Volfrám: Chemický prvok s protónovým číslom 74

V prírode bol objavený iba v chemických zlúčeninách. Ako nový prvok ho v roku 1781 identifikoval C. W. Scheele v neraste scheelite, ktorý sa po dánsky nazýva tungsten (v preklade „ťažký kameň“; odtiaľ pochádza anglický a francúzsky názov prvku, tungsten). Neskôr ho nezávisle objavili v roku 1783 španielskí chemici J. J. a F. Elhuyaroví, a to v neraste volframite, podľa ktorého ho pomenovali.

Volfrám (wolframium)
tantal ← volfrám → rénium Mo ↑ W ↓ Sg 74 Periodická tabuľka 6. perióda, 6. skupina, blok d prechodné prvky, kovy
Vzhľad
šedobiely kov
Atómové vlastnosti
Atómová hmotnosť	183,84 g·mol−1
Elektrónová konfigurácia	[Xe] 4f14 5d4 6s2
Atómový polomer	139 pm
Kovalentný polomer	162 pm
Kovový polomer	141 pm
Iónový polomer pre: W6+	62 pm
Chemické vlastnosti
Elektronegativita	2,36 (podľa Paulinga)
Ionizačná energia(e)	1: 770 kJ.mol−1 2: 1 700 kJ.mol−1
Oxidačné číslo(a)	II, III, IV, V, VI
Fyzikálne vlastnosti (za norm. podmienok)
Skupenstvo	pevné
Hustota	19,25 kg·dm−3
Hustota kvapaliny (pri 3 695 K)	17,6 kg·dm−3
Teplota topenia	3 695 K (3 421,85 °C)
Teplota varu	5 828 K (5 554,85 °C)
Sk. teplo topenia	35,3 kJ·mol−1
Sk. teplo varu	806,7 kJ·mol−1
Tepelná kapacita	24,27 J·mol−1·K−1
Tlak pary p(Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k pri T(K) 3 477 3 773 4 137 4 579 5 127 5 823
Iné
Kryštálová sústava	kubická, priestorovo centrovaná
Magnetizmus	paramagnetický
Elektrický odpor	52,8 nΩ·m
Tep. vodivosť	173 W·m−1·K−1
Tep. rozťažnosť	4,5 µm·m−1·K−1
Youngov modul	411 GPa
Pružnosť v šmyku	161 GPa
Objemová pružnosť	310 GPa
Poissonovo č.	0,28
Tvrdosť (Mohs)	7,5
Tvrdosť (Brinell)	2 570 MPa
Reg. číslo CAS	7440-33-7
Legovacie vlastnosti pre oceľ Mechanické vlastnosti Tvrdosť väčšia Pevnosť zvyšuje Medza elasticity väčšia Tepelná roztažnosť menšia Zoškrtenie menšie Prierazuvzdornosť taká istá Elasticita sám osebe nemení Žiarupevnosť enormne zvyšuje Ochladzovanie výrazne spomaľuje Karbidácia veľmi vylepšuje Oteruvzdornosť skoro neopotrebitelné Kujnosť Výrazne zhoršuje Obrábatelnosť Výrazne zhoršuje Nitridácia Trochu zlepšuje Hrdzuvzdornosť Málo zlepšuje Magnetické vlastnosti Koercivita Značne väčšia Remanencia Značne väčšia Dodatky Robí pekne jemné zrno v štruktúre ocele. Oceľ je tvrdá a ostrá aj keď je už žeravá do červena. Oceľ je s ním skoro neopotrebiteľná. Dobre karbiduje a jeho karbidy sú tiež extrémne tvrdé. Preto ideálny do rýchloreznej ocele.
Izotop(y) (vybrané)
Izotop Výskyt t1/2 Rr Er (MeV) Pr  180W 0,12 % 1,8x1018 r. α 2,516 176Hf  181W synt. 121,2 d. ε 0,188 181Ta 182W 26,50 % stabilný s 108 neutrónmi 183W 14,31 % stabilný s 109 neutrónmi 184W 30,64 % stabilný s 110 neutrónmi  185W synt. 75,1 d. β− 0,433 185Re 186W 28,43 % stabilný s 112 neutrónmi
Commons ponúka multimediálny obsah na tému volfrám.
Chemický portál

Hlavnými rudami, v ktorých sa nachádza, sú volframit, scheelit a stolzit. Ako čistý prvok je známy svojou robustnosťou, a predovšetkým tým, že jeho teplota topenia je najvyššia zo všetkých prvkov (okrem uhlíka). Volfrám je známy svojou hustotou, ktorá je 19,3× vyššia ako hustota vody, čím je porovnateľný s uránom alebo zlatom, pričom je 1,7-krát hustejší ako olovo. Volfrám s malým množstvom nečistôt je často krehký a tvrdý, kvôli čomu sa ťažko obrába. Veľmi čistý volfrám je rovnako tvrdý, je viac ťažný a je ho možné rezať s pílou na kov z tvrdej ocele.

Mnohé zliatiny volfrámu majú rôzne použitie, najznámejšie je však použitie ako vlákno v žiarovkách, röntgene, elektródach pri zváraní TIG a v superzliatinách. Vďaka tvrdosti a vysokej hustote sa používa v armáde v prierazných projektiloch. Zlúčeniny volfrámu sa tiež používajú ako priemyselné katalyzátory.

