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| Generalità | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Nome, Simbolo, Numero atomico | tungsteno, W, 74 | |||||
| Serie chimica | metalli di transizione | |||||
| Gruppo, Periodo, Blocco | 6 (VIB), 6, d | |||||
| Densità, Durezza | 19250 kg/m3, 7,5 | |||||
| Aspetto | bianco-grigiastro, lucente |
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| Proprietà atomiche | ||||||
| Peso atomico | 183,84 amu | |||||
| Raggio atomico (calc.) | 135 (193) pm | |||||
| Raggio covalente | 146 pm | |||||
| Raggio di van der Waals | nessun dato | |||||
| Configurazione elettronica | [Xe]4f145d4 6s2 | |||||
| elettroni (e-) per livello energetico | 2, 8, 18, 32, 12, 2 | |||||
| Stati di ossidazione | 6, 5, 4, 3, 2 (mediamente acido) |
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| Struttura cristallina | cubica a corpo centrato | |||||
| Proprietà fisiche | ||||||
| Stato a temperatura ambiente | solido | |||||
| Punto di fusione | 3695 K (3422°C) | |||||
| Punto di ebollizione | 5828 K (5555°C) | |||||
| Volume molare | 9,47 × 10-6 m3/mol | |||||
| Calore di evaporazione | 824 kJ/mol | |||||
| Calore di fusione | 35,4 kJ/mol | |||||
| Tensione di vapore | 4,27 Pa a 3680 K | |||||
| Velocità del suono | 5174 m/s a 293,15 K | |||||
| Varie | ||||||
| Elettronegatività | 2,36 (scala di Pauling) | |||||
| Calore specifico | 130 J/(kg*K) | |||||
| Conducibilità elettrica | 1,89 × 107 /m ohm | |||||
| Conducibilità termica | 174 W/(m*K) | |||||
| Energia di prima ionizzazione | 770 kJ/mol | |||||
| Energia di seconda ionizzazione | 1700 kJ/mol | |||||
| Isotopi più stabili | ||||||
| iso | NA | TD | DM | DE | DP | |
| 180W | 0,12% | 1,8 × 1018 anni | α | 2,516 | 176Hf | |
| 181W | sintetico | 121,2 d | ε | 0,188 | 181Ta | |
| 182W | 26,50% | W è stabile con 108 neutroni | ||||
| 183W | 14,3% | W è stabile con 109 neutroni | ||||
| 184W | 30,64% | W è stabile con 110 neutroni | ||||
| 185W | sintetico | 75,1 d | β- | 0,433 | 185Re | |
| 186W | 28,43% | W è stabile con 112 neutroni | ||||
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iso = isotopo |
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Il tungsteno (o wolframio) è l'elemento chimico di numero atomico 74. Il suo simbolo è W.
È un metallo di transizione duro, pesante di colore da bianco a grigio-acciaio, noto per le sue buone proprietà reologiche. Si trova in numerosi minerali, tra cui la wolframite e la scheelite.
In forma pura trova ampio impiego in applicazioni elettriche ed i suoi composti sono ampiamente usati nell'industria. L'esempio più notevole del suo utilizzo è la produzione dei filamenti delle lampadine, ma le sue leghe sono usate anche nell'industria aerospaziale.
Indice[nascondi] |
[modifica] Caratteristiche
Il tungsteno puro ha un colore che varia dal grigio acciaio al bianco, ed è molto duro. Si può tagliare con un seghetto per metalli quando è molto puro, mentre se è impuro è molto fragile e difficile da lavorare; il tungsteno viene lavorato tramite forgiatura, trazione o estrusione.
Il punto di fusione del tungsteno è il più alto di tutti gli elementi puri (3422°C): sue sono anche la più bassa pressione di vapore e la più alta resistenza alla trazione a temperature oltre i 1650°C fra tutti i metalli.
Ha una ottima resistenza alla corrosione, la maggior parte degli acidi minerali lo intacca solo debolmente. Sul tungsteno metallico si forma uno strato protettivo di ossido all'aria, ma questa protezione viene meno alle alte temperature, a cui l'ossidazione non viene fermata.
Quando viene aggiunto all'acciaio, il tungsteno ne aumenta moltissimo la durezza.
