W · Elemento 74 · Metal de transição
O maior ponto de fusão entre todos os metais — 3.422 graus C — e o filamento da era das lâmpadas incandescentes.
Estrutura
Não é um diagrama de pontos em anéis — é uma amostra de Monte-Carlo da densidade de probabilidade real |ψ|² para cada subcamada ocupada. Arraste para rodar. O azul e o violeta indicam sinais opostos da função de onda, o que torna possível a ligação química.
Valores medidos
Cada barra mostra onde tungsténio se situa entre todos os 118 elementos para essa propriedade.
Fontes: massas atómicas padrão da IUPAC de 2021 · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. Os valores marcados com ~ são previstos, e não medidos.
Tamanho, em escala
Raio de 139 pm — isso corresponde a 0,139 nm, portanto cerca de 3,6 milhões deles lado a lado cobririam um milímetro.
Faixa térmica
Tungsténio permanece líquido em uma faixa de 2133 K, de 3695 K a 5828 K.
Onde está localizado
A história
O maior ponto de fusão entre todos os metais — 3.422 graus C — e o filamento da era das lâmpadas incandescentes.
A descoberta do Tungsténio parece uma história de investigação científica que se estende por três séculos, envolvendo misteriosos minerais suecos, químicos espanhóis e metalurgistas alemães. O nome do elemento significa literalmente "pedra pesada" em sueco, aludindo aos desafios enfrentados pelos primeiros cientistas.
Carl Wilhelm Scheele (químico sueco) descobriu um ácido desconhecido no mineral scheelita. Percebeu que esse "ácido túngstico" continha um novo elemento metálico, mas não dispunha da tecnologia para isolar o Tungsténio metálico puro. A brilhante intuição química de Scheele identificou a existência do Tungsténio 200 anos antes das suas primeiras aplicações práticas.
Juan José e Fausto Elhuyar (mineralogistas espanhóis) conseguiram isolar o Tungsténio do minério de volframita no seu laboratório do Seminário Real de Vergara. Trabalhando com amostras de minas alemãs, utilizaram a redução pelo carbono a temperaturas extremas para produzir o primeiro Tungsténio metálico — pequenas esferas cinzentas que dariam início à indústria moderna do Tungsténio.
"Conseguimos obter a substância metálica do volfrâmio num estado de pureza perfeito" — Fausto Elhuyar, 1783
Havia confusão em torno do nome do Tungsténio. Os alemães chamavam-no "wolfram" (espuma de lobo) porque interferia na fundição do estanho como um lobo voraz. Os suecos preferiam "tungsten" (pedra pesada). Hoje, ambos os nomes coexistem: o símbolo do elemento, W, homenageia wolfram, enquanto os falantes de inglês dizem tungsten.
William Coolidge, da General Electric, desenvolveu o processo para fabricar fio de Tungsténio dúctil, dando início à era da iluminação elétrica. Esse avanço exigia aquecer pó de Tungsténio numa atmosfera de hidrogénio e depois trabalhá-lo mecanicamente até formar um fio mais fino do que um cabelo humano — um processo ainda utilizado atualmente.
O ponto de fusão do Tungsténio, de 3.695 °C, excedia a capacidade de qualquer tecnologia de fornos dos anos 1700. Os primeiros químicos só conseguiam produzir compostos de Tungsténio, não o metal puro. A invenção dos fornos elétricos de arco finalmente permitiu a produção de Tungsténio em grande escala.
O Tungsténio puro é extremamente frágil quando frio, estilhaçando-se como vidro. O avanço de Coolidge envolveu trabalhar o Tungsténio a altas temperaturas e adicionar impurezas residuais para criar Tungsténio dúctil, adequado à trefilação de fios.
A química complexa do Tungsténio confundia os primeiros analistas. O elemento forma vários estados de oxidação e compostos coloridos que ocultavam a sua verdadeira identidade. A química analítica sistemática finalmente revelou as propriedades únicas do Tungsténio.
Os irmãos Elhuyar jamais poderiam ter imaginado que a sua descoberta laboratorial acabaria por alimentar missões espaciais, permitir radiografias médicas e iluminar cidades em todo o mundo. A jornada do Tungsténio, de misterioso mineral sueco a material moderno essencial, abrange mais de 200 anos de progresso científico.
