Struttura
Non è un diagramma di punti su anelli, ma un campionamento Monte Carlo della densità di probabilità effettiva |ψ|² per ogni sottolivello occupato. Trascinate per ruotare. Il blu e il viola indicano segni opposti della funzione d'onda, rendendo possibile il legame.
Valori misurati
Ogni barra mostra dove si colloca tungsteno tra tutti i 118 elementi per quella proprietà.
Fonti: masse atomiche standard IUPAC 2021 · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. I valori contrassegnati da ~ sono predetti anziché misurati.
Dimensioni, in scala
Radius 146 pm — that is 0.146 nm, so about 3425 million of them side by side would span a millimetre.
Intervallo termico
Tungsteno is liquid over a 2133 K window, from 3695 K to 5828 K.
Dove si trova
La storia
The highest melting point of any metal — 3,422 degrees C — and the filament of the incandescent age.
La scoperta del tungsteno sembra una storia di investigazione scientifica durata tre secoli, che coinvolge misteriosi minerali svedesi, chimici spagnoli e metallurgisti tedeschi. Il nome dell'elemento significa letteralmente "pietra pesante" in svedese, un riferimento alle difficoltà affrontate dai primi scienziati.
Carl Wilhelm Scheele (chimico svedese) scoprì un acido sconosciuto nel minerale scheelite. Capì che questo "acido tungstico" conteneva un nuovo elemento metallico, ma non disponeva della tecnologia necessaria per isolare il tungsteno metallico puro. La brillante intuizione chimica di Scheele identificò l'esistenza del tungsteno 200 anni prima delle sue prime applicazioni pratiche.
Juan José e Fausto Elhuyar (mineralogisti spagnoli) riuscirono a isolare il tungsteno dal minerale wolframite nel loro laboratorio presso il Seminario Reale di Vergara. Lavorando con campioni provenienti da miniere tedesche, usarono la riduzione con carbonio a temperature estreme per produrre il primo tungsteno metallico: minuscole perle grigie che avrebbero dato origine all'industria moderna del tungsteno.
"Siamo riusciti a ottenere la sostanza metallica del wolfram in perfetto stato di purezza" - Fausto Elhuyar, 1783
Regnava la confusione sul nome del tungsteno. I tedeschi lo chiamavano "wolfram" (schiuma di lupo) perché interferiva con la fusione dello stagno come un lupo famelico. Gli svedesi preferivano "tungsten" (pietra pesante). Oggi entrambi i nomi coesistono: il simbolo dell'elemento W rende omaggio a wolfram, mentre gli anglofoni dicono tungsten.
William Coolidge presso General Electric sviluppò il processo per produrre filo di tungsteno duttile, dando inizio all'era dell'illuminazione elettrica. Questa svolta richiedeva di riscaldare la polvere di tungsteno in un'atmosfera di idrogeno e poi lavorarla meccanicamente fino a trasformarla in un filo più sottile di un capello umano: un processo ancora utilizzato oggi.
Il punto di fusione del tungsteno, pari a 3.695°C, superava le capacità di qualsiasi tecnologia dei forni del Settecento. I primi chimici potevano produrre solo composti del tungsteno, non il metallo puro. L'invenzione dei forni ad arco elettrico rese finalmente possibile la produzione di tungsteno su larga scala.
Il tungsteno puro è estremamente fragile a freddo e si frantuma come il vetro. La svolta di Coolidge consisteva nel lavorare il tungsteno ad alte temperature e nell'aggiungere impurità in tracce per creare tungsteno duttile, adatto alla trafilatura dei fili.
La complessa chimica del tungsteno confondeva i primi analisti. L'elemento forma diversi stati di ossidazione e composti colorati che ne mascheravano la vera identità. La chimica analitica sistematica rivelò infine le proprietà uniche del tungsteno.
I fratelli Elhuyar non avrebbero mai potuto immaginare che la loro scoperta di laboratorio avrebbe finito per alimentare missioni spaziali, rendere possibili le radiografie mediche e illuminare città in tutto il mondo. Il percorso del tungsteno, da misterioso minerale svedese a materiale moderno di importanza critica, abbraccia oltre 200 anni di progresso scientifico.
