Général

Le tungstène [ˈvɔlfram] est un élément chimique avec le symbole d'élément W et le nombre ordinal 74. C'est l'un des métaux de transition, dans le tableau périodique, il est dans le 6e sous-groupe (groupe 6) ou groupe du chrome. Le tungstène est un métal lourd blanc brillant de haute densité, qui est cassant à l'état pur. De tous les métaux purs, il a le point de fusion le plus élevé et le deuxième point d'ébullition le plus élevé. Son utilisation la plus connue est donc le filament dans les ampoules.

Dès le XVIe siècle, le minéralogiste de Freiberg Georgius Agricola a décrit la présence d'un minéral dans les minerais d'étain saxons, ce qui a rendu l'extraction d'étain considérablement plus difficile en raison du scories de la teneur en étain. La partie du nom «loup» vient de cette propriété, car le minéral «mangeait» le minerai d'étain comme un loup. Qu'il s'agisse de wolframite est encore controversé aujourd'hui, car il a parlé de la «légèreté» du minéral. Il a nommé le minéral lupi spumumqui traduit du latin signifie "mousse de loup (s)". Il a ensuite été appelé Wolfram, de mhd. Rām "Suie, saleté", car le minéral noir-gris peut être facilement broyé et vous rappelle ensuite la suie. Son symbole chimique W vient du tungstène.

Le mot commun en anglais, italien et français Tungstène dérive de Tung Sten (Suédois pour «pierre lourde»). Cela ne signifiait pas que Wolfram lui-même (suédois Volfram), mais appelé tungstate de calcium. En 1781, le chimiste germano-suédois Carl Wilhelm Scheele y reconnut un sel jusque-là inconnu. Le tungstène pur a été produit pour la première fois en 1783 par les frères espagnols Faust et Juan José Elhuyar (qui travaillaient sous la direction de Scheele) en réduisant le trioxyde de tungstène, qui est extrait de la wolframite.

Occurrence 

La teneur en tungstène de la croûte terrestre est d'environ 0,0001 g / t ou 0,0064% en poids (valeur de Clarke). Jusqu'à présent, le métal n'a pas pu être prouvé dans la nature (sous forme pure). La "Doklady Akademii Nauk" en Russie a publié un rapport sur le tungstène solide en 1995 sans que cela ait été examiné par la "Commission sur les nouveaux minéraux, la nomenclature et la classification" de l'IMA (CNMNC). Certains minéraux, en particulier les oxydes et les tungstates, sont connus. Les minerais de tungstène les plus importants sont la wolframite (Mn, Fe) WO₄ et Scheelite CaWO₄. Il existe également d'autres minéraux de tungstène, tels que Stolzit PbWO₄ et Tuneptit WO₃ · H₂O.

Les plus gros gisements se trouvent en Chine, au Pérou, aux États-Unis, en Corée, en Bolivie, au Kazakhstan, en Russie, en Autriche et au Portugal. Des minerais de tungstène peuvent également être trouvés dans les monts Métallifères. Les gisements mondiaux sûrs et probables sont actuellement de 2,9 millions de tonnes de tungstène pur.

L'occurrence connue de tungstène la plus importante en Europe se trouve dans le Felbertal dans le Hohe Tauern (état de Salzbourg en Autriche).

Promotion dans le monde entier 

En 2006, la production mondiale de tungstène pur était de 73.300 80 tonnes. La Chine est de loin le plus gros producteur de tungstène. Plus de 2006% du tungstène produit dans le monde y est fabriqué. Les états avec la plus forte production de tungstène (XNUMX):

Promotion en Autriche

En Autriche, la scheelite de minerai de tungstène a été découverte pour la première fois en 1815/16 sur le gisement d'or de Schellgaden dans la municipalité de Muhr (état de Salzbourg). En conséquence, de beaux cristaux de scheelite, parfois de plusieurs centimètres, ont été trouvés dans de nombreuses crevasses du Hohe Tauern. Aucune de ces découvertes n’avait d’utilité pratique. Le grand gisement du Felbertal est resté inconnu pour le moment.