A descoberta do Tungsténio estabeleceu princípios da metalurgia de alta temperatura e da ciência dos materiais refratários. As técnicas desenvolvidas para trabalhar com Tungsténio lançaram as bases para as modernas tecnologias aeroespaciais, eletrónicas e nucleares. Cada lâmpada incandescente que já brilhou presta homenagem ao trabalho pioneiro dos irmãos Elhuyar.
Aplicações
O tungsténio reina supremo em aplicações de temperaturas extremas, com o seu extraordinário ponto de fusão de 3.695°C a torná-lo indispensável na tecnologia moderna. Este metal notável mantém literalmente o nosso mundo iluminado e energizado.
Os filamentos de tungsténio transformaram a iluminação para sempre. Embora as primeiras lâmpadas de Edison utilizassem carbono, a descoberta do tungsténio permitiu criar as brilhantes lâmpadas incandescentes de longa duração que iluminaram o século XX. As lâmpadas halogéneas modernas continuam a depender da incrível resistência ao calor do tungsténio.
As máquinas hospitalares de raios X dependem de alvos de tungsténio para gerar radiação precisa para a obtenção de imagens. A capacidade do tungsténio de suportar o intenso bombardeamento de eletrões torna-o perfeito para diagnósticos médicos, desde radiografias dentárias até tomógrafos avançados.
Os bocais de foguetes e os componentes de naves espaciais utilizam ligas de tungsténio para suportar temperaturas de reentrada superiores a 2.000°C. Os vaivéns espaciais da NASA dependiam de bordos de ataque reforçados com tungsténio para fazer regressar os astronautas à Terra em segurança.
Os interruptores elétricos de alta tensão e os disjuntores utilizam contactos de tungsténio porque estes resistem à soldadura sob cargas elétricas extremas. Desde a infraestrutura da rede elétrica até aos sistemas de ignição automóvel, o tungsténio mantém a eletricidade a fluir em segurança.
A munição perfurante depende da incrível densidade do tungsténio (19.3 g/cm³) e da sua dureza. Os projéteis antitanque e os penetradores de energia cinética utilizam núcleos de tungsténio capazes de perfurar as blindagens mais resistentes a velocidades hipersónicas.
As ferramentas de corte de carboneto de tungsténio conseguem cortar aço endurecido com extrema facilidade. Desde brocas utilizadas na mineração em grandes profundidades até instrumentos cirúrgicos de precisão, o carboneto de tungsténio oferece durabilidade e afiação incomparáveis, que duram 10x mais do que as ferramentas de aço.
Os reatores de fusão dependerão de materiais de tungsténio voltados para o plasma para conter temperaturas de 100 milhões de graus. Os elevadores espaciais poderão utilizar cabos compósitos de tungsténio-carbono, enquanto os computadores quânticos estão a explorar qubits supercondutores à base de tungsténio que funcionam no zero absoluto.
Um filamento de lâmpada de tungsténio, mais fino do que um fio de cabelo humano, funciona a 2,500°C - quente o suficiente para derreter instantaneamente moedas de cobre. Ainda assim, ele brilha durante milhares de horas sem falhar, graças à incrível resistência do tungsténio ao calor.
De onde vem
1,3 mg/kg da crosta terrestre · mais abundante do que 53% dos elementos
O tungsténio está entre os elementos mais raros da Terra, com uma abundância de apenas 1.25 partes por milhão na crosta terrestre. Para colocar isso em perspectiva, o tungsténio é 100 vezes mais raro que o cobre e 1,000 vezes mais raro que o ferro.
(Fe,Mn)WO₄ - A principal fonte comercial, formando massas cristalinas escuras em veios de alta temperatura. Encontrada principalmente na China, que controla 85% da produção mundial.
CaWO₄ - Cristais brancos a amarelos que fluorescem em azul brilhante sob luz UV. Grandes depósitos na Austrália, no Peru e no oeste dos Estados Unidos fornecem esse minério de tungsténio de alta qualidade.
Variedades ricas em ferro e ricas em manganés da wolframita, encontradas na lendária mina de Llallagua, na Bolívia, e nos distritos históricos de mineração do Colorado.
A mina de Dayu, na província de Jiangxi, e a mina de Shizhuyuan, na província de Hunan, dominam o fornecimento mundial. Os rígidos controles de exportação da China fazem do tungsténio um metal estratégico.
O depósito de Tyrnyauz, na Sibéria, nas montanhas do Cáucaso, contém tungsténio e molibdénio em um dos maiores depósitos polimetálicos do mundo.
A mina de Cantung, nos Territórios do Noroeste, produz minério de tungsténio de alto teor a partir de um dos depósitos mais ricos fora da China.