La scoperta del tungsteno stabilì principi della metallurgia ad alta temperatura e della scienza dei materiali refrattari. Le tecniche sviluppate per lavorare il tungsteno gettarono le basi per le moderne tecnologie aerospaziali, elettroniche e nucleari. Ogni lampadina a incandescenza che abbia mai brillato rende omaggio al lavoro pionieristico dei fratelli Elhuyar.
Applicazioni
Il tungsteno regna sovrano nelle applicazioni a temperature estreme: il suo straordinario punto di fusione di 3.695°C lo rende indispensabile nella tecnologia moderna. Questo metallo eccezionale mantiene letteralmente il nostro mondo illuminato e alimentato.
I filamenti di tungsteno hanno trasformato per sempre l'illuminazione. Mentre le prime lampadine di Edison utilizzavano carbonio, la scoperta del tungsteno ha reso possibili le brillanti lampadine a incandescenza di lunga durata che hanno illuminato il XX secolo. Le moderne lampadine alogene si affidano ancora all'incredibile resistenza al calore del tungsteno.
Le apparecchiature ospedaliere a raggi X dipendono da bersagli di tungsteno per generare radiazioni precise per la diagnostica per immagini. La capacità del tungsteno di resistere all'intenso bombardamento di elettroni lo rende perfetto per la diagnostica medica, dalle radiografie dentali ai moderni scanner CT.
Gli ugelli dei razzi e i componenti dei veicoli spaziali utilizzano leghe di tungsteno per resistere a temperature di rientro superiori a 2.000°C. Gli shuttle spaziali della NASA si affidavano a bordi d'attacco rinforzati con tungsteno per riportare gli astronauti sulla Terra in sicurezza.
Gli interruttori elettrici ad alta tensione e gli interruttori automatici utilizzano contatti di tungsteno perché resistono alla saldatura sotto carichi elettrici estremi. Dalle infrastrutture delle reti elettriche ai sistemi di accensione automobilistici, il tungsteno mantiene il flusso sicuro dell'elettricità.
Le munizioni perforanti si affidano all'incredibile densità del tungsteno (19.3 g/cm³) e alla sua durezza. I proiettili anticarro e i penetratori a energia cinetica utilizzano nuclei di tungsteno capaci di perforare le corazze più resistenti a velocità ipersoniche.
Gli strumenti da taglio in carburo di tungsteno possono attraversare l'acciaio temprato con estrema facilità. Dalle punte per trapano utilizzate nelle estrazioni in profondità agli strumenti chirurgici di precisione, il carburo di tungsteno offre una durata e un'affilatura senza pari, che durano 10 volte più a lungo degli strumenti in acciaio.
I reattori a fusione dipenderanno da materiali di tungsteno esposti al plasma per contenere temperature di 100 milioni di gradi. Gli ascensori spaziali potrebbero utilizzare cavi compositi di tungsteno e carbonio, mentre i computer quantistici stanno studiando qubit superconduttori a base di tungsteno operanti allo zero assoluto.
Un filamento di tungsteno per lampadine, più sottile di un capello umano, funziona a 2,500°C, una temperatura sufficiente a fondere istantaneamente le monete di rame. Eppure emette luce per migliaia di ore senza rompersi, grazie all'incredibile resistenza del tungsteno al calore.
Da dove proviene
1.3 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 53% of elements
Il tungsteno è tra gli elementi più rari della Terra, con un'abbondanza di appena 1.25 parti per milione nella crosta terrestre. Per avere un termine di paragone, il tungsteno è 100 volte più raro del rame e 1,000 volte più raro del ferro.
(Fe,Mn)WO₄ - La principale fonte commerciale, forma masse cristalline scure nelle vene ad alta temperatura. Si trova soprattutto in Cina, che controlla l'85% della produzione mondiale.
CaWO₄ - Cristalli da bianchi a gialli che emettono una brillante fluorescenza blu sotto la luce UV. I grandi giacimenti in Australia, Perù e negli Stati Uniti occidentali forniscono questo minerale di tungsteno pregiato.
