Войти
Вольфрам, или вольфрам, представляет собой химический элемент с символом W и атомным номером 74. Вольфрам - редкий металл, который в природе встречается на Земле почти исключительно в виде соединений с другими элементами. Он был идентифицирован как новый элемент в 1781 году и впервые выделен как металл в 1783 году. Его важные руды включают шеелит и вольфрамит, последний дает элементу его альтернативное название.
Свободный элемент отличается своей прочностью, особенно в том, что она имеет самую высокую температуру плавления всех элементов, обнаруженных за исключением углерода (который сублимируется при нормальном давлении), с температурой плавления 3422 ° C (6,192 ° F; 3695 К). Он также имеет самую высокую температуру кипения - 5930 ° C (10,710 ° F; 6200 K). Его плотность составляет 19,25 грамма на кубический сантиметр, что сравнимо с плотностью урана и золота и намного выше (примерно в 1,7 раза), чем у свинца. Поликристаллический вольфрам - это по своей природе хрупкий и твердый материал (в стандартных условиях, когда он не используется в сочетании), что затрудняет работу. Однако чистый монокристаллический вольфрам более пластичен и его можно разрезать ножовкой из твердой стали.
Вольфрам встречается во многих сплавах, которые имеют множество применений, включая нити накаливания ламп накаливания, рентгеновские трубки, электроды при дуговой сварке газом вольфрамом, суперсплавы и радиационную защиту. Твердость и высокая плотность вольфрама делают его пригодным для использования в военных целях при использовании проникающих снарядов. Соединения вольфрама часто используются в качестве промышленных катализаторов.
Вольфрам - единственный металл в третьей переходной серии, который, как известно, встречается в биомолекулах, обнаруживается у некоторых видов бактерий и архей. Однако вольфрам мешает метаболизму молибдена и меди и в некоторой степени токсичен для большинства форм жизни животных.
В сыром виде, вольфрам является твердой сталью-серого металл, который часто хрупкий и трудно работы. Если сделать вольфрам очень чистым, он сохраняет свою твердость (которая превышает твердость многих сталей) и становится достаточно пластичным, чтобы с ним можно было легко обрабатывать. Его обрабатывают ковкой, вытяжкой или экструзией, но чаще всего его получают спеканием.
Из всех металлов в чистом виде вольфрам имеет самую высокую температуру плавления (3422 ° C, 6192 ° F), самое низкое давление пара (при температурах выше 1650 ° C, 3000 ° F) и самый высокий предел прочности на разрыв. Хотя углерод остается твердым при более высоких температурах, чем вольфрам, углерод сублимируется при атмосферном давлении, а не плавится, поэтому у него нет температуры плавления. Вольфрам имеет самый низкий коэффициент теплового расширения среди всех чистых металлов. Низкое тепловое расширение, высокая температура плавления и прочность на разрыв вольфрама обусловлены прочными металлическими связями, образованными между атомами вольфрама с помощью 5d-электронов. Легирование небольшого количества вольфрама с стал значительно повышает его прочность.
Вольфрам существует в двух основных кристаллических формах: α и β. Первый имеет объемно-центрированную кубическую структуру и является более стабильной формой. Структура β-фазы называется кубической A15 ; он метастабилен, но может сосуществовать с α-фазой в условиях окружающей среды из-за неравновесного синтеза или стабилизации примесями. В отличие от α-фазы, которая кристаллизуется в изометричных зернах, β-форма имеет столбчатый габитус. Α-фаза имеет одну треть удельного электрического сопротивления и гораздо более низкую температуру сверхпроводящего перехода T C по сравнению с β-фазой: прибл. 0,015 К против 1–4 К; смешивание двух фаз позволяет получить промежуточные значения T C. Значение T C также может быть увеличено путем легирования вольфрама другим металлом (например, 7,9 K для W- Tc ). Такие вольфрамовые сплавы иногда используются в цепях низкотемпературных сверхпроводников.
Встречающийся в природе вольфрам состоит из четырех стабильных изотопов ( 182 Вт, 183 Вт, 184 Вт и 186 Вт) и одного очень долгоживущего радиоизотопа, 180 Вт. Теоретически все пять могут распадаться на изотопы 72-го элемента ( гафния ) посредством альфа-излучения., но только 180 Вт с периодом полураспада(1,8 ± 0,2) × 10 18 лет; в среднем это дает около двух альфа-распадов по 180 Вт на грамм природного вольфрама в год. Распад других изотопов естественного происхождения не наблюдался, поэтому период их полураспада составляет не менее 4 × 10 21 года.
