Volframioksidia pidetään yhtenä tulenkestävimmistä tässä epäorgaanisten aineiden luokassa. Metallin karakterisoimiseksi analysoidaan itse metallin ominaisuuksia.
Volframin ominaisuudet
Volframioksidin käytännön merkityksen ymmärtämiseksi huomaamme, että itse metallilla on sähkövastus, lineaarinen laajenemiskerroin ja korkea sulamispiste.
Puhtaalla volframilla on korkea sitkeys. Metalli liukenee happoon vain kuumennettaessa 5000 oC lämpötilaan. Se reagoi hiilen kanssa muodostaen volframikarbidia reaktiotuotteena. Tuloksena oleva liitos on erittäin kestävä.
Yleisin volframioksidi on volframianhydridi. Kemiallisen yhdisteen tärkein etu on kyky pelkistää jauhe metalliksi, jolloin sivutuotteina muodostuu pienempiä oksideja.
Metalille on ominaista suuri tiheys, hauraus ja kyky muodostaa volframioksidia alhaisissa lämpötiloissa.
Volframiseokset
Tutkijat tunnistavat yksivaiheisia metalliseostyyppejä, joita ovat mmelementtejä on yksi tai useampia. Tunnetuin volframin ja molybdeenin yhdiste. Seoksen seostaminen molybdeenin kanssa lisää volframin vetolujuutta.
Yksifaasiset seokset ovat yhdisteitä: volframi - zirkonium, volframi - hafnium, volframi - niobium. Renium antaa volframille maksimaalisen plastisuuden. Sen lisäys ei vaikuta tulenkestävän metallin suorituskykyyn.
Metallin hankkiminen
Tulenkestävän volframin seoksia on mahdotonta saada perinteisellä tavalla: saavuttaessaan sulamispisteen metalli muuttuu välittömästi kaasumaiseen muotoon. Tärkein vaihtoehto puhtaan metallin saamiseksi on elektrolyysi. Teollisissa volyymeissä jauhemetallurgiaa käytetään volframiseosten valmistamiseen. Luo tätä varten erityiset teknologiset olosuhteet tyhjiön avulla.
Luonnossa oleminen
Volframioksidia, jonka kaava on WO3, kutsutaan korkeimmaksi yhdisteeksi. Sitä ei esiinny luonnossa puhtaassa muodossaan, vaan se on osa volframimalmeja. Tulenkestävän metallin uutto- ja käsittelyprosessi käsittää useita vaiheita.
Korkeampi volframioksidi on eristetty malmimassasta. Seuraavaksi yhdiste rikastetaan, ja käsittelyn jälkeen eristetään puhdas metalli.
Ohutta volframilankaa valmistettaessa on huolehdittava siitä, että epäpuhtaudet poistetaan kokonaan. Muuten valmiin tuotteen tekniset tiedot heikkenevät huomattavasti.
Volframin käyttöalat
Miten volframioksidi palautetaan? Tämän yhdisteen kanssa vuorovaikutuksessa oleva vety auttaa saamaan puhdasta metallia. Se on välttämätön korkeassa lämpötilassa käytettäviksi suunniteltujen filamenttien, röntgenputkien, lämmittimien ja tyhjiöuunien seulojen valmistuksessa.
Teräksellä, jossa volframi on seosaine, on korkeat lujuusominaisuudet. Tällaisesta seoksesta valmistettuja tuotteita käytetään lääketieteellisten instrumenttien valmistukseen, kaivojen poraamiseen tarkoitettujen leikkauslevyjen valmistukseen. Liitoksen tärkein etu on mekaanisen muodonmuutoksen kestävyys.
Halkeamien ja lastujen todennäköisyys valmiiden tuotteiden käytön aikana on melko pieni. Suosituimman teräslaadun, joka sisältää volframia, katsotaan voittavan.
Tämän harvinaisen metallin romua käytetään korkealaatuisten katalyyttien, kaikenlaisten maalien, erikoispigmenttien jne. valmistukseen. Nykyaikaisessa ydinteollisuudessa volframiupokkaita ja radioaktiivisen jätteen säiliöitä käytetään laaj alti.
Metallin tulenkestävyydellä on erityinen rooli kaarihitsauksessa. Koska volframia puhtaassa muodossaan pidetään melko harvinaisena metallina, sen saamiseksi suoritetaan volframimalmin rikastus- ja käsittelymenettely. Puhtaassa muodossaan se on vaaleanharmaa ja siinä on tyypillinen metallinen kiilto. Standardit volframiseokset, joita kutsutaan stelliiteiksi, sisältävät myös koboltin ja kromin. Tällaisten yhdisteiden pääkomponentti on koboltti. Seoksetkysyntää koneenrakennuksessa.
Volframioksidit
Mitä ominaisuuksia on volframioksidilla (6), jonka kaava on WO3? Metalli pystyy osoittamaan eri hapetusasteita: maksimaalisella stabiilisuudella on vaihtoehdot metallivalenssilla (4) ja (6). Ensimmäinen yhdiste, jonka tyyppi on WO2, kuuluu happamiin oksideihin ja sillä on seuraavat ominaisuudet: korkea sulamispiste ja erityinen tiheys. Tämä kemiallinen yhdiste on lähes veteen liukenematon, mutta kuumennettaessa se voi liueta happoihin ja emäksiin. Kemianteollisuudessa sitä käytetään katalyyttinä joissakin reaktioissa. Esimerkiksi yhdistettä WO2 käytetään keraamisten tuotteiden valmistuksessa.
Volframioksidilla, jonka valenssi on (6), on myös tyypillisiä happamia ominaisuuksia. Tämä yhdiste reagoi alkalien kanssa, mutta ei pysty liukenemaan veteen. Koska yhdisteellä on korkea sulamispiste, sitä käytetään vain kemiallisten prosessien kiihdyttimenä.
Johtopäätös
Epäorgaanisen kemian kursseilla kiinnitetään erityistä huomiota oksidien tutkimukseen, niiden ominaisuuksien analysointiin ja niiden teollisuudessa soveltamisen erityispiirteisiin. Esimerkiksi loppukokeessa yhdeksäsluokkalaisille tarjotaan seuraavan sisällön tehtävä: "Tee kaavoja kuparin, raudan, volframin oksideille ja määritä myös niiden kemialliset perusominaisuudet."
Tehtävän onnistuminen edellyttää käsitystä oksidien ominaisuuksista. Sellaisenaanharkitse binääriyhdisteitä, joissa toinen alkuaine on happi. Kaikki oksidit luokitellaan yleensä kolmeen ryhmään: emäksiset, happamat, amfoteeriset.
Rauta ja kupari ovat toissijaisen alaryhmän elementtejä, joten niillä voi olla vaihtelevia valenssit. Kuparille voidaan kirjoittaa vain kaksi oksidiversiota, joilla on perusominaisuudet - Cu2O ja CuO.
Rauta ei sijaitse kemiallisten alkuaineiden pääalaryhmässä, joten hapetustilat +2 ja +3 tapahtuvat. Näissä tapauksissa muodostuu seuraavan tyyppisiä oksideja - FeO ja Fe2O3.
Binääriyhdisteissä, joissa on happea, olevan volframin valenssit (4) ja (6). Tämän metallin molemmilla oksideilla on happamia ominaisuuksia, joten niitä käytetään teollisuudessa kemiallisten prosessien kiihdyttiminä.
Kaikkien volframioksidien päätarkoitus on eristää niistä puhdasta metallia, jolla on kysyntää kemian- ja metallurgialla.
