TUNGSTEN: SEJARAH, SIFAT, STRUKTUR, PENGGUNAAN - KIMIA - 2025

The tungsten , tungsten atau tungsten logam berat adalah transisi yang simbol kimia W. Terletak di periode 6 kelompok 6 dari tabel periodik, dan nomor atom 74. Namanya memiliki dua makna etimologis: batu keras dan busa serigala; Yang kedua karena logam ini disebut juga tungsten.

Ini adalah logam abu-abu keperakan dan, meskipun rapuh, ia memiliki kekerasan, kepadatan, dan titik leleh dan titik didih yang tinggi. Oleh karena itu, ini telah digunakan dalam semua aplikasi yang melibatkan suhu tinggi, tekanan atau gaya mekanis, seperti bor, proyektil, atau filamen pemancar radiasi.

Batang tungsten dengan permukaannya yang teroksidasi sebagian. Sumber: Gambar Elemen Kimia Resolusi Tinggi

Penggunaan paling terkenal untuk logam ini, pada tingkat budaya dan populer, adalah di filamen bola lampu listrik. Siapa pun yang menangani mereka akan menyadari betapa rapuhnya mereka; namun, mereka tidak terbuat dari tungsten murni, yang mudah dibentuk dan ulet. Selain itu, dalam matriks logam seperti paduan, memberikan ketahanan dan kekerasan yang sangat baik.

Ia dicirikan dan dibedakan dengan menjadi logam dengan titik leleh tertinggi, dan juga dengan lebih padat daripada timbal itu sendiri, hanya dilampaui oleh logam lain seperti osmium dan iridium. Demikian pula, ini adalah logam terberat yang diketahui memenuhi beberapa peran biologis dalam tubuh.

Anion tungstat, WO ₄ ^2- , berpartisipasi dalam sebagian besar senyawa ioniknya , yang dapat berpolimerisasi untuk membentuk gugus dalam medium asam. Di sisi lain, tungsten dapat membentuk senyawa intermetalik, atau disinter dengan logam atau garam anorganik sehingga padatannya memperoleh bentuk atau konsistensi yang berbeda.

Itu tidak terlalu melimpah di kerak bumi, dengan hanya 1,5 gram logam ini per ton. Lebih jauh lagi, karena merupakan elemen berat, asalnya adalah intergalaksi; khususnya dari ledakan supernova, yang pasti telah melemparkan "pancaran" atom tungsten ke planet kita selama pembentukannya.

Sejarah

Etimologi

Sejarah tungsten atau wolfram memiliki dua wajah seperti namanya: satu Swiss, dan yang lainnya Jerman. Pada tahun 1600-an, di wilayah yang saat ini diduduki oleh Jerman dan Austria, para penambang bekerja untuk mengekstrak tembaga dan timah untuk menghasilkan perunggu.

Saat itu para penambang menemukan diri mereka dengan duri dalam prosesnya: ada mineral yang sangat sulit untuk dilebur; mineral yang terdiri dari wolframite, (Fe, Mn, Mg) WO ₄ , yang menahan atau "melahap" timah seolah-olah itu adalah serigala.

Karenanya etimologi untuk elemen ini, 'serigala' untuk serigala dalam bahasa Spanyol, serigala yang memakan timah; dan 'ram' busa atau krim, yang kristalnya menyerupai bulu hitam panjang. Dengan demikian, nama 'wolfram' atau 'wolfram' muncul untuk menghormati pengamatan pertama ini.

Pada 1758, di sisi Swiss, mineral serupa, scheelite, CaWO ₄ , diberi nama 'tung sten', yang berarti 'batu keras'.

Kedua nama, wolfram dan tungsten, digunakan secara luas secara bergantian, bergantung hanya pada budayanya. Di Spanyol, misalnya, dan di Eropa Barat, logam ini paling dikenal sebagai tungsten; sedangkan di benua Amerika nama tungsten mendominasi.

Pengakuan dan penemuan

Diketahui kemudian bahwa antara abad ketujuh belas dan kedelapan belas ada dua mineral: wolframite dan scheelite. Tapi, siapa yang melihat ada logam di dalamnya yang berbeda dari yang lain? Mereka hanya dapat dikarakterisasi sebagai mineral, dan pada tahun 1779 ahli kimia Irlandia Peter Woulfe dengan hati-hati menganalisis tungsten dan menyimpulkan keberadaan tungsten.

