Tungsteno

Tungsteno
Tantalio ← Tungsteno → Renio Mo     74 W                                                                                                                                                                                                                                                                                           ↑ W ↓ Sg Tavolo completo • Tavolo esteso
Posizione nella tavola periodica
Simbolo	W
Nome	Tungsteno
Numero atomico	74
Gruppo	6
Periodo	6 ° periodo
Bloccare	Blocco d
Famiglia di elementi	Metallo di transizione
Configurazione elettronica	[ Xe ] 6 s 2 4 f 14 5 d 4
Elettroni per livello di energia	2, 8, 18, 32, 12, 2
Proprietà atomiche dell'elemento
Massa atomica	183,84  ± 0,01  u
Raggio atomico (calc)	135  pm ( 193  pm )
raggio covalente	162  ±  19:00
Raggio di Van der Waals	137  pm
Stato di ossidazione	6 , 5, 4, 3, 2
Elettronegatività ( Pauling )	2.36
Ossido	Acido
Energie di ionizzazione
1 re  : 7.86403  eV	2 e  : 16,1  eV
Isotopi più stabili
Iso ANNO Periodo MD Ed PD MeV 180 W 0,13  % 1,8 × 10 18  a α 2,516 176 Hf 181 W {sin.} 121.2  d ε 0,188 181 Il tuo 182 W 26,498  % stabile con 108 neutroni 183 W 14,314  % stabile con 109 neutroni 184 W 30,642  % stabile con 110 neutroni 185 W {sin.} 75,1  d β - 0,433 185 Re 186 W 28,426  % stabile con 112 neutroni
Proprietà fisiche semplici del corpo
Stato ordinario	solido
Massa volumica	19,3  g · cm -3 ( 20  °C )
Sistema di cristallo	centrato cubico
Durezza	7.5
Colore	grigio bianco
Punto di fusione	3422  °C
Punto di ebollizione	5555  °C
Energia di fusione	35,4  kJ · mol -1
Energia di vaporizzazione	824  kJ · mol -1
Volume molare	9,47 × 10 -6  m 3 · mol -1
Pressione del vapore	4,27  Pa a 3680  K
Velocità del suono	5174  m · s da -1 a 20  ° C
Calore massiccio	130  J · kg -1 · K -1
Conduttività elettrica	8,9 x 10 6  S · m -1
Conduttività termica	174  W · m -1 · K -1
solubilità	terra. in HCl + H 2 O 2
Varie
N o  CAS	7440-33-7
N o  ECHA	100.028.312
N o  EC	231-143-9
Precauzioni
SGH
Stato in polvere  : Pericolo H228, P210, P240, P241, P280, P370 + P378, H228  : Solido infiammabile P210  : Tenere lontano da fonti di calore/scintille/fiamme libere/superfici calde. - Vietato fumare. P240  : Messa a terra / collegamento equipotenziale della presa e dell'apparecchiatura ricevente. P241  : Utilizzare apparecchiature elettriche/di ventilazione/di illuminazione/…/a prova di esplosione. P280  : Indossare guanti/indumenti protettivi/proteggere gli occhi/proteggere il viso. P370 + P378  : In caso di incendio: utilizzare... per l'estinzione.
WHMIS
Prodotto non controllatoQuesto prodotto non è controllato secondo i criteri di classificazione WHMIS. Divulgazione all'1,0% in base all'elenco di divulgazione degli ingredienti Commenti: L'identità chimica e la concentrazione di questo ingrediente devono essere divulgate sulla scheda di sicurezza se è presente a una concentrazione pari o superiore all'1,0% in un controllo del prodotto.
Trasporto
40    3089    Codice Kemler: 40  : solido infiammabile o materiale autoreattivo o autoriscaldante Numero ONU  : 3089  : POLVERE METALLICA INFIAMMABILE, Classe NSA : 4.1 Etichetta: 4.1  : Solidi infiammabili, materie autoreattive e solidi esplosivi desensibilizzati Imballaggio: Gruppo di imballaggio II  : materiali moderatamente pericolosi;
Unità di SI e STP se non diversamente indicato.

Il tungsteno è l' elemento chimico di numero atomico 74, simbolo W (il tedesco Wolfram ). Il suo nome in francese deriva dallo svedese tung ( "pesante" ) e sten ( "pietra" ) e quindi significa "pietra pesante".

Il tungsteno si trova in molti minerali come la wolframite e la scheelite . Il singolo corpo in tungsteno è un metallo di transizione grigio-acciaio-bianco molto duro e pesante. Nella sua forma pura, è utilizzato principalmente nelle applicazioni elettriche ( filamenti di lampade ad incandescenza ), ma sotto forma di composti o leghe , ha molte applicazioni, come la produzione di utensili che richiedono grande durezza (punte, polveri abrasive,  ecc. ) .

