Volframi

Volframi
Tantaali ← volframi → renium Mo     74 W                                                                                                                                                                                                                                                                                           ↑ W ↓ Sg Koko pöytä • Laajennettu pöytä
Sijainti jaksollisessa taulukossa
Symboli	W
Sukunimi	Volframi
Atomiluku	74
Ryhmä	6
Aika	6 th aikana
Lohko	Lohko d
Element perhe	Siirtymämetalli
Elektroninen kokoonpano	[ Xe ] 6 s 2 4 f 14 5 d 4
Elektronit by energiataso	2, 8, 18, 32, 12, 2
Atomic ominaisuudet elementin
Atomimassa	183,84  ± 0,01  u
Atomisäde (laskettu)	135  pm ( 193  pm )
Kovalenttinen säde	162  ±  19
Van der Waalsin säde	137  pm
Hapetustila	6 , 5, 4, 3, 2
Elektronegatiivisuus ( Pauling )	2.36
Oksidi	Happo
Ionisointienergiat
1 re  : 7.86403  eV	2 e  : 16,1  eV
Vakaimmat isotoopit
Iso VUOSI Aika MD Toim PD MeV 180 W 0,13  % 1,8 × 10 18  a a 2,516 176 Hf 181 W {syn.} 121,2  d e 0,188 181 Sinun 182 W 26,498  % vakaa 108 neutronilla 183 W 14,314  % vakaa 109 neutronin kanssa 184 W 30,642  % vakaa 110 neutronin kanssa 185 W {syn.} 75,1  d β - 0,433 185 Re 186 W 28,426  % vakaa 112 neutronin kanssa
Yksinkertaiset kehon fyysiset ominaisuudet
Tavallinen tila	kiinteä
Tilavuusmassa	19,3  g · cm -3 ( 20  ° C )
Kristallijärjestelmä	Kuutiokeskus keskitetty
Kovuus	7.5
Väri	Harmaa Valkoinen
Fuusiopiste	3422  ° C
Kiehumispiste	5555  ° C
Fuusioenergia	35,4  kJ · mol -1
Höyrystysenergia	824  kJ · mol -1
Molaarinen tilavuus	9,47 × 10-6  m 3 · mol -1
Höyrynpaine	4,27  Pa on 3680  K
Äänen nopeus	5174  m · s -1 kohteeseen 20  ° C: ssa
Massalämpö	130  J · kg -1 · K -1
Sähkönjohtavuus	8,9 x 106  S · m- 1
Lämmönjohtokyky	174  W · m -1 · K -1
Liukoisuus	maahan. on HCI: a + H 2 O 2
Eri
N o  CAS	7440-33-7
N o  ECHA	100,028,312
N O  EY	231-143-9
Varotoimenpiteet
SGH
Jauhemainen tila  : Vaara H228, P210, P240, P241, P280, P370 + P378, H228  : Syttyvä kiinteä aine P210  : Suojaa lämmöltä / kipinöiltä / avotulelta / kuumilta pinnoilta. - Tupakointi kielletty. P240  : Astian ja vastaanottolaitteen maadoitus / potentiaalintasaus. P241  : Käytä räjähdyssuojattuja sähkö- / tuuletus- / valaistus- /… / laitteita. P280  : Käytä suojakäsineitä / suojavaatetusta / silmiensuojainta / kasvonsuojainta. P370 + P378  : Tulipalon sattuessa: Käytä ... sammuttamiseen .
WHMIS
Hallitsematon tuoteTätä tuotetta ei valvota WHMIS-luokituskriteerien mukaan. Ilmoitus 1,0% ainesosien ilmoittamisluettelon mukaan Huomautukset: Tämän ainesosan kemiallinen identiteetti ja pitoisuus on ilmoitettava käyttöturvallisuustiedotteessa, jos sitä on läsnä konsentraatiossa, joka on yhtä suuri tai suurempi kuin 1,0% tuotekontrollissa.
Kuljetus
40    3089    Kemler-koodi: 40  : syttyvät kiinteät tai itsereaktiivinen tai itsestään kuumeneva materiaali YK-numero  : 3089  : FLAMMABLE metallijauhe, NSA Luokka: 4.1 Etiketti: 4.1  : Helposti syttyvät kiinteät aineet, itsereaktiiviset aineet ja flegmatoidut räjähtävät kiintoaineita Pakkaus: Pakkaus ryhmä II  : kohtalaisen vaaralliset materiaalit;
SI- ja STP- yksiköt, ellei toisin mainita.

