Tungsteno

Tungsteno
Tántalo ← Tungsteno → Renio Mes     74 W                                                                                                                                                                                                                                                                                           ↑ W ↓ Sg Mesa completa • Mesa ampliada
Posición en la tabla periódica
Símbolo	W
apellido	Tungsteno
Número atómico	74
Grupo	6
Período	6 º período
Cuadra	Bloque d
Familia de elementos	Metal de transición
Configuración electrónica	[ Xe ] 6 s 2 4 f 14 5 d 4
Electrones por nivel de energía	2, 8, 18, 32, 12, 2
Propiedades atómicas del elemento.
Masa atomica	183,84  ± 0,01  u
Radio atómico (calc)	135  horas ( 193  horas )
Radio covalente	162  ± 7  pm
Radio de Van der Waals	137  pm
Estado de oxidación	6 , 5, 4, 3, 2
Electronegatividad ( Pauling )	2,36
Óxido	Ácido
Energías de ionización
1 re  : 7.86403  eV	2 e  : 16,1  eV
La mayoría de los isótopos estables
Yo asi AÑO Período Maryland Ed PD MeV 180 W 0,13  % 1.8 × 10 18  a α 2.516 176 Hf 181 W {syn.} 121.2  d ε 0,188 181 Tu 182 W 26,498  % estable con 108 neutrones 183 W 14,314  % estable con 109 neutrones 184 W 30,642  % estable con 110 neutrones 185 W {syn.} 75.1  d β - 0.433 185 Re 186 W 28,426  % estable con 112 neutrones
Propiedades físicas corporales simples
Estado ordinario	sólido
Densidad	19,3  g · cm -3 ( 20  ° C )
Sistema de cristal	Centrado cúbico
Dureza	7.5
Color	Gris blanco
Punto de fusión	3422  ° C
Punto de ebullición	5555  ° C
Energía de fusión	35,4  kJ · mol -1
Energía de vaporización	824  kJ · mol -1
Volumen molar	9,47 × 10 -6  m 3 · mol -1
Presión de vapor	4,27  Pa a 3680  K
Velocidad del sonido	5174  m · s -1 hasta 20  ° C
Calor masivo	130  J · kg -1 · K -1
Conductividad eléctrica	8,9 x 10 6  S · m -1
Conductividad térmica	174  W · m -1 · K -1
Solubilidad	suelo. en HCl + H 2 O 2
Diverso
N o  CAS	7440-33-7
N o  ECHA	100,028,312
N o  EC	231-143-9
Precauciones
SGH
Estado en polvo  : Peligro H228, P210, P240, P241, P280, P370 + P378, H228  : Sólido inflamable P210  : Mantener alejado de fuentes de calor, chispas, llama abierta o superficies calientes. - No fumar. P240  : Conexión a tierra / equipotencial del receptáculo y equipo receptor. P241  : Utilizar equipo eléctrico / de ventilación / de iluminación /… / a prueba de explosión. P280  : Use guantes de protección / ropa protectora / protección para los ojos / protección facial. P370 + P378  : En caso de incendio: Utilizar… para apagarlo.
WHMIS
Producto incontroladoEste producto no está controlado de acuerdo con los criterios de clasificación de WHMIS. Divulgación al 1.0% de acuerdo con la lista de divulgación de ingredientes Comentarios: La identidad química y la concentración de este ingrediente deben ser divulgadas en la MSDS si está presente en una concentración igual o superior al 1.0% en un control de producto.
Transporte
40    3089    Código Kemler: 40  : sólido inflamable o material que  reacciona espontáneamente o que se calienta espontáneamente Número ONU  : 3089  : POLVO METÁLICO INFLAMABLE, Clase NSA : 4.1 Etiqueta: 4.1 : Sólidos inflamables, sustancias que reaccionan espontáneamente y sólidos explosivos insensibilizados Embalaje: Grupo de embalaje II  : materiales moderadamente peligrosos;
Unidades de SI y STP a menos que se indique lo contrario.

El tungsteno es el elemento químico del número atómico 74, símbolo W (el Wolfram alemán ). Su nombre en francés proviene del sueco tung ( "pesado" ) y sten ( "piedra" ) y por lo tanto significa "piedra pesada".

El tungsteno se encuentra en muchos minerales como la wolframita y la scheelita . El cuerpo de tungsteno es un metal de transición gris-acero-blanco muy duro y pesado. En su forma pura, se utiliza principalmente en aplicaciones eléctricas ( filamentos de lámparas incandescentes ), pero en forma de compuestos o aleaciones , tiene muchas aplicaciones, como la producción de herramientas que requieren una gran dureza (taladros, polvos abrasivos,  etc. ) .

