టంగ్‌స్టన్

టంగస్టన్ ( వోల్ఫ్రాం)    అనేది పరమాణుసంఖ్య 74 గా గల రసాయన మూలకం. దీని సంకేతం W.  దీని పేరు స్వీడిష్ పదం "టంగ్‌స్టేట్ మినరల్ షీలైట్" నుండి వచ్చినది. స్వీడిష్ భాషలో దీని అర్థం "భార రాయి"(హెవీ స్టోన్).  టంగస్టన్ ప్రకృతిలో అరుదుగా లభించే లోహం. ఇది ఇతర రసాయన సమ్మేళనాలతో కలసిన ధాతువు రూపంలో లభిస్తుంది. మూలక రూపంలో లభ్యం కాదు. దీనిని 1781లో కొత్త మూలకంగా గుర్తించారు. 1783లో ఒక లోహంగా వేరు చేసారు. దాని ధాతువులలో ముఖ్యమైనవి వోల్ఫ్రామైట్, షీలేట్    

ఈ మూలకం అధిక ద్రవీభవన స్థానం కలిగి ఉంటుంది. దీని ద్రవీభవన స్థానం 3422 °C (6192 °F, 3695 K). దీని మరుగు స్థానం కూడా అధ్యధికంగా 5930 °C (10706 °F, 6203 K). ఉంటుంది. దీని సాంద్రత నీటి సాంద్రతాకు 19.25 రెట్లు ఉంటుంది. యురేనియం, బంగారం మూలకాల సాంద్రతల కంటే, సీసం సాంద్రత కంటే కూడా కొద్దిగా ఎక్కువ  (1.7 రెట్లు) ఉంటుంది.  పాలీ క్రిస్టలిన్ టంగస్టన్ అంతరంగా పెళుసుగా ఉండే ధృఢంమైన  పదార్థం.    దీనిని తయారు చేయడం కష్టం. అయినప్పటికీ స్వచ్ఛమైన ఏక స్ఫటికరూపంలోని టంగస్టన్ తాంతవత (తీగలుగా సాగేది) ధర్మం కలిగి ఉండి స్టీలు రంపంతో కత్తిరించే  విధంగా ఉంటుంది.         

టంగస్టన్ తో చేయబడిన మిశ్రమ లోహాలకు విస్తారమైన అనువర్తనాలు ఉన్నాయి. వాటిలో బల్బులలో వాడే ఫిలమెంటు, ఎక్స్-కిరణాల నాళాలు, ఉత్తమ మిశ్రమలోహాలు, రేడియేషన్ కవచాలు వంటివి ఉన్నాయి. ఈ లోహానికి ఉన్న కఠినత్వం, అధిక సాంద్రత వల్ల దీనిని సైన్యంలో ప్రక్షేపకాలలోనికి చొచ్చుకుపోయే పరికరాలలోఉపయోగిస్తారు. టంగస్టన్ సమ్మేళనాలను తరచుగా పారిశ్రామిక రంగంలో ఉత్ప్రేరకాలుగా కూడా ఉపయోగిస్తారు   

ఆవర్తన పట్టికలోని మూడవ పరివర్తన మూలకాల శ్రేణిలో టంగస్టన్ ఏకైన లోహం. దీనిని బాక్టీరియా, ఆర్కియా వంటి జీవ జాతుల జీవాణువులలో కూడా కనుగొనవచ్చు.ఇది ఏదైనా జీవికి ఆవశ్యకమైనదిగా భావించే  భారీ మూలకం.

