鎢

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外觀 | |||||||||||||||
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灰白色,有光澤![]() | |||||||||||||||
概況 | |||||||||||||||
名 / 符號 / 序數 | 鎢, W, 74 | ||||||||||||||
元素類別 | 過渡金屬 | ||||||||||||||
族 / 週期 / 區 | 6, 6, d | ||||||||||||||
原子品質 | 183.84 g•mol−1 | ||||||||||||||
電子排布 | [Xe] 4f14 5d4 6s2[1] | ||||||||||||||
每層電子排布 | 2, 8, 18, 32, 12, 2(圖) | ||||||||||||||
物理性質 | |||||||||||||||
狀態 | 固體 | ||||||||||||||
接近室溫密度 | 19.25[2] g•cm−3 | ||||||||||||||
熔點時液體密度 | 17.6 g•cm−3 | ||||||||||||||
熔點 | 3695 K, 3422 °C, 6192 °F | ||||||||||||||
沸點 | 6203 K, 5930 °C, 10706 °F | ||||||||||||||
臨界點 | 13892 K, MPa | ||||||||||||||
熔化熱 | 35.3 kJ•mol−1 | ||||||||||||||
汽化熱 | 806.7 kJ•mol−1 | ||||||||||||||
比熱容 | (25 °C) 24.27 J•mol−1•K−1 | ||||||||||||||
蒸汽壓 | |||||||||||||||
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原子性質 | |||||||||||||||
氧化態 | 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0, −1, −2 (微酸性氧化物) | ||||||||||||||
電負性 | 2.36 (鮑林標度) | ||||||||||||||
電離能 | 第一 770 kJ•mol−1 | ||||||||||||||
第二 1700 kJ•mol−1 | |||||||||||||||
原子半徑 | 139 pm | ||||||||||||||
共價半徑 | 162±7 pm | ||||||||||||||
雜項 | |||||||||||||||
晶體結構 | 體心立方 | ||||||||||||||
磁序 | 順磁性[3] | ||||||||||||||
電阻率 | (20 °C) 52.8 nΩ•m | ||||||||||||||
熱導率 | (300 K) 173 W•m−1•K−1 | ||||||||||||||
膨脹系數 | (25 °C) 4.5 µm•m−1•K−1 | ||||||||||||||
楊氏模量 | 411 GPa | ||||||||||||||
剪切模量 | 161 GPa | ||||||||||||||
體積模量 | 310 GPa | ||||||||||||||
泊松比 | 0.28 | ||||||||||||||
莫氏硬度 | 7.5 | ||||||||||||||
維氏硬度 | 3430 MPa | ||||||||||||||
布氏硬度 | 2570 MPa | ||||||||||||||
CAS號 | 7440-33-7 | ||||||||||||||
