تنگستن،خواص و ویژگی ها

تنگستن به خاطر نقطه‌ی ذوب بالایش و همچنین چگالی زیادش که 19.3 برابر چگالی آب است زبان‌زد است.عنصر تنگستن در برابر اکسایش،اسید و باز از خود مقاومت نشان می دهد.معمولی ترین حالت اکسیداسیون تنگستن +6 است، اما کلیه حالات اکسیداسیون از -2 تا +6 از خود نشان می دهد.تنگستن معمولاً "با اکسیژن ترکیب شده و تری اکسید تنگستن زرد رنگ (WO3‎)را تشکیل می دهد ، که در محلول قلیایی آبی حل شده و به فرم یونهای تنگستن، (WO24-‎)در می آید.از آنجا که تنگستن به آرامی با اسید واکنش می دهد، برای اول به صورت آنیون بی ثبات قابل حل، paratungstate A ظاهر می شود (W7O246-‎) که در طول زمان به شکل آنیون کمتر قابل حل paratungstate B در می آید (H2W12O4010-‎).
با اسیدی شدن بیشتر آنیون بسیار قابل حل metatungstate، تولید می شود (H2W12O426-‎)که پس از هر موازنه بدست می آید.
با اسیدی شدن بیشتر آنیون بسیار قابل حل metatungstate، تولید می شود که پس از هر موازنه بدست می آید .یون metatungstate یک خوشه متقارن از دوازده تنگستن اکسیژن اکتاهدرا ست که آنیونKeggin نامیده میشود . آنیونها polyoxometalate دیگری به عنوان گونه های با ثبات وجود دارد. گنجاندن اتم متفاوتی مثل فسفر به جای دو اتم هیدروژن مرکزی در metatungstate تولید طیف گسترده ای از اسیدهای heteropoly مانند اسید phosphotungstic می سازد (H3PW12O40‎).
تری اکسید تنگستن می تواند ترکیبات معینی را با فلزات قلیایی تشکیل دهد. که به برنز معروف هستند، به عنوان مثال سدیم تنگستن برنز.

مصارف:
تقریباً نیمی از تنگستن برای تولید مواد سخت- کاربید تنگستن- مصرف می شود. بیشتر باقی‌مانده در آلیاژها و فولادها بکار می رود. کمتر از 10 درصد است در سایر ترکیبات شیمیایی استفاده می شود.
تنگستن به طور عمده در تولید مواد سخت با بنیان کاربید تنگستن، یکی از سخت ترین کاربیدها، با نقطه ذوب 2770 درجه سانتی گراد استفاده می شود. WC رسانای الکتریکی خوبی است، اما رسانایی الکتریکی W2C کمتر است. حدود 60 درصد مصرف تنگستن بصورت WC در حال حاضر برای مواد صیقل دهنده مقاوم در برابر سایش ، برشکاری ، چاقو و مته، اره، فرز و ابزار دوار مورد استفاده در فلزکاری، نجاری، صنایع استخراج معدن، نفت و ساختمان بکار می رود.
در صنعت طلا و جواهر، حلقه های متخلخل کاربید تنگستن،کاپوزیت کاربید تنگستن / فلز ، و نیز فلزی تنگستن ساخته می شود. گاهی اوقات تولید کنندگان یا خرده فروشان به کاربید تنگستن به عنوان یک فلز اشاره می کنند، اما در واقع کاربید تنگستن یک سرامیک است. از آنجا که سختی کاربید تنگستن بالاست ، حلقه های ساخته شده از این مواد به شدت مقاوم در برابر سایش هستند ، و جلای حلقه های ساخته شده از تنگستن بیشتر از حلقه های فلزی هستند. با این حال،حلقه های کاربید تنگستن شکننده هستند، و ممکن است تحت یک ضربه متمرکز ترک بخورند.