Были охарактеризованы еще 30 искусственных радиоизотопов вольфрама, наиболее стабильными из которых являются 181 Вт с периодом полураспада 121,2 дня, 185 Вт с периодом полураспада 75,1 дня, 188 Вт с периодом полураспада 69,4 дня, 178 W с периодом полураспада 21,6 дня и 187 Вт с периодом полураспада 23,72 часа. Все оставшиеся радиоактивные изотопы имеют период полураспада менее 3 часов, а у большинства из них период полураспада менее 8 минут. Вольфрам также имеет 11 мета-состояний, наиболее стабильным из которых является 179 мВт ( t 1/2 6,4 минуты).
Вольфрам в основном нереактивный элемент: он не реагирует с водой, невосприимчив к воздействию большинства кислот и оснований и не реагирует с кислородом или воздухом при комнатной температуре. При повышенных температурах (например, когда он раскален докрасна) он реагирует с кислородом с образованием триоксидного соединения вольфрама (VI), WO 3. Однако он будет реагировать непосредственно с фтором (F 2) при комнатной температуре с образованием фторида вольфрама (VI) (WF 6), бесцветного газа. При температуре около 250 ° C он будет реагировать с хлором или бромом, а при определенных высоких температурах - с йодом. Мелкодисперсный вольфрам пирофорен.
Наиболее распространенная формальная степень окисления вольфрама +6, но он проявляет все степени окисления от -2 до +6. Вольфрам обычно соединяется с кислородом с образованием желтого оксида вольфрама, WO 3, который растворяется в водных щелочных растворах с образованием ионов вольфрама, WO.2- 4.
Карбиды вольфрама (W 2 C и WC) получают нагреванием порошкового вольфрама с углеродом. W 2 C устойчив к химическому воздействию, хотя сильно реагирует с хлором с образованием гексахлорида вольфрама (WCl 6).
В водном растворе вольфрамат дает гетерополикислоты и анионы полиоксометаллата в нейтральных и кислых условиях. Как вольфрамата постепенно обрабатывают кислотой, он сначала дает растворимый, метастабильное «паравольфрамат А» анион, W 7О6- 24, который со временем превращается в менее растворимый анион паравольфрамата B, H 2W 12О10- 42. Дальнейшее подкисление дает очень растворимый метавольфрамат-анион, H 2W 12О6- 40, после чего достигается равновесие. Ион метавольфрамата существует как симметричный кластер из двенадцати вольфрамово- кислородных октаэдров, известный как анион Кеггина. Многие другие анионы полиоксометаллата существуют в виде метастабильных частиц. Включение другого атома, такого как фосфор, вместо двух центральных атомов водорода в метавольфрамат дает широкий спектр гетерополикислот, таких как фосфорновольфрамовая кислота H 3 PW 12 O 40.
Триоксид вольфрама может образовывать интеркаляционные соединения с щелочными металлами. Они известны как бронза ; пример - натриевая вольфрамовая бронза.
В 1781 году Карл Вильгельм Шееле обнаружил, что новую кислоту, вольфрамовую кислоту, можно получить из шеелита (в то время вольфрама). Шееле и Торберн Бергман предположили, что можно получить новый металл, восстановив эту кислоту. В 1783 году Хосе и Фаусто Эльхуяр обнаружили кислоту, сделанную из вольфрамита, которая была идентична вольфрамовой кислоте. Позже в том же году в Королевском баскском обществе в городе Бергара, Испания, братьям удалось выделить вольфрам путем восстановления этой кислоты древесным углем, и им приписывают открытие этого элемента (они назвали его «вольфрам» или «вольфрам»). вольфрам ").