O condado de Boulder, no Colorado, e a Sierra Oriental, na Califórnia, contêm minas históricas de tungsténio que abasteceram os Estados Unidos durante as duas Guerras Mundiais.
O tungsténio se concentra em veios hidrotermais, onde a água superaquecida (300-600°C) transporta compostos de tungsténio dissolvidos para o subsolo profundo. À medida que a solução esfria, o tungsténio precipita com o quartzo, formando os característicos "veios de wolframita" que os mineiros procuram.
A maioria dos depósitos se forma perto de intrusões graníticas, onde o calor do magma impulsiona a circulação hidrotermal que concentra o tungsténio presente em quantidades residuais nas rochas circundantes.
A dureza extrema do tungsténio torna sua extração difícil. O minério deve ser triturado até virar pó e, em seguida, separado por técnicas magnéticas e gravimétricas. O concentrado resultante requer redução com hidrogénio em alta temperatura para produzir tungsténio metálico puro - um processo que consome enormes quantidades de energia.
A raridade e a importância estratégica do tungsténio levaram os Estados Unidos a classificá-lo como um "mineral crítico". Durante a Segunda Guerra Mundial, o tungsténio era tão valioso que foi chamado de "o metal que venceu a guerra" devido ao seu uso em munições perfurantes e motores a jato.
Manuseio
O metal de Tungsténio puro é geralmente seguro de manusear com precauções básicas. No entanto, os compostos de Tungsténio e o processamento industrial exigem medidas especiais de segurança devido aos riscos de inalação de poeira e à toxicidade química.
Lave imediatamente com água limpa durante 15 minutos. Remova as lentes de contacto se puder fazê-lo facilmente. Procure atendimento médico imediato em caso de exposição química ou fragmentos metálicos.
Remova as roupas contaminadas. Lave a área afetada com água e sabão. Em caso de cortes causados por Tungsténio afiado, controle o sangramento e procure atendimento médico para ferimentos profundos.
Vá imediatamente para um local com ar fresco. Se a respiração estiver difícil, administre oxigênio, se disponível. Procure atendimento médico em caso de sintomas respiratórios persistentes ou suspeita de exposição a compostos de Tungsténio.
O pó de Tungsténio pode ser combustível quando finamente dividido. Use areia seca ou um extintor de incêndio Classe D. Nunca use água em incêndios de Tungsténio, pois isso pode causar reações violentas.
Armazene o Tungsténio em áreas secas e bem ventiladas, longe de ácidos fortes e agentes oxidantes. Os resíduos de Tungsténio devem ser reciclados sempre que possível devido ao seu valor estratégico. Descarte os compostos de Tungsténio por meio de instalações licenciadas para resíduos perigosos, de acordo com as regulamentações locais.
Respostas rápidas
Tungsténio (símbolo W) é o elemento 74 da tabela periódica, um Metal de transição do período 6, grupo 6. O maior ponto de fusão entre todos os metais — 3.422 graus C — e o filamento da era das lâmpadas incandescentes. À temperatura ambiente, é um sólido.
[Xe] 4f¹⁴ 5d⁴ 6s², resultando em 6 camadas ocupadas com a distribuição 2, 8, 18, 32, 12, 2.Tungsténio derrete a 3695 K (3421.9 °C) e entra em ebulição a 5828 K (5554.9 °C). Isso o coloca entre os elementos mais refratários — ele permanece sólido em temperaturas que vaporizam a maioria dos metais.
A massa atómica padrão de Tungsténio é 183.84 u. Trata-se de uma média ponderada dos seus isótopos que ocorrem naturalmente, por isso raramente é um número inteiro.
Tungsténio tem densidade de 19.25 g/cm³. A água tem 1.0 g/cm³, portanto um bloco de Tungsténio é aproximadamente 19.3× mais pesado.
Tungsténio tem eletronegatividade de Pauling igual a 2.36. A escala vai de 0,70 (frâncio, o menos ávido por eletrões) a 3,98 (flúor, o mais ávido). Valores nessa faixa intermediária tendem a formar ligações covalentes, em vez de ligações fortemente iónicas.
Tungsténio foi descoberto em 1783 por Juan Jose & Fausto Elhuyar. Recebe esse nome em homenagem a sueco tung sten, "pedra pesada".
Tungsténio constitui sobre 1.3 mg/kg da crosta terrestre — é incomum, mas não raro.