細胞骨架

[拼音]:wu

[外文]:tungsten

一種化學元素,化學符號W,原子序數 74,原子量183.85,屬週期系ⅥB族。

詞源

鎢有兩個外文名稱,即wolfram和tungsten。wolfram來源於德文,原意為“菸灰和汙垢”。英美等國通常把鎢稱為tungsten,這個名詞來源於瑞典文,原意為“沉重的石頭”。1959年國際純粹與應用化學聯合會曾提出統一採用wolfram這個名詞,然而英美等國仍採用tungsten。現在兩個名稱都被主要的科學團體所承認。

發現

1781年瑞典化學家C.W.舍勒從白鎢礦中分離出一種新的氧化物,定名為鎢酸。1783年西班牙化學家J.J.埃盧亞爾和F.埃盧亞爾兄弟從黑鎢礦中也分離出鎢酸;同年他們用焦炭粉將鎢酸還原,首次獲得不純的金屬鎢。

存在

鎢在地殼中的含量為 1.5×10-6%,居第 54位。自然界中大部分鎢礦都是鎢酸鹽。主要的鎢礦為白鎢礦和錳鐵鎢礦。白鎢礦幾乎由純的鎢酸鈣CaWO4組成,含80.6%的WO3和少量MoO3雜質。錳鐵鎢礦主要含不同比例的鐵(Ⅱ)和錳(Ⅱ)的鎢酸鹽(Fe,Mn)WO4,FeO含量大於20%的樣品稱鐵鎢礦,MnO含量大於20%的樣品稱錳鎢礦,介於它們之間的叫做錳鐵鎢礦。鎢礦的主要產地在中國,約佔世界總儲量的50%以上。南朝鮮、緬甸等亞洲和太平洋沿岸的國家也有蘊藏。

自然界中存在五種鎢的穩定同位素,質量數為:180、182、183、184和186。已人工製得八种放射性同位素,其中鎢188的半衰期最長,為65天。

物理性質

塊狀鎢為銀白色或錫白色體心立方結構的金屬;具有高熔點、高強度和較大的彈性模量;熔點3410℃,沸點5660℃,相對密度19.35(20℃)。粉末狀鎢呈灰色或黑色。

化學性質

鎢的電子構型為(Xe)4f145d46s2,氧化態有 0、+1、±2、+3、+4、+5、+6,其中最穩定的為+6。鎢的抗氧化能力隨相應條件不同而變化很大。比表面為5米2/克的鎢粉會引起著火;而塊狀金屬鎢在室溫下氧化速率卻很慢。鎢在低溫下形成棕色和藍黑色的較低價氧化物,它們比高溫時生成的非粘附性黃色三氧化鎢惰性更大。在紅熱條件下,鎢與水或水蒸氣迅速反應,生成三氧化鎢。在真空和250~300℃條件下,鎢與氯氣反應生成六氯化鎢;如有空氣或水氣存在,則生成氧氯化鎢WOCl4。一般,鎢在室溫下能與氟進行反應;在紅熱和無潮氣條件下能與溴生成五溴化鎢,與碘只能生成二碘化鎢。

鎢與氫氟酸不發生反應;熱硝酸易將鎢氧化成黃色的三氧化鎢;熱的濃鹽酸和硫酸與金屬鎢僅起微弱的反應。硝酸和氫氟酸的混合酸與鎢反應,生成三氧化鎢。室溫下,王水與金屬鎢能起特殊的氧化作用。純鎢對熔融的氫氧化鈉穩定;當氫氧化物中含有鹼金屬的硝酸鹽、亞硝酸鹽、氯酸鹽,二氧化鉛或其他氧化劑時,會加速氫氧化鈉對鎢的腐蝕反應。鎢與熔融的硝酸鹽、亞硝酸鹽和過氧化氫能起激烈的反應;與熔融的硫、磷反應很緩慢,但與它們的蒸氣反應激烈。高溫下,鎢與碳、硼和矽形成二元化合物。溫度高於1500℃時, 鎢不與氮反應,若將鎢與氨加熱至700~800℃,則生成W2N。金屬鎢與氫不起反應,鎢的熱處理和機械加工均可在氫氣氛保護下進行。

製法

(1)白鎢礦的精煉在熱的濃鹽酸中煮解粉碎的鎢精礦,得鎢酸和氯化鈣溶液,經過濾分離和洗滌得鎢酸。 將鎢酸溶解於氨水中, 獲得純的仲鎢酸銨晶體(NH4)10[H2W12O42]·nH2O。仲鎢酸銨易於灼燒成黃色氧化鎢,也可轉化為其他鎢化合物,如偏鎢酸銨等。

(2)錳鐵鎢礦的精煉將錳鐵鎢礦放在強苛性鹼溶液中煮解,形成易溶於水的鎢酸鈉,經純化和分級結晶,得到較純的二水合鎢酸鈉。用鹽酸轉化成鎢酸,然後按處理白鎢礦的方法制得仲鎢酸銨。鎢酸鈉也可用於製備其他含鎢化合物。

(3)金屬鎢的生產 一般硬質合金用碳還原法制備;鎢鐵用鋁熱劑還原法生產;金屬鎢粉用氫氣還原法制得,然後用粉末冶金法制成可鍛性的緻密鎢材和金屬切割用的滲碳的碳化鎢。

應用

鎢廣泛用於製備鎢鋼和碳化鎢。鎢除用作白熾燈絲外,還可用作電子管、X射線管和高溫電爐的發熱元件(鎢絲爐)。鎢銀合金和鎢銅合金是製造刀形開關、斷路器、點焊電極的有效接觸材料。鎢和錸的合金可用作電子管的預熱器和熱電偶絲,還可用於火箭發動機、宇宙飛船和人造衛星的結構元件材料。矽化鎢具有半導體的效能,可製作半導體器件。鎢的氧化物、硫化物和一系列的雜多化合物,在許多生產過程中可作穩定的催化劑。

毒性

有關鎢對人類的毒性尚無正式報道。根據動物試驗,空氣灰塵中可溶性鎢化合物應低於1毫克/米3,不溶性鎢化合物應低於5毫克/米3。錳鐵鎢礦在鹼分解過程中所留下的鎢渣,含有微量的放射性元素,應注意處理。

參考文章

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