En 1950, on apprit que de plus grandes quantités de scheelite apparaissaient dans le gisement de magnésite sur le Wanglalm près de Lanersbach / Tux (Tyrol) à l'arrière du Zillertal, qui était exploité depuis 1927. C'était de la scheelite grossière intercalée avec de la magnésite et du quartz. Au cours des années suivantes, environ 10.000 1,8 tonnes de minerai avec une teneur moyenne en oxyde de tungstène de 1960% ont été extraites, ce qui représente une qualité élevée unique au monde. En raison du faible prix du marché, l'extraction du tungstène a été arrêtée à la fin des années 1971, mais a repris en 1976 et s'est poursuivie jusqu'à la fermeture de la mine de magnésite en XNUMX.

1967 a finalement été découvert la plus grande Europe Scheelitvorkommen dans le Felbertal. Les fragments de minerai présents dans les flux ont été tracés en utilisant une lumière UV (fluorescents Scheelite). Les travaux d'exploration difficiles dans les hautes montagnes (site minier le plus haut sur Brentling à 2100 au niveau de la mer) ont débuté. Depuis le début de 1971 jusqu'au milieu de 1976, l'exploitation minière a été temporairement suspendue en raison du faible prix du tungstène sur le marché.

Le minerai de tungstène du Felbertal est traité à proximité de Mittersill. De là, le concentré de scheelite atteint Sankt Martin im Sulmtal (Styrie). Sur le site de la mine souterraine de lignite de Pölfing-Bergla, qui a été fermée en 1976, une fonderie de tungstène a été construite, dans laquelle de l'oxyde de tungstène, du tungstène métallique et de la poudre de carbure de tungstène sont produits à partir de concentrés de plusieurs pays depuis 1977.

Les processeurs allemands les plus importants sont HC Starck et le Longyear GmbH.

Extraction et présentation

Le tungstène ne peut pas être obtenu à partir de minerais oxydés par réduction au charbon, car il en résulte du carbure de tungstène.

L'ajout d'une solution ammoniacale crée un complexe appelé paratungstate d'ammonium (APW). Celui-ci est filtré puis converti en trioxyde de tungstène relativement pur à 600 ° C. Oxyde de tungstène (VI) (WO₃), qui est réduit en tungstène gris acier à 800 ° C sous atmosphère d'hydrogène:

Cela crée de la poudre de tungstène grise, qui est généralement compactée dans des moules et frittée électriquement en barres. À des températures supérieures à 3400 ° C, un métal de tungstène compact peut être fondu dans des fours électriques spéciaux avec une atmosphère d'hydrogène réducteur (processus de fusion par zone).

Propriétés 

Propriétés physiques

Le tungstène est un métal blanc brillant qui peut être étiré à l'état pur et qui présente une dureté, une densité et une résistance élevées. La densité est presque la même que celle de l'or, la dureté Brinell est de 250 HB, la résistance à la traction 550-620 N / mm² (doux) jusqu'à 1920 N / mm² (dur). Le métal existe dans une modification α cubique stable centrée sur le corps avec un espacement de plan de réseau (= constante de réseau) de 316 pm à température ambiante. Ce type de structure cristalline est souvent appelé le type de tungstène. Avec un comme β-modification métastable de tungstène (déformé cubique centré sur le corps), par contre, c’est l’oxyde riche en tungstène W₃O.

Après l'élément carbone, le tungstène a le deuxième point de fusion le plus élevé de tous les éléments chimiques à 3422 ° C. Le point d'ébullition de 5555 ° C n'est dépassé que par le rhénium de métal rare à 5596 ° C de 41 K.

Le métal est un supraconducteur avec une température de transition de 15 mK.

Propriétés chimiques

Le tungstène est un métal chimiquement très résistant qui n'est guère attaqué même par l'acide fluorhydrique et l'eau régale (au moins à température ambiante). Cependant, il se dissout dans des mélanges d'acide fluorhydrique et nitrique et des mélanges fondus de nitrates et carbonates alcalins.