Стратегическая ценность вольфрама стала заметна в начале 20 века. В 1912 году британские власти предприняли действия по освобождению шахты Каррок от принадлежащей немцам компании Cumbrian Mining Company, а во время Первой мировой войны ограничили доступ Германии в другие места. Во время Второй мировой войны вольфрам играл более важную роль в политических сделках. Португалия, как главный европейский источник этого элемента, находилась под давлением с обеих сторон из-за ее залежей вольфрамитовой руды в Панаскейре. Желательные свойства вольфрама, такие как устойчивость к высоким температурам, его твердость и плотность, а также упрочнение сплавов, сделали его важным сырьем для оружейной промышленности, как составной частью оружия и оборудования, так и используемым в самом производстве, например, в карбиде вольфрама. режущие инструменты для обработки стали. Теперь вольфрам используется во многих других областях, таких как балластные грузы для самолетов и автоспорта, дротики, антивибрационные инструменты и спортивное оборудование.
Название «вольфрам» (что на шведском означает «тяжелый камень») используется в качестве названия элемента на английском, французском и многих других языках, но не в странах Северной Европы. «Вольфрам» - это старое шведское название минерала шеелита. «Вольфрам» (или «Вольфрам») используется в большинстве европейский (особенно германский, испанские и славянский) языков и выводится из минерального вольфрамита, которая является источником химического символа W. Название «вольфрамит» происходит от немецкого « wolf rahm » («волчья сажа» или «волчий крем»), названия, данного вольфраму Йоханом Готтшалком Валлериусом в 1747 году. Это, в свою очередь, происходит от латинского « lupi spuma », имя Георг Агрикола, использованное для элемента в 1546 году, что переводится на английский как «волчья пена» и является ссылкой на большое количество олова, потребляемого минералом во время его добычи, как если бы он пожирал его, как волк.
Минерал вольфрамит со шкалой в см Вольфрам встречается в основном в минералах вольфрамите ( железо - марганец вольфрамат (Fe, Mn) WO 4, который представляет собой твердый раствор двух минералов - ферберита FeWO 4 и хюбнерита MnWO 4) и шеелита ( вольфрамат кальция (CaWO 4). Другие минералы вольфрама варьируются по своему уровню от умеренного до очень редкого и почти не имеют экономической ценности..
Структура W 6 Cl 18 («трихлорид вольфрама») Вольфрам образует химические соединения в степенях окисления от -II до VI. Более высокие степени окисления, всегда в виде оксидов, имеют отношение к его наземному происхождению и его биологической роли, степени окисления среднего уровня часто связаны с металлическими кластерами, а очень низкие состояния окисления обычно связаны с комплексами CO. Химический состав вольфрама и молибдена сильно похож друг на друга, а также отличается от их более легкого родственного хрома. Относительная редкость вольфрама (III), например, контрастирует с распространенностью соединений хрома (III). Наивысшая степень окисления наблюдается у оксида вольфрама (VI) (WO 3). Оксид вольфрама (VI) растворим в водной основе, образуя вольфрамат (WO 4 2-). Этот оксианион конденсируется при более низких значениях pH, образуя полиоксавольфраматы.
Широкий диапазон степеней окисления вольфрама отражается в его различных хлоридах:
Вольфраморганические соединения многочисленны и также охватывают диапазон степеней окисления. Известные примеры включают тригонально-призматический W (CH 3) 6 и октаэдрический W (CO) 6.
Добыча вольфрама в Руанде составляет важную часть экономики страны. Мировые запасы вольфрама составляют 3 200 000 тонн; в основном они расположены в Китае (1 800 000 т), Канаде (290 000 т), России (160 000 т), Вьетнаме (95 000 т) и Боливии. По состоянию на 2017 год ведущими поставщиками являются Китай, Вьетнам и Россия с 79 000, 7 200 и 3100 тоннами соответственно. Канада прекратила добычу в конце 2015 года из-за закрытия своего единственного вольфрамового рудника. Между тем, Вьетнам значительно увеличил объемы добычи в 2010-х годах благодаря значительной оптимизации внутренних операций по переработке и обогнал Россию и Боливию.
Китай остается мировым лидером не только по производству, но и по экспорту и потреблению вольфрамовой продукции. Производство вольфрама за пределами Китая постепенно увеличивается из-за растущего спроса. Между тем его поставки из Китая строго регулируются правительством Китая, которое борется с незаконной добычей полезных ископаемых и чрезмерным загрязнением, возникающим в результате процессов добычи и переработки.
Вольфрам считается конфликтным минералом из-за неэтичной практики добычи, наблюдаемой в Демократической Республике Конго.
