Volframi on kemiallinen alkuaine, jonka atominumero on 74. Tämä raskasmetalli teräksenharmaasta valkoiseen on erittäin kestävää, mikä tekee siitä monissa tapauksissa yksinkertaisesti korvaamattoman. Sen sulamispiste on korkeampi kuin minkään muun metallin, ja siksi sitä käytetään hehkulamppujen filamentteina ja sähköuunien lämmityselementteinä (esimerkiksi zirkonium-volframiseos). Elementin kemia mahdollistaa sen käytön katalyyttinä. Sen poikkeuksellinen kovuus tekee siitä sopivan käytettäväksi "nopeiden terästen" kanssa, jotka mahdollistavat materiaalien leikkaamisen suuremmilla nopeuksilla kuin hiiliteräkset ja korkean lämpötilan seokset. Volframikarbidi, alkuaineen yhdiste hiilen kanssa, on yksi kovimmista tunnetuista aineista, ja sitä käytetään jyrsintä- ja sorvaustyökalujen valmistukseen. Kalsium- ja magnesiumvolframaattia käytetään laaj alti loistelampuissa, ja volframioksideja käytetään laaj alti maaleissa ja keraamisissa lasiteissa.
Löytöhistoria
Tämän kemiallisen alkuaineen olemassaoloa ehdotti ensimmäisen kerran Peter Woolf vuonna 1779, kun hän tutki volframiittimineraalia ja tulijohtopäätös, että sen on sisällettävä uutta ainetta. Vuonna 1781 Carl Wilhelm Scheele totesi, että uutta happoa voitiin saada volframiitista. Scheele ja Thorburn Bergman ehdottivat mahdollisuutta saada uusi metalli pelkistämällä tämä happo, nimeltään volframihappo. Vuonna 1783 kaksi veljestä, José ja Fausto Elguiar, löysivät wolframiitista hapon, joka oli identtinen volframihapon kanssa. Samana vuonna veljet onnistuivat eristämään volframia siitä hiilellä.
Toisen maailmansodan aikana tällä kemiallisella alkuaineella oli v altava rooli. Metallin kestävyys korkeita lämpötiloja vastaan sekä sen seosten äärimmäinen lujuus teki volframista sotateollisuuden tärkeimmän raaka-aineen. Taistelijat painostivat Portugalia pääasiallisena volframiitin lähteenä Euroopassa.
Luonnossa oleminen
Luonnossa elementtiä esiintyy volframiitissä (FeWO4/MnWO4), scheeliitissä (CaWO4), ferberiitti ja hübneriitti. Näiden mineraalien tärkeitä esiintymiä löytyy Yhdysvalloissa Kaliforniassa ja Coloradossa, Boliviassa, Kiinassa, Etelä-Koreassa, Venäjällä ja Portugalissa. Noin 75 % maailman volframin tuotannosta on keskittynyt Kiinaan. Metalli saadaan pelkistämällä sen oksidi vedyllä tai hiilellä.
Maailman varannot ovat arviolta 7 miljoonaa tonnia, joista 30 % oletetaan olevan volframiittiesiintymiä ja 70 % scheeliittiesiintymiä. Tällä hetkellä niiden kehittäminen ei ole taloudellisesti kannattavaa. Nykyisellä kulutustasolla nämä varat kestävät vain 140 vuotta. Toinen arvokas lähdevolframi on metalliromun kierrätys.
Pääominaisuudet
Volframi on kemiallinen alkuaine, joka on luokiteltu siirtymämetalliksi. Sen W-symboli tulee latinan sanasta wolframium. Jaksotaulukossa se on ryhmässä VI tantaalin ja reniumin välissä.
Puhtaaimmassa muodossaan volframi on kovaa materiaalia, jonka väri vaihtelee teräksenharmaasta tinanvalkoiseen. Epäpuhtauksien kanssa metalli muuttuu hauraaksi ja vaikeaksi käsitellä, mutta jos niitä ei ole, se voidaan leikata rautasahalla. Lisäksi sitä voidaan takoa, valssata ja vetää.
Volframi on kemiallinen alkuaine, jonka sulamispiste on korkein kaikista metalleista (3422 °C). Siinä on myös alhaisin höyrynpaine. Sillä on myös suurin vetolujuus lämpötilassa T> 1650 °C. Elementti on erittäin korroosionkestävä ja mineraalihapot syövät sitä vain vähän. Ilman kanssa kosketuksessa metallipinnalle muodostuu suojaava oksidikerros, mutta volframi hapettuu täysin korkeissa lämpötiloissa. Kun sitä lisätään pieninä määrinä teräkseen, sen kovuus kasvaa dramaattisesti.