isotope 

33 isotopes et 5 isomères nucléaires sont connus du tungstène. Parmi ceux-ci, 5 isotopes sont présents dans la nature ¹⁸⁰W, ¹⁸²W, ¹⁸³W, ¹⁸⁴W et ¹⁸⁶W. L'isotope de tungstène ¹⁸⁴W a la plus grande fréquence. Les 5 isotopes naturels ont été considérés comme stables pendant longtemps. Ce n'est qu'en 2004 que l'expérience CRESST au Laboratori nazionali del Gran Sasso a réussi à prouver que l'isotope était un résultat secondaire de la recherche de matière noire. ¹⁸⁰W est sujet à la désintégration alpha. La demi-vie est extrêmement longue de 1,8 billion d'années, de sorte que cette désintégration ne peut pas être détectée dans un environnement de laboratoire normal. La radioactivité de cet isotope naturel est si faible qu'elle peut être ignorée à toutes fins pratiques. En revanche, les isotopes radioactifs artificiels du tungstène ont des demi-vies courtes entre 0,9 ms ¹⁸⁵W et 121,2 jours à ¹⁸¹W.

Utiliser

L'application la plus importante du tungstène, en raison de son point de fusion élevé, est dans l'industrie de l'éclairage comme filament dans les lampes à incandescence et comme électrode dans les lampes à décharge et les tubes électroniques.

Dans les ampoules, on utilise le fait que la conductivité électrique du tungstène est nettement inférieure à celle des métaux conducteurs cuivre et aluminium. En conséquence, le filament de tungstène fin chauffe jusqu'à ce qu'il brille, tandis que les fils plus épais constitués des métaux conducteurs chauffent à peine.

Il a sa deuxième grande importance en tant que métal d'alliage dans la métallurgie du fer. Il forme des carbures de tungstène dans les aciers à outils, ce qui augmente la dureté secondaire.

En raison de sa haute densité, il est utilisé pour les poids d'équilibrage et pour la protection contre les radiations. Bien que sa densité et donc son effet de blindage soient beaucoup plus élevés que celui du plomb, il est moins utilisé que le plomb à cette fin, car il est plus coûteux et difficile à traiter. De plus, en raison de la haute densité du tungstène, certaines armées utilisent des munitions anti-blindage avec un noyau de projectile en carbure de tungstène au lieu de l'uranium appauvri moins cher mais radioactif et toxique. Pendant la Seconde Guerre mondiale, le tungstène était important pour la construction de la grenade char allemande 40, qui avait un noyau en tungstène. À l'avenir, des munitions à noyau en tungstène seront utilisées par le nouveau véhicule de combat d'infanterie Puma, qui doit remplacer le Marder.

En raison de sa résistance élevée à la corrosion, le tungstène peut également être utilisé comme matériau pour les équipements des usines chimiques. Cependant, en raison de la faible usinabilité du tungstène (le tungstène ne peut être soudé que par laser ou par faisceau d'électrons), ce mode de réalisation est rarement utilisé. Il en va de même pour une application envisageable dans le domaine de la technologie médicale.

En physiologie, en particulier en neurophysiologie, les microélectrodes de tungstène sont utilisées pour les enregistrements extracellulaires.

De plus, les électrodes pour les procédés de soudage sont fabriquées à partir de tungstène. Par exemple, dans le soudage par résistance, en particulier lors du soudage de matériaux tels que le cuivre, le bronze ou le laiton. Toujours dans le soudage universel TIG (Tungsten Inert Gas), une électrode est en tungstène ou en un alliage de celui-ci. Ces électrodes ne sont pas fondues pendant le processus de soudage. L'arc brûle comme plasma dans un gaz protecteur entre l'électrode et le composant. Le matériau de remplissage est fourni séparément sous forme de tiges.

Dans le sport, le tungstène est utilisé pour fabriquer des canons de haute qualité pour les fléchettes, dans le tir à l'arc, il est utilisé pour fabriquer des pointes pour des flèches spéciales, et les têtes de marteau sont parfois en tungstène pour réduire la résistance de l'air et le rayon de rotation pour le lancer du marteau. De plus, des plaques de tungstène sont utilisées comme poids supplémentaires en Formule 1 afin d'atteindre le poids minimum prescrit des voitures de Formule 1 (y compris l'huile, les freins et le liquide de refroidissement, ainsi que les pilotes en combinaison de course et avec un casque) de 620 kg (à partir de 2010). En voile aussi, il est utilisé depuis un certain temps dans les bombes de quille des grands coureurs. La résistance à l'eau est considérablement réduite en raison de la densité plus élevée par rapport aux matériaux conventionnels tels que le plomb ou la fonte. Il existe également des raquettes de tennis qui ont des fibres de tungstène incorporées dans leur maille de cadre en carbone. De cette manière, des zones spécifiques du cadre de la raquette peuvent être stabilisées en plus afin d'augmenter la précision de jeu.

