Tungsten - qu'est-ce que c'est ? L'état d'oxydation du tungstène. Applications du tungstène

2024 Auteur: Angel Austin | [email protected]. Dernière modifié: 2023-12-17 05:26

Le tungstène est un élément chimique dont le numéro atomique est 74. Ce métal lourd allant du gris acier au blanc est très résistant, ce qui le rend tout simplement irremplaçable dans de nombreux cas. Son point de fusion est supérieur à celui de tout autre métal et il est donc utilisé comme filaments dans les lampes à incandescence et les éléments chauffants dans les fours électriques (par exemple, alliage zirconium-tungstène). La chimie de l'élément lui permet d'être utilisé comme catalyseur. Sa dureté exceptionnelle le rend adapté à une utilisation dans les "aciers rapides" qui permettent de couper des matériaux à des vitesses plus élevées que les aciers au carbone et dans les alliages à haute température. Le carbure de tungstène, un composé de l'élément avec du carbone, est l'une des substances les plus dures connues et est utilisé pour fabriquer des outils de fraisage et de tournage. Les tungstates de calcium et de magnésium sont largement utilisés dans les lampes fluorescentes, et les oxydes de tungstène sont largement utilisés dans les peintures et les glaçures céramiques.

Historique de la découverte

L'existence de cet élément chimique a été suggérée pour la première fois en 1779 par Peter Woolf, lorsqu'il a étudié la wolframite minérale et est arrivé àla conclusion qu'il doit contenir une nouvelle substance. En 1781, Carl Wilhelm Scheele a établi qu'un nouvel acide pouvait être obtenu à partir de la tungsténite. Scheele et Thorburn Bergman ont proposé d'envisager la possibilité d'obtenir un nouveau métal par réduction de cet acide, appelé acide tungsthénique. En 1783, deux frères, José et Fausto Elguiar, trouvèrent dans la wolframite un acide identique à l'acide tungsthénique. La même année, les frères ont réussi à en isoler le tungstène à l'aide de charbon de bois.

Pendant la Seconde Guerre mondiale, cet élément chimique a joué un rôle énorme. La résistance du métal aux températures élevées, ainsi que l'extrême résistance de ses alliages, ont fait du tungstène la matière première la plus importante pour l'industrie militaire. Les belligérants ont fait pression sur le Portugal en tant que principale source de wolframite en Europe.

Être dans la nature

Dans la nature, l'élément est présent dans la wolframite (FeWO₄/MnWO₄), la scheelite (CaWO_{4), ferberite et hübnerite. D'importants gisements de ces minéraux se trouvent aux États-Unis en Californie et au Colorado, en Bolivie, en Chine, en Corée du Sud, en Russie et au Portugal. Environ 75 % de la production mondiale de tungstène est concentrée en Chine. Le métal est obtenu en réduisant son oxyde avec de l'hydrogène ou du carbone.}

Les réserves mondiales sont estimées à 7 millions de tonnes. On suppose que 30 % d'entre elles sont des gisements de wolframite et 70 % de scheelite. Actuellement, leur développement n'est pas économiquement viable. Au niveau de consommation actuel, ces réserves ne dureront que 140 ans. Une autre source précieusele tungstène est un recyclage de ferraille.

point de fusion de l'élément chimique du tungstène

Caractéristiques principales

Le tungstène est un élément chimique classé comme métal de transition. Son symbole W vient du mot latin wolframium. Dans le tableau périodique, il appartient au groupe VI entre le tantale et le rhénium.

Dans sa forme la plus pure, le tungstène est un matériau dur dont la couleur varie du gris acier au blanc étain. Avec les impuretés, le métal devient cassant et difficile à travailler, mais s'il n'y en a pas, il peut être coupé avec une scie à métaux. De plus, il peut être forgé, roulé et étiré.

Le tungstène est un élément chimique dont le point de fusion est le plus élevé de tous les métaux (3422 °C). Il a également la pression de vapeur la plus faible. Il a également la résistance à la traction la plus élevée à T> 1650 °C. L'élément est extrêmement résistant à la corrosion et n'est que peu attaqué par les acides minéraux. Au contact de l'air, une couche d'oxyde protectrice se forme sur la surface métallique, mais le tungstène est complètement oxydé à haute température. Lorsqu'il est ajouté en petites quantités à l'acier, sa dureté augmente considérablement.