На окраине Дартмура в Соединенном Королевстве есть большое месторождение вольфрамовой руды, которое во время Первой и Второй мировых войн эксплуатировалось как рудник Хемердон. После повышения цен на вольфрам этот рудник был возобновлен в 2014 году, но прекратил деятельность в 2018 году.
Вольфрам извлекается из руд в несколько этапов. В конечном итоге руда превращается в оксид вольфрама (VI) (WO 3), который нагревают водородом или углеродом для получения порошкового вольфрама. Из-за высокой температуры плавления вольфрама коммерчески нецелесообразно лить вольфрамовые слитки. Вместо этого порошковый вольфрам смешивают с небольшими количествами порошкового никеля или других металлов и спекают. В процессе спекания никель диффундирует в вольфрам, образуя сплав.
Вольфрам также можно извлечь восстановлением WF 6 водородом:
или пиролитическое разложение :
Вольфрам не торгуется как фьючерсный контракт, и его нельзя отслеживать на таких биржах, как Лондонская биржа металлов. Вольфрамовая промышленность часто использует независимые справочные сведения о ценах, такие как Argus Media или Metal Bulletin, в качестве основы для контрактов. Цены обычно указаны за вольфрамовый концентрат или WO 3.
Крупный план вольфрамовой нити внутри галогенной лампы 
Ювелирные изделия из карбида вольфрама Примерно половина вольфрама расходуется на производство твердых материалов, а именно карбида вольфрама, а остальная часть в основном используется в сплавах и сталях. Менее 10% используется в других химических соединениях. Из-за высокой температуры вязко-хрупкого перехода вольфрама его продукты обычно производятся с помощью порошковой металлургии, искрового плазменного спекания, химического осаждения из паровой фазы, горячего изостатического прессования и термопластов. Более гибкой производственной альтернативой является выборочная лазерная плавка, которая является формой 3D-печати и позволяет создавать сложные трехмерные формы.
Вольфрам в основном используется в производстве твердых материалов на основе карбида вольфрама (WC), одного из самых твердых карбидов. WC - эффективный проводник электричества, но W 2 C менее эффективен. WC используется для изготовления износостойких абразивов и твердосплавных режущих инструментов, таких как ножи, сверла, дисковые пилы, матрицы, фрезерные и токарные инструменты, используемые в металлообрабатывающей, деревообрабатывающей, горнодобывающей, нефтяной и строительной отраслях. Карбидная оснастка на самом деле представляет собой композит керамика / металл, в котором металлический кобальт действует как связующий (матричный) материал, удерживающий частицы WC на месте. На этот вид промышленного использования приходится около 60% текущего потребления вольфрама.
Ювелирных изделий промышленности составляет кольца из спеченного карбида вольфрама, карбида вольфрама / металлических композиционных материалов, а также металлического вольфрама. В композитных кольцах WC / металл в качестве металлической матрицы используется никель вместо кобальта, поскольку он приобретает более высокий блеск при полировке. Иногда производители или продавцы называют карбид вольфрама металлом, но это керамика. Из-за твердости карбида вольфрама кольца из этого материала чрезвычайно устойчивы к истиранию и сохраняют полированную поверхность дольше, чем кольца из металлического вольфрама. Однако кольца из карбида вольфрама хрупкие и могут треснуть при резком ударе.
Твердость и жаропрочность вольфрама могут способствовать созданию полезных сплавов. Хорошим примером является быстрорежущая сталь, которая может содержать до 18% вольфрама. Высокая температура плавления вольфрама делает вольфрам хорошим материалом для таких применений, как сопла ракет, например, в баллистической ракете UGM-27 Polaris, запускаемой с подводных лодок. Вольфрамовые сплавы используются в широком диапазоне применений, включая аэрокосмическую и автомобильную промышленность, а также защиту от радиации. Суперсплавы, содержащие вольфрам, такие как Hastelloy и Stellite, используются в лопатках турбин, а также в износостойких деталях и покрытиях.
Термостойкость вольфрама делает его полезным при дуговой сварке в сочетании с другим металлом с высокой проводимостью, таким как серебро или медь. Серебро или медь обеспечивают необходимую проводимость, а вольфрам позволяет сварочному стержню выдерживать высокие температуры среды дуговой сварки.