Il tungsteno ha 35 isotopi noti, con numeri di massa che variano tra 158 e 192, nonché 11  isomeri nucleari . Tra questi isotopi, quattro sono stabili , 182 W, 183 W, 184 W e 186 W, e insieme a 180 W costituiscono un radioisotopo molto longevo (emivita di 1,8×10 18  anni), l'intero tungsteno naturale, in proporzioni variabili dal 14 al 30% (0,12% per 180 W). Come tutti gli elementi più pesanti dello zirconio , il tungsteno è teoricamente instabile e si ritiene che tutti i suoi isotopi stabili siano debolmente radioattivi, decadendo per emissione α nei corrispondenti isotopi di afnio . Al tungsteno viene assegnata una massa atomica standard di 183,84 (1)  u .

Caratteristiche notevoli

Il tungsteno puro è un metallo duro che varia dal grigio acciaio al bianco peltro . Può essere tagliato con un seghetto quando è molto puro, ma è fragile e difficile da lavorare quando è impuro, e normalmente viene lavorato per forgiatura, estrusione o stiramento. Questo elemento ha il punto di fusione più alto ( 3422  °C ) di tutti i metalli, la pressione di vapore più bassa e la massima resistenza alla trazione di tutti i metalli a una temperatura superiore a 1650  °C , il suo modulo di Young è 406  GPa . A causa del suo punto di fusione molto elevato, il tungsteno non viene fuso ma sinterizzato ad alta temperatura così come alcuni dei suoi composti come il carburo di tungsteno . La sua resistenza alla corrosione è ottima e può essere solo leggermente attaccata dagli acidi minerali . Il tungsteno metallico forma uno strato protettivo di ossido quando esposto all'aria. Se aggiunto in piccole quantità alle leghe di acciaio, ne aumenta la durezza.

Tutti gli isotopi naturali del tungsteno sono teoricamente considerati radioattivi che emettono alfa con emivite molto elevate, ma questo è stabilito solo per il tungsteno 180 . Il tungsteno naturale è quindi stabile per le applicazioni comuni.

Storia

Il primo ad aver ipotizzato l'esistenza del tungsteno fu Peter Woulfe , nel 1778 , quando stava esaminando la wolframite .

Ha poi stabilito che questo minerale deve contenere una sostanza sconosciuta. Nel 1781 , Carl Wilhelm Scheele stabilì che dalla tungstenite si poteva formare un nuovo acido . Scheele e Tobern Bergman hanno suggerito che deve essere possibile ottenere un nuovo metallo riducendo questo acido. I fratelli Juan José e Fausto de Elhúyar scoprirono, nel 1783 , un nuovo acido derivato dalla wolframite identico all'acido tungstico . A Bergara , in Spagna , poco dopo quello stesso anno, i due fratelli riuscirono ad isolare il tungsteno riducendo l'acido con carbone . A loro è stata attribuita la scoperta dell'elemento.

Produzione e riserve

La produzione annua di tungsteno nel 2008 è stata di 55.900  t . Le riserve sono stimate in 2,8 milioni di  t , che rappresentano cinquant'anni di produzione annua.

Il tungsteno si trova nella wolframite che è un tungstato di ferro manganese, (FeW O 4 / MnWO 4 ), scheelite ( tungstato di calcio , CaWO 4 ), ferberite e hübnerite . Importanti giacimenti di questi minerali si trovano in Perù, Bolivia , California , Cina , Colorado ( USA ), Portogallo , Russia e Corea del Sud . La Cina ha prodotto l'84% dell'offerta mondiale nel 2006. Il metallo viene prodotto commercialmente per riduzione dell'ossido di tungsteno con idrogeno o carbonio .

Tossicologia, ecotossicologia

La controversia sulle conseguenze tossicologiche ed ecotossicologiche dell'uso dell'uranio impoverito nelle munizioni della Guerra del Golfo e della Guerra dei Balcani ha portato alla valutazione di altri materiali pesanti utilizzati nelle munizioni perforanti, comprese le leghe di tungsteno (HMTA), che sono state propagandate come "non- alternative tossiche” all'uranio.

È stato poi dimostrato in laboratorio che l' iniezione ( intramuscolare ) di microparticelle HMTA (contenenti 91,1% di tungsteno, 6% di cobalto e 2,9% di nichel ) in ratti da laboratorio provocava rapidamente la comparsa di tumori con tumori metastatici aggressivi nel sito di impianto, senza tuttavia comprendere i meccanismi cellulari e molecolari coinvolti. Tuttavia, i soldati durante le esercitazioni o in situazioni di combattimento e i civili durante le guerre possono inalare tali particelle (emesse all'impatto).

