Wolfram

Rozbalit box

Obsah boxu

Šablona:Infobox - chemický prvek Wolfram (chemická značka W, latinsky Wolframium) je šedý až stříbřitě bílý, mimořádně těžký a velmi tvrdý kov. Je známý především svou extrémně vysokou teplotou tání, která je nejvyšší ze všech kovových prvků a druhá nejvyšší ze všech prvků po uhlíku. Díky této vlastnosti, v kombinaci s vysokou hustotou a tvrdostí, nachází široké uplatnění ve speciálních slitinách, v elektrotechnice (například jako vlákna v klasických žárovkách) a ve vojenském průmyslu.

⚛️ Fyzikálně-chemické vlastnosti

Wolfram je jedním z nejhustších kovů; jeho hustota 19,25 g/cm³ je téměř totožná s hustotou zlata a uranu a přibližně 1,7krát vyšší než hustota olova. Vyznačuje se nejvyšší teplotou tání ze všech kovů, která dosahuje 3422 °C, a zároveň jedním z nejvyšších bodů varu (5555 °C). Je to velmi tvrdý (7,5 v Mohsově stupnici) a za nízkých teplot křehký kov, což znesnadňuje jeho obrábění.

Chemicky je wolfram velmi stálý. Za běžných teplot je inertní vůči vzduchu, vodě i většině kyselin a zásad. S kyslíkem začíná reagovat až při teplotách nad 500 °C. Nejúčinněji jej lze rozpustit ve směsi kyseliny dusičné a kyseliny fluorovodíkové. Ve sloučeninách se vyskytuje v několika oxidačních stavech, přičemž nejstabilnější a nejběžnější je +VI.

⏳ Historie

Název wolfram pochází z německého "Wolf Rahm" (vlčí pěna nebo smetana), což byl termín, kterým středověcí němečtí horníci označovali minerál wolframit. Ten při tavení cínových rud snižoval výtěžnost cínu, jakoby jej "požíral jako vlk ovci". Anglický název tungsten pochází ze švédských slov tung sten, což znamená "těžký kámen", a odkazuje na minerál scheelit, z něhož byl prvek poprvé zkoumán.

Jako nový prvek identifikoval wolfram (ve formě kyseliny wolframové) švédský chemik Carl Wilhelm Scheele v roce 1781 z minerálu scheelitu. K jeho izolaci však došlo až v roce 1783, kdy španělští bratři Fausto Elhuyar a Juan José Elhuyar úspěšně redukovali oxid wolframový získaný z wolframitu uhlíkem a získali tak čistý kov. Průmyslové využití wolframu se rozšířilo na přelomu 19. a 20. století, zejména s patentem na výrobu wolframových vláken do žárovek v roce 1904 a vývojem rychlořezných ocelí.

🌍 Výskyt a výroba

Wolfram je v zemské kůře poměrně vzácný prvek s odhadovaným obsahem 1,25–1,5 ppm. V přírodě se nevyskytuje jako ryzí kov, ale pouze ve sloučeninách. Jeho hlavními rudami jsou wolframit ((Fe,Mn)WO₄) a scheelit (CaWO₄).

Největší světové zásoby a produkce wolframu jsou soustředěny v Číně, která dlouhodobě dominuje globálnímu trhu. Další významná ložiska se nacházejí v Rusku, Rakousku, Portugalsku a Bolívii.

Výroba wolframu je komplexní proces. Ruda se nejprve drtí a koncentruje. Koncentrát se následně taví s hydroxidem sodným, čímž vzniká rozpustný wolframan sodný. Z jeho roztoku se okyselením vysráží oxid wolframový (WO₃). Čistý kovový wolfram se pak získává redukcí tohoto oxidu vodíkem za vysokých teplot (okolo 850 °C). Výsledkem je wolframový prášek, který se dále zpracovává metodami práškové metalurgie – lisováním a spékáním (sintrováním) při vysokých teplotách.

⚙️ Využití

Díky svým unikátním vlastnostem má wolfram široké spektrum využití v mnoha průmyslových odvětvích.

