تنگستن : خواص، منابع، کاربردها

 

تنگستن یک عنصر شیمیایی است که به آن ولفرام نیز گفته می شود. این ماده یک فلز نسوز فوق العاده قوی از گروه شش جدول تناوبی می باشد، که در فولادها برای افزایش سختی و مقاومت و همچنین در رشته های لامپ استفاده می شود.

 

این فلز برای اولین بار توسط شیمیدانان و معدن شناسان اسپانیایی خوان خوزه و فاوستو الهویار با کاهش زغال اکسید (WO۳) حاصل از ماده معدنی ولفرامیت جدا شد. پیش از این در سال ۱۷۸۱) کارل ویلهلم شیل، شیمیدان سوئدی، اسید تنگستیک را در ماده معدنی که اکنون به نام scheelite شناخته می شود، کشف کرده بود و توربن برگمن، همشهری وی، نتیجه گرفت که می توان از این اسید فلز جدیدی تهیه کرد.

 

نام های تنگستن، و وولفرام از زمان کشف آن برای فلز استفاده شده است، اگرچه در همه جا نماد W غلبه دارد ولی در انگلیس و آمریکا، خود نام تنگستن ترجیح داده می شود و در آلمان و تعدادی دیگر از کشورهای اروپایی، ولفرام پذیرفته می شود.

 

خواص و مشخصات شناسایی تنگستن

 

خواص  مشخصات
شکل فیزیکی                                                    فلز نقره ای رنگ فرمول شیمیایی                                                                        ۷۴W
دانسیته                                                                  (g/cm۳)۱۹.۳ وزن اتمی استاندارد                                                          ۱۸۳.۸۴
نقطه ذوب                                                                (۰C) 3422 شماره (CAS No)                                                        ۷۴۴۰-۳۳-۷
نقطه جوش                                                               (۰C) 5930 ساختار کریستالی                                                     مکعبی(bcc)

 

منابع در طبیعت

 

منابع در طبیعت

 

 

مقدار تنگستن در پوسته زمین ۱.۵ قسمت در میلیون یا حدود ۱.۵ گرم در هر تن سنگ تخمین زده شده است. چین تولید کننده غالب این ماده است. در سال ۲۰۱۶ بیش از ۸۰ درصد کل تنگستن استخراج شده که تقریباً دو سوم از ذخایر جهان را شامل می شد.

 

برای این فلز، معادن توسط فرآیندهای مغناطیسی و مکانیکی متمرکز می شوند و سپس کنسانتره با ترکیبات قلیایی ذوب می شود. ذوب های خام با آب شستشو داده می شوند و محلول های تنگستات سدیم را بدست می آورند که از آن محلول تری اکسید تنگستن آبدار پس از اسیدی شدن رسوب می کند و سپس اکسید خشک شده و با هیدروژن به فلز تبدیل می شود.

 

تنگستن نسبت به مخلوط اسیدهای نیتریک غلیظ و هیدروفلوئوریک نسبتاً در برابر حمله اسیدها مقاوم است و می توان به سرعت توسط ذوب های اکسیدکننده قلیایی مانند مخلوط های ذوب شده نیترات پتاسیم و هیدروکسید سدیم یا پراکسید سدیم به آن حمله کرد.

 

نوع طبیعی این عنصر مخلوطی از پنج ایزوتوپ پایدار: تنگستن – ۱۸۰ (۰.۱۲ درصد) ، تنگستن – ۱۸۲ (۲۶.۵۰ درصد) ، تنگستن – ۱۸۳ (۱۴.۳۱ درصد) ، تنگستن – ۱۸۴ (۳۰.۶۴ درصد) و تنگستن – ۱۸۶ (۲۸.۴۳ درصد) می باشد. بلورهای این عنصر ایزومتریک هستند و با تجزیه و تحلیل اشعه ایکس، ساختار مکعبی (bcc) مشاهده می شود.

 

کاربردهای تنگستن

 

کاربردهای تنگستن

 

یکی از رایج ترین و سخت ترین ترکیبات این عنصر، کاربید تنگستن است. از تنگستن برای سخت شدن تیغه های اره و ایجاد سوراخ های در سطوح سخت استفاده می شود. به گزارش بی بی سی، قطع تنها یک مته از تنگستن با استفاده از سیستم برش الماس ممکن است حدود ۱۰ دقیقه طول بکشد. بعضی از جواهرسازها از کاربید تنگستن برای ساختن حلقه های ازدواج استفاده می کنند.

 

یکی دیگر از ترکیبات این ماده که بسیار مفید است، دی سولفید تنگستن می باشد. طبق آزمایشگاه جفرسون از این ماده به عنوان روان کننده خشک در دمای بالای ۵۰۰ درجه سانتیگراد استفاده می شود. برخی دیگر از کاربردهای این فلز شامل کارهای تبخیر فلز، ساخت رنگ، مهر و موم شیشه به فلز و ایجاد لوله های الکترون و تلویزیون است.

