Вольфрам: получение, свойства, основные соединения, область применения

>       Трехокись вольфрама (вольфрамовый ангидрид), WO₃, получают нагреванием порошкообразного металлического вольфрама при 900⁰ на воздухе или в токе кислорода, а также прокаливанием вольфрамовой кислоты H₂WO₄ (полученной обработкой HCl водного раствора Na₂WO₄) или вольфраматов Hg₂WO₄, (NH₄)₅[HW₆O₂₁]•4H₂O:

       W+³/₂O₂=WO₃+201,5 ккал

        Hg₂WO₄  ^800°  WO₃+2Hg+¹/₂O₂

        H₂WO₄ ^500°    WO₃

        (NH₄)₅[HW₆O₂₁] ^250-300° 6WO₃+5NH₃

       Вольфрамовый  ангидрид представляет собой парамагнитные  желтые (оранжевые при нагревании) мелкие ромбические кристаллы, которые плавятся при 1473⁰, превращаясь в зеленую жидкость, кипящую при 1667⁰. плохо растворимы в воде и кислотах, растворимы в расплавах и растворах щелочей с образованием вольфраматов или поливольфраматов.

       При растворении трехокиси вольфрама  в щелочах или растворах карбонатов щелочных металлов. Образуются простые  вольфраматы щелочных металлов типа Ме^I₂WO₄ (где Ме^I = Na⁺, К⁺ и т. д.).

       WO₃+2NaOH = Na₂WO₄+H₂O

       WO₃+2Na₂CO₃+H₂O = Na₂WO₄+2NaHCO₃

       При действии карбоната водорода и вольврамата натрия получается вольфрамовая кислота Н₂WO₄.

        H₂⁺CO₃^2- + Na₂⁺WO₄^2-          H₂⁺WO₄^2- + Na₂⁺CO₃^2-

       Так же вольфрамовую кислоту можно получить, смешав в воде триоксид вольфрама:

        H₂O + WO₃           H₂WO₄

       Если  вольфрамовую кислоту Н₂WO₄ или трехокиись вольфрама растворять при кипячении в перекиси водорода, то образуется монопероксовольфрамовая

кислота, Н₂WO₅ или H₂[WO₃(O₂)], желтого цвета:

H₂WO₄+H₂O₂ = H₂WO₅+H₂O

       При обработке нейтральных или слабо  щелочных растворов вольфраматов щелочных металлов избытком концентрированной  перекиси водорода получают устойчивые тетрапероксовольфраматы типа Me^I₂[W(O₂)₄]ŸnH₂O, окрашенные в желтый цвет.

       Из  галогенидов вольфрама наибольшее важное практическое значение  имеет гексафторид вольфрама WF₆, который получают при обычной температуре действием фтора на порошкообразный металлический вольфрам, помещенный в платиновую трубку, обработкой плавиковой кислотой (трифторидом мышьяка или пентафторидом сурьмы) гексахлорида вольфрама WСI₆ (в платиновом сосуде, сильно охлаждаемом снаружи):

       W+3F₂ = WF₆+422 ккал

       WCl₆+3H₂F₂ = WF₆+6HCl

       WCl₆+2AsF₃ = WF₆+2AsCl₃

       WCl₆+3SbF₅ = WF₆+3SbCl₂F₃

       При нормальных условиях WF₆ представляет собой бесцветный газ, дымящий на воздухе, гидролитически разлагающийся водой, растворимый в щелочах и фторидах щелочных металлов и во многих органических растворителях.

       Гексахлорид вольфрама, WС1₆, получают путем пропускания сухого хлора над нагретым до 250—300° порошком металлического вольфрама (не содержащего окислов), а также действием паров ССI₄ на нагретую до 300° (без доступа воздуха, кислорода и паров воды) трехокись вольфрама:

       W+3Cl₂ = WCl₆+163,1 ккал

       WO₂+3СС1₄ = WС1₆ + ЗСОС1₂

       Кристаллы WCl₆ гидролитически разлагаются под действием влажного воздуха или воды с образованием оксихлоридов, а при нагревании в атмосфере водорода или в среде галогеноводородов превращаются в галогениды вольфрама низших степеней окисления:

       WCl₆+H₂O « WOCl₄+2HCl

       WCl₆+2H₂O « WO₂Cl₂+4HCl

       Гексабромид вольфрама, WВг₆, получают путем пропускания сухих паров брома, разбавленных азотом, над нагретым примерно до 600° порошком металлического вольфрама.

       Соединение WВг₆ образует черно-синие игольчатые кристаллы, которые дымят на воздухе, плавятся при 309°, разлагаются при нагревании выше 400° или под действием воды, растворяются в обычных органических растворителях с образованием фиолетово-красных растворов.

       К наиболее значимым  сульфидам вольфрама  можно отнести трисульфид вольфрама и триселенид вольфрама.