Dans la pêche à la mouche, les nymphes et les banderoles (appâts pêchés sous l'eau) sont lestées de billes de tungstène qui ont été percées et poussées sur la tige de l'hameçon, de sorte qu'elles plongent plus vite et plus profondément.

Les cordes pour instruments de musique sont parfois enroulées avec du tungstène pour augmenter leur poids et ainsi réduire la hauteur.

Le tungstène est également utilisé dans les diagnostics par rayons X comme matériau cible dans l'anode. le - et -Les lignes du rayonnement X caractéristique sont d'environ 59 keV et 67 keV.

Dans la microscopie à effet tunnel, le tungstène est souvent utilisé comme matériau pour la pointe de la sonde.

Depuis le début du 21ème siècle, le carbure de tungstène, appelé à tort tungstène, a également été utilisé dans les bijoux (bijoux en tungstène), par ex. B. anneaux traités. Ceci est très facile à déterminer à partir de la dureté et de la densité. Le WC a une dureté Mohs de 9,5, le tungstène seulement 7,5. Jusqu'à présent, toutes les pièces de joaillerie sur le marché étaient en carbure de tungstène.

Physiologie 

Le tungstène est utilisé comme bio-élément positif par des bactéries anaérobies du type Eubacterium acidaminophilum utilisé et incorporé comme cofacteur dans certaines enzymes. E. acidaminophilum est une bactérie en fermentation d'acides aminés qui utilise le tungstène dans les enzymes formate déshydrogénase et aldéhyde déshydrogénase. Dans ces organismes, le tungstène remplace le molybdène car il est beaucoup plus courant dans leur milieu naturel (évents volcaniques sur le fond marin).

toxicologie 

Selon l'état actuel des connaissances, le tungstène et ses composés sont considérés comme physiologiquement inoffensifs. Le cancer du poumon chez les travailleurs des usines de production ou de transformation de métaux durs est attribué au cobalt également présent.

Dans le modèle animal, il a été constaté que la plus grande quantité de composés de tungstène ingérés par voie orale est rapidement excrétée dans l'urine. Une petite partie du tungstène entre dans le plasma sanguin et de là dans les érythrocytes. Il se dépose ensuite dans les reins et le système osseux. Trois mois après l'administration, la plupart des très petites quantités de tungstène absorbées par l'organisme se retrouvent dans les os.

En 2003, à Fallon / Nevada avec 16 enfants atteints de leucémie depuis 1997 et à Sierra Vista / Arizona avec neuf enfants également atteints d'un cancer du sang, deux soi-disant grappes de cancers - une zone locale avec un taux de cas de cancer supérieur à la moyenne - ont été identifiés. Dans les deux endroits, l'eau potable a des concentrations exceptionnellement élevées de tungstène. Des concentrations de tungstène considérablement accrues ont été détectées dans l'urine du grand public. Les deux endroits sont connus pour leurs gisements de minerai de tungstène. Dans les enquêtes ultérieures du Center for Disease Control (CDC), qui ont duré environ un an, aucun lien direct entre le tungstène et la leucémie n'a pu être établi. Le tungstène n'a montré aucun effet cancérigène dans aucune méthode d'essai, et aucun groupe de cancers n'a été trouvé dans d'autres endroits du Nevada avec des valeurs de tungstène aussi élevées dans l'urine de la population.

Sicherheitshinweise 

Sous forme de poudre ou de poussière, il est facilement inflammable, ininflammable sous une forme compacte.

Liens 

oxyde 

Le tungstène forme plusieurs oxydes. Entre le membre initial:

• WO oxyde de tungstène (VI)₃ - jaune citron

et le dernier membre:

• WO oxyde de tungstène (IV)₂ - marron

Y a-t-il d'autres oxydes intermédiaires?