鎢(粵拼:Wu1,Tungsten)係一種化學元素,佢嘅化學符號係W,原子序數74,係一種好硬、鋼灰色至白色嘅過渡金屬。鎢喺1781年被發現,喺1783年隔離到純嘅鎢。含有鎢嘅礦物有黑鎢礦同白鎢礦等。鎢嘅物理特徵好強,尤其係佢嘅熔點同沸點特別高,兩個都係所有元素裏面中最高嘅(分別係3422 °C同5930 °C)。[4]鎢嘅密度係19.25 g·cm−3,[2]同鈾、金嘅密度差唔多,比鉛嘅密度高1.7倍。多晶鎢本身比較堅硬同易脆[5][6][7](喺標準條件下,冇同其他物質結合嗰陣),難以加工使用。相反,純單晶鎢延展性比較好,可以用鋼鋸切割。[8]
鎢應用喺好多合金入面,而呢啲鎢合金有好多唔同用途,包括喺燈泡入面嘅燈絲、X射線管、鎢極氣體保護電弧焊、超合金、同埋輻射防護屏蔽。鎢嘅高硬度同高密度可以應用喺軍事用途,例如喺穿甲彈嗰到。鎢嘅化合物亦經常喺工業上作為催化劑嚟用。鎢係喺過渡金屬第三過渡族入面唯一一個喺生物分子出現嘅金屬,可以喺少數細菌同古細菌入面搵到。雖然係咁,但係鎢會干擾鉬和銅嘅代謝,所以對於一般常見到嘅生物體都具有一啲毒性。[9]
中文「鎢」同符號「W」嘅來源都係嚟自德文Wolfram。
主要特徵
[編輯]同位素
[編輯]自然界裏面有五種鎢嘅同位素,有四隻穩定嘅同位素(182W、183W、184W、186W)同一隻半衰期好長嘅同位素(180W)。理論上,所有呢啲同位素都可以通過α衰變蛻化成為鉿;但係至今為止只係得180W嘅半衰期可以測量到:半衰期係1.8×1018年,[10]即係代表一克180W喺一年內平均會有兩次α衰變。其他四隻同位素至今未測量到半衰期,所以佢啲半衰期起碼4×1021年以上。
鎢目前有34種人造放射性同位素,其中最穩定嘅係181W,半衰期係121.2日、185W,半衰期係75.1日、188W嘅半衰期係69.4日、178W,半衰期係21.6日、同埋187W,半衰期係23.72嗰鐘。其它放射性同位素嘅半衰期都係3嗰鐘以下,其中大多數少過8分鐘。鎢亦都有12種同核異構體,其中最穩定的嘅179mW半衰期係6.4分鐘。
化學性質
[編輯]鎢嘅反應性較低,佢同水冇反應,可以阻隔酸同鹼嘅腐蝕,喺室溫下同氧氣同空氣都冇反應,要加熱先至會俾氧氣氧化成為三氧化鎢(WO3)。鎢喺室溫下會同氟氣反應形成六氟化鎢,加熱到大概250 °C就會同氯、溴反應。
歷史
[編輯]瑞典科學家卡爾·威廉·舍勒喺1781年發現一種新嘅酸,叫做鎢酸,可以由白鎢礦(當時白鎢礦稱為鎢)製成。托爾貝恩·貝里曼同舍勒提出,呢隻酸經還原後可以變成一種新嘅金屬。喺1783年,胡安·何塞·德盧亞爾[暫譯]同細佬福斯托[暫譯]發現咗另一隻由黑鎢礦製成嘅酸,同白鎢礦製成嘅鎢酸一樣。其後,兩兄弟喺西班牙嘅貝爾加拉將鎢酸用木炭還原,成功隔離純鎢,因此兩兄弟被公認為鎢嘅發現者。
來源
[編輯]至今所有喺大自然搵到嘅鎢都冇屬於純鎢嘅狀態。[11]相反,鎢主要喺黑鎢礦同埋白鎢礦呢兩種礦物質搵到。 黑鎢礦係指鎢酸鐵(FeWO4)同埋鎢酸錳(MnWO4)形成嘅固溶液,而白鎢礦就係鎢酸鈣(CaWO4)。其他嘅礦物質嘅豐度為中等至非常罕見,亦幾乎沒有經濟價值。
化合物
[編輯]鎢化合物嘅氧化態都喺-2至到+6。佢最高嘅氧化態(+6)可以喺三氧化鎢(WO3)搵到。鎢嘅化學性質同鉬好相似,亦都同鉻形成對比:喺+3氧化態嘅鎢化合物比較罕有;相反,鉻有大量嘅+3氧化態化合物。
應用
[編輯]
大概有一半生產嘅鎢係攞嚟整硬嘅物料(主要係碳化鎢),而剩低嘅鎢大多數多會攞嚟整合金;小過一成鎢會攞嚟整其他化合物。[12]
合金
[編輯]鎢嘅硬度同熱阻性好有用,尤其喺製造合金嗰陣,例如喺高速鋼嗰度,佢呢隻合金可以含有高達18%鎢。[13]鎢嘅高熔點亦都非常有用,令佢可以應用喺火箭噴嘴嗰度,例如喺UGM-27 Polaris潛水艇發射彈道導彈度。[14]鎢嘅合金有廣泛應用,包括航空、太空、同汽車產業,同埋輻射防護屏蔽。[15]
攷
[編輯]- ↑ "Why does Tungsten not 'Kick' up an electron from the s sublevel ?" 〈點解鎢唔會喺s亞電子層嗰度「踢」粒電子上去嘅?〉 (英文). 喺2008-06-15搵到.
