Structure
Ce n’est pas un diagramme de points sur des anneaux — c’est un échantillon de Monte-Carlo de la masse volumique de probabilité réelle |ψ|² pour chaque sous-couche occupée. Faites glisser pour faire pivoter. Le bleu et le violet indiquent les signes opposés de la fonction d’onde, ce qui rend la liaison possible.
Valeurs mesurées
Chaque barre montre où se situe tungstène parmi les 118 éléments pour cette propriété.
Sources : masses atomiques standard de l’IUPAC 2021 · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. Les valeurs marquées ~ sont prédites et non mesurées.
Taille, à l’échelle
Radius 146 pm — that is 0.146 nm, so about 3425 million of them side by side would span a millimetre.
Plage thermique
Tungstène is liquid over a 2133 K window, from 3695 K to 5828 K.
Où il se situe
L’histoire
The highest melting point of any metal — 3,422 degrees C — and the filament of the incandescent age.
La découverte du tungstène ressemble à une enquête scientifique qui s’étend sur trois siècles et met en scène des minéraux suédois mystérieux, des chimistes espagnols et des métallurgistes allemands. Le nom de l’élément signifie littéralement « pierre lourde » en suédois, ce qui évoque les difficultés rencontrées par les premiers scientifiques.
Carl Wilhelm Scheele (chimiste suédois) a découvert un acide inconnu dans le minéral scheelite. Il a compris que cet « acide tungstique » contenait un nouvel élément métallique, mais ne disposait pas de la technologie nécessaire pour isoler du tungstène métallique pur. L’intuition chimique remarquable de Scheele a permis d’identifier l’existence du tungstène 200 ans avant ses premières applications pratiques.
Juan José et Fausto Elhuyar (minéralogistes espagnols) ont réussi à isoler le tungstène à partir de minerai de wolframite dans leur laboratoire du Séminaire royal de Vergara. Travaillant avec des échantillons provenant de mines allemandes, ils ont utilisé une réduction par le carbone à des températures extrêmes pour produire le premier tungstène métallique — de minuscules perles grises qui allaient lancer l’industrie moderne du tungstène.
« Nous avons réussi à obtenir la substance métallique du wolfram dans un état de pureté parfaite » — Fausto Elhuyar, 1783
La confusion régnait au sujet du nom du tungstène. Les Allemands l’appelaient « wolfram » (écume de loup), car il interférait avec la fusion de l’étain comme un loup vorace. Les Suédois préféraient « tungsten » (pierre lourde). Aujourd’hui, les deux noms coexistent: le symbole de l’élément, W, rend hommage au wolfram, tandis que les anglophones disent tungsten.
William Coolidge, chez General Electric, a mis au point le procédé de fabrication d’un fil de tungstène ductile, ouvrant l’ère de l’éclairage électrique. Cette avancée nécessitait de chauffer de la poudre de tungstène dans une atmosphère d’hydrogène, puis de la travailler mécaniquement pour obtenir un fil plus fin qu’un cheveu humain — un procédé encore utilisé aujourd’hui.
Le point de fusion du tungstène, de 3 695°C, dépassait les capacités de toutes les technologies de fours des années 1700. Les premiers chimistes ne pouvaient produire que des composés du tungstène, et non le métal pur. L’invention des fours à arc électrique a finalement permis la production de tungstène à grande échelle.
Le tungstène pur est extrêmement fragile à froid et se brise comme du verre. L’avancée de Coolidge consistait à travailler le tungstène à haute température et à ajouter des impuretés à l’état de traces pour créer un tungstène ductile adapté à l’étirage des fils.
La chimie complexe du tungstène déroutait les premiers analystes. L’élément forme plusieurs états d’oxydation et des composés colorés qui masquaient sa véritable identité. La chimie analytique systématique a finalement révélé les propriétés uniques du tungstène.
Les frères Elhuyar n’auraient jamais pu imaginer que leur découverte en laboratoire finirait par alimenter des missions spatiales, permettre les radiographies médicales et illuminer les villes du monde entier. Le parcours du tungstène, d’un minéral suédois mystérieux à un matériau moderne essentiel, s’étend sur plus de 200 ans de progrès scientifique.
