Tungsten'in Kaynama Noktası 10.030 F ve Diğer Çılgın Gerçekler

Zırh delici mermiler, roket motoru memeleri ve sert kayaları kesmek için kullanılan matkap uçları , evrendeki en sert ve ısıya en dayanıklı elementlerden biri olan tungstenden yapılmış ürünlerden sadece birkaçıdır.

Tungsten, diğer metalik elementlerin çoğu gibi, doğada parlak bir metal parçası olarak bulunmaz. Diğer bileşiklerden, bu durumda doğal olarak oluşan mineral volframitten kimyasal olarak izole edilmesi gerekir. Bu nedenle tungsten'in periyodik tablodaki sembolü T değil, "wolfram"ın kısaltması olan W'dir. Tungsten ismi İsveççe "ağır taş" anlamına gelir ve elementin esrarengiz yoğunluğuna ve ağırlığına atıfta bulunur. Atom numarası (atomunun çekirdeğindeki proton sayısı) 74 ve atom ağırlığı (doğal olarak oluşan izotoplarının ağırlıklı ortalaması) 183.84'tür.

Bir çift İspanyol kimyager (ve erkek kardeşler), Juan José ve Fausto Elhuyar, 1783'te grimsi beyaz metali volframitten ilk kez izole ettiklerinde tungsteni keşfetmeleriyle tanınırlar .

Tüm Metallerin En Yüksek Erime Noktası

Tungstenin en etkileyici ve kullanışlı özelliklerinden biri, tüm metalik elementlerin en yükseği olan yüksek erime noktasıdır. Saf tungsten , 6.192 derece F (3.422 derece C) gibi bir sıcaklıkta erir ve sıcaklıklar, güneşin fotosferiyle aynı sıcaklık olan 10.030 F (5.555 C) sıcaklığa ulaşana kadar kaynamaz.

Karşılaştırma için demir, 2,800 derece F (1.538 derece C) erime noktasına sahiptir ve altın sadece 1.947.52 derece F (1.064.18 derece C) sıvıya dönüşür .

Amerikan Kimya Derneği aracılığıyla iletişim kurduğumuz kimyager ve malzeme bilimcisi John Newsam, tüm metallerin nispeten yüksek erime noktalarına sahip olduğunu çünkü atomlarının sıkı metalik bağlarla bir arada tutulduğunu söylüyor . Metalik bağlar çok güçlüdür çünkü elektronları üç boyutlu bir atom dizisinin tamamında paylaşırlar. Newsam, metalik bağlarının olağandışı gücü ve yönlülüğü nedeniyle tungstenin diğer metallerden daha iyi dayandığını söylüyor.

"Bu neden önemli?" diye soruyor Newsam. "Edison'ın akkor ampul için filamentler üzerinde çalıştığını düşünün. Sadece ışık yaymakla kalmayan, aynı zamanda ısıdan erimeyen bir malzemeye ihtiyacı vardı."

Edison, platin, iridyum ve bambu dahil olmak üzere birçok farklı filament materyali denedi , ancak 20. yüzyıl boyunca çoğu ampulde kullanılan tungsten filamanlarını yapmakla tanınan başka bir Amerikalı mucit William Coolidge'di.

Tungsten'in yüksek erime noktası, çelik gibi malzemelerle alaşım olarak karıştırıldığında olduğu gibi başka avantajlara da sahiptir. Tungsten alaşımları, patlayıcı roket yakıtı akışlarını püskürten motor memeleri de dahil olmak üzere, muazzam ısıya dayanması gereken roket ve füze bölümlerine kaplanır.

Farklı elementlerin yoğunluğu, bileşen atomlarının boyutunun bir yansımasıdır. Periyodik tabloda ne kadar aşağı inerseniz, atomlar o kadar büyük ve ağır olur.

Newsam, "Tungsten gibi daha ağır elementlerin çekirdeğinde daha fazla proton ve nötron ve çekirdeğin yörüngesinde daha fazla elektron var" diyor. "Bu, periyodik tablodan aşağı indikçe bir atomun ağırlığının önemli ölçüde arttığı anlamına gelir."

Pratik açıdan, bir elinizde bir parça tungsten tutarsanız ve diğer elinizde aynı hacimde gümüş veya demir tutarsanız, tungsten çok daha ağır hissettirir. Spesifik olarak, tungstenin yoğunluğu santimetreküp başına 19.3 gramdır. Gümüş, karşılaştırıldığında, (10.5 g / cm 'tungsten gibi Yoğun olarak yarısı olan ³ (7.9 g / cm) ve demir Yoğun olarak üçte biri olan ³ ).

Tungsten'in yüksek yoğunluklu ağırlığı, belirli uygulamalarda bir avantaj olabilir. Örneğin yoğunluğu ve sertliği nedeniyle genellikle zırh delici mermilerde kullanılır. Ordu ayrıca, duvarları ve tank zırhını parçalamak için havadaki bir koçbaşı gibi bir tungsten çubuğu fırlatan "kinetik bombardıman" silahları yapmak için tungsten kullanıyor.

Soğuk Savaş sırasında, Hava Kuvvetleri'nin , yörüngeden düşman hedeflerine 20 fitlik (6 metrelik) bir tungsten çubuk demeti bırakacak olan Project Thor adlı bir fikri denediği iddia edildi . Bu sözde "Tanrı'dan çubuklar", nükleer bir silahın yıkıcı gücüyle, ancak nükleer serpinti olmadan etki ederdi. Ağır çubukları uzaya fırlatmanın maliyetinin aşırı derecede pahalı olduğu ortaya çıktı.

Sadece Elmaslar Tungsten Karbürden Daha Serttir

Saf tungsten o kadar zor değil - bir el testeresi ile kesebilirsiniz - ancak tungsten az miktarda karbon ile birleştiğinde, dünyadaki en sert ve en sert maddelerden biri olan tungsten karbür haline gelir.

Newsam, "Tungstenin içine az miktarda karbon veya başka metaller koyduğunuzda, yapıyı sabitler ve kolayca deforme olmasını önler" diyor.

Tungsten karbür o kadar zordur ki sadece elmaslarla kesilebilir ve o zaman bile elmaslar sadece tungsten karbür tamamen kürlenmemişse çalışır. Tungsten karbür, çelikten üç kata kadar daha serttir, yüksek düzeyde aşındırıcı koşullar altında çelikten 100 kata kadar daha uzun süre dayanabilir ve tüm dövme metaller arasında en yüksek basınç dayanımına sahiptir, yani muazzam bir kuvvet altında sıkıştırıldığında eğilmez veya deforme olmaz .

Tungsten karbür için en yaygın kullanım - ve gezegendeki mayınlı tungstenin çoğunun nihai hedefi - özel aletler, özellikle matkap uçlarıdır. Metal veya sert kayaları kesmek için kullanılan her türlü matkap ucunun, körelme veya kırılma olmaksızın zorlu sürtünme seviyelerine dayanması gerekir. Sadece elmas matkaplar tungsten karbürden daha serttir, ancak aynı zamanda çok daha pahalıdırlar.

Tungsten için Diğer Serin Kullanımlar

Tungsten'in sertliği, yoğunluğu ve ısı direnci, onu birçok niş uygulama için ideal kılar:

Şimdi Bu Zor

Sahteciler, uzun zaman önce tungstenin neredeyse tam olarak altın kadar yoğun olduğunu anladılar ve bazen altın kaplama tungsten çubuklarını saf altın külçesi olarak göstermeye çalışıyorlar.