Tungstens kogepunkt er 10.030 F og andre skøre fakta

Panserbrydende kugler, raketmotordyser og borekroner til at skære gennem fast klippe er blot nogle af produkterne fremstillet med wolfram, et af de hårdeste og mest varmebestandige grundstoffer i universet.

Wolfram, som de fleste andre metalliske elementer, findes ikke i naturen som et skinnende metalstykke. Det skal være kemisk isoleret fra andre forbindelser, i dette tilfælde det naturligt forekommende mineral wolframit. Det er derfor, at wolframs symbol på det periodiske system ikke er T, men W, som er en forkortelse for "wolfram". Navnet wolfram er svensk for "tung sten", en henvisning til elementets uhyggelige tæthed og tyngde. Dets atomnummer (antallet af protoner i kernen af ​​dets atom) er 74 og dets atomvægt (vægtet gennemsnit af dets naturligt forekommende isotoper) er 183,84.

Et par spanske kemikere (og brødre), Juan José og Fausto Elhuyar, er krediteret for at have opdaget wolfram i 1783, da de første gang isolerede det grålig-hvide metal fra wolframit.

Det højeste smeltepunkt af alle metaller

En af wolframs mest imponerende og nyttige egenskaber er dets høje smeltepunkt, det højeste af alle metalliske elementer. Ren wolfram smelter ved hele 6.192 grader F (3.422 grader C) og vil ikke koge, før temperaturen når 10.030 F (5.555 C), hvilket er den samme temperatur som solens fotosfære.

Jern har til sammenligning et smeltepunkt på 2.800 grader F (1.538 grader C), og guld bliver til flydende ved kun 1.947,52 grader F (1.064,18 grader C).

Alle metaller har relativt høje smeltepunkter, fordi deres atomer holdes sammen i tætte metalliske bindinger, siger John Newsam, en kemiker og materialeforsker, vi kontaktede gennem American Chemical Society. Metalliske bindinger er så stærke, fordi de deler elektroner på tværs af en hel tredimensionel række af atomer. Newsam siger, at wolfram overlever andre metaller på grund af den usædvanlige styrke og retningsbestemmelse af dets metalliske bindinger.

"Hvorfor er det vigtigt?" spørger Newsam. "Tænk på Edison, der arbejder på glødetråde til glødepæren. Han havde brug for et materiale, der ikke kun udsendte lys, men som ikke ville smelte af varmen."

Edison eksperimenterede med masser af forskellige glødetrådsmaterialer, inklusive platin, iridium og bambus, men det var en anden amerikansk opfinder, William Coolidge, som har fået æren for at lave de wolframglødetråde, der blev brugt i de fleste pærer gennem det 20. århundrede.

Wolframs høje smeltepunkt har andre fordele, som når det blandes som en legering med materialer som stål. Wolframlegeringer er pletteret på sektioner af raketter og missiler, der skal modstå enorm varme, inklusive motordyserne, der udstøder eksplosive strømme af raketbrændstof.

Hvorfor Tungsten er så tungt

Densiteten af ​​forskellige elementer er en afspejling af størrelsen af ​​deres komponentatomer. Jo lavere du kommer på det periodiske system, jo ​​større og tungere er atomerne.

"De tungere grundstoffer, som wolfram, har flere protoner og neutroner i kernen og flere elektroner i kredsløb om kernen," siger Newsam. "Det betyder, at vægten af ​​et atom stiger markant, når du går ned i det periodiske system."

Rent praktisk, hvis du holdt et stykke wolfram i den ene hånd og holdt det samme volumen sølv eller jern i den anden hånd, ville wolfram føles meget tungere. Specifikt er tætheden af ​​wolfram 19,3 gram per kubikcentimeter. Sølv er til sammenligning cirka halvt så tæt som wolfram (10,5 g/cm ³ ), og jern er næsten en tredjedel så tæt (7,9 g/cm ³ ).

Tungstens højdensitetsstyrke kan være en fordel i visse applikationer. Det bruges ofte i panserbrydende kugler, for eksempel på grund af dens tæthed og hårdhed. Militæret bruger også wolfram til at fremstille såkaldte "kinetisk bombardement"-våben, der skyder en stang af wolfram som en luftbåren slagram for at smadre gennem vægge og panserrustning.

Under den kolde krig eksperimenterede luftvåbnet angiveligt med en idé kaldet Project Thor, der ville have kastet et bundt af 20 fod (6 meter) wolframstænger fra kredsløb til fjendtlige mål. Disse såkaldte "stænger fra Gud" ville have påvirket med den destruktive kraft af et atomvåben, men uden det nukleare nedfald. Det viste sig, at omkostningerne ved at skyde de tunge stænger ud i rummet var uoverkommeligt dyre.

Kun diamanter er hårdere end wolframcarbid

Ren wolfram er ikke så hård - du kan skære igennem den med en håndsav - men når wolfram kombineres med små mængder kulstof, bliver det til wolframcarbid, et af de hårdeste og sejeste stoffer på Jorden.

"Når du putter små mængder kulstof eller andre metaller i wolfram, fikserer det strukturen og forhindrer den i at blive let deformeret," siger Newsam.

Wolframcarbid er så hårdt, at det kun kan skæres med diamanter, og selv da virker diamanter kun, hvis wolframcarbiden ikke er helt hærdet. Wolframcarbid er op til tre gange så stiv som stål, kan holde op til 100 gange længere end stål under stærkt slibende forhold og har den største trykstyrke af alle smedede metaller, hvilket betyder, at det ikke vil bule eller deformeres, når det presses under enorm kraft .

Den mest almindelige anvendelse af wolframcarbid - og den endelige destination for det meste af det udvundne wolfram på planeten - er specialiserede værktøjer, især bor. Enhver form for borekrone til skæring af metal eller fast klippe skal modstå hårde friktionsniveauer uden at sløve eller gå i stykker. Kun diamantbor er hårdere end wolframcarbid, men de er også meget dyrere.

Andre seje anvendelser af wolfram

Wolframs hårdhed, tæthed og varmebestandighed gør den ideel til mange nicheapplikationer:

• Elektronmikroskoper skyder en strøm af elektroner ud fra en speciel emitterspids lavet af wolfram.
• De fleste svejsninger mellem metal og glas er lavet af wolfram, fordi wolfram udvider sig og trækker sig sammen med samme hastighed som borosilikatglas, den mest almindelige type glas.
• Pidene på snescooterbælter er lavet af wolframlegeringer.
• Dart i professionel kvalitet er lavet med wolfram ("Wolfram Infinity" er 97 procent wolfram).
• I kuglepenne er selve kuglen ofte lavet af wolframcarbid.
• Smykkeindustrien laver ringe af wolframcarbid.

Falskmøntnere har for længe siden fundet ud af, at wolfram er næsten nøjagtigt lige så tæt som guld, og forsøger nogle gange at udgive guldbelagte wolframstænger som ren guldbarrer.