Tungsteno W

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INFORMAZIONI GENERALI SULL'ELEMENTO

Il tungsteno (anche detto volframio o wolframio) è l'elemento chimico di numero atomico 74, il suo simbolo è W.
È un metallo di transizione duro, pesante, di colore da bianco a grigio-acciaio, noto per le sue buone proprietà reologiche. Si trova in numerosi minerali, tra cui la wolframite e la scheelite. In forma pura trova ampio impiego in applicazioni elettriche ed i suoi composti sono ampiamente usati nell'industria. L'esempio più notevole del suo utilizzo è la produzione dei filamenti delle lampadine (questo è dovuto al fatto che è il metallo con il più alto punto di fusione), ma le sue leghe sono usate anche nell'industria aerospaziale.

Il tungsteno puro ha un colore che varia dal grigio acciaio al bianco, ed è molto duro. Si può tagliare molto facilmente quando è puro, mentre è molto fragile e difficile da lavorare nel suo stato grezzo.
Viene ottenuto tramite sinterizzazione in quanto dotato di una temperatura di fusione troppo elevata per poter essere colato. Successivamente, viene lavorato tramite forgiatura, trazione o estrusione.
Dopo il carbonio, il punto di fusione del tungsteno è il più alto di tutti gli elementi puri (3422 °C): sue sono anche la più bassa pressione di vapore e la più alta resistenza alla trazione a temperature oltre i 1650 °C fra tutti i metalli esistenti. Ha un’ottima resistenza alla corrosione: la maggior parte degli acidi minerali lo intacca solo debolmente. Sul tungsteno metallico si forma uno strato protettivo di ossido se esposto all'aria, ma questa protezione viene meno alle alte temperature. Viene facilmente ossidato, sia puro che sotto forma di carburo dall'azione dell'acqua ossigenata.
Quando viene aggiunto all'acciaio, il tungsteno ne aumenta notevolmente la durezza.

CARATTERISTICHE FISICHE E CHIMICHE

Simbolo elemento W
Numero atomico 74
Massa atomica relativa 183.84
Temperatura di fusione 3410 °C
Temperatura di ebollizione 5660 °C
Sato di aggregazione Solido
Densità (20°C) 19.26 g/cm3
Numero di ossidazione 0,2,3,4,5,6
Elettronegatività 1.4
Energia di prima ionizzazione
Raggio atomico 139 pm
Configurazione elettronica [Xe]4f145d46s2
Energia di ionizzazione [eV] 7.864 eV
Conducibilità elettrica
Percentuale nella composizione della massa terrestre 0.006 %
Composizione isotopica W-180 0.12%
W-182 26.50%


CENNI STORICI

Il nome "tungsteno" (o "tunsteno") deriva dallo svedese tung sten, "pietra pesante", benché nello svedese odierno il suo nome sia wolfram. La sua esistenza fu ipotizzata per la prima volta da Peter Woulfe nel 1779 che, esaminando la wolframite, dedusse che doveva contenere un nuovo elemento. Nel 1781 Carl Wilhelm Scheele verificò che dalla tungstenite si poteva produrre un nuovo acido, che chiamarono acido tungstico. Scheele e Bergman ipotizzarono quindi che dalla riduzione dell'acido tungstico si sarebbe potuto isolare un nuovo metallo. Nel 1783 gli spagnoli Juan José e Fausto Delhuyar ottennero dalla wolframite un acido identico all'acido tungstico e, nello stesso anno, isolarono il tungsteno metallico riducendo l'acido tungstico con il carbone. A loro è quindi accreditata la scoperta vera e propria dell'elemento. Durante la seconda guerra mondiale il tungsteno giocò un grande ruolo economico e politico. Il Portogallo, principale produttore europeo di wolframite subì pressioni da entrambi i fronti: date le sue proprietà meccaniche e la sua resistenza il tungsteno è un metallo ideale per la produzione di armi, specialmente proiettili anti-corazza in grado di penetrare anche le blindature più solide.
La scarsità di questo metallo e il suo alto costo portarono, in seguito, all'invenzione dei proiettili a uranio impoverito, noti per il numero di tumori (soprattutto linfomi e leucemie) e altre gravi sindromi che il loro uso ha causato fra soldati e residenti nei teatri di guerra iracheni, somali, bosniaci, iugoslavi e kosovari, dall'inizio degli anni '90 in poi.



Juan José Delhuyar y de Suvisa (Logroño, 15 giugno 1754 – Bogotá, 20 settembre 1796) è stato un chimico e mineralogista spagnolo.
Studiò a Parigi dal 1773 al 1777, dedicandosi inizialmente alla medicina e alle scienze naturali, poi mineralogia a Mannheim e a Lipsia e infine all'Accademia mineraria di Freiberg in Sassonia, dove ebbe come professore Abraham Gottlob Werner.
Nel 1782 entrò in contatto con Carl Wilhelm Scheele alla scuola di chimica di Uppsala. Nel 1783 insieme al fratello Fausto riuscì per la prima volta a isolare il tungsteno per ossidoriduzione, impresa che compì nei laboratori che la Real Sociedad Bascongada de Amigos del País aveva nella località di Vergara in Guipúzcoa.
Nel 1784 fu impiegato come soprintendente delle miniere colombiane d'argento del dipartimento di Tolima.