లక్షణాలు

భౌతిక ధర్మములు
ముడి రూపంలో లభించిన టంగస్టన్ గట్టి స్టీలు-బూడిద రంగులో గల లోహం. ఇది పెళుసుగా ఉండి దానితో పనిచేసేందుకు కష్టంగా ఉంటుంది. శుద్ధ లోహంగ తయారైన టంగస్టన్ కూడా దాని గట్టితనాన్ని నిలుపుకొంటుంది.  అది పనిచేసేందుకు అనుకూలంగా ఉండే స్తరణీయ లోహంగా, సున్నితంగా  మారుతుంది.  ఈ లోహంతో వస్తువులను దాన్ని కరిగేంతవరకు వేడిచేసి తరువాత తయారుచేస్తారు.
స్వచ్ఛమైన రూపంలో ఉన్న అన్ని లోహాలలో, టంగస్టన్ అత్యధిక ద్రవీభవన స్థానం (3422   ° C, 6192   ° F )  అతి తక్కువ బాష్పపీడనం (1650° C, 3000 ° F కంటే ఎక్కువ ఉష్ణోగ్రత వద్ద),  అత్యధిక తన్యత బలం  కలిగి ఉంటుంది.  అయితే కార్బన్ టంగస్టన్  కంటే ఎక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద కూడా ఘన స్థితిలో ఉంటుంది. కార్బన్ వాతావరణ పీడనం వద్ద ద్రవీభవానానికి బదులు ఉత్పతనం చెందుతుంది. అందువలన కార్బన్ కు ద్రవీభవన స్థానం ఉండదు. అనేక శుద్ధలోహాల కంటే టంగస్టన్ కు కనిష్ట ఉష్ణ వ్యాకోచ గుణకం ఉంటుంది.  అల్ప ఉష్ణ వ్యాకోచం, అధిక ద్రవీభవన స్థానం, తన్యతా బలం వల్ల టంగస్టన్ దాని పరమాణువుల మధ్య 5d ఆర్బిటాల్ లో గల ఎలక్ట్రాన్లతో సమయోజనీయ బంధాలను ఏర్పరుస్తుంది.  కొద్ది పరిమాణంలో స్టీలుతో కలసిన దీని మిశ్రమ లోహం దాని దృడత్వాన్నిపెంచుతుంది.  
టంగస్టన్ α, β అనే రెండు ప్రధాన స్పటిక రూపాల్లో లభ్యమావుతుంది. మొదటికి వస్తు కేంద్రీయ ఘనాకృతిలో ఉండే స్థిరమైన రూపం. బీటా స్థితిలో ఉండే నిర్మాణాన్ని "ఎ15క్యూబిక్" అంటారు. ఇది తక్కువ స్థిరత్వాన్నికలిగి ఉంటుంది. కానీ ఇది ఆల్ఫా రూపంతో పాటు కలసి ఉంటుంది.  ఆల్ఫా రూపం  మూడవవంతు విద్యున్నిరోధాన్ని కలిగి ఉంటుంది.

ఐసోటోపులు
సహజంగా సంభవించే టంగస్టన్ నాలుగు స్థిరమైన ఐసోటోపులను ( 182 W, 183 W, 184 W, 186 W),  చాలా కాలం పాటు ఉండే రేడియో ఐసోటోప్  180 W ను కలిగి ఉంటుంది. సిద్ధాంతపరంగా అన్ని ఐసోటోపులు రేడియోధార్మిక ఆల్ఫా విఘటనం ద్వారా పరమాణు సంఖ్య 72 ( హాఫ్నియం ) మూలకంగా మారుతాయి. అయితే 180 W ఐసోటోపు అర్థ జీవిత కాలం  సంవత్సరాలు;   సగటున ఒక  సంవత్సరానికి సహజ టంగస్టన్ ఒక  గ్రాముకు 180 W యొక్క రెండు ఆల్ఫా విఘటనాలను ఇస్తుంది. 
టంగస్టన్ కు మరో 30 కృత్రిమ రేడియో ఐసోటోపులు వర్గీకరించబడ్డాయి.  వీటిలో చాలా స్థిరంగా 181 W ఉంది. దీని అర్థ జీవిత కాలం 121.2   రోజులు. 185 W అర్థజీవిత కాలం  75.1 రోజులు. 188 W అర్థ జీవిత కాలం 69.4  రోజులు,  178 W అర్థ జీవిత కాలం 21.6  రోజులు. 187 W అర్థ జీవిత కాలం 23.72 గంటలు.   మిగిలిన రేడియోధార్మిక ఐసోటోపులన్నీ 3 గంటల కన్నా తక్కువ అర్థ జీవిత కాలాలాను కలిగి ఉంటాయి. వాటిలో  ఎక్కువ ఐసోటోపులు 8 నిమిషాల కన్నా తక్కువ అర్త్థ జీవిత కాలాలను కలిగిఉంటయి.