Закаленная (мартенситная) вольфрамовая сталь (приблизительно от 5,5% до 7,0% W с 0,5% до 0,7% C) использовалась для изготовления твердых постоянных магнитов из-за ее высокой остаточной намагниченности и коэрцитивной силы, как отмечал Джон Хопкинсон (1849–1898): еще в 1886 году. Магнитные свойства металла или сплава очень чувствительны к микроструктуре. Например, хотя элемент вольфрам не является ферромагнитным (а железо ), когда он присутствует в стали в этих пропорциях, он стабилизирует мартенситную фазу, которая имеет больший ферромагнетизм, чем ферритная (железная) фаза из-за ее большей устойчивости к магнитному полю. движение доменной стенки.
Вольфрам, обычно легированный никелем, железом или кобальтом для образования тяжелых сплавов, используется в пенетраторах с кинетической энергией в качестве альтернативы обедненному урану в приложениях, где радиоактивность урана проблематична даже в обедненной форме или где дополнительные пирофорные свойства урана нежелательны. (например, в обычном стрелковом оружии пули предназначены для пробивания бронежилетов). Точно так же вольфрамовые сплавы также использовались в снарядах, гранатах и ракетах для создания сверхзвуковой шрапнели. Германия использовала вольфрам во время Второй мировой войны, чтобы произвести снаряды для противотанковой пушки конструкции с использованием Герлихами отжимают расточки принципа для достижения очень высокая начальная скорости и проникновения усиленной броней из сравнительно небольшого калибра и легкой вес полевой артиллерии. Оружие было очень эффективным, но нехватка вольфрама, используемого в сердечнике снаряда, отчасти вызванная Вольфрамовым кризисом, ограничивала его использование.
Вольфрам также использовался в плотных инертных металлических взрывчатых веществах, которые используют его в виде плотного порошка для уменьшения побочного ущерба и увеличения летальности взрывчатых веществ в небольшом радиусе.
Сульфид вольфрама (IV) представляет собой высокотемпературную смазку и является компонентом катализаторов гидрообессеривания. MoS 2 чаще используется для таких приложений.
Оксиды вольфрама используются в керамической глазури, а вольфраматы кальция / магния широко используются в люминесцентном освещении. Кристаллические вольфраматы используются в качестве сцинтилляционных детекторов в ядерной физике и ядерной медицине. Другие соли, содержащие вольфрам, используются в химической и кожевенной промышленности. Оксид вольфрама (WO 3) входит в состав катализаторов селективного каталитического восстановления (SCR), используемых на угольных электростанциях. Эти катализаторы превращают оксиды азота ( NO x ) в азот (N 2) и воду (H 2 O) с использованием аммиака (NH 3). Оксид вольфрама способствует повышению физической прочности катализатора и продлевает срок его службы. Вольфрамсодержащие катализаторы перспективны для реакций эпоксидирования, окисления и гидрогенолиза. Гетерополикислоты вольфрама являются ключевым компонентом многофункциональных катализаторов. Вольфраматы могут использоваться как фотокатализатор, а сульфид вольфрама - как электрокатализатор.
Применения, требующие его высокой плотности, включают веса, противовесы, балластные кили для яхт, хвостовой балласт для коммерческих самолетов, гири винта для гражданских и военных вертолетов, а также в качестве балласта в гоночных автомобилях для NASCAR и Formula One. Плотность вольфрама чуть меньше, чем в два раза, поэтому он рассматривается как альтернатива (хотя и более дорогая) свинцовым грузилам. Для этих целей также используется обедненный уран из-за столь же высокой плотности. Семьдесят пять килограммовых блоков вольфрама использовались в качестве «крейсерских устройств балансировки массы» на входной части космического корабля Марсианской научной лаборатории 2012 года. Это идеальный материал для использования в качестве тележки для клепки, когда масса, необходимая для хороших результатов, может быть достигнута в компактном стержне. Сплавы вольфрама с высокой плотностью с никелем, медью или железом используются в высококачественных дротиках (для уменьшения диаметра и, следовательно, более плотных группировок) или для искусственных мушек (вольфрамовые шарики позволяют мухе быстро тонуть). Вольфрам также используется в качестве тяжелого болта для снижения скорострельности пистолета-пулемета SWD M11 / 9 с 1300 до 700 об / мин. Вольфрам недавно нашел применение в соплах для 3D-печати ; высокая износостойкость и теплопроводность карбида вольфрама улучшает печать абразивных волокон. Некоторые струны C для виолончели намотаны вольфрамом. Дополнительная плотность придает этой струне большую проекцию, и часто виолончелисты покупают именно эту струну и используют ее с тремя струнами из другого набора. Вольфрам используется в качестве поглотителя в электронном телескопе системы космических лучей двух космических кораблей «Вояджер».