       Трисульфид  вольфрама, WS₃, получают в виде коричневого осадка при подкислении Н₂SO₄ или НСI тиовольфраматов щелочных металлов или аммония Ме^I₂WS₄ до рН<5:

       Na₂WS₄+H₂SO₄ = WS₃+Na₂SO₄+H₂S

       (NH₄)₂WS₄+2HCl = WS₃+2NH₄Cl+H₂S

       Соединение WS₃ плохо растворимо в воде, растворяется в сульфиде аммония, и в щелочах, разлагается на WS₂ и серу при нагревании до 170°, восстанавливается до металла при нагревании в атмосфере водорода или с окисью кальция.

       Триселенид  вольфрама, WSе₃, получают в виде черного осадка при действии разбавленных кислот (Н₂SO₄, НСI) на растворы селеновольфраматов МеI₂WSe₄, которые образуются при насыщении растворов вольфраматов щелочных металлов Н₂Se.

       Соединение WSe₃ — черное аморфное вещество, которое разлагается при 220° на WSе₂ и элементарный селен. 

     4 ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

       Применение  чистого металла и вольфрамсодержащих сплавов основано, главным образом, на их тугоплавкости, твердости и  химической стойкости. Чистый вольфрам используется для изготовления нитей  электрических ламп накаливания  и электронно-лучевых трубок, в  производстве тиглей для испарения 

металлов, в контактах автомобильных распределителей  зажигания, в мишенях рентгеновских  трубок; в качестве обмоток и нагревательных элементов электрических печей  и как конструкционный материал для космических и других аппаратов, эксплуатируемых при высоких  температурах.

     Быстрорежущие стали (17,5-18,5% вольфрама), стеллит (на основе кобальта с добавлением Cr, W, С), хасталлой (нержавеющая сталь на основе Ni) и  многие другие сплавы содержат вольфрам.

     Основой при производстве инструментальных и жаропрочных сплавов является ферровольфрам (68-86% W, до 7% Mo и железо), легко получающийся прямым восстановлением  вольфрамитового или шеелитового  концентратов. "Победит" — очень  твердый сплав, содержащий 80-87% вольфрама, 6-15% кобальта, 5-7% углерода, незаменим  в обработке металлов, в горной и нефтедобывающей промышленности.

       Вольфраматы кальция и магния широко используются во флуоресцентных устройствах, другие соли вольфрама используются в химической и дубильной промышленности.

       Дисульфид вольфрама представляет собой сухую  высокотемпературную смазку, стабильную до 500° С.

       Вольфрамовые  бронзы и другие соединения элемента применяются в изготовлении красок.

       Многие  соединения вольфрама являются отличными  катализаторами. 
 
 
 
 
 
 
 
 

     ЗАКЛЮЧЕНИЕ

       Благодаря своим свойствам, а именно, тугоплавкости, твердости и химической стойкости вольфрам имеет большое значение в металлургии всех стран.  Крупные месторождения руд вольфрама найдены в Китае, США, Корее, Боливии, Португалии, Бирме, Австралии, Таиланде, Испании, Аргентине, Бразилии, России, Перу, Бельгии, Конго, Родезии и Матайе.

       Что касается биологической роли вольфрама,  в целом, не смотря на свою формальную принадлежность к тяжелым металлам, вольфрам не является высокотоксичным. Однако у людей, сталкивающихся с вольфрамом на производстве, возможны случаи острого или хронического отравления. Основной объект токсического воздействия - органы дыхания. При длительном воздействии больших доз вольфрамовой пыли может возникнуть пневмокониоз, заболевание, вызываемое всеми тяжелыми порошками, попадающими в легкие.

       Растворимые же соединения вольфрама могут откладываться  в кишечнике, в костях, в меньшей  степени в селезенке и кожных покровах, следы вольфрама обнаруживаются в почках.

         При длительном воздействии вольфрама  отмечается расслаивание и ломкость  ногтей, шелушение кожи, дерматиты.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

       1. Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия: Учебник для вузов. – М.: Высш. школа, 2001г.

       2. Бусев А.И., Иванов В.М., Соколова Т.А. Аналитическая химия вольфрама. – М.:  Издательство «Наука»,1976 г.

       3. Глинка Н. Л. Общая химия: Учеб. пособие для вузов /Под ред. А. И. Ермакова. — 30-е изд., испр. — М.: ИНТЕГРАЛ-ПРЕСС, 2005

       4. Львов Н.П., Носиков А.Н., Антипов А.Н. Вольфрамосодержащие ферменты, т. 6, 7. Биохимия, 2002г.

       5. Перельман Ф.М., Зворыкин А.Я.. Молибден и вольфрам.–М.: Изд–во «Наука», 1968г.

       6. Популярная библиотека химических элементов. - М., Наука, 1983. Электронная версия: © НиТ. Раритетные издания, 1998. Дата обновления: 7 июня 2007 г.