Temperatura wrzenia wolframu wynosi 10 030 F i inne szalone fakty

Kule przeciwpancerne, dysze silników rakietowych i wiertła do przecinania litej skały to tylko niektóre z produktów wykonanych z wolframu, jednego z najtwardszych i najbardziej odpornych na ciepło pierwiastków we wszechświecie.

Wolfram, podobnie jak większość innych elementów metalicznych, nie występuje w naturze jako lśniący kawałek metalu. Musi być chemicznie odizolowany od innych związków, w tym przypadku naturalnie występującego mineralnego wolframitu. Dlatego symbolem wolframu w układzie okresowym pierwiastków nie jest T, ale W, co jest skrótem od „wolfram”. Nazwa wolfram jest po szwedzku „ciężkim kamieniem”, nawiązując do niesamowitej gęstości i wagi pierwiastka. Jego liczba atomowa (liczba protonów w jądrze atomu) wynosi 74, a masa atomowa (średnia ważona naturalnie występujących izotopów) wynosi 183,84.

Para hiszpańskich chemików (i braci), Juan José i Fausto Elhuyar, przypisuje się odkryciu wolframu w 1783 roku, kiedy po raz pierwszy wyizolowali szarawobiały metal z wolframitu.

Najwyższa temperatura topnienia wszystkich metali

Jedną z najbardziej imponujących i użytecznych właściwości wolframu jest jego wysoka temperatura topnienia, najwyższa ze wszystkich pierwiastków metalicznych. Czysty wolfram topi się w oszałamiającej temperaturze 6192 stopni F (3422 stopni C) i nie zagotuje się, dopóki temperatura nie osiągnie 10 030 F (5555 C), co jest taką samą temperaturą, jak w fotosferze Słońca.

Dla porównania żelazo ma temperaturę topnienia 2800 stopni F (1538 stopni C), a złoto zamienia się w ciecz już w 1947,52 stopni F (1064,18 stopni C).

Wszystkie metale mają stosunkowo wysokie temperatury topnienia, ponieważ ich atomy są utrzymywane razem w ciasnych metalicznych wiązaniach, mówi John Newsam, chemik i materiałoznawca, z którym skontaktowaliśmy się za pośrednictwem Amerykańskiego Towarzystwa Chemicznego . Wiązania metaliczne są tak silne, ponieważ dzielą elektrony w całej trójwymiarowej sieci atomów. Newsam twierdzi, że wolfram przewyższa inne metale ze względu na niezwykłą siłę i kierunkowość jego metalicznych wiązań.

"Dlaczego to jest ważne?" pyta Newsam. „Pomyśl o Edisonie pracującym nad żarnikami do żarówki. Potrzebował materiału, który nie tylko emituje światło, ale nie stopi się pod wpływem ciepła”.

Edison eksperymentował z wieloma różnymi materiałami żarnikowymi, w tym platyną, irydem i bambusem , ale to inny amerykański wynalazca, William Coolidge, przypisuje się wytworzeniu włókien wolframowych używanych w większości żarówek w XX wieku.

Wysoka temperatura topnienia wolframu ma inne zalety, na przykład mieszanie go jako stopu z materiałami takimi jak stal. Stopy wolframu są nakładane na sekcje rakiet i pocisków, które muszą wytrzymać ogromne ciepło, w tym na dysze silnika, które wyrzucają wybuchowe strumienie paliwa rakietowego.

Gęstość różnych pierwiastków jest odzwierciedleniem wielkości ich atomów składowych. Im niżej znajdujesz się w układzie okresowym pierwiastków, tym większe i cięższe atomy.

„Cięższe pierwiastki, takie jak wolfram, mają więcej protonów i neutronów w jądrze i więcej elektronów na orbicie wokół jądra” – mówi Newsam. „Oznacza to, że waga jednego atomu znacznie wzrasta w miarę schodzenia w dół układu okresowego pierwiastków”.

Praktycznie rzecz biorąc, gdybyś trzymał w jednej ręce kawałek wolframu, a w drugiej taką samą ilość srebra lub żelaza, wolfram wydawałby się znacznie cięższy. W szczególności gęstość wolframu wynosi 19,3 gramów na centymetr sześcienny. Dla porównania srebro ma około połowę mniejszą gęstość niż wolfram (10,5 g/cm ³ ), a żelazo prawie jedną trzecią (7,9 g/cm ³ ).

Wysoka gęstość wolframu może być zaletą w niektórych zastosowaniach. Jest często używany w pociskach przeciwpancernych, na przykład ze względu na swoją gęstość i twardość. Wojsko używa również wolframu do produkcji tak zwanej broni „bombardowania kinetycznego”, która wystrzeliwuje wolframowy pręt jak latający taran, aby przebić się przez ściany i pancerz czołgu.

Podczas zimnej wojny Siły Powietrzne rzekomo eksperymentowały z pomysłem o nazwie Projekt Thor , który zrzuciłby pakiet 20-stopowych (6-metrowych) prętów wolframowych z orbity na cele wroga. Te tak zwane "pręty od Boga" uderzyłyby z niszczycielską siłą broni nuklearnej, ale bez opadu nuklearnego. Okazuje się, że koszt wystrzelenia ciężkich prętów w kosmos był zaporowo wysoki.

Tylko diamenty są twardsze niż węglik wolframu

Czysty wolfram nie jest tak twardy — można go przeciąć piłą ręczną — ale kiedy wolfram połączy się z niewielkimi ilościami węgla, staje się węglikiem wolframu, jedną z najtwardszych i najtwardszych substancji na Ziemi.

„Kiedy wkładasz niewielkie ilości węgla lub innych metali do wolframu, naprawia to strukturę i zapobiega jej łatwemu odkształcaniu” – mówi Newsam.

Węglik wolframu jest tak twardy, że można go ciąć tylko diamentami , a nawet wtedy diamenty działają tylko wtedy, gdy węglik wolframu nie jest w pełni utwardzony. Węglik wolframu jest do trzech razy sztywniejszy od stali, może wytrzymać do 100 razy dłużej niż stal w warunkach bardzo ściernych i ma największą wytrzymałość na ściskanie spośród wszystkich metali kutych, co oznacza, że ​​nie ugnie się ani nie odkształci po ściśnięciu z ogromną siłą .

Najczęstszym zastosowaniem węglika wolframu — i ostatecznym przeznaczeniem większości wydobywanego wolframu na świecie — są specjalistyczne narzędzia, w szczególności wiertła. Każdy rodzaj wiertła do cięcia metalu lub litej skały musi wytrzymać wysokie poziomy tarcia bez tępienia lub łamania. Tylko wiertła diamentowe są twardsze od węglika wolframu, ale są też znacznie droższe.

Inne fajne zastosowania wolframu

Twardość, gęstość i odporność na ciepło wolframu sprawiają, że idealnie nadaje się do wielu niszowych zastosowań:

Teraz to trudne

Fałszerze dawno temu zorientowali się, że wolfram jest prawie tak samo gęsty jak złoto i czasami próbują przedstawiać pozłacane sztabki wolframu jako czyste złoto kruszcowe.