Isotopes

Dans la nature, le tungstène est composé de cinq isotopes radioactifs, mais ils ont une demi-vie si longue qu'ils peuvent être considérés comme stables. Tous se désintègrent en hafnium-72 avec émission de particules alpha (correspondant aux noyaux d'hélium-4). La désintégration alpha n'est observée que dans ¹⁸⁰W, le plus léger et le plus rare d'entre euxisotopes. En moyenne, deux désintégrations alpha se produisent dans 1 g de tungstène naturel par an ¹⁸⁰W.

De plus, 27 isotopes radioactifs artificiels du tungstène ont été décrits. Le plus stable d'entre eux est ¹⁸¹W avec une demi-vie de 121,2 jours, ¹⁸⁵W (75,1 jours), ¹⁸⁸ W (69, 4 jours) et ¹⁷⁸W (21, 6 jours). Tous les autres isotopes artificiels ont une demi-vie inférieure à un jour, et la plupart d'entre eux sont inférieures à 8 minutes. Le tungstène a également quatre états "métastables", dont le plus stable est ^179mW (6,4 min).

Connexions

Dans les composés chimiques, l'état d'oxydation du tungstène passe de +2 à +6, dont +6 est le plus courant. L'élément se lie généralement à l'oxygène pour former du trioxyde jaune (WO₃), qui se dissout dans des solutions alcalines aqueuses sous forme d'ions tungstate (WO₄₂₋).

Demande

Parce que le tungstène a un point de fusion très élevé et est ductile (peut être étiré en fil), il est largement utilisé comme filament des lampes à incandescence et des lampes à vide, ainsi que dans les éléments chauffants des fours électriques. De plus, le matériau résiste aux conditions extrêmes. L'une de ses applications connues est le soudage à l'arc au tungstène sous protection gazeuse.

Exceptionnellement dur, le tungstène est un composant idéal pour les alliages d'armes lourdes. La haute densité est utilisée dans les kettlebells,contrepoids et quilles de ballast pour yachts, ainsi que dans les fléchettes (80-97%). L'acier rapide, qui peut couper le matériau à des vitesses plus élevées que l'acier au carbone, contient jusqu'à 18 % de cette substance. Les aubes de turbine, les pièces d'usure et les revêtements utilisent des "superalliages" contenant du tungstène. Ce sont des alliages résistants à la chaleur et très résistants qui fonctionnent à des températures élevées.

La dilatation thermique d'un élément chimique est similaire à celle du verre borosilicaté, il est donc utilisé pour fabriquer des joints verre-métal. Les composites contenant du tungstène sont un excellent substitut au plomb dans les balles et les plombs. Dans les alliages avec du nickel, du fer ou du cob alt, des projectiles à impact en sont fabriqués. Comme une balle, son énergie cinétique est utilisée pour atteindre une cible. Dans les circuits intégrés, le tungstène est utilisé pour établir des connexions aux transistors. Certains types de cordes d'instruments de musique sont fabriqués à partir de fil de tungstène.

Utilisation des connexions

La dureté exceptionnelle du carbure de tungstène (W₂C, WC) en fait le matériau le plus courant pour les outils de fraisage et de tournage. Il est appliqué dans les industries métallurgiques, minières, pétrolières et de la construction. Le carbure de tungstène est également utilisé dans la fabrication de bijoux car il est hypoallergénique et n'a pas tendance à perdre son éclat.

La glaçure est fabriquée à partir de ses oxydes. Le "bronze" de tungstène (appelé ainsi à cause de la couleur des oxydes) est utilisé dans les peintures. Les tungstates de magnésium et de calcium sont utilisés dansles lampes. Le tungstate cristallin sert de détecteur de scintillation en médecine nucléaire et en physique. Les sels sont utilisés dans les industries chimiques et du cuir. Le disulfure de tungstène est une graisse haute température pouvant supporter 500°C. Certains composés contenant du tungstène sont utilisés en chimie comme catalyseurs.