Его плотность, аналогичная плотности золота, позволяет использовать вольфрам в ювелирных изделиях в качестве альтернативы золоту или платине. Металлический вольфрам гипоаллергенен и тверже золотых сплавов (хотя и не так тверд, как карбид вольфрама), что делает его полезным для колец, устойчивых к царапинам, особенно в конструкциях с матовой отделкой.
Поскольку плотность настолько же, из золота (вольфрам составляет весь 0,36% менее плотное), и его цена составляет порядка одной тысячной, вольфрам, также может быть использована в подделке из золотых слитков, такие как плакирование бара вольфрама с золото, которое наблюдается с 1980-х годов, или взятие существующего золотого слитка, сверление отверстий и замена удаленного золота вольфрамовыми стержнями. Плотности не совсем одинаковы, а другие свойства золота и вольфрама различаются, но позолоченный вольфрам пройдет поверхностные испытания.
Позолоченный вольфрам коммерчески доступен из Китая (основной источник вольфрама) как в ювелирных изделиях, так и в виде слитков.
Поскольку он сохраняет свою прочность при высоких температурах и имеет высокую температуру плавления, элементарный вольфрам используется во многих высокотемпературных приложениях, таких как лампы накаливания, электронно-лучевые трубки и нити вакуумных трубок, нагревательные элементы и сопла ракетных двигателей. Его высокая температура плавления также делает вольфрам пригодным для использования в аэрокосмической и высокотемпературной областях, таких как электричество, нагрев и сварка, особенно в процессе дуговой сварки вольфрамовым электродом (также называемой сваркой вольфрамовым инертным газом (TIG)).
Вольфрамовый электрод, используемый в горелке для газовой вольфрамовой дуговой сварки Из-за своих проводящих свойств и относительной химической инертности вольфрам также используется в электродах и в наконечниках эмиттеров в электронно-лучевых приборах, в которых используются автоэмиссионные пушки, такие как электронные микроскопы. В электронике вольфрам используется в качестве соединительного материала в интегральных схемах между диэлектрическим материалом из диоксида кремния и транзисторами. Он используется в металлических пленках, которые заменяют проводку, используемую в обычной электронике, с покрытием из вольфрама (или молибдена ) на кремнии.
Электронная структура вольфрама делает его одним из основных источников для рентгеновских мишеней, а также для защиты от излучения высокой энергии (например, в радиофармацевтической промышленности для защиты радиоактивных образцов ФДГ ). Он также используется при получении гамма-изображений в качестве материала, из которого сделаны кодированные апертуры, благодаря его превосходным экранирующим свойствам. Вольфрамовый порошок используется в качестве наполнителя в пластиковых композитах, которые используются в качестве нетоксичного заменителя свинца в пулях, дроби и радиационных щитах. Поскольку тепловое расширение этого элемента аналогично боросиликатному стеклу, он используется для изготовления уплотнений стекло-металл. В дополнение к высокой температуре плавления, когда вольфрам легирован калием, это приводит к повышенной стабильности формы (по сравнению с нелегированным вольфрамом). Это гарантирует, что нить не провиснет и не произойдет нежелательных изменений.
С помощью процессов нанообработки сверху вниз с 2002 года производятся и исследуются вольфрамовые нанопроволоки. Из-за особенно высокого отношения поверхности к объему, образования поверхностного оксидного слоя и монокристаллической природы такого материала механические свойства существенно отличаются от механических свойств. объемного вольфрама. Такие вольфрамовые нанопроволоки имеют потенциальное применение в наноэлектронике и, что важно, в качестве датчиков pH и газовых сенсоров. Подобно кремниевым нанопроволокам, вольфрамовые нанопроволоки часто получают из объемного предшественника вольфрама, за которым следует стадия термического окисления для контроля морфологии с точки зрения длины и соотношения сторон. Используя модель Дила-Гроува, можно предсказать кинетику окисления нанопроволок, полученных с помощью такой термической обработки окислением.
