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7440-33-7 / 鎢的性質(zhì)與應(yīng)用

鎢(IUPAC名:tungsten),化學(xué)符號(hào):W(德語(yǔ):Wolfram ),是化學(xué)元素,原子序數(shù)是74,是非常硬、鋼灰色至白色的過(guò)渡金屬。元素名字Tungsten是來(lái)自瑞典古文的白鎢礦,tung sten,意旨重石。鎢是卑金屬,在自然界大多與其他元素以化合物的形態(tài)存在,而不是單獨(dú)存在。鎢在公元1781年被發(fā)現(xiàn)且命名,在1783年第一次成功分離出鎢。黑鎢礦以及白鎢礦是鎢的重要礦石。

鎢的性質(zhì)與應(yīng)用

性質(zhì)

純鎢是鋼灰色至錫白色的堅(jiān)硬金屬,通常很脆而不易金屬加工,非常純的鎢可以維持它的硬度(高于許多其他金屬),且具有延展性,易于加工。鎢的加工方法有鍛造、拉伸和沖擊。鎢常常以燒結(jié)的方法制成。

在所有純金屬中,鎢的熔點(diǎn)最高(3415℃,6192 °F)蒸汽壓最低,(溫度1650℃,3000 °F以上),強(qiáng)度最高。雖然碳相較于鎢能在較高的溫度下維持固態(tài),但是碳在氣壓下容易升華而非熔化,因此,它不具有熔點(diǎn)。鎢擁有最低的熱膨脹系數(shù)。它的低熱膨脹系數(shù)、高熔點(diǎn),以及高抗張強(qiáng)度,都源自于鎢原子間的強(qiáng)共價(jià)鍵。少量的鎢與鋼合金,能夠大大提升它的硬度

鎢以?xún)煞N晶體慣態(tài)結(jié)構(gòu)存在:α和β。前者以立方體心堆積,是較穩(wěn)定的組成。后者則是亞穩(wěn)定的A15 立方體堆積,但因?yàn)榉瞧胶夂铣苫螂s質(zhì)造成的穩(wěn)定性,可以與周?chē)鷹l件下的α相共存。相較于α相擁有等長(zhǎng)的晶粒,β相展現(xiàn)圓柱狀的晶性。α相的電阻率只有β相的三分之一,且具有遠(yuǎn)低于β相的超導(dǎo)轉(zhuǎn)移溫度(臨界點(diǎn)TC):ca. 0.015 K vs. 1–4 K;混合兩者可以得到中間值得臨界溫度TC。以其他金屬與鎢合金也可以提高它的臨界溫度TC,此類(lèi)鎢合金可以用于低溫超導(dǎo)電路。

鎢元素的穩(wěn)定性是非常出色的,在所有元素中擁有第二高的熔點(diǎn)3422 °C(6192 °F, 3695 K)以及最高的沸點(diǎn)5660 °C (10706 °F, 6203 K)。密度為19.25 g·cm−3,與鈾與金的密度相當(dāng),比鉛的密度還高1.7倍。多晶鎢本身堅(jiān)硬易脆(在標(biāo)準(zhǔn)條件下,未與其他物質(zhì)結(jié)合時(shí)),難以進(jìn)行加工使用。然而,若是純單晶鎢,則具有延展性,可使用鋼鋸切割。

來(lái)源

瑞典化學(xué)家最早由白鎢礦中分離出鎢酸,因此根據(jù)白鎢礦這種礦石的瑞典古名,將這種元素以瑞典語(yǔ):tungsten(這個(gè)字可被分解為tung sten,字面意義為重石)命名。在英文、法文等語(yǔ)言中,都使用這個(gè)名稱(chēng)(除了北歐五國(guó))。但因?yàn)閠ungsten在瑞典文中也是白鎢礦的名稱(chēng),為了避免混淆,瑞典采用volfram作為元素的名稱(chēng)。

在歐洲其他國(guó)家,主要以德文及各斯拉夫語(yǔ)為代表,則使用德語(yǔ):wolfram或volfram,在北歐五國(guó)也使用這個(gè)名稱(chēng)。這個(gè)名稱(chēng)來(lái)自黑鎢礦(Wolframite)這個(gè)礦石的名字。符號(hào)“W”及中文“鎢”的來(lái)源都來(lái)自德文Wolfram。

黑鎢礦(Wolframite)的名字來(lái)自德文 "wolf rahm" ("wolf soot"狼煤煙 或 "wolf cream"狼奶油),于1747年由約翰?嘎?tīng)栃尢?瓦萊里烏斯給定。這來(lái)自于拉丁文"lupi spuma",為格奧爾格·阿格里科拉在1546年對(duì)這個(gè)元素的稱(chēng)呼,英文翻譯為“狼的白沫”,指的是這個(gè)礦物在萃取的過(guò)程消耗大量的錫。

應(yīng)用

鎢的應(yīng)用非常廣泛,最常見(jiàn)的是碳化鎢(WC)硬質(zhì)合金。這樣的硬質(zhì)合金用在金屬加工、采礦、采油和建筑工業(yè)中作為耐用金屬。此外在電燈泡和真空管中鎢絲的應(yīng)用也很廣。鎢還常用作電極。鎢可以拉成很細(xì)的絲,而且熔點(diǎn)非常高。它的其它應(yīng)用包括:

由于鎢的熔點(diǎn)非常高,所以常用于航空和高溫環(huán)境,例如電子、加熱和焊接(E.G.鎢極氣體保護(hù)電弧焊)。
鎢非常堅(jiān)硬,非常緊密,因此制作重金屬合金非常理想,這樣的合金用在裝甲、散熱片和高密度的應(yīng)用上例如壓重物、平衡重物、船和飛機(jī)的壓重物等。

制造渦輪機(jī)片、耐用部分和保護(hù)層的高溫合金含鎢(哈氏合金、鎢鉻鈷合金等)。

在子彈中使用鎢來(lái)取代鉛。

鎢的化合物被用作催化劑、無(wú)機(jī)顏色。二硫化鎢是高溫潤(rùn)滑劑,它在500°C依然穩(wěn)定。
鎢與鎳、鐵和鈷的合金被用來(lái)制作重合金,這樣的重合金用在動(dòng)能彈中取代貧鈾。
在集成電路中鎢是前路之間的連接物。在二氧化硅絕緣體中侵蝕接觸孔,注入鎢,磨平來(lái)連接三極管。典型的接觸孔可以小到65納米。

碳化鎢是最硬的物質(zhì)之一,被用在機(jī)器工具和磨料中。碳化鎢是磨具和轉(zhuǎn)具中最常見(jiàn)的材料,往往也是最好的材料。
在放射醫(yī)學(xué)中鎢是屏蔽物質(zhì)。運(yùn)輸氟脫氧葡萄糖一般用鎢容器,因?yàn)榉撗跗咸烟侵械母吣芰糠?18令鉛容器無(wú)法使用。

其它:氧化鎢被用在陶瓷釉中,鈣或鎂鎢常用在熒光粉中。在核物理和核醫(yī)學(xué)中鎢晶體被用作閃爍探測(cè)器。鎢被用作X射線(xiàn)目標(biāo)和在電子爐中作為加熱器。含鎢的鹽被用在化學(xué)和皮革工業(yè)中。

青銅色的氧化鎢被用在繪畫(huà)中。由于它的低敏感性碳化鎢被用作首飾,此外由于它非常硬它不會(huì)像其它擦光的金屬被劃痕。有些樂(lè)器的鉉使用鎢絲。