Varietà ricche di ferro e ricche di manganese della wolframite, presenti nella leggendaria miniera di Llallagua in Bolivia e nei distretti minerari storici del Colorado.
La miniera di Dayu nella provincia di Jiangxi e la miniera di Shizhuyuan nella provincia di Hunan dominano l'offerta mondiale. Gli stringenti controlli cinesi sulle esportazioni rendono il tungsteno un metallo strategico.
Il giacimento di Tyrnyauz in Siberia, nelle montagne del Caucaso, contiene sia tungsteno sia molibdeno ed è uno dei più grandi giacimenti polimetallici del mondo.
La miniera di Cantung nei Territori del Nord-Ovest produce minerale di tungsteno ad alto tenore da uno dei giacimenti più ricchi al di fuori della Cina.
La contea di Boulder in Colorado e la Sierra Orientale in California ospitano miniere storiche di tungsteno che rifornirono l'America durante entrambe le guerre mondiali.
Il tungsteno si concentra nelle vene idrotermali, dove l'acqua surriscaldata (300-600°C) trasporta composti di tungsteno disciolti in profondità nel sottosuolo. Quando la soluzione si raffredda, il tungsteno precipita insieme al quarzo, formando le caratteristiche "vene di wolframite" ricercate dai minatori.
La maggior parte dei giacimenti si forma vicino alle intrusioni granitiche, dove il calore del magma alimenta la circolazione idrotermale che concentra il tungsteno presente in tracce nelle rocce circostanti.
L'estrema durezza del tungsteno rende difficile l'estrazione. Il minerale deve essere frantumato fino a ottenere una polvere, quindi separato mediante tecniche magnetiche e gravimetriche. Il concentrato ottenuto richiede una riduzione con idrogeno ad alta temperatura per produrre tungsteno metallico puro: un processo che consuma enormi quantità di energia.
La rarità e l'importanza strategica del tungsteno hanno portato gli Stati Uniti a classificarlo come "minerale critico". Durante la Seconda guerra mondiale, il tungsteno era così prezioso da essere chiamato "il metallo che vinse la guerra" per il suo impiego nelle munizioni perforanti e nei motori a reazione.
Manipolazione
Il Tungsteno metallico puro è generalmente sicuro da maneggiare adottando le precauzioni di base. Tuttavia, i composti del Tungsteno e i processi industriali richiedono misure di sicurezza speciali a causa dei rischi di inalazione delle polveri e della tossicità chimica.
Sciacquate immediatamente con acqua pulita per 15 minuti. Rimuovete le lenti a contatto se facilmente estraibili. Consultate immediatamente un medico in caso di esposizione a sostanze chimiche o frammenti metallici.
Rimuovete gli indumenti contaminati. Lavate l'area interessata con acqua e sapone. In caso di tagli causati dal Tungsteno affilato, fermate l'emorragia e consultate un medico per le ferite profonde.
Portatevi immediatamente all'aria aperta. Se la respirazione è difficoltosa, somministrate ossigeno se disponibile. Consultate un medico in caso di sintomi respiratori persistenti o di sospetta esposizione a composti del Tungsteno.
La polvere di Tungsteno può essere combustibile quando è finemente suddivisa. Utilizzate sabbia asciutta o un estintore di classe D. Non usate mai acqua sugli incendi di Tungsteno, poiché potrebbe provocare reazioni violente.
Conservate il Tungsteno in ambienti asciutti e ben ventilati, lontano da acidi forti e agenti ossidanti. I rifiuti di Tungsteno dovrebbero essere riciclati quando possibile, dato il loro valore strategico. Smaltite i composti del Tungsteno tramite strutture autorizzate per rifiuti pericolosi, nel rispetto delle normative locali.
Risposte rapide
Tungsteno (symbol W) is element 74 on the periodic table, a metallo di transizione 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.Tungsteno 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 Tungsteno is 183.84 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.
Tungsteno has a density of 19.25 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of tungsteno is about 19.3× heavier.
Tungsteno 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.
Tungsteno was discovered in 1783 by Juan Jose & Fausto Elhuyar. It is named after swedish tung sten, "heavy stone".
Tungsteno makes up about 1.3 mg/kg of the Earth's crust — uncommon, but not rare.