钨的沸点是10030华氏度和其他疯狂的事实

由:戴夫·鲁斯|
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20世纪的大多数灯泡都有钨丝。亚历山大·祖布科夫/盖蒂图片社

穿甲子弹,火箭发动机喷嘴而且钻头钨是宇宙中最坚硬、最耐热的元素之一,用于切割坚固的岩石只是其中的一些产品。

钨和大多数其他金属元素一样,在自然界中并不是一种闪亮的大块金属。它需要从化学上与其他化合物分离,在这种情况下,天然存在的矿物黑钨矿。这就是为什么钨的符号在元素周期表不是T,而是W,是wolfram的缩写。钨这个名字在瑞典语中是“沉重的石头”的意思,指的是这种元素惊人的密度和重量。它的原子序数(原子核中的质子数)是74,原子量(自然存在的同位素的加权平均值)是183.84。

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一对西班牙化学家(兄弟)Juan José和Fausto Elhuyar被认为是罪魁祸首发现钨1783年,他们首次从黑钨矿中分离出这种灰白色的金属。

熔点最高的金属

钨最令人印象深刻和有用的特性之一是它的高熔点,是所有金属元素中熔点最高的。纯钨融化温度高达6192华氏度(3422摄氏度),直到温度达到10030华氏度(5555摄氏度)才会沸腾,这与太阳的光球层温度相同。

铁,作为比较它的熔点为2,800华氏度(1,538摄氏度)黄金变成液体只有1947.52华氏度(1064.18摄氏度)。

所有的金属都有相对较高的熔点,因为它们的原子以紧密的金属键连接在一起,我们通过the网站联系到的化学家和材料科学家约翰·纽萨姆(John Newsam)说美国化学学会.金属键之所以如此牢固,是因为它们在整个三维原子阵列上共享电子。纽萨姆说,钨之所以比其他金属耐用,是因为它的金属键具有不同寻常的强度和方向性。

“为什么这很重要?”纽萨姆问道。“想想爱迪生为白炽灯研究灯丝。他需要一种不仅能发光,而且不会被热融化的材料。”

爱迪生尝试了很多不同的灯丝材料,包括铂,铱和竹子但另一位美国发明家威廉·柯立芝(William Coolidge)被认为是他制造了20世纪大多数灯泡中使用的钨丝。

钨的高熔点还有其他优点,比如当它作为合金与钢等材料混合时。钨合金被镀在火箭和导弹的部件上,这些部件需要承受巨大的热量,包括喷射火箭燃料爆炸流的发动机喷嘴。

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钨为什么这么重

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钨也被用来制作结婚戒指。SolitaryAngel/Wikipedia/CC BY-SA 3.0

不同元素的密度反映了它们组成原子的大小。你在元素周期表上的位置越低,原子就越大、越重。

“较重的元素,如钨,在原子核中有更多的质子和中子,在原子核周围的轨道上有更多的电子,”纽萨姆说。“这意味着当你在元素周期表上向下走时,一个原子的重量会显著上升。”

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实际上,如果你一只手拿着一大块钨,另一只手拿着同样体积的银或铁,钨就会感觉重得多。具体来说,钨的密度是每立方厘米19.3克。相比之下,银的密度大约是钨的一半(10.5克/厘米)3.),铁的密度几乎是它的三分之一(7.9克/厘米)3.).

钨的高密度重量在某些应用中可能是一个优势。例如,它经常用于穿甲弹,因为它的密度和硬度。军方还使用钨来制造所谓的“动能轰炸”武器,这种武器可以像空中攻城锤一样发射一根钨棒,击穿墙壁和坦克装甲。

在冷战期间,空军据说试验了一种叫做项目托尔这将使一捆20英尺(6米)长的钨棒从轨道上掉落到敌方目标上。这些所谓的“上帝之棒”会产生核武器的破坏力,但不会产生核沉降物。事实证明,将沉重的燃料棒发射到太空的成本非常昂贵。

只有钻石比碳化钨更硬

纯钨没有那么硬你可以用手锯把它锯开但当钨与少量碳结合时,就会变成碳化钨,这是地球上最坚硬的物质之一。

“当你在钨中加入少量的碳或其他金属时,它可以固定结构,防止它容易变形,”纽萨姆说。

碳化钨是如此坚硬,它可以只有钻石才能切割即使这样,只有在碳化钨没有完全固化的情况下,钻石才能发挥作用。碳化钨的硬度是钢的三倍,在高磨蚀条件下的寿命是钢的100倍,并且在所有锻造金属中具有最大的抗压强度,这意味着它在巨大的压力下不会凹陷或变形。

碳化钨最常见的用途——也是最终的归宿地球上开采的大部分钨-是专门的工具,尤其是钻头。任何一种用于切割金属或固体岩石的钻头都需要承受剧烈的摩擦而不会变钝或断裂。只有金刚石钻头比碳化钨更硬,但它们也贵得多。

钨的其他酷炫用途

钨的硬度、密度和耐热性使其成为许多小众应用的理想选择:

  • 电子显微镜从钨制成的特殊发射器尖端发射出电子流。
  • 大多数金属和玻璃之间的焊接都是由钨制成的,因为钨的膨胀和收缩速度与硼硅玻璃(最常见的一种玻璃)相同。
  • 雪地摩托轨道上的钉鞋是由钨合金制成的。
  • 专业级飞镖是用钨制成的(“Wolfram Infinity”是97%钨).
  • 圆珠笔在美国,实际球通常是由碳化钨制成的。
  • 珠宝行业用碳化钨制造戒指。

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