タングステンの沸点は10,030Fおよびその他のクレイジーな事実

徹甲弾、ロケットエンジンノズル、固い岩を切断するためのドリルビットは、宇宙で最も硬く、最も耐熱性の高い元素の1つであるタングステンで作られた製品のほんの一部です。

タングステンは、他のほとんどの金属元素と同様に、光沢のある金属の塊として自然界には見られません。他の化合物、この場合は天然に存在する鉱物の鉄マンガン重石から化学的に分離する必要があります。そのため、周期表のタングステンの記号はTではなくWであり、これは「wolfram」の略です。タングステンという名前はスウェーデン語で「重い石」を意味し、元素の不思議な密度と重さを表しています。その原子番号（その原子の核内のプロトンの数）は74であり、その原子量（その天然に存在する同位体の加重平均）は183.84です。

スペインの化学者（および兄弟）のペアであるフアンホセとファウストエルフヤールは、1783年に鉄マンガン重石から灰色がかった白色の金属を最初に分離したときにタングステンを発見したとされています。

すべての金属の最高融点

タングステンの最も印象的で有用な特性の1つは、すべての金属元素の中で最も高い融点です。純粋なタングステンはなんと6,192°F（3,422°C）で溶け、温度が太陽の光球と同じ温度である10,030 F（5,555 C）に達するまで沸騰しません。

比較のために、鉄の融点は華氏2,800度（摂氏1,538度）で、金は華氏1,947.52度（摂氏1,064.18度）で液体に変わります。

アメリカ化学会を通じて接触した化学者および材料科学者のジョン・ニューサムは、すべての金属は、それらの原子が緊密な金属結合で結合されているため、比較的高い融点を持っていると言います。金属結合は、原子の3次元配列全体で電子を共有するため、非常に強力です。ニューサムは、タングステンはその金属結合の異常な強度と方向性のために他の金属よりも長持ちすると言います。

「なぜそれが重要なのですか？」ニューサムに尋ねる。「エジソンが白熱電球のフィラメントに取り組んでいると考えてください。彼は、光を発するだけでなく、熱で溶けない材料を必要としていました。」

エジソンは、プラチナ、イリジウム、竹など、さまざまなフィラメント材料を試しましたが、20世紀を通じてほとんどの電球で使用されていたタングステンフィラメントを製造したことで有名な、もう1人のアメリカ人発明家ウィリアムクーリッジでした。

タングステンの高融点には、鋼などの材料と合金として混合する場合など、他の利点もあります。タングステン合金は、ロケット燃料の爆発的な流れを放出するエンジンノズルを含む、途方もない熱に耐える必要があるロケットやミサイルのセクションにメッキされています。

さまざまな元素の密度は、それらの構成原子のサイズを反映しています。周期表が低くなるほど、原子は大きく重くなります。

「タングステンのような重い元素は、原子核内により多くの陽子と中性子を持ち、原子核の周りの軌道にはより多くの電子を持っています」とニューサムは言います。「つまり、周期表を下に行くと、1つの原子の重量が大幅に増えるということです。」

実際には、片方の手にタングステンの塊を持ち、もう片方の手に同じ量の銀または鉄を持っていると、タングステンはかなり重く感じられます。具体的には、タングステンの密度は1立方センチメートルあたり19.3グラムです。それに比べて、銀はタングステンの約半分の密度（10.5 g / cm ³）であり、鉄はほぼ3分の1の密度（7.9 g / cm ³）です。

タングステンの高密度の重さは、特定のアプリケーションで有利になる可能性があります。たとえば、密度や硬度のために徹甲弾によく使用されます。軍はまた、タングステンを使用して、壁や戦車の装甲を破壊するために空中の破城槌のようにタングステンの棒を発射する、いわゆる「神の杖」兵器を製造しています。

冷戦中、空軍は、20フィート（6メートル）のタングステン棒の束を軌道から敵の標的に落とすプロジェクトトールと呼ばれるアイデアを実験したとされています。これらのいわゆる「神からの桿体」は、核兵器の破壊力に影響を与えたでしょうが、放射性降下物はありませんでした。重いロッドを宇宙にロケットで打ち込むコストは法外に高かったことがわかりました。

ダイヤモンドだけが炭化タングステンよりも硬い

純粋なタングステンはそれほど硬くはありません—ハンドソーで切ることができます—しかし、タングステンを少量の炭素と組み合わせると、地球上で最も硬くて丈夫な物質の1つである炭化タングステンになります。

「少量の炭素または他の金属をタングステンに入れると、構造が固定され、簡単に変形するのを防ぎます」とニューサムは言います。

タングステンカーバイドは非常に硬いため、ダイヤモンドでしか切断できません。それでも、ダイヤモンドは、タングステンカーバイドが完全に硬化していない場合にのみ機能します。タングステンカーバイドは、鋼の最大3倍の剛性があり、研磨性の高い条件下では鋼の最大100倍長持ちし、すべての鍛造金属の中で最大の圧縮強度を備えているため、大きな力で圧迫してもへこんだり変形したりすることはありません。 。

炭化タングステンの最も一般的な用途—そして地球上で採掘されたタングステンのほとんどの最終目的地—は、特殊なツール、特にドリルビットです。金属や固い岩を切断するためのあらゆる種類のドリルビットは、鈍くなったり壊れたりすることなく、厳しいレベルの摩擦に耐える必要があります。ダイヤモンドドリルだけが炭化タングステンよりも硬いですが、はるかに高価でもあります。

タングステンの他のクールな用途

タングステンの硬度、密度、耐熱性により、多くのニッチな用途に最適です。

今それはトリッキーです

偽造者は、タングステンが金とほぼ同じ密度であることにずっと前に気づき、時には純金の地金のようにタングステンの金メッキされた棒を渡そうとします。