Благодаря высокой температуре плавления и хорошей стойкости к эрозии вольфрам является ведущим кандидатом для наиболее открытых участков обращенной к плазме внутренней стенки термоядерных реакторов. Он будет использоваться в качестве плазмообразующего облицовочного материала из дивертора в ITER реакторе, и в настоящее время используется в JET испытательного реактора.
Вольфрам с атомным номером Z = 74 является самым тяжелым элементом, который, как известно, обладает биологической функциональностью. Он используется некоторыми бактериями и археями, но не эукариотами. Например, ферменты, называемые оксидоредуктазами, используют вольфрам аналогично молибдену, используя его в комплексе вольфрам- птерин с молибдоптерином (молибдоптерин, несмотря на свое название, не содержит молибдена, но может образовывать комплекс с молибденом или вольфрамом, используемым живыми организмами). Ферменты, использующие вольфрам, обычно восстанавливают карбоновые кислоты до альдегидов. Оксидоредуктазы вольфрама также могут катализировать окисление. Первый обнаруженный фермент, требующий вольфрама, также требует селен, и в этом случае пара вольфрам-селен может функционировать аналогично паре молибден-сера некоторых ферментов, требующих молибдоптерина. Известно, что один из ферментов семейства оксидоредуктаз, в котором иногда используется вольфрам (бактериальная формиатдегидрогеназа H), использует селен-молибденовый вариант молибдоптерина. Ацетиленгидратаза - необычный металлофермент, поскольку он катализирует реакцию гидратации. Было предложено два механизма реакции, в одном из которых существует прямое взаимодействие между атомом вольфрама и тройной связью C≡C. Хотя было обнаружено, что вольфрамсодержащая ксантиндегидрогеназа из бактерий содержит вольфрам-молидоптерин, а также селен, не связанный с белками, комплекс вольфрам-селен-молибдоптерин окончательно не описан.
В почве металлический вольфрам окисляется до аниона вольфрама. Он может селективно или неизбирательно импортироваться некоторыми прокариотическими организмами и может заменять молибдат в некоторых ферментах. Его влияние на действие этих ферментов в одних случаях тормозящее, а в других - положительное. Химический состав почвы определяет способ полимеризации вольфрама; щелочные почвы вызывают появление мономерных вольфраматов; кислые почвы вызывают полимерные вольфраматы.
Вольфрамат натрия и свинец были изучены на предмет их воздействия на дождевых червей. Было обнаружено, что свинец является смертельным при низких концентрациях, а вольфрамат натрия гораздо менее токсичен, но вольфрамат полностью подавляет их репродуктивную способность.
Вольфрам был изучен как биологический антагонист метаболизма меди, и его роль аналогична действию молибдена. Было обнаружено, что соли тетратиовольфрамата [ zh ] могут быть использованы в качестве биологических химикатов хелатирования меди, подобных тетратиомолибдатам.
Вольфрам необходим для некоторых архей. Известны следующие ферменты, использующие вольфрам:
Известно, что система wtp избирательно переносит вольфрам в архее:
Поскольку вольфрам - редкий металл, а его соединения обычно инертны, влияние вольфрама на окружающую среду ограничено. Считается, что содержание вольфрама в земной коре составляет около 1,5 частей на миллион. Это один из самых редких элементов.
Сначала считалось, что это относительно инертный и лишь слегка токсичный металл, но начиная с 2000 года вольфрамовые сплавы, его пыль и твердые частицы могут вызывать рак и некоторые другие неблагоприятные эффекты как у животных, так и у людей. выделено из экспериментов in vitro и in vivo. Средняя летальная доза ЛД 50 сильно зависит от животного и способа введения и составляет от 59 мг / кг (внутривенно, кроликов) и 5000 мг / кг (металлического вольфрама порошок, внутрибрюшинные, крысы).
Люди могут подвергаться воздействию вольфрама на рабочем месте, вдыхая его, глотая, контактируя с кожей и глазами. Национальный институт профессиональной безопасности и здоровья (NIOSH) установила предел рекомендуемой экспозиции (REL) от 5 мг / м 3 в течение 8-часового рабочего дня и краткосрочного предела 10 мг / м 3.
Среди элементов вольфрам уникален тем, что он был предметом патентных разбирательств. В 1928 году суд США отклонил попытку General Electric запатентовать его, отменив патент США 1082,933, выданный в 1913 году Уильяму Д. Кулиджу.
Категория: Вольфрам