Instillazione intratracheale (inalazione forzata) in gruppi di ratti di una miscela omologa di polveri metalliche di WNiCo (92% tungsteno, 5% nichel e 3% cobalto), WNiFe (92% tungsteno, 5% nichel e 3% ferro), metalli puri , o un prodotto neutro (soluzione salina) intratracheale nei ratti ha anche mostrato tossicità polmonare (valutata mediante analisi citologica, dall'attività della lattato deidrogenasi , dal contenuto di albumina e dal livello di citochine infiammatorie nel liquido di lavaggio broncoalveolare 24 h dopo l'instillazione). Questi prodotti inducevano infiammazione polmonare e l'espressione di marker di stress ossidativo e metabolico, con produzione di radicali liberi tossici e danno polmonare.

Per cercare di spiegare tre casi di cluster di leucemia infantile comparsi negli Stati Uniti (tra cui Fallon , Sierra Vista e Elk Grove ) uno studio ha misurato i metalli e i metalloidi "archiviati" negli anelli degli alberi durante la loro crescita ( dendrochimica ) per trovare se questi bambini o i loro genitori sono stati esposti in modo anomalo e di recente a un metallo o metalloide (o più). Nel bosco degli alberi di tutti i siti interessati, tra i tanti elementi misurati, solo il tungsteno era aumentato negli anni (raddoppiando in un caso). Uno studio CDC sui tessuti umani dei residenti di Fallon ha mostrato livelli elevati di tungsteno e anche uno studio USGS sull'acqua potabile della città ha mostrato un alto contenuto di tungsteno. L'aria esterna filtrata a Sierra Vista conteneva anche più tungsteno rispetto a diverse aree limitrofe (Arizona meridionale). Diversi studi hanno mostrato almeno un possibile legame tra tungsteno e leucemia (o cancro più in generale).

Applicazioni

Il tungsteno ha un gran numero di usi, il più comune è sotto forma di carburo di tungsteno (WC) e sub-carburo di tungsteno (W 2 C), che viene utilizzato nella produzione di parti soggette a usura nell'industria metallurgica, mineraria e petrolifera. Il tungsteno viene utilizzato nella fabbricazione dei filamenti delle lampadine e dei tubi catodici dei televisori, nonché in quella degli elettrodi , i filamenti finissimi che si possono produrre con questo metallo ad altissimo punto di fusione.

Altri usi:

• Il suo punto di fusione molto alto rende il tungsteno particolarmente adatto in un contesto di temperature molto elevate, come il rientro atmosferico di un veicolo spaziale o il divertore del reattore termonucleare ITER .
• La durezza e la densità di questo metallo lo rendono ideale per realizzare leghe di metalli utilizzati in armi, dissipatori di calore, nonché pesi e contrappesi.
• Le parti soggette a usura utilizzate, ad esempio negli utensili ad alta velocità, utilizzano spesso tungsteno e leghe di acciaio che possono contenere fino al 18% di tungsteno.
• I composti di tungsteno sono usati come catalizzatore , pigmento inorganico . Il disolfuro di tungsteno  (en) viene utilizzato come lubrificante stabile sopra i 500  °C .
• Il tungstato di sodio ( numero CAS  : 10213-10-2 ) fa parte del reagente  di Folin Denis (en) .
• Poiché il suo coefficiente di espansione è equivalente a quello del vetro borosilicato , viene utilizzato per effettuare saldature vetro-metallo (elettrodi, passaggi elettrici).
• Di superleghe contenitori di tungsteno vengono utilizzati per realizzare pale di turbine, utensili in acciaio e impiallacciatura.
• Viene utilizzato come elettrodo refrattario nella saldatura TIG .
• Anche i contatti d'arco degli interruttori di alta tensione sono parzialmente realizzati in tungsteno per resistere all'alta temperatura di un arco elettrico.
• DIME ( Dense Inert Metal Explosive ), una nuova arma molto potente per uccidere un essere umano causando danni in un raggio molto limitato di pochi metri.
• È anche usato per penetratori di energia cinetica (o proiettili di freccia) a causa del suo alto punto di fusione e della sua densità.
• Sfere per penna a sfera a forma di carburo di tungsteno, prima che fossero realizzate in acciaio inossidabile dal 1961.
• Il 14/12/2016, un tokamak , un reattore termonucleare sperimentale, un modello in scala di ITER a Cadarache (Bouches-du-Rhône), ha prodotto plasma (gas riscaldato a diversi milioni di gradi) in una camera a vuoto di tungsteno. Primo passo verso la fusione nucleare per produrre energia.
• Gli anodi dei tubi a raggi X sono spesso realizzati in tungsteno, solitamente in combinazione con renio e tantalio .

