تنگستن

تنگستن (ولفرام) یک عنصر شیمیایی است با علامت اختصاری W دارای عدد اتمی ۷۴. تنگستن فلزی است سخت و سنگین که دارای رنگ خاکستری روشن است. تنگستن دارای بالاترین درجه ذوب (۳۴۲۲ درجه سانتیگراد) در بین عنصرها است. مورد استفاده ویژه آن در صنایع برقی، لامپ روشنایی، لامپ اشعه-X، الکترودها و سوپر آلیاژهای عصر فضا است.
کشف
تنگستن در سال 1781 شناسایی شد و در سال 1783 برای اولین بار به عنوان فلز جداسازی شد.
ویژگی‌ها
تنگستن به خاطر نقطه ذوب بالایش و همچنین چگالی زیادش که 19.3 برابر چگالی آب است زبان‌زد است.
تاریخچه
در سال 1781 کارل ویلهلم شیله (Carl Wilhelm Scheele)یک اسی جدید_تنگستنیک اسید_را کشف کرد که از شیلیته_تنگستن امروزی_ حاصل می‌شد.
شیله و توربرن برگمن معتقد بودند با کاهش این اسید می‌توان فلز جدیدی بدست آورد.
در سال 1783 خوزه و فاستو اسیدی را یافتند که از ولفرامیت به دست می‌آمد و بسیار شبیه به تنگستیک اسید بود.در اواخر آن سال این دو برادر توانستند با کاهش این اسید همراه زغال تنگستن را جداسازی کنند و نام خود را به عنوان کاشف این عنصر ثبت کنند.
وابستگی دمایی ضریب مقاومت
طبق تجربه می‌دانیم در بیشتر فلزات از جمله تنگستن با افزایش دما مقاومت الکتریکی آن‌ها نیز افزایش می‌یابد که این افزایش مقاومت با توجه به رابطه زیر برای افزایش دماهای نه چندان زیاد قابل محاسبه است:
R 2 =R 1 (1+
که در آن  ضریب دمایی مقاومت ویژه بر حسب بر کلوین است.
برای تنگستن 0/0045است.
ویژگی‌های شیمیایی
عنصر تنگستن در برابر اکسایش،اسید و باز از خود مقاومت نشان می‌دهد.معمولی‌ترین حالت اکسیداسیون تنگستن +6 است، اما کلیه حالات اکسیداسیون از -2 تا +6 از خود نشان می‌دهد.تنگستن معمولا "با اکسیژن ترکیب شده و‌تری اکسید تنگستن زرد رنگ (WO 3 )را تشکیل می‌دهد ، که در محلول قلیایی آبی حل شده و به فرم یونهای تنگستن، (WO 2 4- )در می‌آید.از آنجا که تنگستن به آرامی با اسید واکنش می‌دهد، برای اول به صورت آنیون بی‌ثبات قابل حل، paratungstate A ظاهر می‌شود
(W 7 O 24 6- ) که در طول زمان به شکل آنیون کمتر قابل حل paratungstate B در می‌آید
(H 2 W 12 O 40 10- ).
با اسیدی شدن بیشتر آنیون بسیار قابل حل metatungstate، تولید می‌شود
(H 2 W 12 O 42 6- )که پس از هر موازنه بدست می‌آید.
با اسیدی شدن بیشتر آنیون بسیار قابل حل metatungstate، تولید می‌شود که پس از هر موازنه بدست می‌آید
.یون metatungstate یک خوشه متقارن از دوازده تنگستن اکسیژن اکتاهدرا ست که آنیونKeggin نامیده می‌شود . آنیونها polyoxometalate دیگری به عنوان گونه‌های با ثبات وجود دارد. گنجاندن اتم متفاوتی مثل فسفر به جای دو اتم هیدروژن مرکزی در metatungstate تولید طیف گسترده‌ای از اسیدهای heteropoly مانند اسید phosphotungstic می‌سازد
(H 3 PW 12 O 40 ).
تری اکسید تنگستن می‌تواند ترکیبات معینی را با فلزات قلیایی تشکیل دهد. که به برنز معروف هستند، به عنوان مثال سدیم تنگستن برنز.
کاربردها
تقریبا نیمی از تنگستن برای تولید مواد سخت- کاربید تنگستن- مصرف می‌شود. بیشتر باقی‌مانده در آلیاژها و فولادها بکار می‌رود. کمتر از 10 درصد است در سایر ترکیبات شیمیایی استفاده می‌شود.
مواد سخت
تنگستن به‌طور عمده در تولید مواد سخت با بنیان کاربید تنگستن، یکی از سخت‌ترین کاربیدها، با نقطه ذوب 3770 درجه سانتی گراد استفاده می‌شود. WC رسانای الکتریکی خوبی است، اما رسانایی الکتریکی W2C کمتر است. حدود 60 درصد مصرف تنگستن به صورت WC در حال حاضر برای مواد صیقل دهنده مقاوم در برابر سایش ، برشکاری ، چاقو و مته، اره، فرز و ابزار دوار مورد استفاده در فلزکاری، نجاری، صنایع استخراج معدن، نفت و ساختمان بکار می‌رود.