Volframi on alkuaine on atomi numero 74, symboli W (jäljempänä Saksan Wolfram ). Sen nimi ranskaksi tulee ruotsalaisesta tungista ( "raskas" ) ja stenistä ( "kivi" ) ja tarkoittaa siten "raskasta kivi".

Volframi löytyy monista mineraaleista , kuten volframiitista ja scheeliitistä . Yksittäinen volframi elin on erittäin kova ja raskas harmaa-teräs-valkoinen siirtymämetalli . Puhtaassa muodossaan sitä käytetään pääasiassa sähköisissä sovelluksissa ( hehkulampun hehkulangat ), mutta yhdisteiden tai seosten muodossa sillä on monia sovelluksia, kuten suurta kovuutta vaativien työkalujen (porat, hiomajauheet  jne. ) Tuotanto .

Volframilla on 35 tunnettua isotooppia, joiden massaluvut vaihtelevat välillä 158 ja 192, sekä 11  ydin-isomeeriä . Näiden isotooppien joukossa neljä on stabiilia , 182 W, 183 W, 184 W ja 186 W, ja yhdessä 180 W: n kanssa ne muodostavat hyvin pitkäikäisen radioisotoopin (puoliintumisaika 1,8 × 10 18  vuotta), koko luonnon volframin, suhteissa, jotka vaihtelevat välillä 14-30% (0,12% 180 W: n kohdalla). Kuten kaikki zirkoniumia raskaammat alkuaineet , volframi on teoreettisesti epästabiili, ja kaikkien sen stabiilien isotooppien uskotaan olevan heikosti radioaktiivisia, hajoavia a-emissiolla vastaaviin hafnium-isotooppeihin . Volframille on annettu standardi atomimassa 183,84 (1)  u .

Merkittäviä ominaisuuksia

Pure volframi on kovametalli, jonka väri vaihtelee teräksen harmaasta tinavalkoiseen . Se voidaan leikata rautasahalla, kun se on hyvin puhdasta, mutta se on hauras ja vaikea työskennellä, kun se on epäpuhdas, ja sitä työstetään tavallisesti taomalla, puristamalla tai venyttämällä. Tällä elementillä on korkein sulamispiste ( 3422  ° C ) kaikista metalleista, alin höyrynpaine ja suurin kaikkien metallien vetolujuus lämpötilassa yli 1650  ° C , sen moduuli de Young on 406  GPa . Erittäin korkean sulamispisteen vuoksi volframi ei sula, vaan sintrataan korkeassa lämpötilassa, samoin kuin jotkut sen yhdisteet, kuten volframikarbidi . Sen korroosionkestävyys on erinomainen, ja mineraalihapot voivat vain hyökätä siihen . Metallinen volframi muodostaa suojaavan oksidikerroksen altistuessaan ilmalle. Kun se lisätään pieninä määrinä terässeoksiin, se lisää niiden kovuutta.

Kaikkien volframin luonnollisten isotooppien katsotaan teoriassa olevan alfaa lähettäviä radioaktiivisia aineita, joiden puoliintumisajat ovat erittäin korkeat, mutta tämä on todettu vain volframille 180 . Luonnollinen volframi on siten vakaa yleisiin sovelluksiin.

Historia

Ensimmäisenä oletettiin volframin olemassaolon Peter Woulfe vuonna 1778 , kun hän tutki volframiittia .

Sitten hän päätti, että tämän mineraalin täytyy sisältää tuntematonta ainetta. Vuonna 1781 , Carl Wilhelm Scheele todettu, että uusi happo voitaisiin muodostaa tungstenite . Scheele ja Tobern Bergman ehdottivat, että uuden metallin on oltava mahdollista saada pelkistämällä tätä happoa. Veljet Juan José ja Fausto de Elhúyar löysivät vuonna 1783 uuden volframiitista saadun hapon, joka on identtinen volframihapon kanssa . Vuonna Bergara , Espanja , hieman myöhemmin samana vuonna, veljekset onnistuivat eristämään volframi vähentämällä happo puuhiiltä . Heille hyvitettiin elementin löytäminen.