Raccolta differenziata

Il 34% del tungsteno consumato nel mondo proviene dal riciclaggio. A parte il riciclo degli scarti di produzione, che rappresenta il 10% del tungsteno consumato nel mondo, il riciclo riguarda il resto dei prodotti a fine vita, per i quali esistono principalmente quattro processi:

Questa tecnica, che utilizza prodotti chimici, rigenera il tungsteno producendo tungsteno che non può essere distinto dal minerale iniziale. Consente di recuperare contemporaneamente il cobalto , il tantalio e il niobio presenti nei rifiuti.

Questa tecnica, che utilizza tungsteno di scarto nella produzione di leghe, produce acciaio , stelliti , superleghe , carburi di tungsteno colati, ferrotungsteno o leghe di tungsteno.

Questa tecnica utilizza metodi chimici o fisici che non modificano la composizione di base del tungsteno, che viene scomposto in polvere. Ricicla carburi di tungsteno, carburi di cobalto, tantalio e altri carburi.

Questa tecnica consiste nella dissoluzione chimica.

Note e riferimenti

Appunti

1. è teoricamente accettato che tutti tungsteno isotopi devono essere radioattivi e devono decadere emettendo α radiazione con comunque molto elevati periodi (> 10 18  a = 1 miliardo di miliardi di anni , ma questo non è stato sperimentalmente stabilito nel 2009 che per il tungsteno 180
2. HTMA: acronimo di leghe di tungsteno di metalli pesanti .

Riferimenti

1. (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics , CRC Press Inc,2009, 90 °  ed. , 2804  pag. , Copertina rigida ( ISBN  978-1-420-09084-0 )
2. (in) Beatriz Cordero Verónica Gómez, Ana E. Platero-Prats, Marc Revés Jorge Echeverría, Eduard Cremades, Flavia e Santiago Barragan Alvarez , "  Radi covalenti rivisitati  " , Dalton Transactions ,2008, pag.  2832 - 2838 ( DOI  10.1039/b801115j )
3. (in) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics , CRC,2009, 89 °  ed. , pag.  10-203
4. (en) National Nuclear Data Center , "  Carta interattiva dei nuclidi (Nudat2.5)  " (consultato il 22 giugno 2009 )
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6. Database Chemical Abstracts interrogato tramite SciFinder Web 15 dicembre 2009 ( risultati della ricerca )
7. Entry "Tungsteno, Polvere" nel database chimica GESTIS dell'IFA (ente tedesco responsabile per la sicurezza sul lavoro e la salute) ( tedesco , inglese ), si accede 6 Luglio 2018 (JavaScript necessario)
8. "  Tungsteno  " nel database dei prodotti chimici Reptox del CSST (organizzazione del Quebec responsabile per la sicurezza e la salute sul lavoro), accesso 25 aprile 2009
9. Fornitori di tungsteno e suoi composti su Kompass.com .
10. Secondo USGS .
11. http://www.malaga.ca/
12. Arnaud de la Grange, “  “Pechino gioca con l'arma delle terre rare  ”  ”, Le Figaro , 25 ottobre 2010
13. (in) Erik Q. Roedel, Danielle E. Cafasso, Karen Lee WM, Lisa Pierce, Tossicità polmonare dopo esposizione a particelle di lega di tungsteno di metalli pesanti rilevanti per i militari , Tossicologia e farmacologia applicata , vol.  259, n .  1, 15 febbraio 2012, pag.  74-86 sommario )
14. Sheppard PR & Witten ML (2003) forestale di alberi urbani in un'analisi esposizione ambientale di aree a grappolo leucemia infantile . In AGU Fall Meeting Abstracts (dicembre) ( riassunto )
15. "  Iter fa un altro passo verso la fusione nucleare  " , su lesechos.fr ,16 gennaio 2017(consultato il 30 agosto 2017 )
16. Associazione internazionale dell'industria del tungsteno , Tungsteno , 2009.
17. ADEME , "Studio del potenziale di riciclo dei metalli rari", 1 a  parte, p.  207 .

Vedi anche

Articoli Correlati

• Acetilene idratasi , metalloproteina di tungsteno
• Metallo refrattario
• Partinium

link esterno

• BRGM Panorama 2011 del mercato del tungsteno ,luglio 2012
• ADEME , "Studio del potenziale di riciclo di metalli rari" , 1 °  parte, tungsteno record di p.  201-208
• (it) International Tungsten Industry Association , informazioni su fonti, proprietà e usi del tungsteno
• (it) "  Dati tecnici per il tungsteno  " (consultato il 15 agosto 2016 ) , con i dati noti per ciascun isotopo nelle sottopagine