El tungsteno tiene 35 isótopos conocidos, con números de masa que varían entre 158 y 192, así como 11  isómeros nucleares . Entre estos isótopos, cuatro son estables , 182 W, 183 W, 184 W y 186 W, y junto con 180 W constituyen un radioisótopo de muy larga vida (vida media de 1.8 × 10 18  años), todo el tungsteno natural, en proporciones que varían del 14 al 30% (0,12% para 180 W). Como todos los elementos más pesados ​​que el circonio , el tungsteno es teóricamente inestable, y se cree que todos sus isótopos estables son débilmente radiactivos y se descomponen por emisión α en los correspondientes isótopos de hafnio . Al tungsteno se le asigna una masa atómica estándar de 183,84 (1)  u .

Características notables

El tungsteno puro es un metal duro que varía en color desde el gris acero al blanco peltre . Se puede cortar con una sierra para metales cuando es muy puro, pero es quebradizo y difícil de trabajar cuando es impuro, y normalmente se trabaja mediante forja, extrusión o estiramiento. Este elemento tiene el punto de fusión más alto ( 3422  ° C ) de todos los metales, la presión de vapor más baja y la mayor resistencia a la tracción de todos los metales a una temperatura superior a 1650  ° C , su módulo de Young es de 406  GPa . Debido a su alto punto de fusión, el tungsteno no se funde sino que se sinteriza a alta temperatura, así como algunos de sus compuestos, como el carburo de tungsteno . Su resistencia a la corrosión es excelente y solo puede ser atacado levemente por ácidos minerales . El tungsteno metálico forma una capa protectora de óxido cuando se expone al aire. Cuando se agrega en pequeñas cantidades a las aleaciones de acero, aumenta su dureza.

En teoría, se considera que todos los isótopos naturales del tungsteno son radiactivos emisores alfa con vidas medias muy altas, pero esto solo se establece para el tungsteno 180 . Por lo tanto, el tungsteno natural es estable para aplicaciones comunes.

Historia

El primero en haber asumido la existencia de tungsteno fue Peter Woulfe , en 1778 , cuando estaba examinando la wolframita .

Luego determinó que este mineral debe contener una sustancia desconocida. En 1781 , Carl Wilhelm Scheele estableció que se podía formar un nuevo ácido a partir de tungsteno . Scheele y Tobern Bergman sugirieron que debe ser posible obtener un nuevo metal reduciendo este ácido. Los hermanos Juan José y Fausto de Elhúyar descubrieron, en 1783 , un nuevo ácido derivado de la wolframita idéntico al ácido túngstico . En Bergara , España , un poco más tarde ese mismo año, los dos hermanos lograron aislar el tungsteno reduciendo el ácido con carbón . Se les atribuyó el descubrimiento del elemento.

Producción y reservas

La producción anual de tungsteno en 2008 fue de 55.900  t . Las reservas se estiman en 2,8 millones de  t , lo que representa cincuenta años de producción anual.

El tungsteno se encuentra en la wolframita, que es un tungstato de hierro y manganeso, (FeW O 4 / MnWO 4 ), scheelita (tungstato de calcio , CaWO 4 ), ferberita y hübnerita . Se encuentran importantes depósitos de estos minerales en Perú, Bolivia , California , China , Colorado ( EE . UU. ), Portugal , Rusia y Corea del Sur . China produjo el 84% del suministro mundial en 2006. El metal se produce comercialmente mediante la reducción de óxido de tungsteno con hidrógeno o carbono .

Toxicología, ecotoxicología

La controversia sobre las consecuencias toxicológicas y ecotoxicológicas del uso de uranio empobrecido en las municiones de la Guerra del Golfo y de los Balcanes llevó a la evaluación de otros materiales pesados utilizados en municiones perforantes, incluidas las aleaciones de tungsteno (HMTA), que se promocionaban como “no- alternativas tóxicas ” al uranio.

Luego se demostró en el laboratorio que la inyección ( intramuscular ) de micropartículas de HMTA (que contienen 91.1% de tungsteno, 6% de cobalto y 2.9% de níquel ) en ratas de laboratorio causó rápidamente la aparición de cánceres con tumores metastásicos agresivos en el sitio de implantación, sin embargo comprender los mecanismos celulares y moleculares implicados. Sin embargo, los soldados durante los ejercicios o en situaciones de combate y los civiles durante las guerras pueden inhalar dichas partículas (emitidas en el momento del impacto).