[modifica] Applicazioni
Il tungsteno ha una vasta gamma di usi, di cui il più diffuso è senz'altro come carburo di tungsteno (W2C, WC) nei carburi cementati. Questi sono materiali molto resistenti all'usura, usati nella lavorazione degli altri metalli, nell'industria mineraria, petrolifera e delle costruzioni. Il tungsteno si usa anche per i filamenti delle lampadine ad incandescenza e delle valvole termoioniche, e per vari tipi di elettrodi, perché si può ridurre in filamenti molto sottili che hanno un alto punto di fusione.
Altri usi:
- Le sue proprietà di densità e durezza lo rendono il candidato ideale per leghe pesanti usate in armamenti, dissipatori di calore e sistemi di pesi e contrappesi.
- È ideale per le freccette, di cui arriva a costituire l'80% del peso.
- Gli acciai rapidi sono spesso delle leghe di tungsteno; ne possono contenere fino al 18%.
- Superleghe contenenti questo metallo sono usate in pale di turbine, utensili d'acciaio e parti meccaniche o rivestimenti resistenti all'usura.
- Materiali compositi di tungsteno sono usati al posto del piombo in alcuni tipi di munizioni per armi da fuoco.
- Composti chimici del tungsteno si usano in catalizzatori, pigmenti inorganici e lubrificanti ad alta temperatura (disolfuro di tungsteno), stabili fino a 500°C.
- Poiché il coefficiente di dilatazione termica del tungsteno è molto vicino a quello del vetro al borosilicato, si usa il tungsteno per giunture stagne vetro-metallo
- Si usa per proiettili penetratori ad energia cinetica come alternativa all'uranio impoverito.
- Utilizzato in saldatura in lega col torio per elettrodi che non fondono alla temperatura dell'arco.
- Utilizzato come materiale di contatto col plasma in impianti di fusione nucleare.
- Data la sua grande capacità di schermare le radiazioni (10 volte maggiore del piombo) si sta indagando il suo uso in applicazioni ove sia richiesta una buona capacità di assorbimento congiunta a dimensioni ridotte. Esso è in oltre lavorabile con più facilità del piombo ed è meno inquinante e più resistente (caratteristiche che ne rendono possibile l'uso sottomarino).
Altri vari usi marginali: gli ossidi di tungsteno si usano nei rivestimenti ceramici, e i tungstati di calcio e magnesio sono usati diffusamente nelle lampade fluorescenti. Questo metallo si usa anche nei bersagli per raggi X e negli elementi riscaldanti per forni elettrici. Sali contenenti tungsteno sono usati in chimica e per la concia delle pelli. I bronzi al tungsteno (ossidi colorati di tungsteno) sono pigmenti usati, con altri composti, nelle vernici e nei colori.
Il tungsteno si sta usando da non molto tempo anche per bigiotteria e gioielleria, per la sua ipoallergenicità e perché per la sua estrema durezza si mantiene lucido molto più a lungo di qualunque altro metallo.
[modifica] Storia
Il nome "tungsteno" deriva dallo svedese tung sten, "pietra pesante", benché nello svedese odierno il suo nome sia wolfram. La sua esistenza fu ipotizzata per la prima volta da Peter Woulfe nel 1779 che esaminando la wolframite dedusse che doveva contenere un nuovo elemento. Nel 1781 Carl Wilhelm Scheele verificò che dalla tungstenite si poteva produrre un nuovo acido, che chiamarono acido tungstico. Scheele e Torbern Bergman ipotizzarono quindi che dalla riduzione dell'acido tungstico si sarebbe potuto isolare un nuovo metallo. Nel 1783 gli spagnoli José e Fausto Elhuyar ottennero dalla wolframite un acido identico all'acido tungstico e più tardi nello stesso anno isolarono il tungsteno metallico riducendo l'acido tungstico con il carbone. A loro è quindi accreditata la scoperta dell'elemento.
Durante la seconda guerra mondiale il tungsteno giocò un grande ruolo economico e politico. Il Portogallo, principale produttore europeo di wolframite subì pressioni da entrambi i fronti; date le sue proprietà meccaniche e la sua resistenza il tungsteno è un metallo ideale per la produzione di armi.
[modifica] Classificazione delle leghe
Gruppo uno Comprende leghe di tungsteno fuse ad arco pure o legate con renio o molibdeno.
Gruppo due Tungsteno di purezza commerciale, con grani equiassici e temperatura di ricristallizzazione dioendente dalla dimensione dei grani stessi.