La découverte du tungstène a établi les principes de la métallurgie à haute température et de la science des matériaux réfractaires. Les techniques mises au point pour travailler le tungstène ont jeté les bases de l’aérospatiale, de l’électronique et des technologies nucléaires modernes. Chaque ampoule à incandescence ayant jamais brillé rend hommage au travail pionnier des frères Elhuyar.
Applications
Le tungstène règne en maître dans les applications à températures extrêmes : son extraordinaire point de fusion de 3 695 °C le rend central aux technologies modernes. Ce métal remarquable contribue littéralement à éclairer et à alimenter notre monde.
Les filaments de tungstène ont transformé l’éclairage pour toujours. Alors que les premières ampoules d’Edison utilisaient du carbone, la découverte du tungstène a permis de créer les ampoules à incandescence brillantes et durables qui ont éclairé le 20e siècle. Les ampoules halogènes modernes reposent encore sur l’incroyable résistance à la chaleur du tungstène.
Les appareils de radiographie hospitaliers dépendent de cibles en tungstène pour produire des rayonnements d’imagerie précis. La capacité du tungstène à résister à un bombardement intense d’électrons en fait un matériau idéal pour le diagnostic médical, des radiographies dentaires aux scanners CT avancés.
Les tuyères de fusée et les composants des engins spatiaux utilisent des alliages de tungstène pour résister à des températures de rentrée dépassant 2 000 °C. Les navettes spatiales de la NASA reposaient sur des bords d’attaque renforcés au tungstène pour ramener les astronautes sur Terre en toute sécurité.
Les interrupteurs électriques haute tension et les disjoncteurs utilisent des contacts en tungstène, car ceux-ci résistent au soudage sous des charges électriques extrêmes. Des infrastructures des réseaux électriques aux systèmes d’allumage automobile, le tungstène assure une circulation sûre de l’électricité.
Les munitions perforantes reposent sur la masse volumique exceptionnelle du tungstène (19.3 g/cm³) et sa dureté. Les projectiles antichars et les pénétrateurs à énergie cinétique utilisent des noyaux en tungstène capables de percer les blindages les plus résistants à des vitesses hypersoniques.
Les outils de coupe en carbure de tungstène peuvent trancher l’acier trempé avec une grande facilité. Des trépans utilisés pour l’exploitation minière en profondeur aux instruments chirurgicaux de précision, le carbure de tungstène offre une durabilité et un tranchant inégalés, qui durent 10x plus longtemps que les outils en acier.
Les réacteurs à fusion dépendront de matériaux en tungstène exposés au plasma pour contenir des températures de 100-million-degrés. Les ascenseurs spatiaux pourraient utiliser des câbles composites en tungstène et carbone, tandis que les ordinateurs quantiques étudient des qubits supraconducteurs à base de tungstène fonctionnant au zéro absolu.
Le filament d’une ampoule au tungstène, plus fin qu’un cheveu humain, fonctionne à 2,500°C - une température suffisante pour faire fondre instantanément des pièces de Cuivre. Pourtant, il brille pendant des milliers d’heures sans défaillir, grâce à l’incroyable résistance du tungstène à la chaleur.
D’où il vient
1.3 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 53% of elements
Le tungstène figure parmi les éléments les plus rares de la Terre, avec une abondance de seulement 1.25 parts per million dans la croûte terrestre. Pour mettre cela en perspective, le tungstène est 100 fois plus rare que le cuivre et 1 000 fois plus rare que le fer.
(Fe,Mn)WO₄ - La principale source commerciale, formant des masses cristallines sombres dans des filons à haute température. Elle se trouve principalement en Chine, qui contrôle 85 % de la production mondiale.
CaWO₄ - Des cristaux blancs à jaunes qui émettent une fluorescence bleu vif sous lumière UV. D’importants gisements en Australie, au Pérou et dans l’ouest des États-Unis fournissent ce minerai de tungstène de haute qualité.
Variétés de wolframite riches en fer et riches en manganèse, trouvées dans la légendaire mine de Llallagua, en Bolivie, et dans les districts miniers historiques du Colorado.
La mine de Dayu, dans la province du Jiangxi, et la mine de Shizhuyuan, dans la province du Hunan, dominent l’approvisionnement mondial. Les contrôles stricts de la Chine sur les exportations font du tungstène un métal stratégique.
Le gisement de Tyrnyauz, en Sibérie, dans les montagnes du Caucase, contient à la fois du tungstène et du molybdène dans l’un des plus grands gisements polymétalliques du monde.