Di sisi Swiss, lagi-lagi, Carl Wilhelm Scheele pada tahun 1781 mampu mengisolasi tungsten sebagai WO ₃ ; dan bahkan lebih banyak lagi, ia memperoleh asam tungstat (atau tungstat), H ₂ WO ₄ dan senyawa lainnya.

Namun, ini tidak cukup untuk mendapatkan logam murni, karena asam ini perlu direduksi; yaitu, melakukan proses sedemikian rupa sehingga terlepas dari oksigen dan mengkristal sebagai logam. Carl Wilhelm Scheele tidak memiliki tungku atau metodologi yang sesuai untuk reaksi reduksi kimia ini.

Di sinilah saudara-saudara Spanyol d'Elhuyar, Fausto dan Juan José, beraksi, yang mengurangi kedua mineral (wolframit dan scheelite) dengan batu bara, di kota Bergara. Keduanya dianugerahi pahala dan kehormatan sebagai penemu tungsten logam (W).

Baja dan bohlam

Semua bola lampu dengan filamen tungsten. Sumber: Pxhere.

Seperti logam lain, penggunaannya menentukan sejarahnya. Di antara yang paling menonjol pada akhir abad ke-19, adalah paduan baja-tungsten, dan filamen tungsten untuk menggantikan yang karbon di dalam bola lampu listrik. Bisa dikatakan bola lampu pertama, seperti yang kita kenal, dipasarkan pada tahun 1903-1904.

Properti

Penampilan fisik

Itu adalah logam abu-abu perak yang berkilau. Rapuh tetapi sangat keras (jangan disamakan dengan ketangguhan). Jika potongan tersebut memiliki kemurnian tinggi, ia menjadi lunak dan keras, sebanyak atau lebih dari beberapa baja.

Nomor atom

74.

Masa molar

183,85 g / mol.

Titik lebur

3422 ° C.

Titik didih

5930 ° C.

Massa jenis

19,3 g / mL.

Panas fusi

52,31 kJ / mol.

Panas penguapan

774 kJ / mol.

Kapasitas panas molar

24,27 kJ / mol.

Kekerasan Moh

7.5.

Elektronegativitas

2.36 pada skala Pauling.

Radio atom

139 malam

Resistivitas listrik

52,8 nΩ · m pada 20 ° C.

Isotop

Itu terjadi terutama di alam sebagai lima isotop: ¹⁸² W, ¹⁸³ W, ¹⁸⁴ W, ¹⁸⁶ W dan ¹⁸⁰ W.Menurut massa molar 183 g / mol, yang rata-rata massa atom isotop ini (dan lainnya tiga puluh radioisotop), setiap atom tungsten atau tungsten memiliki sekitar seratus sepuluh neutron (74 + 110 = 184).

Kimia

Ini adalah logam yang sangat tahan terhadap korosi, karena lapisan tipis WO ₃ melindunginya dari serangan oksigen, asam dan basa. Setelah dilarutkan dan diendapkan dengan reagen lain, garamnya diperoleh, yang disebut tungstates atau wolframates; di dalamnya, tungsten biasanya memiliki bilangan oksidasi +6 (dengan asumsi ada kation W ⁶⁺ ).

Pengelompokan asam

Decatungstate, contoh tungsten polyoxometalates. Sumber: Scifanz

Secara kimiawi tungsten cukup khusus karena ion-ionnya cenderung berkelompok membentuk asam heteropoli atau polioksometalat. Apakah mereka? Mereka adalah kelompok atau kelompok atom yang bersatu untuk mendefinisikan benda tiga dimensi; Terutama, satu dengan struktur seperti sangkar bulat, di mana mereka "membungkus" atom lain.

Semuanya dimulai dari anion tungstate, WO ₄ ^2- , yang dengan cepat memprotonasi dalam medium asam (HWO ₄ ^- ) dan berikatan dengan anion tetangga untuk membentuk ^2- ; dan ini pada gilirannya bergabung dengan ^2- lainnya untuk menghasilkan ^4- . Begitu seterusnya sampai ada beberapa politungstats yang di solusinya.