Tuotanto ja varaukset

Volframin vuotuinen tuotanto vuonna 2008 oli 55 900  tonnia . Varannot ovat arviolta 2,8 miljoonaa  tonnia , mikä vastaa viidenkymmenen vuoden vuosituotannosta.

Volframiitti löytyy volframiitista, joka on rauta-mangaanivolframaatti (FeW O 4 / MnWO 4 ), scheeliitistä ( kalsiumvolframaatti , CaWO 4 ), ferriitistä ja hübneriitistä . Tärkeitä näiden mineraalien esiintymiä on Perussa, Boliviassa , Kaliforniassa , Kiinassa , Coloradossa ( USA ), Portugalissa , Venäjällä ja Etelä-Koreassa . Kiina tuotti 84 prosenttia maailman tarjonnasta vuonna 2006. Metalli valmistetaan kaupallisesti pelkistämällä volframioksidi vedyllä tai hiilellä .

Toksikologia, ekotoksikologia

Kiista yli myrkyllisistä ja ekotoksikologiset seuraukset käytön köyhdytettyä uraania vuonna Persianlahden sota ja Balkanin sota ammukset johti arvioitu muita raskaita materiaaleja käytetään panssariammuksissa ammuksia, kuten volframiseokset (HMTA), jotka mainostetut ”ei- myrkyllisiä vaihtoehtoja ” .

Sitten laboratoriossa osoitettiin, että HMTA-mikropartikkeleiden (sisältäen 91,1% volframia, 6% kobolttia ja 2,9% nikkeliä ) ( lihaksensisäinen ) injektio laboratoriorotissa aiheutti nopeasti syöpien esiintymisen aggressiivisilla metastaattisilla kasvaimilla implantaatiokohdassa, ilman että ymmärtää mukana olevat solu- ja molekyylimekanismit. Sotilaat harjoitusten aikana tai taistelutilanteissa ja siviilit sotien aikana voivat kuitenkin hengittää tällaisia ​​hiukkasia (iskuina).

Henkitorven sisään tiputtaminen (pakkohengitys) rotaryhmissä homologista seosta, jossa on metallijauheita WNiCo (92% volframia, 5% nikkeliä ja 3% kobolttia), WNiFe (92% volframia, 5% nikkeliä ja 3% rautaa), puhtaita metalleja Rotilla tai neutraalilla tuotteella (suolaliuoksella) rottien sisäpuolella havaittiin myös keuhkotoksisuutta (arvioitu sytologisella analyysillä laktaattidehydrogenaasin , albumiinipitoisuuden ja tulehduksellisen sytokiinitason perusteella bronkoalveolaarisessa huuhtelunesteessä 24 tuntia tiputuksen jälkeen). Nämä tuotteet indusoivat keuhkotulehdusta ja oksidatiivisen ja metabolisen stressin markkereiden ilmentymistä myrkyllisten vapaiden radikaalien tuotannolla ja keuhkovaurioilla.

Yritettäessä selittää kolme Yhdysvalloissa (mukaan lukien Fallonissa , Sierra Vistassa ja Elk Grovessa ) ilmestyneitä lapsuuden leukemiaklustereita tutkimuksessa mitattiin puiden renkaissa "arkistoituja" metalleja ja metalloideja niiden kasvun aikana ( dendrokemia ). jos nämä lapset tai heidän vanhempansa olivat epänormaalisti ja äskettäin altistuneet metallille tai metalloidille (tai useammalle). Kaikkien kyseisten alueiden puiden puissa monien mitattujen elementtien joukossa vain volframi oli lisääntynyt vuosien varrella (kaksinkertaistunut yhdessä tapauksessa). CDC-tutkimus Fallonin asukkaiden ihmiskudoksesta osoitti kohonnut volframipitoisuus ja USGS-tutkimus kaupungin juomavedestä osoitti myös korkean volframipitoisuuden. Suodatettu ulkoilma Sierra Vistassa sisälsi myös enemmän volframia kuin useilla naapurialueilla (Etelä-Arizona). Useat tutkimukset ovat osoittaneet ainakin yhden mahdollisen yhteyden volframin ja leukemian (tai syövän yleisemmin) välillä.