La mine de Cantung, dans les Territoires du Nord-Ouest, produit du minerai de tungstène à haute teneur à partir de l’un des gisements les plus riches en dehors de la Chine.
Le comté de Boulder, au Colorado, et la Sierra orientale, en Californie, abritent des mines de tungstène historiques qui ont approvisionné l’Amérique pendant les deux guerres mondiales.
Le tungstène se concentre dans des filons hydrothermaux où de l’eau surchauffée (300-600°C) transporte des composés de tungstène dissous en profondeur sous terre. Lorsque la solution refroidit, le tungstène précipite avec le quartz, formant les caractéristiques « filons de wolframite » recherchés par les mineurs.
La plupart des gisements se forment près d’intrusions granitiques, où la chaleur du magma entraîne la circulation hydrothermale qui concentre le tungstène présent à l’état de traces dans les roches environnantes.
L’extrême dureté du tungstène rend son extraction difficile. Le minerai doit être broyé jusqu’à obtenir une poudre, puis séparé par des techniques magnétiques et gravimétriques. Le concentré obtenu nécessite une réduction à l’hydrogène à haute température pour produire du tungstène métallique pur - un procédé qui consomme d’énormes quantités d’énergie.
La rareté et l’importance stratégique du tungstène ont conduit les États-Unis à le classer parmi les « minéraux critiques ». Pendant la Seconde Guerre mondiale, le tungstène avait une telle valeur qu’il était appelé « le métal qui a gagné la guerre » en raison de son utilisation dans les munitions perforantes et les moteurs à réaction.
Manipulation
Le tungstène métallique pur est généralement sûr à manipuler avec des précautions de base. Cependant, les composés du tungstène et les procédés industriels nécessitent des mesures de sécurité particulières en raison des risques liés à l’inhalation de poussières et à la toxicité chimique.
Rincez immédiatement à l’eau propre pendant 15 minutes. Retirez les lentilles de contact si elles peuvent l’être facilement. Consultez immédiatement un médecin en cas d’exposition chimique ou de présence de fragments métalliques.
Retirez les vêtements contaminés. Lavez la zone touchée à l’eau et au savon. En cas de coupure due à du tungstène tranchant, arrêtez le saignement et consultez un médecin pour les plaies profondes.
Allez immédiatement à l’air libre. Si la respiration est difficile, administrez de l’oxygène si possible. Consultez un médecin en cas de symptômes respiratoires persistants ou de suspicion d’exposition à un composé du tungstène.
La poudre de tungstène peut être combustible lorsqu’elle est finement divisée. Utilisez du sable sec ou un extincteur de classe D. N’utilisez jamais d’eau sur un feu de tungstène, car elle peut provoquer des réactions violentes.
Stockez le tungstène dans des endroits secs et bien ventilés, à l’écart des acides forts et des agents oxydants. Les déchets de tungstène doivent être recyclés lorsque cela est possible en raison de sa valeur stratégique. Éliminez les composés du tungstène par l’intermédiaire d’installations agréées pour les déchets dangereux, conformément aux réglementations locales.
Réponses rapides
Tungstène (symbol W) is element 74 on the periodic table, a métal de transition in period 6, group 6. The highest melting point of any metal — 3,422 degrees C — and the filament of the incandescent age. At room temperature it is a solid.
[Xe] 4f¹⁴ 5d⁴ 6s², giving 6 occupied shells holding 2, 8, 18, 32, 12, 2 electrons respectively.Tungstène melts at 3695 K (3421.9 °C) and boils at 5828 K (5554.9 °C). That puts it among the most refractory elements — it stays solid at temperatures that vaporise most metals.
The standard atomic weight of Tungstène is 183.84 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.
Tungstène has a density of 19.25 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of tungstène is about 19.3× heavier.
Tungstène has a Pauling electronegativity of 2.36. The scale runs from 0.70 (francium, the least greedy for electrons) to 3.98 (fluorine, the most). Values in this middle band tend to form covalent rather than strongly ionic bonds.
Tungstène was discovered in 1783 by Juan Jose & Fausto Elhuyar. It is named after swedish tung sten, "heavy stone".
Tungstène makes up about 1.3 mg/kg of the Earth's crust — uncommon, but not rare.