Las balas perforadoras de armaduras, las boquillas de los motores de cohetes y las brocas para cortar rocas sólidas son solo algunos de los productos fabricados con tungsteno, uno de los elementos más duros y resistentes al calor del universo.
El tungsteno, como la mayoría de los otros elementos metálicos, no se encuentra en la naturaleza como un trozo de metal brillante. Debe aislarse químicamente de otros compuestos, en este caso el mineral natural wolframita. Es por eso que el símbolo del tungsteno en la tabla periódica no es T sino W, que es la abreviatura de "wolframio". El nombre tungsteno en sueco significa "piedra pesada", una referencia a la extraña densidad y peso del elemento. Su número atómico (el número de protones en el núcleo de su átomo) es 74 y su peso atómico (promedio ponderado de sus isótopos naturales) es 183,84.
A un par de químicos (y hermanos) españoles, Juan José y Fausto Elhuyar, se les atribuye el descubrimiento del tungsteno en 1783 cuando aislaron por primera vez el metal blanco grisáceo de la wolframita.
El punto de fusión más alto de todos los metales
Una de las propiedades más impresionantes y útiles del tungsteno es su alto punto de fusión, el más alto de todos los elementos metálicos. El tungsteno puro se derrite a la friolera de 6.192 grados F (3.422 grados C) y no hervirá hasta que las temperaturas alcancen los 10.030 F (5.555 C), que es la misma temperatura que la fotosfera del sol.
El hierro, en comparación , tiene un punto de fusión de 2.800 grados F (1.538 grados C) y el oro se convierte en líquido a solo 1.947,52 grados F (1.064,18 grados C).
Todos los metales tienen puntos de fusión relativamente altos porque sus átomos se mantienen juntos en estrechos enlaces metálicos, dice John Newsam, un químico y científico de materiales con el que contactamos a través de la American Chemical Society . Los enlaces metálicos son tan fuertes porque comparten electrones en toda una matriz tridimensional de átomos. Newsam dice que el tungsteno dura más que otros metales debido a la inusual fuerza y direccionalidad de sus enlaces metálicos.
"¿Por qué es tan importante?" pregunta Newsam. "Piense en Edison trabajando en filamentos para la bombilla incandescente. Necesitaba un material que no solo emitiera luz, sino que no se derritiera con el calor".
Edison experimentó con muchos materiales de filamentos diferentes, incluidos platino, iridio y bambú , pero fue otro inventor estadounidense, William Coolidge, a quien se le atribuye la fabricación de los filamentos de tungsteno utilizados en la mayoría de las bombillas a lo largo del siglo XX.
El alto punto de fusión del tungsteno tiene otras ventajas, como cuando se mezcla como una aleación con materiales como el acero. Las aleaciones de tungsteno se colocan en secciones de cohetes y misiles que necesitan soportar un calor tremendo, incluidas las boquillas del motor que expulsan corrientes explosivas de combustible para cohetes.
Por qué el tungsteno es tan pesado
La densidad de diferentes elementos es un reflejo del tamaño de los átomos que los componen. Cuanto más bajo esté en la tabla periódica, más grandes y pesados serán los átomos.
"Los elementos más pesados, como el tungsteno, tienen más protones y neutrones en el núcleo y más electrones en órbita alrededor del núcleo", dice Newsam. "Eso significa que el peso de un átomo aumenta significativamente a medida que desciende en la tabla periódica".
En términos prácticos, si sostuviera un trozo de tungsteno en una mano y sostuviera el mismo volumen de plata o hierro en la otra, el tungsteno se sentiría mucho más pesado. Específicamente, la densidad del tungsteno es de 19,3 gramos por centímetro cúbico. La plata, en comparación, es aproximadamente la mitad de densa que el tungsteno (10,5 g / cm 3 ) y el hierro es casi un tercio de la densidad (7,9 g / cm 3 ).
El peso de alta densidad del tungsteno puede ser una ventaja en ciertas aplicaciones. Se usa a menudo en balas perforantes, por ejemplo, por su densidad y dureza. El ejército también usa tungsteno para fabricar las llamadas armas de "bombardeo cinético" que disparan una barra de tungsteno como un ariete aerotransportado para atravesar las paredes y el blindaje de los tanques.
Durante la Guerra Fría, la Fuerza Aérea supuestamente experimentó con una idea llamada Proyecto Thor que habría dejado caer un paquete de varillas de tungsteno de 20 pies (6 metros) desde la órbita sobre objetivos enemigos. Estas llamadas "varas de Dios" habrían impactado con la fuerza destructiva de un arma nuclear, pero sin la lluvia radiactiva. Resulta que el costo de lanzar las pesadas barras al espacio fue prohibitivamente caro.
Solo los diamantes son más duros que el carburo de tungsteno
El tungsteno puro no es tan difícil, puede cortarlo con una sierra de mano , pero cuando el tungsteno se combina con pequeñas cantidades de carbono, se convierte en carburo de tungsteno, una de las sustancias más duras y resistentes de la Tierra.
"Cuando se colocan pequeñas cantidades de carbono u otros metales en el tungsteno, se fija la estructura y se evita que se deforme fácilmente", dice Newsam.
El carburo de tungsteno es tan duro que solo se puede cortar con diamantes , e incluso entonces, los diamantes solo funcionan si el carburo de tungsteno no está completamente curado. El carburo de tungsteno es hasta tres veces más rígido que el acero, puede durar hasta 100 veces más que el acero en condiciones altamente abrasivas y tiene la mayor resistencia a la compresión de todos los metales forjados, lo que significa que no se abolla ni se deforma cuando se aprieta con una fuerza tremenda. .
El uso más común del carburo de tungsteno, y el destino final de la mayor parte del tungsteno extraído del planeta , son las herramientas especializadas, en particular las brocas. Cualquier tipo de broca para cortar metal o roca sólida debe soportar niveles de fricción extremos sin desafilarse ni romperse. Solo las brocas de diamante son más duras que el carburo de tungsteno, pero también son mucho más caras.
Otros usos interesantes del tungsteno
La dureza, densidad y resistencia al calor del tungsteno lo hacen ideal para muchas aplicaciones específicas:
- Los microscopios electrónicos disparan una corriente de electrones desde una punta emisora especial hecha de tungsteno.
- La mayoría de las soldaduras entre metal y vidrio están hechas de tungsteno, porque el tungsteno se expande y contrae al mismo ritmo que el vidrio de borosilicato, el tipo de vidrio más común.
- Los picos de las pistas de las motos de nieve están hechos de aleaciones de tungsteno.
- Los dardos de calidad profesional están hechos con tungsteno (el "Wolfram Infinity" es 97 por ciento de tungsteno ).
- En los bolígrafos , la bola real a menudo está hecha de carburo de tungsteno.
- La industria de la joyería fabrica anillos de carburo de tungsteno.
Ahora eso es complicado
Los falsificadores descubrieron hace mucho tiempo que el tungsteno es casi exactamente tan denso como el oro y, a veces, intentan hacer pasar las barras de tungsteno chapadas en oro como lingotes de oro puro.