• W₁₀O₂₉ bleu-violet, plage d'homogénéité WO_2,92-Où_2,88
• W₄O₁₁ rouge-violet, plage d'homogénéité WO_2,76-Où_2,73
• W₁₈O₄₉Où_2,72
• W₂₀O₅₀Où_2,50

Autres composés

• Tungstate de sodium Na₂WO₄
• Tungstate de zirconium ZrW₂O₈ présente une anomalie lorsqu'il est chauffé.
• Bronzes tungstène M_xWO₃; M = métal alcalin, métal alcalino-terreux, lanthanoïde, environ 0.3 <x <0.9 ont une conductivité électrique et sont intenses et de couleur différente en fonction de la teneur en métal.
• Tungstate de calcium CaWO₄ est connu comme un minéral sous le nom de Scheelite.
• Le carbure de tungstène WC est un composé de type métal extrêmement dur. Il existe également du carbure de diwungstène W₂C.
• Hexafluorure de tungstène WF₆
• Plomb tungstate PbWO₄
• Disulfure de tungstène WS₂ Utiliser comme lubrifiant sec (similaire au MoS₂)

Utilisation des composés

Le carbure de tungstène est utilisé comme réflecteur de neutrons dans les armes nucléaires pour réduire la masse critique. Les carbures de tungstène (métal dur) sont utilisés dans le traitement des matériaux en raison de leur dureté élevée.

Les tungstates sont utilisés pour imprégner les tissus pour les rendre ignifuges.

Les couleurs au tungstène sont utilisées aussi bien dans la peinture que dans l'industrie de la céramique et de la porcelaine.

Le tungstate de plomb est utilisé comme scintillateur moderne en physique des particules.

Général
Nom, symbole, numéro atomique	Tungstène, W, 74
La Gamme	Les métaux de transition
Groupe, période, bloc	6, 6, j
Apparence	blanc grisâtre, brillant
numéro CAS	7440-33-7
Fraction de masse de la coquille de terre	64 ppm
nucléaire
masse atomique	183,84 unités
Rayon atomique (calculé)	135 (193) après-midi
Rayon covalent	162 pm
configuration électronique	[Xe] 4f145d46s2
1. ionisation	770 kJ / mol
2. ionisation	1700 kJ / mol
physiquement
L'état physique	fest
la structure cristalline	cubique centré sur le corps
densité	19,3 g / cm3 (20 ° C)
dureté Mohs	7,5
magnétisme	paramagnétique ( = 7,8 10-5)
point de fusion	3695 K (3422 ° C)
point d'ébullition	5828 K (5555 ° C)
Volume molaire	9,47 · 10-6 m3/ mol
Chaleur de vaporisation	824 kJ / mol
la chaleur de fusion	35,4 kJ / mol
vitesse du son	5174 m/s
Capacité thermique spécifique	138 J / (kg · K)
Conductivité électrique	18,52 · 106 A / (V · m)
conductivité thermique	170 W / (m K)
Chimique
états d'oxydation	6, 5, 4, 3, 2
potentiel normal	−0,119 V (WO2 + 4H+ + 4e- → W + 2H2O)
électronégativité	2,36 (échelle de Pauling)
isotope
isotope NH t1/2 ZA ZE (MeV) ZP 178W {Syn.} 21,6 j ε 0,091 178Ta 179W {Syn.} 37,05 minutes ε 1,060 179Ta 180W 0,13% 1,8 · 1018 a α 2,516 176Hf 181W {Syn.} 121,2 j ε 0,188 181Ta 182W 26,3% stable 183W 14,3% stable 184W 30,67 % stable 185W {Syn.} 75,1 j β- 0,433 185Re 186W 28,6% stable 187W {Syn.} 23,72 heures β- 1,311 187Re 188W {Syn.} 69,4 j β- 0,349 188Re
propriétés RMN
Spin γ dans rad * T-1· s-1 Er(1H) fL à W = 4,7 T en MHz 183W 1/2 1,128 · 107 1,07 · 10-5 4,166
Sicherheitshinweise
poudre d'étiquetage SGH substances dangereuses

Phrases H et P de danger H: 228EUH: pas de taux EUHP: 210-​240-​241-​280-​370+378 Gefahrstoffkennzeichnung

léger inflammable

(F)

Poudre Phrases R et S R: 11S: 43

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