Вольфрам (W)

[tungsten] — элемент IV группы Периодической системы; атомный номер 74, атомная масса 183,85; тугоплавкий тяжелый металл светло-серого цвета. Природный W состоит из смеси пяти стабильных изотопов:¹⁸⁰W, ¹⁸²W, ¹⁸³W, ¹⁸⁴W и ¹⁸⁶W. Был открыт и выделен в виде WO₃ в 1781 г. шведским химиком К. Шееле. Металлический W был получен восстановлением WO₃ углеродом в 1783 г. испытан химиками братьями д'Элуяр. W мало распространен в природе; его содержание в земной коре 1·10^-4 мас. %. В свободном состоянии не встречается, образует собственные минералы, главным образом, вольфраматы (соли вольфрамовых кислот с общей формулой хH₂О·уWO₃, из которых промышленное значение имеют вольфрамит (Fe, Mn)WO₄ (содержащий 74-76 % WO₃) и шеелит CaWO₄ (-80 % WO₃).
W имеет ОЦК решетку с периодом а = 0,31647 нм; γ = 19,3 г/см³; t_пл = 3400 + 20 °С; t_кип = 5900 °С; λ_{20 °С}= 130,2 Вт/(м • К), ρ_{20 °С} = 5,5 • 10^-6 Ом • Смотри Для кованого слитка σ_в = 1,0-4,3 ГПа; НВ = 3,5-4,0 ГПа; Е= 350+ 380 ГПа для проволоки и 390-410 ГПа для монокристаллической нити. При комнатной температуре W малопластичен. В обычных условиях W химически стоек. При 400 — 500 °С компактный металл заметно окисляется на воздухе до WO₃. Галогены, сера, H₂SO₄, HNO₃, и HF, а также к царской водке. Валентность W в соединениях от 2 до 6, наиболее устойчивы соединения высшей валентности. W образует четыре оксид:а высший-WO₃ (вольфрамовый ангидрид:), низший-WO₂ и два промежуточных-W₁₀О₂₉, и W₄O₁₁. С хлором W образует ряд хлоридов и оксихлоридов. Наиболее важные их них: WCl₆ (t_пл = 275 °С, t_кип = 348 °С) и WO₂Cl₂ (t_кип = 266 °С, выше 300 °С сублимирует) — получаются при действии хлора на WO, в присутствии угля. С серой W образует сульфиды WS₂ и WS₃. Карбиды вольфрама WC (t_пл = 2900 *С) и W2C (t_пл = 2750 °С) — твёрдые тугоплавкие соединения; образуются при взаимодействии W с углеродом при 1000-1500 °С.
Сырьем для промышленного получения W служат вольфрамитовые и шеелитовые концентраты (50-60 % WO,). Из концентратов непосредственно выплавляют ферровольфрам (сплав Fe с 65-80 % W), используемый в производстве стали. Для получения W, его сплавов и соединений выделяют WO₃. В промышленности применяют несколько способов получения WO₃. Шеелитовые концентраты разлагают в автоклавах раствором соды при 180 — 200 °С (получают технический раствор вольфрамата натрия) или соляной кислотой (получают техническую вольфрамовую кислоту):
CaWO₄(тв) + Na₂CO₃(ж) = Na₂WO₄ + СаСО₃(тв),
CaWO₄(тв) + 2НСI(ж) = H₂WO₄(тв) + СаСl₂(раствор).
Вольфрамитовые концентраты разлагают либо спеканием с содой при 800-900 °С с последующим выщелачиванием Na₂WO₄ водой, либо обработкой при нагревании раствором NaOH. При разложении щелочными агентами (содой или едким натром) образуется раствор Na₂WO₄, загрязнёный примесями. После их отделения из раствора выделяют H₂WO₄. Высушенный H₂WO₄ содержит 0,2 — 0,3 % примесей. Прокаливанием H₂WO₄ при 700 — 800 °С получают WO₃, а уже из него металлический W и его соединения. При этом для производства металлического W дополнительно H₂WO₄ очищают аммиачным способом. Порошок W получают восстановлением WO₃ водородом, а также и углеродом (в производстве твёрдых сплавов) в трубчатых электрических печах при 700 — 850 °С. Компактный металл получают из порошка способами порошковой металлургии в виде заготовок-штабиков, которые хорошо поддаются обработке давлением (ковке, волочению, прокатке и т. п.). Из штабиков методом бестигельной электроннолучевой зонной плавки получают также монокристаллы W.
W широко применяется в современной технике в виде чистого металла и ряде сплавов, наиболее важные из которых легированные конструкционные, быстрорежущие, инструментальные стали, твёрдые сплавы на основе карбида W, жаропрочные и некоторые другие специальные сплавы (Смотри Вольфрамовые сплавы). Тугоплавкость и низкое давление пара при высоких температураx делают W незаменимым для деталей электровакуумных приборов в радио- и рентгенотехнике. В разных областях техники используют некоторые химические соединения W, например Na₂WO₄ (в лакокрасочной и текстильной промышленности), WS₂ (катализатор в органическом синтезе, <<твёрдая смазка для трения).