APPLICAZIONI DELL'ELEMENTO

Il tungsteno ha una vasta gamma di usi, di cui il più diffuso è senz'altro come carburo di tungsteno (W2C, WC) nei carburi cementati. Questi sono materiali molto resistenti all'usura, usati nella lavorazione degli altri metalli, nell'industria mineraria, petrolifera e delle costruzioni. Il tungsteno si usa anche per i filamenti delle lampadine ad incandescenza e delle valvole termoioniche, e per vari tipi di elettrodi, perché si può ridurre in filamenti molto sottili che hanno un alto punto di fusione. Il carburo di tungsteno si sta usando, da non molto tempo, anche per bigiotteria e gioielleria grazie alle sue caratteristiche di resistenza al graffio e all'usura.

ALTRI USI...
Le sue proprietà di densità e durezza lo rendono il candidato ideale per leghe pesanti usate in armamenti, dissipatori di calore e sistemi di pesi e contrappesi.
È ideale per le freccette, di cui arriva a costituire l'80% del peso.
Gli acciai rapidi sono spesso delle leghe di tungsteno; ne possono contenere fino al 18%. Superleghe contenenti questo metallo sono usate in pale di turbine, utensili d'acciaio e parti meccaniche o rivestimenti resistenti all'usura.
Materiali compositi di tungsteno sono usati al posto del piombo in alcuni tipi di munizioni per armi da fuoco.
Composti chimici del tungsteno si usano in catalizzatori, pigmenti inorganici e lubrificanti ad alta temperatura (disolfuro di tungsteno), stabili fino a 500 °C.
Poiché il coefficiente di dilatazione termica del tungsteno è molto vicino a quello del vetro e al boro silicato, si usa il tungsteno per giunture stagne vetro-metallo.
Si usa per penetratori ad energia cinetica come alternativa all'uranio impoverito.
È utilizzato in saldature in lega col torio per gli elettrodi che non fondono alla temperatura dell'arco voltaico.
È utilizzato come materiale di contatto col plasma in impianti di fusione nucleare. Data la sua grande capacità di schermare le radiazioni (10 volte superiore a quella del piombo) si sta indagando il suo uso in applicazioni ove sia richiesta una buona capacità di assorbimento congiunta a dimensioni ridotte. Esso è inoltre lavorabile con più facilità del piombo ed è meno inquinante e più resistente (caratteristiche che ne rendono possibile l'uso sottomarino). Sotto forma di politungstato di sodio è utilizzato come liquido pesante per valutare la densità dei materiali, in particolare per valutazioni gemmologiche.
È utilizzato nelle frese chirurgiche per osso e dentali, nella forma di carburo di tungsteno. Si sta valutando la possibilità di utilizzare il tungsteno al posto del piombo per realizzare i corpetti di protezione dalle radiazioni, utilizzati in radiologia.
Sotto forma di pasta di tungsteno ad alta densità è utilizzata nella pesca sportiva per bilanciare esche e terminali e, inoltre, rende il filo da pesca affondante se fatto passare dentro questa pasta durante l'imbobinamento.

USI MARGINALI DELL'ELEMENTO...
Gli ossidi di tungsteno si usano nei rivestimenti ceramici, e i tungstati di calcio e magnesio sono usati diffusamente nelle lampade fluorescenti. Questo metallo si usa anche nei bersagli per raggi X e negli elementi riscaldanti per forni elettrici. Sali contenenti tungsteno sono usati in chimica e per la concia delle pelli. I bronzi al tungsteno (ossidi colorati di tungsteno) sono pigmenti usati, con altri composti, nelle vernici e nei colori.
Da poco è stato scoperto un nuovo uso del tungsteno: se immerso in atmosfera di azoto liquido insieme a scariche elettriche ad alta tensione, il tungsteno per processi fisici ancora in parte ignoti si appuntisce fino ad arrivare alla minima punta possibile: un atomo. Potrebbe essere usato per microscopi ad effetto tunnel.




DISPONIBILITA' DELL'ELEMENTO

Il tungsteno si trova nei minerali wolframite (tungstato di manganese e ferro; FeWO4/MnWO4), scheelite (tungstato di calcio, CaWO4), ferberite e huebnerite.
Importanti giacimenti di questi minerali si trovano in Austria, Bolivia, Cina, Portogallo, Russia, Corea del Sud e Stati Uniti (California, Colorado); la Cina ne produce il 75% della produzione mondiale.
Industrialmente viene prodotto per riduzione dell'ossido di tungsteno con idrogeno o carbonio.
Il più comune stato di ossidazione del tungsteno nei suoi composti è +6, benché nella gamma dei suoi composti presenta tutti i numeri di ossidazione compresi tra -2 e +6. Tipicamente si combina con l'ossigeno a dare l'ossido tungstico, WO3, che si scioglie in soluzioni acquose alcaline trasformandosi in ione tungstato WO42-, Poliossoanioni acquosi.
Le soluzioni acquose di tungstato sono note per formare poliossoanioni in ambiente neutro o acido. A mano a mano che l'acidità aumenta, lo ione tungstato dapprima si converte nell'anione solubile, metastabile, paratungstato A, W7O246-, che in tempi dell'ordine delle ore o dei giorni si converte nel meno solubile paratungstato B, H2W12O4210-.
Un'ulteriore acidificazione produce, a raggiungimento dell'equilibrio, l'anione metatungstato, H2W12O406-, molto solubile. Lo ione metatungstato ha la geometria di un aggregato simmetrico composto da dodici ottaedri di ossigeno e tungsteno, noto come anione di Keggin.
Molti altri poliossoanioni esistono come specie metastabili. L'inclusione di un atomo diverso, come ad esempio il fosforo, al posto degli idrogeni centrali del metatungstato produce un'ampia gamma di cosiddetti eteropolianioni.


SPETTRI ATOMICI DELL'ELEMENTO

Spettro atomico di assorbimento del tungsteno:



Spettro atomico di emissione del tungsteno:




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