రసాయన ధర్మములు
టంగ్‌స్టన్ మూలకం ఆక్సిజన్, ఆమ్లాలు, క్షారాలతో చర్యలను నిరోధిస్తుంది. 
టంగ్‌స్టన్  అత్యంత సాధారణ ఆక్సీకరణ స్థితి +6, కానీ ఇది -2 నుండి +6 వరకు అన్ని ఆక్సీకరణ స్థితులను ప్రదర్శిస్తుంది.   టంగ్‌స్టన్ కొన్ని ప్రత్యేక పరిస్థితులలో  ఆక్సిజన్‌తో కలిసి పసుపురంగు గల టంగ్‌స్టన్‌ ఆక్సైడ్  WO 3 ను ఏర్పరుస్తుంది. ఇది సజల క్షార ద్రావణాలలో కరిగి టంగ్‌స్టన్ అయాన్లు  ను ఏర్పరుస్తుంది.
టంగ్‌స్టన్ చూర్ణంతో కార్బన్ కలసి వేడి చేయడం ద్వారా టంగ్‌స్టన్ కార్బైడ్లు  (W 2 C, WC) ఏర్పడతాయి. W 2 C  రసాయనాల దాడిని నిరోధిస్తుంది. ఆయినప్పటికీ ఇది క్లోరిన్ తో ఎక్కువగా చర్య జరిపి టంగ్‌స్టన్ హెక్సా క్లోరైడ్ (WCl 6 ) ను ఏర్పరుస్తుంది.
జల ద్రావణంలో టంగ్‌స్టేట్ హెటెరోపాలీ అమ్లాలు, పాలీ ఆక్సీ మెటలేట్ అయాన్లను  తటస్థ, ఆమ్ల పరిస్థితులలో ఏర్పరుస్తుంది.

లభ్యత
టంగ్‌స్టన్  ఖనిజాలు ప్రధానంగా వోల్ఫ్రమైట్ (ఇనుము-మాంగనీస్ టంగ్‌స్టేట్ (Fe,Mn)WO4,  అది ఫేబెరైట్ FeWO4 , హబ్నరైట్ MnWO4 లతో కలసి ఉన్న ఘన ద్రావణం), షీలైట్ (కాల్షియం టంగ్‌స్టేట్ (CaWO4)).

రసాయన సమ్మేళనాలు
టంగ్‌స్టన్ -2 నుండి +6 వరకు ఆక్సీకరణ స్థితులను కలిగి ఉంటుంది. అధిక ఆక్సీకరణ స్థితులు ఎల్లప్పుడూ ఆక్సైడు, మధ్యస్థ ఆక్సీకరణ స్థితులు ఎల్లప్పుడూ మెటల్ క్లస్టర్లుగా, అల్ప ఆక్సీకరణ స్థితులు లోహ కార్బొనైల్ రూపంలో ఉంటాయి.  
 
టంగ్‌స్టన్  విస్తృత శ్రేణి ఆక్సీకరణ స్థితులు వవ్ల్ల వివిధ క్లోరైడ్లు ఏర్పరుస్తాయి: 
 టంగ్‌స్టన్ (II) క్లోరైడ్, ఇది హెక్సామర్ W 6 Cl 12  రూపంలో ఉంటుంది.
 టంగ్‌స్టన్ (III) క్లోరైడ్, ఇది హెక్సామర్ W 6 Cl 18 
 టంగ్‌స్టన్ (IV) క్లోరైడ్, WCl 4, ఒక నల్లని ఘనరూప పదార్థం. ఇది పాలిమెరిక్ నిర్మాణాన్ని కలిగి ఉంటుంది.
 టంగ్‌స్టన్ (V) క్లోరైడ్ WCl 5, ఒక నల్లని ఘనపదార్థం. ఇది డైమెరిక్ నిర్మాణాన్ని కలిగి ఉంటుంది.
 టంగ్‌స్టన్ (VI) క్లోరైడ్ WCl 6, MoCl 6 .

