W, un elemento chimico nel Gruppo VI del sistema periodico di Mendeleev. Numero atomico, 74; peso atomico, 183.85. È un metallo refrattario e pesante con un colore grigio chiaro. Il tungsteno naturale è costituito da una miscela di cinque isotopi stabili con numeri di massa 180, 182, 183, 184 e 186.

Tungsteno è stato scoperto e isolato come ossido di tungsteno (WO3) nel 1781 dal chimico svedese K. Scheele dal tungsteno minerale, che è stato poi chiamato scheelite. Nel 1783 i chimici spagnoli, i fratelli d’Elhuyar, prepararono il WO3 dal minerale wolframite e, riducendo il WO3 con il carbonio, furono i primi ad ottenere il metallo vero e proprio, che chiamarono tungsteno. L’attuale wolframite minerale era nota anche a Agricola (xvi secolo); la chiamò spuma lupi (crema di lupi) perché il tungsteno, che accompagna sempre i minerali di stagno, interferiva con la fusione dello stagno, trasformandolo nella schiuma o feccia delle scorie (“divora lo stagno come il lupo divora le pecore”). Negli Stati Uniti e in alcuni altri paesi l’elemento era anche chiamato tungsteno (svedese, “pietra pesante”). Per molto tempo il tungsteno non è stato usato industrialmente. Fu solo nella seconda metà del 19 ° secolo che furono studiati gli effetti del tungsteno sulle proprietà dell’acciaio.

Il tungsteno è scarsamente distribuito in natura; il suo contenuto nella crosta terrestre è 1 x 10~4 per cento in peso. Non si verifica nello stato libero, ma forma i suoi minerali, principalmente gli stati di tung, tra cui wolframite, (Fe, Mn)WO4 e scheelite, CaWO4, sono di importanza industriale.

Proprietà fisiche e chimiche. Tungsteno cristallizza in un sistema reticolo cubico corpo centrato con dimensione a = 3.1647 angstroms. Densità, il 19,3 g/cm3 punto di fusione, 3410° + 20° C, punto di ebollizione, 5900° C. coefficiente di conducibilità Termica (cal/cm – sec – ° C), 0.31 a 20° C e 0,26 a 1300° C; specifica resistenza elettrica (ohm · cm x 10~6), 5.5 a 20° C e 90.4 a 2700° C; elettrone funzione del lavoro, 7.21 x 10~19 joule (J), o 4.55 electron volt (V); ad alta temperatura, radiazione coefficiente (watt per mq cm) 18.0 a 1000° C, 64.0 a 2200° C, 153.0 a 2700° C, e 255.0 a 3030° C. Le proprietà meccaniche del tungsteno dipendono dal suo precedente trattamento. La resistenza alla trazione (chilogrammi-forza per millimetro quadrato) dei lingotti sinterizzati è 11 e dei lingotti pressione-trattati, 100-430; il modulo elastico è 35.000-38.000 nel caso di cavo e 39.000-41.000 per i fili monocristallini. La durezza Brinell dei lingotti sinterizzati è 200-230 e dei lingotti forgiati 350-400 (1 kgf/mm2 ≈ 10 meganewtons per mq ). A temperatura ambiente la plasticità del tungsteno è bassa.

In condizioni ordinarie tungsteno è chimicamente stabile. A 400°-500° C il metallo denso è sensibilmente ossidato in aria a WO3. Sopra 600 ° C vapore ossida vigorosamente a WO2. Gli alogeni, zolfo, carbonio, silicio e boro reagiscono con tungsteno ad alte temperature; fluoro reagisce con polvere di tungsteno a temperatura ambiente. L’idrogeno non reagisce con il tungsteno a temperature fino al punto di fusione. Il tungsteno forma un nitruro con azoto superiore a 1500 ° C. In condizioni ordinarie il tungsteno è resistente agli acidi cloridrico, solforico, nitrico e fluoridrico, nonché all’acqua regia; a 100° C reagisce leggermente con loro e si dissolve rapidamente in una miscela di acidi fluoridrico e nitrico. Al riscaldamento, tungsteno si dissolve leggermente in soluzioni di alcali, e si dissolve rapidamente in alcali fusi con l’aggiunta di aria o agenti ossidanti; tungstati si formano durante questo processo. Nel suo com-libbre tungsteno ha una valenza di 2 a 6; i composti di valenza superiore sono i più stabili.