Instilación intratraqueal (inhalación forzada) en grupos de ratas de una mezcla homóloga de polvos metálicos de WNiCo (92% tungsteno, 5% níquel y 3% cobalto), WNiFe (92% tungsteno, 5% níquel y 3% hierro), metales puros , o un producto neutro (solución salina) por vía intratraqueal en ratas también mostró toxicidad pulmonar (evaluada por análisis citológico, por la actividad de la lactato deshidrogenasa , contenido de albúmina y nivel de citocinas inflamatorias en el líquido de lavado broncoalveolar 24 h después de la instilación). Estos productos indujeron inflamación pulmonar y la expresión de marcadores de estrés oxidativo y metabólico, con producción de radicales libres tóxicos y daño pulmonar.

Para tratar de explicar tres casos de grupos de leucemia infantil que aparecieron en los Estados Unidos (incluidos Fallon , Sierra Vista y Elk Grove ), un estudio midió los metales y metaloides "archivados" en los anillos de los árboles durante su crecimiento ( dendroquímica ) para encontrar averiguar si estos niños o sus padres habían estado expuestos de forma anormal y reciente a un metal o metaloide (o más). En la madera de los árboles de todos los sitios en cuestión, entre los muchos elementos medidos, solo el tungsteno había aumentado a lo largo de los años (duplicándose en un caso). Un estudio de los CDC de tejido humano de residentes de Fallon mostró niveles elevados de tungsteno y un estudio del USGS sobre el agua potable de la ciudad también mostró un alto contenido de tungsteno. El aire exterior filtrado en Sierra Vista también contenía más tungsteno que en varias áreas vecinas (sur de Arizona). Varios estudios han demostrado al menos un posible vínculo entre el tungsteno y la leucemia (o el cáncer en general).

Aplicaciones

El tungsteno tiene una gran cantidad de usos, siendo los más comunes en forma de carburo de tungsteno (WC) y subcarburo de tungsteno (W 2 C), que se utiliza en la fabricación de piezas de desgaste en la industria metalúrgica, minera y petrolera. El tungsteno se utiliza en la fabricación de filamentos de bombillas y tubos de rayos catódicos de televisores, así como en la de electrodos , los filamentos muy finos que se pueden producir con este metal que tiene un punto de fusión muy elevado.

Otros usos:

• Su elevado punto de fusión hace que el tungsteno sea especialmente adecuado en un contexto de temperaturas muy elevadas, como la reentrada atmosférica de un vehículo espacial o el desviador del reactor termonuclear ITER .
• La dureza y densidad de este metal lo hacen ideal para fabricar aleaciones de metales utilizados en armamento, disipadores de calor, así como pesos y contrapesos.
• Las piezas de desgaste que se utilizan, por ejemplo, en herramientas de alta velocidad, a menudo utilizan tungsteno y aleaciones de acero que pueden contener hasta un 18% de tungsteno.
• Los compuestos de tungsteno se utilizan como catalizador , pigmento inorgánico . El disulfuro de tungsteno  (en) se utiliza como lubricante estable por encima de 500  ° C .
• El tungstato de sodio ( número CAS  : 10213-10-2 ) es parte del reactivo  de Folin Denis (en) .
• Dado que su coeficiente de expansión es equivalente al del vidrio de borosilicato , se utiliza para realizar soldaduras de vidrio a metal (electrodos, pasajes eléctricos).
• Los contenedores de tungsteno de superaleaciones se utilizan para fabricar palas de turbinas, herramientas de acero, así como chapas.
• Se utiliza como electrodo refractario en soldadura TIG .
• Los contactos de arco de los interruptores automáticos de alto voltaje también están hechos parcialmente de tungsteno para resistir la alta temperatura de un arco eléctrico.
• DIME ( Dense Inert Metal Explosive ), un nuevo armamento muy poderoso para matar a un ser humano mientras causa daño en un radio muy limitado de unos pocos metros.
• También se utiliza para penetradores de energía cinética (o proyectiles de flecha) debido a su alto punto de fusión y su densidad.
• Bolas de bolígrafo en forma de carburo de tungsteno, antes de que fueran hechas de acero inoxidable a partir de 1961.
• El 14/12/2016, un tokamak , un reactor termonuclear experimental, un modelo a escala del ITER en Cadarache (Bocas del Ródano), produjo plasma (gas calentado a varios millones de grados) en una cámara de vacío de tungsteno. Primer paso hacia la fusión nuclear para producir energía.
• Los ánodos de los tubos de rayos X suelen estar hechos de tungsteno, generalmente en combinación con renio y tantalio .