ఉత్పత్తి
ప్రపంచంలోని టంగ్‌స్టన్ నిల్వలు 3,200,000 టన్నులు; అవి ఎక్కువగా చైనా (1,800,000 టన్నులు), కెనడా (290,000 టన్నులు),  రష్యా (160,000 టన్నులు), వియత్నాం (95,000 టన్నులు), బొలీవియాలో ఉన్నాయి. 2017 నాటికి, చైనా, వియత్నాం, రష్యా దేశాలు వరుసగా 79,000, 7,200, 3,100 టన్నులతో సరఫరా చేస్తున్నాయి. కెనడా తన ఏకైక టంగ్‌స్టన్ గని మూసివేయడం వలన 2015 చివరిలో ఉత్పత్తిని నిలిపివేసింది. ఇంతలో, వియత్నాం దేశీయ శుద్ధి కార్యకలాపాల యొక్క ప్రధాన ఆప్టిమైజేషన్ కారణంగా 2010 లలో దాని ఉత్పత్తిని గణనీయంగా పెంచి,  రష్యా, బొలీవియాను అధిగమించింది. 
ఉత్పత్తిలో మాత్రమే కాకుండా, టంగ్‌స్టన్ ఉత్పత్తుల ఎగుమతి, వినియోగంలో కూడా చైనా అగ్రగామిగా ఉంది. పెరుగుతున్న డిమాండ్ కారణంగా టంగ్‌స్టన్ ఉత్పత్తి క్రమంగా చైనా వెలుపల పెరిగింది.
యునైటెడ్ కింగ్‌డమ్‌లోని డార్ట్మూర్ వద్ద టంగ్‌స్టన్  ధాతువు  పెద్ద నిక్షేపం ఉంది. ఇది మొదటి ప్రపంచ యుద్ధం, రెండవ ప్రపంచ యుద్ధంలో హెమెర్డాన్ మైన్ వలె దోపిడీ చేయబడింది. టంగ్‌స్టన్ ధరల పెరుగుదల తరువాత, ఈ గని 2014 లో తిరిగి పునరుద్ధరణ చేయబడింది,  కానీ 2018 లో కార్యకలాపాలు ఆగిపోయాయి. 
టంగ్‌స్టన్  దాని ఖనిజాల నుండి అనేక దశలలో తీయబడుతుంది. ధాతువును హైడ్రోజన్ లేదా కార్బన్ లతో మండించి టంగ్‌స్టన్ (VI) ఆక్సైడ్ (WO3) ను తయారుచేస్తారు. దీనితో చూర్ణస్థితిలో టంగ్‌స్టన్ ఏర్పడుతుంది.  టంగ్‌స్టన్  కు ఉండే అధిక ద్రవీభవన స్థానం వల్ల వాణిజ్యపరంగా కడ్డీల రూపంలో తయారు చేయడం సాధ్యం కాదు.  బదులుగా పొడి  టంగ్‌స్టన్ ను కొద్ది పరిమాణంలో నికెల్ పొడి లేదా ఇతర లోహాలతో కలుపుతారు. దీన్ని కరిగేంతవరకు వేడి చేస్తారు. ఈ విధానంలో నికెల్  టంగస్టన్ ను వ్యాపనం చెందించి మిశ్రమాన్ని ఉత్పత్తి చేస్తుంది.
WF 6 క్షయకరణం ద్వారా టంగ్స్టన్‌ను కూడా తీయవచ్చు :
WF 6 + 3 H 2 → W + 6 HF
లేదా పైరోలిటిక్  వియోగం ద్వారా: 
WF 6 → W + 3 F 2 ( H r = +)

అనువర్తనాలు

టంగ్‌స్టన్ ఉత్పత్తిలో సగభాగం టంగ్‌స్టన్ కార్బైడ్ వంటి భార పదార్థాల ఉత్పత్తికి ఉపయోగిస్తారు. దీనితో మిశ్రమలోహాలు, స్టీలు తయారీలో ప్రధానంగా ఉపయోగిస్తారు. 10% కంటే తక్కువ భాగం రసాయన సమ్మేళనాల  తయారీకి ఉపయోగిస్తారు.