Il tungsteno forma quattro ossidi, il più alto dei quali è il triossido WO3 (triossido di tungsteno) e il più basso il biossido WO2, con due ossidi intermedi, W10O29 e W4O11. Il triossido di tungsteno è una polvere giallo limone, che si dissolve in soluzioni di alcali con la formazione di tungstati. Dopo la riduzione con idrogeno produce gli ossidi più bassi e tungsteno successivamente. Acido tungstico (H2WO4), una polvere gialla che è praticamente insolubile in acqua e acidi, corrisponde al triossido di tungsteno. Soluzioni di tungstati si formano sulla sua reazione con soluzioni di alcali e ammoniaca. A 188° C, H2WO4 perde acqua e forma WO3. Tungsteno forma una serie di cloruri e ossicloruri con cloro. I più importanti sono WC16 (punto di fusione, 275° C; punto di ebollizione, 348° C) e WO2Cl2 (punto di fusione, 266° C; sublima sopra 300° C), che sono prodotti dall’azione del cloro sul triossido di tungsteno in presenza di carbonio. Il tungsteno forma due solfuri con zolfo, WS2 e WS3. I carburi di tungsteno WC (punto di fusione, 2900° C) e W2C (punto di fusione, 2750° C) sono composti refrattari solidi; sono prodotti da tungsteno e carbonio a 1000°-1500°C.

Preparazione e uso. I concentrati di wolframite e scheelite (50-60% WO3) sono la materia prima per la preparazione del tungsteno. Ferrotungsten (una lega di ferro con 65-80 per cento di tungsteno), che viene utilizzato nella produzione di acciaio, viene fuso direttamente dai concentrati; triossido di tungsteno viene fuso per ottenere tungsteno e sue leghe e composti. Diversi metodi sono utilizzati nell’industria per ottenere WO3. I concentrati di Scheelite vengono decomposti da una soluzione di soda a 180° -200 ° C in autoclavi (per produrre una soluzione industriale di tungstato di sodio) o con acido cloridrico (per produrre acido tungstico industriale):

(1) CaWO4 (solido) + Na2CO3 (liquido) = Na2WO4 (liquido) + CaCO3 (solido)

(2) CaWO4 (solido) +2HC1 (liquido) = H2WO4 (solido) + CaCl2 (liquido)

Wolframite concentrati sono decomposti da sinterizzazione con soda a 800°-900° C, seguita da lisciviazione del Na2WO4 con acqua o riscaldamento con una soluzione di soda caustica. La decomposizione con reagenti alcalini (soda o soda caustica) produce una soluzione di Na2WO4 che contiene impurità. Dopo aver rimosso le impurità, H2WO4 viene isolato dalla soluzione. (Per produrre precipitati più grossolani e più facili da filtrare e lavare, CaWO4 viene prima precipitato dalla soluzione Na2WO4 e poi decomposto con acido cloridrico.) L’H2WO4 essiccato contiene 0,2-0,3% di impurità. La calcinazione di H2WO4 a 700°-800° C produce WO3, da cui possono essere prodotte leghe dure. Per produrre tungsteno metallico, H2WO4 viene ulteriormente purificato con il metodo dell’ammoniaca, cioè sciogliendolo in ammoniaca e cristallizzando il paratungstato di ammonio, 5 (NH4)2O · 12WO3 · “H2O. La calcinazione di questo sale produce puro WO3.

Polvere di tungsteno è prodotto dalla riduzione di WO3 da idrogeno (carbonio è utilizzato anche nella fabbricazione di metalli duri) in forni a tubi elettrici a 700°-850° C. Metallo compatto è costituito dalla polvere con il metodo metallurgia delle polveri—cioè, comprimendo in stampi in acciaio a pressioni di 3-5 tonnellate-forza per cm quadrati e trattamento termico delle billette. La fase finale del trattamento termico, riscaldamento a circa 3000° C, viene eseguita in appositi apparecchi, con passaggio diretto di una corrente elettrica attraverso le billette in atmosfera di idrogeno. Tungsteno che si presta bene al trattamento di pressione (forgiatura, disegno e laminazione) dopo il riscaldamento è prodotto come risultato di questo processo. I singoli cristalli di tungsteno sono ottenuti dalle billette con il metodo della fusione della zona del fascio di elettroni senza crogiolo.

Nella tecnologia moderna, il tungsteno è ampiamente utilizzato sia come metallo puro che sotto forma di una serie di leghe, le più importanti delle quali sono acciai legati, leghe dure a base di carburo di tungsteno e leghe resistenti all’usura e resistenti alla temperatura. Il tungsteno è un componente di una serie di leghe resistenti all’usura utilizzate per rivestire le superfici delle parti della macchina (valvole nei motori degli aerei, pale delle turbine e così via). Le leghe resistenti alla temperatura di tungsteno con altri metalli refrattari sono utilizzate nell’aviazione e nella missilistica. Il suo alto punto di fusione e la bassa pressione di vapore alle alte temperature rendono il tungsteno indispensabile per i filamenti di luce elettrica, nonché per la realizzazione di parti di dispositivi elettrici sotto vuoto nell’elettronica radio e nella tecnologia a raggi X. Diversi composti chimici di tungsteno sono utilizzati in diversi campi della tecnologia-per esempio, Na2WO4 nelle vernici e vernici e industrie tessili, e WS2 come catalizzatore nella sintesi organica e un lubrificante solido efficiente per le parti esposte all’attrito.