آلیاژ ها:
ازاستحکام و چگالی تنگستن در ساخت آلیاژهای فلزی سنگین استفاده شده است. یک مثال خوب فولاد های تندبر هستند که حاوی حدود 18٪ تنگستن است. با توجه به نقطه ذوب بالای تنگستن ماده خوبی برای کاربرد در مانند نازل موشک، به عنوان مثال در پولاریس 27-UGM، زیردریایی با موشک بالستیک می باشد.
ابر آلیاژهایی که دارای تنگستن هستند، مانند Hastelloy و Stellite، در پره های توربین ، قطعات مقاوم در برابر سایش و پوشش فلزات استفاده می شود.

جنگ افزار:
آلیاژ تنگستن، معمولابا نیکل و آهن یا کبالت به شکل آلیاژهای سنگین است، درگلوله های انرژی جنبشی به عنوان یک جایگزین برای اورانیوم ضعیف شده استفاده می شود، در برنامه هایی که کاربرد رادیواکتیویته مشکل زاست استفاده می شود.یا در مواردی که خواص آتشزایی اورانیوم مورد نیاز نمی‌باشد (به عنوان مثال، در گلوله های سلاح های معمولی کوچک که به منظور نفوذ به زره بدن طراحی شده اند). به طور مشابه، آلیاژهای تنگستن در گلوله های توپ، نارنجک و موشک ،و نیز برای ساخت گلوله های انفجاری (افشان) فراصوت بکار می رود. تنگستن در مواد منفجره با فلز فشرده نیز کاربرد دارد، که از آن به عنوان پودر متراکم، برای کاهش خسارات جانبی و در همان حال افزایش کشندگی انفجار در محدوده یک شعاع کوچک، استفاده می شود.

الکترونیک:
یک لامپ الکترونیکی باز شده‌است و باعث خروج گاز ساکن درون لامپ گردیده‌است. پس از آن هنگامی که لامپ روشن می‌گردد رشته تنگستن شروع به سوختن می‌کند و شعله‌ای از آتش را حاصل می‌کند. این تشکیل آتش به خاطر نفوذ اکسیژن به درون لامپ می‌باشد.
از آنجا که تنگستن عنصری است که استحکام خود را در دماهای بالا حفظ می کند و دارای نقطه ذوب بالاست، در بسیاری از برنامه هایی که درجه حرارت بالا ست کاربرد دارد، از قبیل لامپ، لامپ اشعه کاتد، و رشته های درون لوله خلاء، المنت حرارتی، ونازل موتور موشکها. نقطه ذوب بالای آن همچنین موجب شده تا تنگستن برای پروژه های هوا - فضا و دمای بالا مناسب باشد، مانند برق، حرارت، و برنامه های کاربردی جوشکاری، به ویژه در فرایند جوشکاری آرگون (جوشکاری (TIG) نیز نامیده می شود).
با توجه به خواص رسانایی و بی اثری شیمیایی نسبی، از تنگستن در الکترودها نیز استفاده می شود، و در نوکهای انتشاردهنده (امیتر) در ابزارهای پرتو الکترونی ، مانند میکروسکوپ الکترونی بکار می رود. در الکترونیک، تنگستن را به عنوان ماده اتصال درتراشه ها (IC)، بین سیلیکون دی اکسید دی الکتریک مواد و ترانزیستور بکار می برند. در لایه های نازک فلزی که جایگزین سیم کشی بکار رفته در الکترونیک معمولی شده، یک پوشش از تنگستن (یا مولیبدن) بر روی سیلیکون استفاده می شود.
ساختار الکترونیکی تنگستن آن را به یکی از مواد اصلی برای اهداف اشعه X تبدیل کرده است، از دیگر کاربردهای آن محافظت در برابر پرتوهای با انرژی بالا (مانند صنعت پرتو درمانی برای محافظ نمونه رادیواکتیو FDG) است. پودر تنگستن به عنوان مواد پرکننده در کامپوزیت های پلاستیکی، که به عنوان یک جایگزین غیر سمی سرب در گلوله، ساچمه، و سپر تابشی بکار میرود. چون انبساط حرارتی این عنصر شبیه شیشه بوروسیلیکات است، از آن در ساخت عایق های شیشه به فلز استفاده می شود.

 

سایر کاربردها
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 بیولوژیکی
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.

ایزوتوپهــــــــا
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.

 توضیحات بیشتر در ادامه مطلب