• Karbid wolframu (WC): Přibližně 70 % světové produkce wolframu se spotřebuje na výrobu karbidu wolframu, extrémně tvrdého a odolného materiálu. Používá se na výrobu řezných nástrojů (vrtáky, frézy, soustružnické nože), brusných materiálů, průvlaků a otěruvzdorných dílů.
• Ocelářství a slitiny: Wolfram je klíčovou legující přísadou v rychlořezných ocelích a dalších superslitinách. Zvyšuje jejich tvrdost, pevnost a odolnost za vysokých teplot. Tyto materiály se používají na výrobu lopatek parních turbín, součástí raketových motorů a dalších vysoce namáhaných komponentů v leteckém a kosmickém průmyslu.
• Elektrotechnika a osvětlení: Díky své rekordní teplotě tání a nízkému tlaku par je wolfram ideálním materiálem pro vlákna v klasických a halogenových žárovkách. Dále se používá na výrobu elektrod pro svařování, například v metodě TIG, topných těles ve vysokoteplotních pecích a jako anody v rentgenových trubicích.
• Vojenský průmysl: Vysoká hustota wolframu se využívá při výrobě protipancéřové munice (tzv. kinetické penetrátory), kde nahrazuje ochuzený uran. Slouží také jako materiál pro granáty, střely a součásti pancéřování.
• Ostatní aplikace: Slitiny wolframu s vysokou hustotou (tzv. "heavy metals") se používají jako vyvažovací závaží v letectví (např. v rotorech vrtulníků), jako stínění proti radiaci v medicíně a průmyslu, a dokonce i ve sportovním vybavení.

🔬 Biologický význam a toxicita

Wolfram nepatří mezi esenciální prvky pro člověka ani jiné živočichové. Jeho biologická role je minimální, vyskytuje se pouze v enzymech některých druhů bakterií a archeí.

Kovový wolfram je považován za relativně málo toxický. Dlouhodobá expozice prachu z wolframu nebo jeho slitin (zejména v kombinaci s kobaltem u karbidu wolframu) však může u pracovníků v průmyslu způsobit plicní fibrózu. Sloučeniny wolframu jsou obecně také málo toxické, ale jejich účinky závisí na rozpustnosti a konkrétní formě.

💡 Pro laiky: Supertěžký a nezničitelný kov

Představte si kov, který je tak těžký jako zlato, ale mnohonásobně tvrdší a odolnější. To je wolfram. Kdybyste si vzali do jedné ruky kostku železa a do druhé stejně velkou kostku wolframu, wolframová kostka by byla více než dvakrát těžší.

Jeho největší superschopností je odolnost vůči teplu. Zatímco ocel taje při teplotě kolem 1500 °C, wolfram potřebuje více než dvojnásobek – přes 3400 °C. To je teplota, při které by se většina ostatních kovů už dávno vypařila. Právě proto se tenoučké vlákno z wolframu může v žárovce rozžhavit do běla a svítit, aniž by se přetavilo.

Díky kombinaci obrovské hustoty a tvrdosti se používá v projektilech, které dokážou prorazit i silný pancíř tanku. Je to zkrátka materiál pro extrémní podmínky, kde běžné kovy selhávají.

📊 Zajímavosti a rekordy

• Wolfram má nejvyšší teplotu tání (3422 °C) ze všech kovů na periodické tabulce.
• Po uhlíku má druhou nejvyšší teplotu tání ze všech chemických prvků.
• Jeho hustota je téměř identická s hustotou zlata, což v minulosti vedlo k pokusům o padělání zlatých cihel vyvrtáním a vyplněním wolframem. Tyto podvody jsou však snadno odhalitelné moderními metodami.
• V době národního obrození navrhoval Jan Svatopluk Presl pro wolfram český název "těžík".

Zdroje

Wikipedie: Wolfram Inkosas: Wolfram základní informace Periodická soustava prvků: Wolfram Wikipédia: Volfrám UDTECH: Neporovnatelný wolfram Biologie-chemie.cz: Wolfram (W) Matelab: Teplota tání wolframu Hopeful: Odhalení tajemství: Hustota wolframu Unimagnet.cz: Wolfram 99,9% ETCN: Nejvyšší bod tání kovu China CNC Machining Service: Wolfram: Pochopení jeho hustoty a aplikací Znalosti: Jaký je bod tání wolframu? Wolframium Forged Tungsten: Krátká historie wolframu Zhuzhou Better Tungsten Carbide Co., Ltd: Historie wolframu Eagle Alloys Corporation: Zajímavá fakta o wolframu WOLFTEN: Wolfram RYCHLOST DODÁVKY: Materiál wolfram The Periodic Table of Videos: Tungsten Ancora Praha: Wolfram (W) Web o chemii: Wolfram WOLFTEN: Zbrojní průmysl Eagle Alloys Corporation: Historie wolframu T&D Materials: Aplikace wolframové slitiny ve vojenském zbrojním průmyslu