Paratungstates A dan B, ^6- dan H ₂ W ₁₂ O ₄₂ ^10- , masing-masing, adalah salah satu polianion yang paling menonjol.

Mungkin sulit untuk membuat sketsa dan struktur Lewis Anda; tetapi pada prinsipnya itu cukup untuk memvisualisasikannya sebagai kumpulan WO ₆ oktahedra (gambar atas).

Perhatikan bahwa oktahedra keabu-abuan ini akhirnya mendefinisikan status dekatung, sebuah status politung; Jika heteroatom (misalnya, fosfor) terkandung di dalamnya, maka akan menjadi polioksometalat.

Struktur dan konfigurasi elektronik

Fase kristal

Atom tungsten mendefinisikan kristal dengan struktur kubik berpusat tubuh (bcc). Bentuk kristal ini dikenal sebagai fase α; sedangkan fasa β juga kubik, tapi sedikit lebih padat. Baik fase atau bentuk kristal, α dan β, dapat hidup berdampingan dalam kesetimbangan dalam kondisi normal.

Butir kristal fasa α bersifat isometrik, sedangkan butir kristal fasa β menyerupai kolom. Terlepas dari kristalnya, ini diatur oleh ikatan logam yang mengikat atom W. Jika tidak, titik leleh dan titik didih yang tinggi, atau kekerasan dan kerapatan tungsten yang tinggi, tidak dapat dijelaskan.

Ikatan logam

Atom tungsten entah bagaimana harus terikat erat. Untuk membuat dugaan, konfigurasi elektron logam ini harus diperhatikan terlebih dahulu:

4f ¹⁴ 5d ⁴ 6s ²

Orbital 5d sangat besar dan tidak jelas, yang berarti bahwa di antara dua atom W yang berdekatan terdapat tumpang tindih orbital yang efektif. Juga, orbital 6s berkontribusi pada pita yang dihasilkan, tetapi pada tingkat yang lebih rendah. Sedangkan orbital 4f berada "jauh di latar belakang" dan oleh karena itu kontribusinya terhadap ikatan logam lebih kecil.

Ini, ukuran atom, dan butiran kristal, adalah variabel yang menentukan kekerasan tungsten dan kepadatannya.

Status oksidasi

Dalam logam tungsten atau wolfram, atom W memiliki bilangan oksidasi nol (W ⁰ ). Kembali ke konfigurasi elektronik, orbital 5d dan 6s dapat "dikosongkan" dari elektron bergantung pada apakah W ada di perusahaan atom yang sangat elektronegatif, seperti oksigen atau fluor.

Ketika dua elektron 6s hilang, tungsten memiliki tingkat oksidasi +2 (W ²⁺ ), yang menyebabkan atomnya berkontraksi.

Jika ia juga kehilangan semua elektron dalam orbital 5dnya, bilangan oksidasinya akan menjadi +6 (W ⁶⁺ ); Dari sini tidak bisa menjadi lebih positif (dalam teori), karena orbital 4f, sebagai internal, akan membutuhkan energi yang besar untuk melepaskan elektronnya. Dengan kata lain, bilangan oksidasi paling positif adalah +6, di mana tungsten lebih kecil.

Tungsten (VI) ini sangat stabil dalam kondisi asam atau dalam banyak senyawa beroksigen atau halogenasi. Bilangan oksidasi lain yang mungkin dan positif adalah: +1, +2, +3, +4, +5 dan +6.

Tungsten juga dapat memperoleh elektron jika bergabung dengan atom yang kurang elektronegatif dari dirinya. Dalam hal ini, atomnya menjadi lebih besar. Ia dapat memperoleh maksimal empat elektron; artinya, memiliki bilangan oksidasi -4 (W ^4- ).

Memperoleh

Telah disebutkan sebelumnya bahwa tungsten ditemukan dalam mineral wolframite dan scheelite. Tergantung pada prosesnya, dua senyawa diperoleh darinya: tungsten oksida, WO ₃ , atau amonium paratungstate, (NH ₄ ) ₁₀ (H ₂ W ₁₂ O ₄₂ ) · 4H ₂ O (atau ATP). Salah satunya dapat direduksi menjadi W logam dengan karbon di atas 1050 ° C.