గట్టి పదార్థాలు 
టంగ్‌స్టన్ ను ప్రధానంగా టంగ్‌స్టన్ కార్బైడ్ తో ఆధారపడ్డ ధృఢ పదార్థాలు తయారీకి  ఉపయోగిస్తారు. ఇది కార్బైడ్లన్నింటిలో ధృఢమైనది. దీని ద్రవీభవన స్థానం 2770 °C. WC మంచి విద్యుద్వాహకం. కానీ W2C తక్కువ విద్యుద్వాహాకం.  WC ని కార్బైడ్ ని కత్తిరించే కత్తులు, డ్రిల్స్, వృత్తారాక రంపాలు, మిల్లింగ్, టర్నింగ్ పరికరాలకు ఉపయోగిస్తారు. కర్రపనులు, పెట్రోలియం నిష్కర్షణ, నిర్మాణ పరిశ్రమలలో వాడుతారు.

మిశ్రమ పదార్థాలు 
టంగ్‌స్టన్ కు ఉన్న సాంద్రత, గట్టిదనం వలన దీనిని భార లోహ మిశ్రమాలలో వాడుతారు. హై స్పీడ్ స్టీలు తయారీలో 18 శాతం టంగ్‌స్టన్ వాడుతారు. దీనికి అధిక ద్రవీభవన స్థానం ఉన్నందున రాకెట్ నాజిల్స్ తయారీలో  ఉపయోగిస్తారు. ఈ లోహాన్ని ఆటోమోటివ్ పరిశ్రమలలో, రేడియేషన్ షీల్డింగ్ కు వాడుతారు.   టంగస్టన్ స్టీలును గట్టి శాశ్వత అయస్కాంతాల తయారీకి వాడుతారు. టంగస్టన్ ఉష్ణ నిరోధత్వం ఆర్క్ వెల్డింగ్ అనువర్తనాలలో ఉపయోగపడుతుంది.

ఆభరణాలు 
టంగస్టన్, సాధారణంగా నికెల్, ఇనుము, కోబాల్టులతో మిశ్రమ లోహాలుగా తయారవుతుంది. ఇది  కనాన్ షెల్స్, గ్రెనేడ్స్, మిస్సైల్స్ లలో వాడబడుతుంది. జర్మనీ రెండవ ప్రపంచ యుద్ధంలో ఆంటీ-టాంక్ గన్ రూపకల్పనలో టంగస్టన్ ను ఉపయోగించింది.

రసాయన అనువర్తనాలు 
టంగస్టన్ (IV)  సల్ఫైడ్ హైడ్రో డిసల్ఫ్యూరైజెషన్ కు అనుఘటకం, అధిక ఉష్ణోగ్రత వద్ద కందెన. MoS2 ను సాధారణంగా అటువంటి అనువర్తనాలకు ఉపయోగిస్తారు. 

టంగస్టన్ ఆక్సైడ్ ను సిరామిక్ మెరుపుకు వాడుతారు. కాల్షియం/మెగ్నీషియం టాంగస్టేట్లు ఎక్కువగా ప్రతిదీప్తి కాంతి జనకాలలో వాడుతారు.  కేంద్రక భౌతికశాస్త్రం, కేంద్రక వైద్యశాస్త్రాలలో సింటినేషన్ శోధకాలుగా స్పటిక టంగస్టేట్లను ఉపయోగిస్తారు. రసాయన టానింగ్ పరిశ్రమలలో ఇతర టంగస్టన్ లవణాలను వాడుతారు.

బంగారానికి ప్రత్యామ్నాయం 
దీని సాంద్రత బంగారం సాంద్రతతో సమానంగా ఉండటం వల్ల బంగారు, ప్లాటినం ఆభరణాలకు ప్రత్యామ్నాయంగా వాడుతారు. లోహ టంగస్టన్ హైపోఅలెర్జిజిక్ కనుక ఇది బంగారు మిశ్రమ లోహాల కంటే ఎక్కువ దృఢత్వం కలిగి ఉంటుంది. టంగస్టన్ ను ఉంగరాల తయారీకి ఉపయోగిస్తారు. 