Volfrám patrí medzi prechodné prvky, reaguje s molybdénom a meďou a je mierne toxický pre živé organizmy.

Čistý volfrám je oceľovo sivý až biely tvrdý kov. Tento prvok má najvyššiu teplotu tavenia 3 422 °C (6 192 °F), najnižší tlak v plynnom skupenstve a navyššiu silu v ťahu pri teplotách nad 1 650 °C (3 000 °F) zo všetkých kovov. Takmer vôbec nekoroduje, poškodený môže byť iba v malej miere minerálnymi kyselinami. Volfrám si vytvára ochrannú vrstvu z oxidu, pri vystavení na vzduchu môže pri vysokých teplotách zoxidovať celý. V zliatine s oceľou významne zvyšuje jej tvrdosť.

Volfrám je kov so širokou škálou použitia. Najpoužívanejší je karbid volfrámu (W₂C, WC) v cementovaných karbidoch. Cementované karbidy sú materiály odolné voči opotrebeniu používané v hutníctve a ako konštrukčný materiál. Volfrám je široko využívaný v žiarovkách ako vlákno alebo elektródy vo vákuových trubiciach, pre jeho schopnosť vytvoriť veľmi tenké drôty a jeho vysokú teplotu tavenia. Iné použitie:

• Vysoká teplota tavenia robí z volfrámu materiál vhodný do vesmíru a pre použitie pri veľmi vysokej teplote napr. elektroniku, vykurovanie a pri zváraní.
• Tvrdosť a hustota robí tento kov ideálny pre tvorenie zliatín s inými tvrdými kovmi, ktoré su používané v armáde, odvod tepla, alebo ako závažia.
• Ocele pre nástroje sú často zlievané s volfrámom (obsah volfrámu môže byť až 18%).
• Zliatiny s volfrámom sú používané v lopatkách turbín, nástrojovej oceli, a pre súčiastky a poťahy odolné voči opotrebeniu.
• Kompozity sú používané ako náhrada pre olovo v nábojoch.
• Chemické zlúčeniny volfrámu sa požívajú v katalyzátoroch, anorganických farbivách a disulfid volfrámu ako vysokotepelný lubrikant, ktorý je stály až pri 500 °C (930 °F).
• Keďže jeho tepelná rozťažnosť je podobná ako pri borosilikátovom skle, je používaný pre zátavy skla s kovom.

Ostatné: Oxidy sú používané v galzpre na keramiku a zlúčeniny volfrámu s kalciom alebo s horčíkom sú široko využívané v fluorescenčnom osvetlení. Kryštály sú používané v scintilačných detektoroch v jadrovej fyzike a v jadrovej medicíne, ale aj v elektrických peciach. Soli obsahujúce volfrám sú využívane v chemickom priemysle. Volfrámove „bronzy“ (nazýva sa tak kvôli farbe oxidu volfrámu) sú spolu s inými zložkami používané vo farbách. Karbidy volfrámu sa v poslednej dobe používaju v klenotníctve pre jeho schopnosť udržať si lesk aj po dlhšiu dobu na rozdiel od iných leštených kovov.

 

Volfrám bol po prvýkrát predpokladaný Petrom Woulfeom v roku 1779, ktorý po preskúmaní volframitu vyvodil, že musí obsahovať novú chemickú zlúčeninu. V roku 1781 Carl Wilhelm Scheele zistil, že nová kyselina môže byť vyrobená z volframitu. Scheele a Torbern Bergman predpokladali, že by mohli byť schopní získať nový kov redukovaním tejto kyseliny. V Španielsku roku 1783 bol volfrám úspešne izolovaný redukciou z kyseliny použitím uhlia. José a Fausto Elhuyar sú považovaní za objaviteľov tohto prvku.

V druhej svetovej vojne hral volfrám veľkú rolu v politickom pozadí vojny. Na Portugalsko, ako hlavný zdroj volfrámu pre Európu, bol vyvíjaný veľký tlak z obidvoch strán pre jeho zdroje volfrámovej rudy. Odolnosť voči veľkým teplotám ako aj veľká pevnosť jeho zliatín urobila tento kov veľmi dôležitý pre zbrojársky priemysel, používal sa ako jadro protipancierových striel.

Volfrám sa nachádza v mineráloch:

• volframit – (FeWO₄/MnWO₄,CaWO₄)
• scheelit
• ferberit
• hübnerit

Celosvetovo významné zásoby týchto minerálov sú v Bolívií, Kalifornii, Číne, Colorade, Portugalsku, Rusku, a v Južnej Kórei (spolu s Čínou predstavujú približne 75% svetových zásob). V Európe sú ďalšie menšie zásoby v Rakúsku, Francúzsku a Spojenom kráľovstve. Ako druhotná surovina sa používa šrot volfrámu vo forme triesok, pilín a prachu z brúsenia a šrot ťažkých kovov. Komerčne je tento kov vyrábaný redukovaním oxidu volfrámu s vodíkom alebo uhlíkom.

Najbežnejším oxidačným stavom v ktorom sa volfrám vyskytuje je volfrám +VI, ale existujú aj iné stavy od +II do +VI. Volfrám typicky tvorí zlúčeniny s kyslíkom a vytvára tak napríklad oxid volfrámový, WO₃, ktorý sa rozpúšta v bázických roztokoch a tým vytvára ióny volfrámanu, WO₄²⁻.