Isotoopit
Luonnossa volframi koostuu viidestä radioaktiivisesta isotoopista, mutta niillä on niin pitkä puoliintumisaika, että niitä voidaan pitää stabiileina. Ne kaikki hajoavat hafnium-72:ksi alfa-hiukkasten (vastaten helium-4-ytimiä) emission avulla. Alfahajoamista havaitaan vain 180W, näistä kevyin ja harvinaisinisotoopit. Keskimäärin kaksi alfahajoamista tapahtuu 1 g:ssa luonnonvolframia vuodessa 180W.
Lisäksi on kuvattu 27 keinotekoista volframin radioaktiivista isotooppia. Vakain näistä on 181W, jonka puoliintumisaika on 121,2 päivää, 185W (75,1 päivää), 188 W (69, 4 päivää) ja 178W (21, 6 päivää). Kaikkien muiden keinotekoisten isotooppien puoliintumisaika on alle vuorokausi, ja useimmat niistä ovat alle 8 minuuttia. Volframilla on myös neljä "metastabiilia" tilaa, joista vakain on 179mW (6,4 min).
Liitännät
Kemiallisissa yhdisteissä volframin hapetusaste muuttuu +2:sta +6:een, joista +6 on yleisin. Alkuaine sitoutuu tyypillisesti hapen kanssa muodostaen keltaista trioksidia (WO3), joka liukenee emäksisiin vesiliuoksiin volframaatti-ioneina (WO42−).
Hakemus
Koska volframilla on erittäin korkea sulamispiste ja se on sitkeää (voidaan vetää lankaan), sitä käytetään laaj alti hehkulamppujen ja tyhjiölamppujen filamenttina sekä sähköuunien lämmityselementeissä. Lisäksi materiaali kestää äärimmäisiä olosuhteita. Yksi sen tunnetuista sovelluksista on kaasusuojattu volframikaarihitsaus.
Poikkeuksellisen kova volframi on ihanteellinen komponentti raskaisiin aseiden seoksiin. Kahvakuuloissa käytetään suurta tiheyttä,vastapainot ja painolastikölit huviveneiden sekä dartsissa (80-97%). Pikateräs, joka voi leikata materiaalia nopeammin kuin hiiliteräs, sisältää jopa 18 % tätä ainetta. Turbiinien siivet, kulutusosat ja pinnoitteet käyttävät "superseoksia", jotka sisältävät volframia. Nämä ovat lämmönkestäviä, erittäin kestäviä metalliseoksia, jotka toimivat korkeissa lämpötiloissa.
Kemiallisen alkuaineen lämpölaajeneminen on samanlainen kuin borosilikaattilasin, joten sitä käytetään lasin ja metallin välisten tiivisteiden valmistukseen. Volframia sisältävät komposiitit ovat erinomainen lyijyn korvike luodeissa ja haulassa. Nikkeliä, rautaa tai kobolttia sisältävissä seoksissa siitä valmistetaan iskuammuksia. Kuten luoti, sen kineettistä energiaa käytetään osumaan kohteeseen. Integroiduissa piireissä volframia käytetään liitäntöjen tekemiseen transistoreihin. Tietyt soittimien kielet on valmistettu volframilangasta.
Yhteyksien käyttäminen
Volframikarbidin poikkeuksellinen kovuus (W2C, WC) tekee siitä yleisimmän materiaalin jyrsintä- ja sorvaustyökaluissa. Sitä käytetään metallurgiassa, kaivosteollisuudessa, öljy- ja rakennusteollisuudessa. Volframikarbidia käytetään myös korujen valmistuksessa, koska se on hypoallergeeninen eikä yleensä menetä kiiltoaan.
Lasite on valmistettu sen oksideista. Volframi "pronssia" (niin kutsuttua oksidien värin vuoksi) käytetään maaleissa. Magnesium- ja kalsiumvolframaattia käytetään fluoresoinnissalamput. Kiteinen volframaatti toimii tuikeilmaisimena ydinlääketieteessä ja fysiikassa. Suoloja käytetään kemian- ja nahkateollisuudessa. Volframidisulfidi on korkean lämpötilan rasva, joka kestää 500 °C. Joitakin volframia sisältäviä yhdisteitä käytetään kemiassa katalyytteinä.
Ominaisuudet
W:n tärkeimmät fyysiset ominaisuudet ovat seuraavat:
- Yminumero: 74.
- Atomimassa: 183, 85.
- Sulamispiste: 3410 °C.
- Kiehumispiste: 5660 °C.
- Tiheys: 19,3 g/cm3 20 °C:ssa.
- Hapetustilat: +2, +3, +4, +5, +6.
- Elektroninen kokoonpano: [Xe]4 f 145 d 46 s 2.