దీని సాంద్రత బంగారం సాంద్రతతో సమానంగా ఉండటం వల్ల, దీని ధర బంగారంలో వెయ్యవ వంతు ఉన్నందున దీనిని నకిలీ బంగారు కడ్డీలకు ఉపయోగిస్తారు. అనగా టంగస్టన్ కడ్డీపై ఎలక్ట్రో ప్లేటింగ్ విధానంలో బంగారాన్ని పూతగా పూస్తారు  . దీనిని 1980ల నుండి తయారుచేస్తున్నారు.

ఎలక్ట్రానిక్స్ 

అధిక ఉష్ణోగ్రత వద్ద అధిక బలాన్ని కలిగి ఉండటం, అధిక ద్రవీభవన స్థానం కలిగి ఉండటం వల్ల టాంగస్టన్ ను అధిక- ఉష్ణోగ్రతా అనువర్తనాలకు ఉపయోగిస్తారు. వాటిలో ఇన్‌కెండెసెంట్ బల్బు, కాథోడ్ కిరణ నాళాలు, శూన్యనాళికలలోని ఫిలమెంటులు, తాపన పరికాలు, రాకెట్ ఇంజన్లలోని నాజిల్స్ లలో ముఖ్యమైనవి. దీని అధిక ద్రవీభవన స్థానం వల్ల ఇది ఏరోస్పేస్, అధిక-ఉష్ణోగ్రత ఉపయోగాలకు అనువైనదిగా చేస్తుంది. అందులో విద్యుత్, వేడిచేయుట, వెల్డింగ్ అనువర్తనాలు ముఖ్యమైనవి. అదే కాకుండా గ్యాస్ టంగస్టన్ ఆర్క్ వెల్డిగ్  కూడా చేస్తారు. టంగస్టన్ ను ఎలక్ట్రోడ్ ల తయారీకి ఉపయోగిస్తారు. ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోస్కోపులలో ఉపయోగిస్తారు. టంగస్టన్ ను ఇంటిగ్రేటెడ్ సర్క్యూట్, ట్రాన్సిస్టర్ లలో అంతర్గత కనెక్షన్ల కొరకు వాడుతారు. దీనిని మెటాలిక్ ఫిలిం లలో కూడా ఉపయోగిస్తారు.  X-కిరణ లక్ష్యాలలో ముఖ్యమైన వనరుగా ఉపయోగిస్తారు.

నానోతీగలు 
టాప్-డౌన్ నానో ఫాబ్రికేషన్ ప్రక్రియల ద్వారా, టంగస్టన్ నానోవైర్లు 2002 నుండి తయారుచేయబడ్డాయి. వాటి కోసం అధ్యయనం చేయబడింది.  ఉపరితలం, ఘనపరిమాణ నిష్పత్తి ఎక్కువ ఉన్నందున ఉపరితలంపై ఆక్సైడ్ పొర, అటువంటి పదార్థం యొక్క ఒకే స్పటిక స్వభావం, యాంత్రిక లక్షణాలు ఎక్కువ పరిమాణంలో ఉన్న టంగస్టన్  నుండి భిన్నంగా ఉంటాయి. అటువంటి నానో తీగలు నానో ఎలక్ట్రానిక్స్ లో ఉపయోగపడతాయి. అవి పి.హెచ్ ప్రోబ్స్, గ్యాస్ సెన్సార్స్ లలో ఉపయోగిస్తారు.

మూలాలు

బాహ్య లింకులు 
 గుణాలు, ఫోటోలు, చరిత్ర, MSDS 
 CDC - రసాయన ప్రమాదాలకు NIOSH పాకెట్ గైడ్ 
 ది పీరియాడిక్ టేబుల్ ఆఫ్ వీడియోస్ (నాటింగ్హామ్ విశ్వవిద్యాలయం) వద్ద టంగ్స్టన్ 
 హెన్రిచ్ ప్నియోక్ నుండి సేకరణలోని చిత్రం 
 ఎలిమెంటైమాలజీ & ఎలిమెంట్స్ మల్టీడిక్ట్ బై పీటర్ వాన్ డెర్ క్రోగ్ట్ - టంగ్స్టన్ 
 ఇంటర్నేషనల్ టంగ్స్టన్ ఇండస్ట్రీ అసోసియేషన్ 

మూలకాలు