Reciclaje

El 34% del tungsteno consumido en el mundo proviene del reciclaje. Aparte del reciclaje de los desechos de producción, que representa el 10% del tungsteno consumido en el mundo, el reciclaje concierne al resto de productos al final de su vida útil, para los que existen principalmente cuatro procesos:

Esta técnica, que utiliza productos químicos, regenera el tungsteno produciendo tungsteno que no se puede distinguir del mineral inicial. Permite recuperar al mismo tiempo el cobalto , tantalio y niobio presentes en los residuos.

Esta técnica, que utiliza tungsteno residual en la producción de aleaciones, produce acero , estelitas , superaleaciones , carburos de tungsteno fundidos, ferrotungsteno o aleaciones de tungsteno.

Esta técnica utiliza métodos químicos o físicos que no cambian la composición básica del tungsteno, que se descompone en un polvo. Recicla carburos de tungsteno, así como carburos de cobalto, tántalo y otros carburos.

Esta técnica consiste en la disolución química.

Notas y referencias

Notas

1. es teóricamente acepta que todos los isótopos de tungsteno deben ser radiactivo y deben descomponerse mediante la emisión de α radiación con periodos sin embargo muy alta (> 10 18  a = 1 mil millones de mil millones de años , pero esto no fue establecido experimentalmente en 2009 que para tungsteno 180
2. HTMA: acrónimo de aleaciones de tungsteno de metales pesados .

Referencias

1. (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics , CRC Press Inc,2009, 90 ª  ed. , 2804  p. , Tapa dura ( ISBN  978-1-420-09084-0 )
2. (in) Beatriz Cordero Verónica Gómez, Ana E. Platero-Prats, Marc Revés Jorge Echeverría, Eduard Cremades, Flavia y Santiago Barragan Alvarez , "  Radios covalentes revisitados  " , Dalton Transactions ,2008, p.  2832-2838 ( DOI  10.1039 / b801115j )
3. (en) David R. Lide, CRC Manual de Química y Física , CRC,2009, 89 ª  ed. , p.  10-203
4. (en) National Nuclear Data Center , "  Interactive Chart of nucleides (Nudat2.5)  " (consultado el 22 de junio de 2009 )
5. (en) Thomas R. Dulski, Un manual para el análisis químico de metales , vol.  25, ASTM International,1996, 251  p. ( ISBN  0803120664 , leer en línea ) , pág.  75
6. Consulta de la base de datos de Chemical Abstracts a través de SciFinder Web el 15 de diciembre de 2009 ( resultados de búsqueda )
7. Entrada "tungsteno, polvo" en la base de datos química GESTIS de la IFA (organismo alemán responsable de la seguridad y salud) ( alemán , Inglés ), Accessed July 6, 2018 (Javascript required)
8. "  Tungsteno  " en la base de datos de productos químicos Reptox de la CSST (organización de Quebec responsable de la seguridad y salud en el trabajo), consultado el 25 de abril de 2009
9. Proveedores de tungsteno y sus compuestos en Kompass.com .
10. Según USGS .
11. http://www.malaga.ca/
12. Arnaud de la Grange, "  " Beijing juega con el arma de las tierras raras  "  ", Le Figaro , 25 de octubre de 2010
13. (en) Erik Q. Roedel, Danielle E. Cafasso, Karen Lee WM, Lisa Pierce, Toxicidad pulmonar después de la exposición a partículas de aleación de tungsteno de metales pesados ​​de relevancia militar , Toxicología y farmacología aplicada , vol.  259, n o  1, 15 de febrero de 2012, p.  74-86 resumen )
14. Sheppard PR y Witten ML (2003) de bosque, los árboles urbanos en un análisis de exposición ambiental de las áreas de racimo leucemia infantil . En AGU Fall Meeting Abstracts (diciembre) ( resumen )
15. "  Iter da otro paso hacia la fusión nuclear  " , en lesechos.fr ,16 de enero de 2017(consultado el 30 de agosto de 2017 )
16. Asociación internacional de la industria del tungsteno , Tungsteno , 2009.
17. ADEME , "Estudio del potencial para el reciclado de metales raros," 1 st  parte, p.  207 .

Ver también

Artículos relacionados

• Acetilenhidratasa , metaloproteína de tungsteno
• Metal refractario
• Partinio

enlaces externos

• BRGM Panorama 2011 del mercado de tungsteno ,Julio de 2012
• ADEME , "Estudio del potencial para el reciclado de metales raros" , 1 st  parte, tungsteno registro p.  201-208
• (es) Asociación Internacional de la Industria del Tungsteno , información sobre fuentes, propiedades y usos del tungsteno
• (en) “  Technical data for Tungsten  ” (consultado el 15 de agosto de 2016 ) , con los datos conocidos de cada isótopo en subpáginas