Gruppo tre Comprende le leghe di tungsteno drogato con allumino, potassio e silicio adatte alla produzione di filamenti perché a grani orientati (AKS) e leghe pure indurite con dispersioni di ossido di torio, caratterizzate da un alto grado di emissione termoionica. Ultimamente, a causa della nota radioattività del torio, si preferisce sostituire tali leghe con altre contenenti ossidi di terre rare (principalmente ittrio e cesio) e zirconio.
Esistono poi leghe definite "Tungsten Heavy-Metal Alloys", o WHAs, adatte per applicazioni massive quali contrappesi, zavorre, componenti per giroscopi e componenti per schermature anti radiazioni. I principali agenti leganti sono metalli di transizione ad alto peso molecolare quali molibdeno, nichel, ferro, cobalto e più raramente rame. Essi portano ad un indurimento per soluzione solida ed il cobalto, in aggiunta al nichel, porta ad un indurimento per precipitazione di composti intermetallici (principalmente Co3W), soprattutto dopo un trattamento di invecchiamento.
[modifica] Ruolo biologico
Gli enzimi ossidoriduttasi fanno uso di tungsteno in complessi tungsteno-pterina, in modo simile a quanto avviene con il molibdeno.
Benché i suoi composti siano sospetti di tossicità, una relazione tra il tungsteno e l'insorgere della leucemia non è stata ancora dimostrata.
[modifica] Disponibilità
Il tungsteno si trova nei minerali wolframite (tungstato di manganese e ferro; FeWO4/MnWO4), scheelite (tungstato di calcio, CaWO4), ferberite e huebnerite.
Importanti giacimenti di questi minerali si trovano in Austria, Bolivia, Cina, Portogallo, Russia, Corea del Sud e Stati Uniti (California, Colorado); la Cina ne produce il 75% della produzione mondiale.
Industrialmente viene prodotto per riduzione dell'ossido di tungsteno con idrogeno o carbonio.
[modifica] Composti
Il più comune stato di ossidazione del tungsteno nei suoi composti è +6, benché nella gamma dei suoi composti presenta tutti i numeri di ossidazione compresi tra -2 e +6. Tipicamente si combina con l'ossigeno a dare l'ossido tungstico, WO3, che si scioglie in soluzioni acquose alcaline trasformandosi in ione tungstato WO42-.
[modifica] Poliossoanioni acquosi
Le soluzioni acquose di tungstato sono note per formare poliossoanioni in ambiente neutro o acido. A mano a mano che l'acidità aumenta, lo ione tungstato dapprima si converte nell'anione solubile, metastabile, paratungstato A, W7O246-, che in tempi dell'ordine delle ore o dei giorni si converte nel meno solubile paratungstato B, H2W12O4210-.
Un'ulteriore acidificazione produce, a raggiungimento dell'equilibrio, l'anione metatungstato, H2W12O406-, molto solubile. Lo ione metatungstato ha la geometria di un aggregato simmetrico composto da dodici ottaedri di ossigeno e tungsteno, noto come anione di Keggin.
Molti altri poliossoanioni esistono come specie metastabili. L'inclusione di un atomo diverso, come ad esempio il fosforo, al posto degli idrogeni centrali del metatungstato produce un'ampia gamma di cosiddetti eteropolianioni.
[modifica] Isotopi
Il tungsteno in natura si presenta come una miscela di cinque isotopi, di cui quattro sono stabili; 182W, 183W, 184W, 186W. L'isotopo 180W è invece instabile, ma la sua emivita è talmente lunga da poter essere considerato stabile a tutti gli effetti pratici. Sono noti altri 27 isotopi radioattivi, di cui i più stabili sono 181W (emivita: 121,2 giorni), 185W (75,1 giorni), 188W (69,4 giorni) e 178W (21,6 giorni). Tutti gli altri isotopi hanno emivite inferiori alle 24 ore e la maggior parte di essi inferiore a 8 minuti. Il tungsteno ha inoltre 4 metastati, di cui il più stabile è 179mW (emivita: 6,4 minuti). Gli isotopi del tungsteno hanno pesi atomici compresi tra 157,974 (158W) e 189,963 (190W).
[modifica] Citazioni letterarie
"Zio tungsteno" è un romanzo autobiografico di Oliver Sacks.
[modifica] Collegamenti esterni
- (EN) Los Alamos National Laboratory - Tungsten
- (EN) WebElements.com - Tungsten
- (EN) EnvironmentalChemistry.com - Tungsten
- (EN) ScienceLab.com - Tungsten
- (EN) immagini dalla collezione di Heinrich Pniok
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