპონენტი.
ვოლფრამის კარბიდი (უფრო ხშირად ან ტიტანის კარბიდთან ერთად ან მის ნაცვლად) გამოიყენებენ როგორც შემავსებელს მაგარ შენადნობებში — ლერმეტებში (პობედიტი), სადაც მატრიცად არის კობალტი (5-16 %).
ვოლფრამი გამოიყენება მაღალტემპერატურულ ვაკუუმის წინაღობის ღუმელებში როგორც გამახურებელი ელემენტი. ვოლფრამისა და რენიუმის შენადნობი გამოიყენება ასეთივე ღუმელებში როგორც თერმო წყვილი.
ვოლფრამის ნაერთები
ლითონების და არალითონური კონსტრუქციული მასალების მექანიკური დამუშავებისათვის მანქანათმშენებლობაში (ლესვა, ღარვა, რანდვა), ჭაბურღილების ბურღვა, სამთო წარმოებაში ფართოდ გამოიყენება ვოლფრამის კარბიდის საფუძველის მაგარი შენადნობები და კომპოზიტური მასალები (მაგალითად, პობედიტი, რომელიც შედგება კობალტის მატრიცაში არსებული WC-ის კრისტალებისაგან; რუსეთში ფართოდ გამოიყენება შენადნობები რომლების მარკებია — ВК2, ВК4, ВК6, ВК8, ВК15, ВК25, Т5К10, Т15К6, Т30К4), ასევე ვოლფრამის კარბიდისა, ტიტანის კარბიდის და ტანტალის კარბიდის ნარევები (მარკა ТТ დამუშავების განსაკუთრებულად მძიმე პირობებისთვის, მაგალითად, ცეცხლმედეგი ფოლადების რანდვა და и მაგარი მასალის დარტყმით-მობრუნებითი პერფორატორული ბურღვა). ფართოდ გამოიყენება რკინის საფუძველზე არსებული ფოლადებში და შენადნობებში როგორც მალეგირებელი ელემენტი (ხშირად მოლიბდენთან ერთად). მაღალლეგირებული ფოლადები რომლებიც მიეკუთვნებიან "სწრაფმჭრელ" კლასს და შენადნობები რომელთა მარკირება იწყება ასოთი R პრაქტიკულად ყოველთვის შეიცავს ვოლფრამს.
ვოლფრამის სულფიდი WS2 გამოიყენება როგორც მაღალტემპერატურული (500 °C-მდე) საპოხი საშუალება.
ვოლფრამის ტრიოქსიდი პოულობს გამოყენებას მაღალტემპერატურული საწვავი ელემენტების მყარი ელექტროლიტის წარმოებაში.
ვოლფრამის ზოგი ნაერთი გამოიყენება როგორც კატალიზატორი და პიგმენტები.
ვოლფრამათების მონოკრისტალები (ტყვიის ვოლფრამატი, კადმიუმის ვოლფრამატი, კალციუმის ვოლფრამატი) გამოიყენებიან როგორც სცინტილაციური დეტექტორები რენტგენურ და სხვა სახის იონიზირებადი გამოსხივებისას ბირთვულ ფიზიკაში და ბირთვულ მედიცინაში.
ვოლფრამის დიტელურიდი WTe2 გამოიყენება სითბური ენერგიის გადასაყვანად ელექტრო ენერგიაზე (თერმო-ე.მ.ძ. მიახლოებით 57 მკვ/К).
გამოყენების სხვა სფეროები
ხელოვნური რადიონუკლიდი 185W გამოიყენებიან როგორც რადიოაქტიური ნიშნული ნივთიერებების კვლევებისას. სტაბილური 184W გამოიყენება როგორც ურან-235-ის შენადნობების კომპონენტი, რომლებიც გამოიყენებიან მყარფაზიან ბირთვულ სარაკეტო ძრავებში, რადგანაც ეს არის ერთადერთი გავრცელებული ვოლფრამის იზოტოპი, რომელსაც აქვს სითბური ნეიტრონების მიტაცების მცირე განიკვეთი (მიახლოებით 2 ბარნი).
ვოლფრამის ბაზარი
99 %-იანი სიწმინდის ლითონური ვოლფრამის ფასი 2010 წლის ბოლოსთვის მიახლოებით იყო 40-42 დოლარი ერთ კილოგრამზე, 2011 წლის მაისში ფასმა შეადგინა მიახლოებით 53-55 დოლაში კილოგრამზე. ნახევარფაბრიკატები 58 USD-დან (წნული) 168-მდე (თხელი ზოლი).
ბიოლოგიური როლი
ვოლფრამი არ თამაშობს მნიშვნელოვან ბიოლოგიურ როლს. ზოგიერთ არქებაქტერიებს და ბაქტერიებს აქვთ ფერმენტები, რომლებიც შეიცავენ ვოლფრამს აქტიურ ცენტრში. არსებობენ ვოლფრამზე დამოკიდებული არქიბაქტერიები-ჰიპერთერმოფილების ფორმები, რომლებიც არსებობენ სიღრმულ ჰიდროთერმულ წყაროებში. ვოლფრამის არსებობა ფერმენტების შემადგენლობაში შეიძლება განხილულ იქნას როგორც ადრეული არქეის ფიზიოლოგიური რელიქტი - არსებობს მოსაზრება რომ ვოლფრამი თამაშობდა მნიშვნელოვან როლს სიცოცხლის გაჩენის განვითარების ადრეულ ეტაპებზე.
ვოლფრამის მტვერი, როგორც უმეტესი სხვა ლითონების მტვერი, აღიზიანებენ სუნთქვის ორგანოებს.
იზოტოპები
ბუნებრივი ვოლფრამი შედგება ხუთი იზოტოპისაგან (180W, 182W, 183W, 184W და 186W). ხლოვნურად შექმნილია და იდენტიფიცირებულია კიდევ 30 რადიონუკლიდი. 2003 წ. აღმოჩენიალია ბუნებრივი ვოლფრამის ძალიან სუსტი რადიოაქტიურობა (მიახლოებით ორი დაშლა ერთ გრამ ელემენტზე წელიწადში), რომელიც განპირობებულია α-აქტიურობით 180W, ნახევარდაშლის პერიოდი 1,8 лет .
საინტერესო ფაქტები
ვოლფრამი — ყველაზე ძნელად დნობადი ლითონია. დნობის ტემპერატურაა 3380 °C, დუღილის ტემპ. 5900 °C.
ვოლფრამის სიმკვრივე თითქმის უტოლდება ოქროს სიმკვრივეს: 19,30 გრ/სმ³ - 19,32 გრ/სმ³ შესაბამისად.
რესურსები ინტერნეტში
ვოლფრამი Webelements-ზე
ვოლფრამი ქიმიური ელემენტების პოპულარულ ბიბლიოთეკაში
მსოფლიო ფასები ვოლფრამზე
ვოლფრამი chemistry.ge-ზე
სქოლიო