W · Elemento 74 · Metallo di transizione
Il punto di fusione più alto tra tutti i metalli, 3.422 gradi C, e il filamento dell'era delle lampadine a incandescenza.
Struttura
Non è un diagramma di punti su gusci — è un campione Monte Carlo dell'effettiva densità di probabilità |ψ|² per ogni sottoguscio occupato. Trascinate per ruotare. Il blu e il violetto indicano i segni opposti della funzione d'onda, che rendono possibile la formazione dei legami.
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 con ~ sono previsti anziché misurati.
Dimensioni, in scala
Raggio 139 pm — cioè 0,139 nm, quindi ne servirebbero circa 3,6 milioni affiancati per coprire un millimetro.
Intervallo termico
Tungsteno è liquido in un intervallo di 2133 K, da 3695 K a 5828 K.
Dove si trova
Tungsteno si trova nel periodo 6, gruppo 6. Tutti gli elementi del gruppo 6 hanno lo stesso numero di elettroni esterni, per questo si comportano in modo così simile.
Altri Metalli di transizione
Tutti i metalli di transizioneLa storia
Il punto di fusione più alto tra tutti i metalli, 3.422 gradi C, e il filamento dell'era delle lampadine a incandescenza.
La scoperta del Tungsteno sembra una storia di investigazione scientifica lunga tre secoli, che coinvolge misteriosi minerali svedesi, chimici spagnoli e metallurgisti tedeschi. Il nome dell'elemento significa letteralmente "pietra pesante" in svedese, alludendo 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 uno stato di perfetta 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 vorace. 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 fabbricare 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 1700. I primi chimici potevano produrre solo composti di Tungsteno, non metallo puro. L'invenzione dei forni ad arco elettrico permise finalmente la produzione del 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.
La chimica complessa del Tungsteno confondeva i primi analisti. L'elemento forma molteplici 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 viaggio del Tungsteno da misterioso minerale svedese a materiale moderno essenziale 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 il 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 radiografiche ospedaliere dipendono da bersagli di tungsteno per generare radiazioni utili a ottenere immagini precise. La capacità del tungsteno di resistere all’intenso bombardamento di elettroni lo rende perfetto per la diagnostica medica, dalle radiografie dentali ai tomografi computerizzati avanzati.
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 Space Shuttle 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 della rete elettrica ai sistemi di accensione automobilistici, il tungsteno mantiene il flusso dell’elettricità in sicurezza.
Le munizioni perforanti si affidano all’incredibile densità (19.3 g/cm³) e durezza del tungsteno. 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 da perforazione utilizzate nell’estrazione 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-million-degree. Gli ascensori spaziali potrebbero utilizzare cavi compositi in tungsteno-carbonio, mentre i computer quantistici stanno studiando qubit superconduttori a base di tungsteno operanti allo zero assoluto.
Il filamento di una lampadina al tungsteno, più sottile di un capello umano, raggiunge i 2,500°C: una temperatura sufficiente a fondere istantaneamente le monete di rame. Eppure brilla per migliaia di ore senza guastarsi, grazie all'incredibile resistenza del tungsteno al calore.
Da dove proviene
1,3 mg/kg della crosta terrestre · più abbondante del 53% degli elementi
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'idea, 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 in filoni 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 alla luce UV. Importanti giacimenti in Australia, Perù e negli Stati Uniti occidentali forniscono questo minerale di tungsteno di qualità superiore.
Varietà ricche di ferro e ricche di manganese della wolframite, presenti nella leggendaria miniera di Llallagua in Bolivia e negli storici distretti minerari del Colorado.
La miniera di Dayu nella provincia di Jiangxi e la miniera di Shizhuyuan nella provincia di Hunan dominano l'approvvigionamento 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 alta concentrazione da uno dei giacimenti più ricchi al di fuori della Cina.
La contea di Boulder in Colorado e la Sierra orientale in California ospitano storiche miniere di tungsteno che rifornirono l'America durante entrambe le guerre mondiali.
Il tungsteno si concentra nei filoni 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 i caratteristici "filoni di wolframite" ricercati dai minatori.
La maggior parte dei giacimenti si forma vicino a 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 diventare 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 possono essere tolte facilmente. Richiedete immediatamente assistenza medica 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 richiedete assistenza medica per le ferite profonde.
Spostatevi immediatamente all'aria aperta. Se la respirazione è difficoltosa, somministrate ossigeno se disponibile. Richiedete assistenza medica 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 utilizzate mai acqua sugli incendi di Tungsteno, poiché potrebbe causare reazioni violente.
Conservate il Tungsteno in luoghi 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 attraverso strutture autorizzate per i rifiuti pericolosi, in conformità con le normative locali.
Risposte rapide
Tungsteno (simbolo W) è l'elemento 74 nella tavola periodica, appartenente a Metallo di transizione nel periodo 6, gruppo 6. Il punto di fusione più alto tra tutti i metalli, 3.422 gradi C, e il filamento dell'era delle lampadine a incandescenza. A temperatura ambiente è un solido.
[Xe] 4f¹⁴ 5d⁴ 6s², con 6 gusci occupati e la distribuzione 2, 8, 18, 32, 12, 2.Tungsteno fonde a 3695 K (3421.9 °C) ed entra in ebollizione a 5828 K (5554.9 °C). Questo lo annovera tra gli elementi più refrattari: rimane solido a temperature che vaporizzano la maggior parte dei metalli.
La massa atomica standard di Tungsteno è 183.84 u. Si tratta di una media ponderata dei suoi isotopi presenti in natura, per questo raramente è un numero intero.
Tungsteno ha una densità di 19.25 g/cm³. L'acqua ha una densità di 1.0 g/cm³, quindi un blocco di Tungsteno è circa 19.3× più pesante.
Tungsteno ha un'elettronegatività di Pauling pari a 2.36. La scala va da 0.70 (francio, il meno incline ad attirare elettroni) a 3.98 (fluoro, il più incline). I valori in questa fascia intermedia tendono a formare legami covalenti anziché legami fortemente ionici.
Tungsteno è stato scoperto nel 1783 da Juan Jose & Fausto Elhuyar. Prende il nome da svedese tung sten, "pietra pesante".
Tungsteno costituisce informazioni 1.3 mg/kg della crosta terrestre: è poco comune, ma non raro.