- ↑ 2.0 2.1 Arblaster, John W. (2018). Selected Values of the Crystallographic Properties of Elements (英文). Materials Park, Ohio: ASM International. ISBN 978-1-62708-155-9.
- ↑ Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds 互聯網檔案館嘅歸檔,歸檔日期2011-03-03., in Handbook of Chemistry and Physics 81st edition, CRC press.
- ↑ Zhang, Yiming; Evans, Julian R. G.; Yang, Shoufeng (2011). "Corrected Values for Boiling Points and Enthalpies of Vaporization of Elements in Handbooks". J. Chem. Eng. Data (英文). 56 (2): 328–337. doi:10.1021/je1011086.
- ↑ Lassner, Erik; Schubert, Wolf-Dieter (1999). "low temperature brittleness" 〈低溫脆性〉. Tungsten: properties, chemistry, technology of the element, alloys, and chemical compounds 《鎢:性質,化學,隻元素嘅科技,合金,同化合物》 (英文). Springer. pp. 20–21. ISBN 978-0-306-45053-2.
- ↑ Prakash, C.; Lee, H.; Alucozai, M.; Tomar, V. (2016). "An analysis of the influence of grain boundary strength on microstructure dependent fracture in polycrystalline tungsten". International Journal of Fracture (英文). 199: 1–20. doi:10.1007/s10704-016-0083-0. S2CID 137928096.
- ↑ Gludovatz, B.; Wurster, S.; Weingärtner, T.; Hoffmann, A.; Pippan, R. (2011). "Influence of impurities on the fracture behavior of tungsten" 〈雜質對鎢斷裂嘅影響〉. Philosophical Magazine (Submitted manuscript) (英文). 91 (22): 3006–3020. Bibcode:2011PMag...91.3006G. doi:10.1080/14786435.2011.558861. S2CID 137145004.
- ↑ Stwertka, Albert (2002). A Guide to the elements (英文) (第2版). New York: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-515026-1.
- ↑ McMaster, J.; Enemark, John H. (1998). "The active sites of molybdenum- and tungsten-containing enzymes" 〈含有鉬或鎢嘅酵素嘅活性位點〉. Current Opinion in Chemical Biology (英文). 2 (2): 201–207. doi:10.1016/S1367-5931(98)80061-6.
- ↑ Danevich, F. A.; Georgadze, A. Sh.; Kobychev, V. V.; Nagorny, S. S.; Nikolaiko, A. S.; Ponkratenko, O. A.; Tretyak, V. I.; Zdesenko, S. Yu.; Zdesenko, Yu. G.; Bizzeti, P. G.; Fazzini, T. F.; Maurenzig, P. R. (2003). "α activity of natural tungsten isotopes" 〈鎢天然同位素嘅α衰變〉. Phys. Rev. C (英文). 美國物理學會. 67 (1): 014310. doi:10.1103/PhysRevC.67.014310.
- ↑ "Tungsten, W, atomic number 74" 〈鎢,W,原子序數74〉. Institute of rare earths elements and strategic metals (英文).
- ↑ Trasorras, Juan R. L.; Wolfe, Thomas A.; Knabl, Wolfram; Venezia, Carmen; Lemus, Ranulfo; Lassner, Erik; Schubert, Wolf-Dieter; Lüderitz, Eberhard; Wolf, Hans-Uwe (2016). "Tungsten, Tungsten Alloys, and Tungsten Compounds" 〈鎢,鎢嘅合金,同鎢嘅化合物〉. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry (英文). Wiley. doi:10.1002/14356007.a27_229.pub2. ISBN 9783527303854.
- ↑ "Tungsten Applications – Steel" 〈鎢嘅應用 – 鋼〉. Azom (英文). 2000–2008. 原先內容歸檔喺2008-08-15. 喺2008-06-18搵到.
- ↑ Ramakrishnan, P. (2007). "Powder metallurgy for Aerospace Applications". Powder Metallurgy: Processing for automotive, electrical / electronic, and engineering industry (英文). New Age International. p. 38. ISBN 978-81-224-2030-2.
- ↑ "Tungsten Applications" 〈鎢嘅應用〉. wolfmet.com (英文). 原著喺2013-09-01歸檔.