Sovellukset

Volframilla on paljon käyttötarkoituksia, yleisimpiä ovat volframikarbidi (WC) ja volframialikarbidi (W 2 C), joita käytetään kulutusosien valmistuksessa metallurgiassa, kaivos- ja öljyteollisuudessa. Volframia käytetään televisioiden hehkulamppujen ja katodisädeputkien sekä elektrodien filamenttien valmistuksessa, erittäin hienoja filamentteja, joita voidaan tuottaa tällä metallilla, jolla on erittäin korkea sulamispiste.

Muut käyttötarkoitukset:

• Sen erittäin korkea sulamispiste tekee volframia erityisen sopiva on yhteydessä erittäin korkeissa lämpötiloissa, kuten ilmakehän paluu on tilaa ajoneuvon tai diverttori ja ITER Thermonuclear reaktoriin .
• Tämän metallin kovuus ja tiheys tekevät siitä ihanteellisen aseissa käytettävien metalliseosten, jäähdytyselementtien sekä painojen ja vastapainojen valmistamiseen.
• Esimerkiksi nopeissa työkaluissa käytetyissä kulutusosissa käytetään usein volframia ja terässeoksia, jotka voivat sisältää jopa 18% volframia.
• Volframiyhdisteitä käytetään katalysaattorina , epäorgaanisena pigmenttinä . Volframi disulfidi (fi) käytetään voiteluaineena stabiili yli 500  ° C: ssa . 
• Natriumvolframaattia ( CAS-numero  : 10213-10-2 ) on osa Folin Denis-reagenssia  (fi) .
• Koska sen laajenemiskerroin on sama kuin borosilikaattilasin , sitä käytetään lasista metalliin hitsien (elektrodit, sähköiset kanavat) valmistamiseen.
• Of superseoksia volframi kontti käytetään tekemään turbiinien lavat, teräs työkalut sekä viilu.
• Se käytetään tulenkestäviä elektrodi on TIG-hitsauksessa .
• Suurjännitekatkaisijoiden valokaapelit ovat myös osittain volframia, jotta ne kestävät sähkökaaren korkean lämpötilan.
• DIME ( Dense Inert Metal Explosive ), uusi erittäin voimakas ase, joka tappaa ihmisen ja aiheuttaa vahinkoa hyvin rajoitetulla muutaman metrin säteellä.
• Sitä käytetään myös kineettisen energian läpäisijöihin (tai nuolikuoriin) sen korkean sulamispisteen ja tiheyden vuoksi.
• Kuulakärkikynän pallot muodossa volframikarbidin, ennen kuin ne oli tehty ruostumattomasta teräksestä 1961.
• Tokamak , kokeellinen lämpöydinreaktori , ITER-pienoismalli Cadarachessa (Bouches-du-Rhône), tuotti 12/14/2016 plasmaa (useisiin miljooniin asteisiin kuumennettu kaasu) volframin tyhjiökammiossa. Ensimmäinen askel kohti ydinfuusiota energian tuottamiseksi.
• Anodit on röntgenputken tehdään useimmiten volframia, yleensä yhdistelmänä , jossa on reniumia ja tantaali .

Kierrätys

34% maailmassa kulutetusta volframista tulee kierrätyksestä. Lukuun ottamatta tuotantojätteiden kierrätystä, joka edustaa 10 prosenttia maailmassa kulutetusta volframista, kierrätys koskee muita loppukäsiteltyjä tuotteita, joita varten on pääasiassa neljä prosessia:

Tämä kemikaaleja käyttävä tekniikka regeneroi volframin tuottamalla volframia, jota ei voida erottaa alkuperäisestä malmista. Se mahdollistaa jätteissä olevan koboltin , tantaalin ja niobiumin talteenoton samanaikaisesti .

Tämä tekniikka, joka käyttää jätevolframia seosten tuotannossa, tuottaa terästä , stelliitteja , superseoksia , valettuja volframikarbideja , ferrotungstamia tai volframiseoksia.

Tässä tekniikassa käytetään kemiallisia tai fysikaalisia menetelmiä, jotka eivät muuta jauheena hajoavan volframin peruskoostumusta. Se kierrättää volframikarbideja sekä kobolttikarbideja, tantaalia ja muita karbideja.

Tämä tekniikka koostuu kemiallisesta liukenemisesta.

