تنگستن (wolfram )

تنگستن ( نام سابق آن wolfram ) ، عنصر شیمیایی است که در جدول تناوبی دارای نشان W و عدد اتمی 74 می‌باشد. تنگستن که عنصری است بسیار سخت و سنگین ، جزو فلزات انتقالی و به رنگ خاکستری مایل به آبی تا سفید در سنگهای معدنی بسیاری از جمله ولف رامیت و شیلیت یافت شده و از نظر خصوصیات فیزیکی نیرومند خود قابل توجه است. از نوع خالص آن بیشتر در مصارف الکتریکی استفاده می‌شود، اما ترکیبات و آلیاژهای فراوان آن کاربردهای بسیار زیادی دارد؛ ( بارزترین آنها افروزه های لامپ و آلیاژهای دیرگداز عصر فضا است).

فرضیه وجود تنگستن ( واژه سوئدی tung sten به معنی سنگ سنگین ) برای اولین بار در سال 1779 توسط "Peter Woulfe" مطرح شد. او ولف رامیت را مورد بررسی قرار داد ( که بعدها نام آن از نام Woulfe گرفته شد ) و نتیجه گرفت که آن باید حاوی ماده جدیدی باشد. سال1781 "Carl Wilhelm Scheele" اثبات نمود که می‌توان از تنگستنیت یک اسید جدید را تولید کرد. Scheele و Berman پیشنهاد کردند که احتمال تهیه یک فلز جدید بوسیله کاهش اسید تنگستنی وجـــــــود دارد.

"Fausto Elhuyar" برادرش وجود اسیدی را در ولف رانیت کشف کردند که مشابه اسید تنگستنی بود. بعدها در همان سال این دو برادر از طریق کاهش این اسید با ذغال چوب موفق به جداسازی تنگستن شدند. آنها با کشف این عنصر مورد قدردانی قرار گرفتند. 
تنگستن در سنگ معدن ولف رامیت ( تنگستن آهن – منگنز FeWO₄/MnWO₄ ) شیلیت (کلسیم تنگستن CaWO₄) فربریت و huebnerite یافت می‌شود. ذخایر مهم این مواد در بولیوی ، کالیفرنیا ، چین ، کلرادو ، پرتقال ، روسیه و کره جنوبی واقع است ( تقریبا" 75% تنگستن مورد نیاز جهان را چین تولید می‌کند ). این فلز با روش کاهش اکسید تنگستن بوسیله هیدروژن یا کربن بصورت تجاری تولید می‌شود. 

خصوصیات

تنگستن خالص به رنگ خاکستری مایل به آبی تا فلز سخت سفید رنگ است. اگر خلوص آن زیاد باشد، می‌توان آنرا با اره آهن برید ( اگر ناخالص باشد، شکننده و کار با آن دشوار است ). در غیر این صورت باید با آختن ، ورزیدن یا روزن رانی با آن کار کرد. این فلز در دمای بالای 1650 درجه سانتی‌گراد بالاترین نقطه ذوب ( 3422 درجه سانتی‌گراد ) پایین‌ترین فشار بخار و بیشترین مقاوت کششی را در بین تمامی فلزات دارا می‌باشد. مقاومت آن در برابر فرسایش هم بسیار خوب است و فقط اسیدهای معدنی تاحدی آنرا تحت تاثیرقرار می‌دهند. فلز تنگستن اگر در معرض هوا قرار بگیرد، یک اکسید محافظی را تشکیل می‌دهد. اگر مقدار کمی از آن با فولاد آلیاز شود، استحکام آن را تا حد زیادی افزایش می‌دهد.

کاربرد

تنگستن ، فلزی است که دامنه کاربردهای آن بسیار وسیع است؛ عمده‌ترین آنها کاربید تنگستن ( W₂C , WC) در کاربیدهای سیمانی شده می‌باشد. کاربیدهای سیمانی شده ( نام دیگر آنها فلزات سخت است ) مواد پوششی مقاومی هستند که مورد استفاده صنایع فلزکاری ، استخراج معدن ، نفت و ساختمانی می‌باشند. چون تنگستن را می‌توان بصورت رشته سیمهای بسیار باریک با نقطه ذوب زیاد در آورد، در افروزه‌های موجود در لامپ ، لامپ خلاء و الکترودها کاربرد زیادی دارد. 