 

گروه های نظامی از این عنصر برای ساخت گلوله و موشک مورد استفاده در “بمباران جنبشی” استفاده می کند. در این نوع حمله از ماده ای فوق العاده متراکم برای شکستن زره پوش به جای مواد منفجره استفاده می شود.

 

مقاومت عنصر تنگستن در برابر گرما هنگام استفاده در عناصر گرمایشی برای کوره های الکتریکی، کاربردهای فضاپیما، جوشکاری و سایر کاربردهای دمای بالا مفید است، به همین دلیل در ساخت انواع نورپردازی نیز مورد استفاده قرار گرفت.

 

امروزه، بیشتر لامپ ها از مواد کم مصرف بیشتری استفاده می کنند، با این حال هنوز از این ماده در رشته های اشعه ایکس و در رابط های مختلف الکترونیکی استفاده می شود. از نظر زیست شناختی، برخی از باکتری ها از تنگستن برای کاهش اسیدهای کربوکسیلیک به آلدئیدها استفاده می کنند.

 

نقش بیولوژیکی

 

نقش بیولوژیکی 

 

تنگستن، با عدد اتمی Z = 74، سنگین ترین عنصری است که از نظر بیولوژیکی کاربردی شناخته شده است. به عنوان مثال، آنزیم هایی به نام اکسیدورودکتازها از تنگستن مشابه مولیبدن , استفاده از آن در یک کمپلکس تنگستن-پترین با مولیبدوپترین استفاده می کنند.

 

آنزیم های استفاده کننده از این عنصر معمولاً اسیدهای کربوکسیلیک را به آلدئیدها کاهش می دهند. اکسیدورداکتازهای تنگستن نیز ممکن است اکسیداسیون ها را کاتالیز کنند. اولین آنزیم مورد نیاز این فلز نیز به سلنیوم احتیاج دارد و در این حالت ممکن است جفت تنگستن- سلنیوم به طور مشابه با جفت شدن گوگرد مولیبدن و گوگرد برخی از آنزیم های مورد نیاز مولیبدوپترین عمل کند.

 

یکی از آنزیم های خانواده اکسیدوروکتاز که بعضاً از تنگستن استفاده می کند (مایع فرمید دهیدروژناز H) با استفاده از نسخه مولیبدوپرین سلنیوم مولیبدن شناخته شده است. استیلن هیدراتاز از آنجا که یک واکنش هیدراتاسیون را کاتالیز می کند یک متالوآنزیم غیرمعمول است.

 

شیمی خاک نحوه پلیمری شدن تنگستن را تعیین می کند. خاک های قلیایی باعث ایجاد تنگستات های مونومر می شود. خاک های اسیدی باعث ایجاد تنگستات های پلیمری می شوند.  سدیم تنگستات و سرب برای تأثیر آنها بر کرم های خاکی مورد مطالعه قرار گرفته اند و مشخص شده است که سرب در سطوح پایین کشنده است و سدیم تنگستات بسیار سمی است، اما تنگستات توانایی تولید مثل آنها را کاملاً مهار می کند.

 

تنگستن به عنوان یک آنتاگونیست متابولیک مس بیولوژیکی، در نقشی شبیه به عملکرد مولیبدن مورد مطالعه قرار گرفته است و مشخص شده است که نمک های تتراتیوتونگستات [zh] می توانند به عنوان مواد شیمیایی بیولوژیکی کلات مس، مشابه تتراتیومولیبدات ها استفاده شوند.

 

آیا تنگستن خطرناک است؟

 

از آنجا که تنگستن، یک فلز نادر است و ترکیبات آن به طور کلی بی اثر هستند، اثرات آن بر محیط محدود است. تصور می شود که مقدار زیاد این فلز در پوسته زمین حدود ۱.۵ قسمت در میلیون باشد. در ابتدا اعتقاد بر این بود که این فلز نسبتاً بی اثر و تنها کمی سمی است، اما از سال ۲۰۰۰ خطر ایجاد شده توسط آلیاژهای تنگستن، گرد و غبار و ذرات آن برای ایجاد سرطان و چندین اثر سوء دیگر در حیوانات و همچنین انسان ها مشاهده شده است.

 

افراد می توانند در محیط کار از طریق تنفس، بلعیدن، تماس با پوست و چشم در معرض تنگستن قرار بگیرند. موسسه ملی ایمنی و بهداشت شغلی (NIOSH) حد مجاز قرار گرفتن در معرض آن را ۵ میلی گرم در متر مکعب را برای یک روز کاری ۸ ساعته و محدودیت کوتاه مدت ۱۰ میلی گرم در متر مکعب تعیین کرده است.