Huomautuksia ja viitteitä

Huomautuksia

1. Teoreettisesti hyväksytään, että kaikkien volframin isotooppien on oltava radioaktiivisia ja niiden on hajoava lähettämällä α-säteilyä erittäin korkeilla jaksoilla (> 10 18  a = miljardi miljardia vuotta , mutta tätä ei kokeellisesti todettu vuonna 2009, että volframi 180
2. HTMA: lyhenne raskasmetallivolframiseoksille .

Viitteet

1. (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics , CRC Press Inc,2009, 90 th  ed. , 2804  Sivumäärä , Kovakantinen ( ISBN  978-1-420-09084-0 )
2. (in) Beatriz Cordero Verónica Gómez, Ana E. Platero-Prats, Marc Revés Jorge Echeverría, Eduard Cremades, Flavia ja Santiago Barragan Alvarez , "  Covalent radius revisited  " , Dalton Transactions ,2008, s.  2832 - 2838 ( DOI  10,1039 / b801115j )
3. (in) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics , CRC,2009, 89 th  ed. , s.  10-203
4. (en) National Nuclear Data Center , "  Interactive Chart of nuclides (Nudat2.5)  " ( katsottu 22. kesäkuuta 2009 )
5. (in) Thomas R. Dulski, käsikirja kemiallisen analyysin metallien , voi.  25, ASTM International,1996, 251  Sivumäärä ( ISBN  0803120664 , lue verkossa ) , s.  75
6. Chemical Abstracts -tietokanta kysyttiin SciFinder Webin kautta 15. joulukuuta 2009 ( hakutulokset )
7. Merkintä "Volframi, jauhe" kemikaalitietokantaan Gestis of the IFA (saksalainen työturvallisuudesta vastaava elin) ( saksa , englanti ), käytetty 6. heinäkuuta 2018 (vaaditaan JavaScriptiä)
8. "  Volframi  " kemiallisten tuotteiden tietokannassa Reptox of the CSST (Quebec-organisaatio, joka vastaa työturvallisuudesta ja työturvallisuudesta), käyty 25. huhtikuuta 2009
9. volframin ja sen yhdisteiden toimittajat Kompass.com-sivustolta .
10. mukaan USGS .
11. http://www.malaga.ca/
12. Arnaud de la Grange, "  " Peking pelaa harvinaisten maametallien aseella  "  ", Le Figaro , 25. lokakuuta 2010
13. (sisään) Erik Q. Roedel, Danielle E. Cafasso, Karen Lee WM, Lisa Pierce, Keuhkojen myrkyllisyys altistumisen jälkeen sotilaallisille merkityksellisille raskasmetallivolframiseoshiukkasille , Toxicology and Applied Pharmacology , voi.  259, n °  1, 15 helmikuuta 2012, s.  74-86 yhteenveto )
14. Sheppard PR & Witten ML (2003) Kaupunkipuiden dendrokemia lapsuuden leukemiaklusterialueiden ympäristöaltistusanalyysissä . AGU: n syyskokouksen tiivistelmissä (joulukuu) ( yhteenveto )
15. "  Iter ottaa toisen askeleen kohti ydinfuusiota  " , osoitteessa lesechos.fr ,16. tammikuuta 2017(käytetty 30. elokuuta 2017 )
16. Kansainvälinen volframiteollisuusyhdistys, volframi , 2009.
17. ADEME , "Tutkimus mahdollisuutta kierrättää harvinaiset metallit," 1 st  osa, s.  207 .

Katso myös

Aiheeseen liittyvät artikkelit

• Asetyleenihydraasi , volframimetalliproteiini
• Tulenkestävä metalli
• Partinium

Ulkoiset linkit

• BRGM Panorama 2011 volframimarkkinoista ,Heinäkuu 2012
• ADEME , "Tutkimus mahdollisuutta kierrättää harvinaisia metalleja" , 1 kpl  osa, volframi ennätys s.  201-208
• (en) Kansainvälinen volframiteollisuusyhdistys , tiedot volframin lähteistä, ominaisuuksista ja käytöstä
• (en) ”  Volframin tekniset tiedot  ” (tarkastettu 15. elokuuta 2016 ) , kunkin sivun isotoopin tunnetut tiedot alasivuilla