• نقطه ذوب زیاد تنگستن موجب شده در کاربردهای فضایی و مواردی مانند جوشکاری ، تفتیدن و کاربردهای الکتریکی که دما زیاد است، مورد استفاده قرار گیرد.
• استحکام و خصوصیات چگالی تنگستن آنرا برای ساخت آلیاژهای فلزسنگین که در تسلیحات ، گرماگیرها (heat sinks) و مصارف چگالی زیاد از قبیل وزنه و پارسنگها مناسب کرده است.
• فولاد بکار رفته در وسایل پر سرعت (Hastelloy , Stellite) اغلب با تنگستن آلیاژ شده‌اند که این نوع فولاد حاوی 18% تنگستن می‌باشند.
• آلیاژهای دیرگداز که دارای این فلز هستند، در پوشش و قسمتهای تیغه توربین ، ابزار فولادی و آلیاژ پوششی مقاوم بکار می‌روند.
• آلیاژها بعنوان جایگزین سرب در گلوله مورد استفاده قرار می‌گیرند.
• ترکیبات شیمیایی تنگستن در کاتالیزورها ، رنگدانه‌های غیرآلی و روان کننده‌های پر حرارت دی‌سولفید تنگستن که تا 500 درجه سانتی‌گراد مقاوم هستند، کاربرد دارند.
• چون انبساط حرارتی این عنصر شبیه شیشه بوروسیلیکات است، از آن در ساخت glass-to-metal seals بهره می‌برند.
• اکسیدهای آن درلعاب کاری سرامیک کاربرد دارد.
• اسید تنگستیت منیزیم / کلسیم در لامپهای فلورسنت کاربرد زیادی دارند.
• از این فلز همچنین در اهداف اشعه X ، عناصر گدازنده برای کوره های الکتریکی استفاده می‌شود.
• نمکهای حاوی تنگستن در صنایع شیمیایی و دباغی بکار می‌روند.
• برنزهای تنگستن ( علت نام آنها رنگ اکسید تنگستن می باشد ) به همراه ترکیبات دیگر در رنگها کاربرد دارند.

  نقش بیولوژیک
  آنزیمهایی که oxidoreductases نامیده می‌شوند، تنگستن را با همان روش بکارمی‌برند که مولیبدنم در یک ترکیب تنگستن – پترین آنرا بکار می‌برد.
  
  در 20 آگوست 2002 ، نمایندگان مراکز کنترل و جلوگیری از بیماریها وابسته به آمریکا اعلام کرد که آزمایشات ادرار روی خانواده های بیماران مبتلا به سرطان خون و خانواده‌های گروه کنترل در منطقه Fallon , Nevada ، افزایش میزان تنگستن در بدن هردو گروه را نشان داده است. در منطقه Fallon 16 مورد آخر سرطان که در بچه‌ها کشف شد، امروزه بعنوان زنجیره سرطان شناسایی شده است. "دکتر Carol H. Rubin" رئیس یکی از رشته‌های پزشکی در CDC معتقد است در حال حاضر اطلاعات موجود ، ارتباط بین تنگستن و سرطان خون را تایید نمی‌کند.

  
  ترکیبات

  رایج‌ترین حالت اکسیداسیون تنگستن 6+ است. سایر حالات اکسیداسیون این عنصر عبارتند از 5+ ، 4+ ، 3+ ، 2+. اما تنگستن کلیه حالات اکسیداسیون از 2- تا 6 را بروز می‌دهد. تنگستن معمولا" با اکسیژن ترکیب شده و اکسید تنگستن زرد رنگی را بوجود می‌آورد ( WO₃ ) که جهت تشکیل یونهای تنگستن در محلولهای قلیایی آبی حل می‌شود ( ^2-WO₄ ).
  
  محلولهای تنگستن دار آبی در شرایط خنثی و اسیدی ، برای تشکیل polyoxoanion مورد توجه هستند.

  تنگستن بطور طبیعی از 5 رادیوایزوتوپ ساخته شده است که دارای چنان نیم عمرهای طولانی هستند که برای بیشتر اهداف پایدار به حساب می‌آیند. 27 رادیوایزوتوپ دیگر هم برای آن شناسایی شده است که پایدارترین آنها تنگستن 181 با نیمه عمر 2/121 روز ، تنگستن 185 با نیمه عمر 1/75 روز ، تنگستن 188 با نیمه عمر 69,4 روز و تنگستن 178 با نیمه عمر 21,6 روز می‌باشند. مابقی ایزوتوپهای رادیواکتیو ، دارای نیمه عمرهایی کمتر از 24 ساعت هستند که اکثر آنها نیز نیمه عمری کمتر از 8 دقیقه دارند. بعلاوه این عنصر از 4 حالت متا برخوردار است.
  
  ایزوتوپهای تنگستن از نظر وزن اتمی بین amu 157,974 (تنگستن 158) و amu 963,189 (تنگستن 190) ردیف شده‌اند. حالت فروپاشی اولیه قبل از فراوانترین ایزوتوپ (تنگستن 184) جذب الکترون و حالت اولیه پس از آن فروپاشی بتا است. محصول فروپاشی اولیه قبل از تنگستن 184 ایزوتوپهای عنصر 73 ( تانتالم ) است و محصولات اولیه پس از آن ایزوتوپهای عنصر 75 ( رنیم ) می‌باشد.