در صنعت طلا و جواهر، حلقه‌های متخلخل کاربید تنگستن،کاپوزیت کاربید تنگستن / فلز ، و نیز فلزی تنگستن ساخته می‌شود. گاهی اوقات تولید کنندگان یا خرده فروشان به کاربید تنگستن به عنوان یک فلز اشاره می‌کنند، اما در واقع کاربید تنگستن یک سرامیک است. از آنجا که سختی کاربید تنگستن بالاست ، حلقه‌های ساخته شده از این مواد به شدت مقاوم در برابر سایش هستند ، و جلای حلقه‌های ساخته شده از تنگستن بیشتر از حلقه‌های فلزی هستند. با این حال،حلقه‌های کاربید تنگستن شکننده هستند، و ممکن است تحت یک ضربه متمرکز ترک بخورند.
آلیاژها
ازاستحکام و چگالی تنگستن در ساخت آلیاژهای فلزی سنگین استفاده شده‌است. یک مثال خوب فولادهای تندبر هستند که حاوی حدود 18٪ تنگستن است. با توجه به نقطه ذوب بالای تنگستن ماده خوبی برای کاربرد در مانند نازل موشک، به عنوان مثال در پولاریس 27-UGM، زیردریایی با موشک بالستیک می‌باشد.ابر آلیاژهایی که دارای تنگستن هستند، مانند Hastelloy و Stellite، در پره‌های توربین ، قطعات مقاوم در برابر سایش و پوشش فلزات استفاده می‌شود.
جنگ افزار
آلیاژ تنگستن، معمولابا نیکل و آهن یا کبالت به شکل آلیاژهای سنگین است، درگلوله‌های انرژی جنبشی به عنوان یک جایگزین برای اورانیوم ضعیف شده استفاده می‌شود، در برنامه‌هایی که کاربرد رادیواکتیویته مشکل زاست استفاده می‌شود.یا در مواردی که خواص آتشزایی اورانیوم مورد نیاز نمی‌باشد (به عنوان مثال، در گلوله‌های سلاح‌های معمولی کوچک که به منظور نفوذ به زره بدن طراحی شده‌اند). به‌طور مشابه، آلیاژهای تنگستن در گلوله‌های توپ، نارنجک و موشک ،و نیز برای ساخت گلوله‌های انفجاری (افشان) فراصوت بکار می‌رود. تنگستن در مواد منفجره با فلز فشرده نیز کاربرد دارد، که از آن به عنوان پودر متراکم، برای کاهش خسارات جانبی و در همان حال افزایش کشندگی انفجار در محدوده یک شعاع کوچک، استفاده می‌شود.
الکترونیک
یک لامپ الکترونیکی باز شده‌است و باعث خروج گاز ساکن درون لامپ گردیده‌است. پس از آن هنگامی که لامپ روشن می‌گردد رشته تنگستن شروع به سوختن می‌کند و شعله‌ای از آتش را حاصل می‌کند. این تشکیل آتش به خاطر نفوذ اکسیژن به درون لامپ می‌باشد.
از آنجا که تنگستن عنصری است که استحکام خود را در دماهای بالا حفظ می‌کند و دارای نقطه ذوب بالاست، در بسیاری از برنامه‌هایی که درجه حرارت بالا ست کاربرد دارد، از قبیل لامپ، لامپ اشعه کاتد، و رشته‌های درون لوله خلاء، المنت حرارتی، ونازل موتور موشکها. نقطه ذوب بالای آن همچنین موجب شده تا تنگستن برای پروژه‌های هوا - فضا و دمای بالا مناسب باشد، مانند برق، حرارت، و برنامه‌های کاربردی جوشکاری، به ویژه در فرایند جوشکاری آرگون (جوشکاری (TIG) نیز نامیده می‌شود).
با توجه به خواص رسانایی و بی‌اثری شیمیایی نسبی، از تنگستن در الکترودها نیز استفاده می‌شود، و در نوکهای انتشاردهنده (امیتر) در ابزارهای پرتو الکترونی ، مانند میکروسکوپ الکترونی بکار می‌رود. در الکترونیک، تنگستن را به عنوان ماده اتصال درتراشه‌ها (IC)، بین سیلیکون دی‌اکسید دی الکتریک مواد و ترانزیستور بکار می‌برند. در لایه‌های نازک فلزی که جایگزین سیم کشی بکار رفته در الکترونیک معمولی شده، یک پوشش از تنگستن (یا مولیبدن) بر روی سیلیکون استفاده می‌شود.
ساختار الکترونیکی تنگستن آن را به یکی از مواد اصلی برای اهداف اشعه X تبدیل کرده‌است، از دیگر کاربردهای آن محافظت در برابر پرتوهای با انرژی بالا (مانند صنعت پرتو درمانی برای محافظ نمونه رادیواکتیو FDG) است. پودر تنگستن به عنوان مواد پرکننده در کامپوزیت‌های پلاستیکی، که به عنوان یک جایگزین غیر سمی سرب در گلوله، ساچمه، و سپر تابشی بکار میرود. چون انبساط حرارتی این عنصر شبیه شیشه بوروسیلیکات است، از آن در ساخت عایق‌های شیشه به فلز استفاده می‌شود.
left