Objav: Carl Wilhelm Scheele (1781)
Izolácia: Juan José Elhuyar a Fausto Elhuyar (1783)
T. topenia
3422 °C
T. varu
5930 °C
Kľúčové vlastnosti
Atómová hmotnosť
183.841 u
Atómový polomer
135 pm
Hustota
19250 kg/m³
Elektronegativita
2.36
Ionizačná energia
770 kJ/mol
Elektrónová afinita
78.76 kJ/mol
Elektrónová konfigurácia
Výskyt v prírode
Zlúčeniny a minerály
Základná charakteristika
- Ako oxid ho identifikoval Carl Wilhelm Scheele v roku 1781, kovovú formu izolovali bratia Juan José Elhuyar a Fausto Elhuyar v roku 1783.
- Je to sivobiely, veľmi tvrdý a hustý kov (hustota približne 19,3 g/cm³).
- Patrí medzi prechodné prvky (6. skupina).
- Má extrémne vysokú teplotu topenia (približne 3422 °C), najvyššiu zo všetkých kovov, a tiež najvyššiu teplotu varu (približne 5930 °C) spomedzi všetkých prvkov.
- Vyznačuje sa nízkou tenziou pár aj pri vysokých teplotách.
- Chemicky sa podobá molybdénu; za bežnej teploty je pomerne odolný voči vzduchu a vode.
- Odoláva väčšine kyselín, rozpúšťa sa v zmesi kyseliny dusičnej a fluorovodíkovej.
- V prírode sa vyskytuje len vo forme zlúčenín, hlavnými minerálmi sú scheelit (CaWO₄) a wolframit ((Fe,Mn)WO₄).
- Najstabilnejší a najbežnejší oxidačný stav je +VI (volfrámový). Tvorí zlúčeniny aj v iných oxidačných stavoch (napr. +IV, +V).
- Nie je považovaný za esenciálny prvok pre živočíchy, hoci niektoré enzýmy u baktérií ho obsahujú.
- Hlavné využitie nachádza pri výrobe žiaruvzdorných materiálov a vlákien pre žiarovky a elektrónky (vďaka vysokej teplote topenia).
- Používa sa v tvrdých a pevných zliatinách (napr. rýchlorezné ocele, karbid volfrámu WC pre rezné nástroje a vrtáky), ako elektródy pre TIG zváranie.
- Využíva sa aj ako závažie, v tieneniach proti žiareniu a v niektorých vojenských aplikáciách.
Výroba volfrámu link
Volfrámové rudy (scheelit CaWO₄, volframit (Fe,Mn)WO₄) sa chemicky spracúvajú (napr. cez wolframan sodný Na₂WO₄) na oxid volfrámový (WO₃) alebo kyselinu volfrámovú (H₂WO₄). Oxid WO₃ sa následne redukuje vodíkom pri vysokých teplotách (nad 850 °C) na práškový volfrám, ktorý sa spracúva práškovou metalurgiou.
\( \ce{WO3(s) + 3H2(g) ->[\text{t}] W(s) + 3H2O(g)} \)
Využitie volfrámu a jeho zlúčenín link
- Osvetľovacia technika: Vlákna v klasických a halogénových žiarovkách (vďaka vysokej teplote topenia a nízkej prchavosti). Elektródy vo výbojkách.
- Elektródy: Elektródy pre oblúkové zváranie (TIG/WIG), anódy v röntgentkách, katódy v elektrónkach a elektrónových mikroskopoch.
- Karbid volfrámu (WC): Extrémne tvrdý materiál (ako spekaný karbid s Co spojivom) pre rezné nástroje, vrtáky, brúsne materiály, komponenty odolné voči opotrebeniu (napr. guľôčky v perách), pancierovanie.
- Zliatiny: Vysokoteplotné superzliatiny. Ťažké zliatiny (W-Ni-Fe, W-Ni-Cu) s vysokou hustotou na závažia, tienenie žiarenia, kinetické penetrátory.
- Katalyzátory: Zlúčeniny W ako katalyzátory v chemickom priemysle.
- Elektronika: Kontakty a prepojenia v integrovaných obvodoch.
- Trysky rakiet: Vďaka extrémne vysokej teplote topenia.
Oxid volfrámový link
Oxid volfrámový (WO₃) je jasnožltý prášok, hlavná východisková zlúčenina pre výrobu W. Získava sa spracovaním rúd alebo priamou oxidáciou kovu. Je kyselinotvorný, reaguje so zásadami za vzniku volfrámanov.
\( \ce{WO3(s) + 2KOH(aq) -> K2WO4(aq) + H2O(l)} \)
Má zaujímavé vlastnosti: je elektrochromický (mení farbu pri prechode prúdu), čo sa využíva v „inteligentných“ oknách a stmievateľných zrkadlách.
Elektrochromizmus WO₃: Pri privedení malého napätia (v prítomnosti iónov H⁺ alebo Li⁺) sa žltý WO₃ (W⁶⁺) čiastočne redukuje na modrý "volfrámový bronz" (obsahujúci W⁵⁺). Tento proces je reverzibilný a umožňuje meniť priepustnosť svetla materiálu.
Kyselina volfrámová link
Kyselina volfrámová (H₂WO₄), presnejšie hydratovaný oxid (WO₃·H₂O), je žltá, vo vode prakticky nerozpustná látka, ktorá vzniká okyslením roztokov volfrámanov.
Volfrámany a polyvolfrámany link
Volfrámany obsahujú anión WO₄²⁻ (stabilný v zásaditom prostredí). Podobne ako molybdénany, aj volfrámany majú veľkú tendenciu ku kondenzácii v kyslejšom prostredí za vzniku komplexných polyvolfrámanov (napr. paravolfráman [W₁₂O₄₁]¹⁰⁻, metavolfráman [H₂W₁₂O₄₀]⁶⁻) a heteropolyvolfrámanov (napr. s centrálnym atómom P alebo Si).
Karbid volfrámu link
Karbid volfrámu (WC) je extrémne tvrdá (tvrdosť blízka diamantu) a žiaruvzdorná keramická zlúčenina. Vyrába sa reakciou W s uhlíkom pri vysokých teplotách:
\( \ce{W(s) + C(s) ->[\text{1400-2000°C}] WC(s)} \)
Pre praktické využitie sa zvyčajne používa ako spekaný karbid (kompozit WC zŕn spojených kobaltom), ktorý kombinuje tvrdosť WC s húževnatosťou Co. Je to kľúčový materiál pre rezné nástroje.
Halogenidy volfrámu link
Volfrám tvorí halogenidy v rôznych oxidačných stavoch. Významný je napríklad plynný fluorid volfrámový (WF₆), ktorý sa používa v polovodičovom priemysle na nanášanie tenkých vrstiev volfrámu.