Tidak menguntungkan secara ekonomi untuk memproduksi tungsten ingot, karena akan membutuhkan banyak panas (dan uang) untuk meleburnya. Itulah mengapa lebih disukai untuk memproduksinya dalam bentuk bubuk untuk diolah sekaligus dengan logam lain untuk mendapatkan paduan.

Perlu disebutkan bahwa Cina adalah negara dengan produksi tungsten terbesar di dunia. Dan di benua Amerika, Kanada, Bolivia, dan Brazil juga menempati daftar produsen logam terbesar ini.

Aplikasi

Cincin yang terbuat dari tungsten karbida - contoh bagaimana kekerasan logam ini dapat digunakan untuk mengabadikan dan mengeras bahan. Sumber: SolitaryAngel (SolitaryAngel)

Berikut adalah beberapa kegunaan yang diketahui untuk logam ini:

Garamnya digunakan untuk mewarnai kain katun dari pakaian teater lama.

-Dikombinasikan dengan baja, ia semakin mengeras, bahkan mampu menahan pemotongan mekanis pada kecepatan tinggi.

- Filamen tungsten bersinter telah digunakan selama lebih dari seratus tahun pada bohlam listrik dan lampu halogen. Juga, karena titik lelehnya yang tinggi, ia berfungsi sebagai bahan untuk tabung sinar katoda, dan untuk nozel mesin roket.

-Mengganti timbal dalam pembuatan proyektil dan perisai radioaktif.

-Tungsten nanowires dapat digunakan dalam nanodevices sensitif pH dan gas.

Katalis tungsten digunakan untuk menangani produksi sulfur di industri minyak.

-Tungsten karbida adalah yang paling banyak digunakan dari semua senyawanya. Dari penguatan alat pemotong dan pengeboran, atau pembuatan persenjataan militer, hingga mesin kayu, plastik, dan keramik.

Risiko dan tindakan pencegahan

Biologis

Menjadi logam yang relatif langka di kerak bumi, efek negatifnya langka. Di tanah asam, kondisi polongstat mungkin tidak mempengaruhi enzim yang menggunakan anion molibdat; tetapi di tanah dasar, WO ₄ ^2- melakukan intervensi (secara positif atau negatif) dalam proses metabolisme MoO ₄ ^2- dan tembaga.

Tumbuhan, misalnya, dapat menyerap senyawa tungsten yang dapat larut, dan ketika hewan memakannya dan kemudian setelah memakan dagingnya, atom W masuk ke dalam tubuh kita. Sebagian besar dikeluarkan melalui urin dan feses, dan sedikit yang diketahui apa yang terjadi pada sisanya.

Penelitian pada hewan menunjukkan bahwa ketika mereka menghirup bubuk tungsten dalam konsentrasi tinggi, mereka mengembangkan gejala yang mirip dengan kanker paru-paru.

Dengan menelan, manusia dewasa perlu minum ribuan galon air yang diperkaya dengan garam tungsten untuk menunjukkan penghambatan enzim kolinesterase dan fosfatase yang cukup berarti.

Fisik

Secara umum, tungsten adalah unsur toksik rendah, dan oleh karena itu hanya ada sedikit risiko lingkungan yang merusak kesehatan.

Mengenai tungsten logam, hindari menghirup debunya; dan jika sampelnya padat, harus diingat bahwa sampel tersebut sangat padat dan dapat menyebabkan kerusakan fisik jika terjatuh atau mengenai permukaan lain.

Referensi

1. Bell Terence. (sf). Tungsten (Wolfram): Properti, Produksi, Aplikasi & Paduan. Keseimbangan. Diperoleh dari: thebalance.com
2. Wikipedia. (2019). Tungsten. Dipulihkan dari: en.wikipedia.org
3. Lenntech BV (2019). Tungsten. Diperoleh dari: lenntech.com
4. Jeff Desjardins. (1 Mei 2017). Sejarah Tungsten, Logam Alami Terkuat di Bumi. Diperoleh dari: visualcapitalist.com
5. Doug Stewart. (2019). Fakta Elemen Tungsten. Diperoleh dari: chemicool.com
6. Seni Fisher dan Pam Powell. (sf). Tungsten. Universitas Nevada. Dipulihkan dari: unce.unr.edu
7. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (02 Maret 2019). Fakta Tungsten atau Wolfram. Diperoleh dari: thinkco.com