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El tungsteno , o wolframio , [8] [9] es un elemento químico con el símbolo W y número atómico 74. El tungsteno es un metal raro que se encuentra naturalmente en la Tierra combinado casi exclusivamente con otros elementos en compuestos químicos. Se identificó como un nuevo elemento en 1781 y se aisló por primera vez como metal en 1783. Entre sus minerales importantes se encuentran la scheelita y la wolframita , lo que le da al elemento su nombre alternativo.

El elemento libre es notable por su robustez, especialmente por el hecho de que tiene el punto de fusión más alto de todos los elementos descubiertos, fundiéndose a 3.422 ° C (6.192 ° F; 3.695 K). También tiene el punto de ebullición más alto , a 5.555 ° C (10.031 ° F; 5.828 K). [10] Su densidad es de 19,25 gramos por centímetro cúbico, [11] comparable con la del uranio y el oro , y mucho más alta (aproximadamente 1,7 veces) que la del plomo . [12] El tungsteno policristalino es un tungsteno intrínsecamente frágil [13] [14] y duromaterial (en condiciones estándar, sin combinar), lo que dificulta el trabajo . Sin embargo, el tungsteno monocristalino puro es más dúctil y se puede cortar con una sierra para metales de acero duro . [15]

El tungsteno se encuentra en muchas aleaciones, que tienen numerosas aplicaciones, incluidos filamentos de bombillas incandescentes, tubos de rayos X , electrodos en soldadura por arco de tungsteno con gas , superaleaciones y blindaje contra radiación . La dureza y alta densidad del tungsteno lo hacen adecuado para aplicaciones militares en proyectiles penetrantes . Los compuestos de tungsteno se utilizan a menudo como catalizadores industriales .

El tungsteno es el único metal de la tercera serie de transición que se sabe que se encuentra en biomoléculas , y se encuentra en unas pocas especies de bacterias y arqueas . Sin embargo, el tungsteno interfiere con el metabolismo del molibdeno y el cobre y es algo tóxico para las formas más familiares de vida animal. [16] [17]

Características [ editar ]

Propiedades físicas [ editar ]

En su forma cruda, el tungsteno es un metal duro de color gris acero que a menudo es frágil y difícil de trabajar . Si se hace muy puro, el tungsteno conserva su dureza (que excede la de muchos aceros) y se vuelve lo suficientemente maleable como para poder trabajarlo fácilmente. [15] Se trabaja mediante la forja , el estirado o la extrusión, pero más comúnmente se forma por sinterización .

De todos los metales en forma pura, el tungsteno tiene el punto de fusión más alto (3422 ° C, 6192 ° F), la presión de vapor más baja (a temperaturas superiores a 1650 ° C, 3000 ° F) y la resistencia a la tracción más alta . [18] Aunque el carbono permanece sólido a temperaturas más altas que el tungsteno, el carbono se sublima a la presión atmosférica en lugar de fundirse, por lo que no tiene punto de fusión. El tungsteno tiene el coeficiente más bajo de expansión térmica de cualquier metal puro. La baja expansión térmica y el alto punto de fusión y la resistencia a la tracción del tungsteno se originan a partir de fuertes enlaces metálicos.formado entre los átomos de tungsteno por los electrones 5d. [19] La aleación de pequeñas cantidades de tungsteno con acero aumenta enormemente su tenacidad . [12]

El tungsteno existe en dos formas cristalinas principales : α y β. El primero tiene una estructura cúbica centrada en el cuerpo y es la forma más estable. La estructura de la fase β se llama A15 cúbica ; es metaestable , pero puede coexistir con la fase α en condiciones ambientales debido a la síntesis de no equilibrio o estabilización por impurezas. Contrariamente a la fase α que cristaliza en granos isométricos, la forma β presenta un hábito columnar . La fase α tiene un tercio de la resistividad eléctrica [20] y una temperatura de transición superconductora T C mucho más bajacon respecto a la fase β: ca. 0,015 K frente a 1–4 K; la mezcla de las dos fases permite obtener valores de T C intermedios . [21] [22] El valor de T C también se puede aumentar mediante la aleación de tungsteno con otro metal (por ejemplo, 7,9 K para W- Tc ). [23] Estas aleaciones de tungsteno se utilizan a veces en circuitos superconductores de baja temperatura. [24] [25] [26]

Isótopos [ editar ]

El tungsteno natural consiste en cuatro isótopos estables ( 182 W, 183 W, 184 W y 186 W) y un radioisótopo de vida muy larga, 180 W. Teóricamente, los cinco pueden descomponerse en isótopos del elemento 72 ( hafnio ) por emisión alfa. , pero solo se ha observado que 180 W lo hacen, con una vida media de(1,8 ± 0,2) × 10 18 años; [27] [28] en promedio, esto produce aproximadamente dos desintegraciones alfa de 180 W por gramo de tungsteno natural por año. [29] No se ha observado que los otros isótopos naturales se descompongan, lo que limita su vida media a al menos 4 × 10 21 años.

Se han caracterizado otros 30 radioisótopos artificiales de tungsteno, siendo los más estables 181 W con una vida media de 121,2 días, 185 W con una vida media de 75,1 días, 188 W con una vida media de 69,4 días, 178 W con una vida media de 21,6 días y 187 W con una vida media de 23,72 h. [29] Todos los isótopos radiactivos restantes tienen vidas medias de menos de 3 horas, y la mayoría de ellos tienen vidas medias inferiores a 8 minutos. [29] El tungsteno también tiene 11  estados meta , siendo el más estable 179 m W ( t 1/2  6,4 minutos).

Propiedades químicas [ editar ]

El tungsteno es un elemento mayoritariamente no reactivo: no reacciona con el agua, es inmune al ataque de la mayoría de los ácidos y bases y no reacciona con el oxígeno o el aire a temperatura ambiente. A temperaturas elevadas (es decir, cuando está al rojo vivo) reacciona con el oxígeno para formar el compuesto trióxido de tungsteno (VI), WO 3 . Sin embargo, reaccionará directamente con el flúor (F 2 ) a temperatura ambiente para formar fluoruro de tungsteno (VI) (WF 6 ), un gas incoloro. Alrededor de 250 ° C reaccionará con cloro o bromo, y bajo ciertas condiciones de calor reaccionará con yodo. El tungsteno finamente dividido es pirofórico . [30] [31]

El estado de oxidación formal más común del tungsteno es +6, pero exhibe todos los estados de oxidación de -2 a +6. [31] [32] El tungsteno se combina típicamente con oxígeno para formar el óxido de tungsteno amarillo , WO 3 , que se disuelve en soluciones alcalinas acuosas para formar iones de tungstato, WO2−
4
.

Los carburos de tungsteno (W 2 C y WC) se producen calentando tungsteno en polvo con carbón . W 2 C es resistente al ataque químico, aunque reacciona fuertemente con el cloro para formar hexacloruro de tungsteno (WCl 6 ). [12]

En solución acuosa, el tungstato da heteropoliácidos y aniones polioxometalato en condiciones neutras y ácidas. A medida que el tungstato se trata progresivamente con ácido, primero produce el anión "paratungstato A" soluble y metaestable , W
7
O6-
24
, que con el tiempo se convierte en el anión "paratungstato B" menos soluble, H
2
W
12
O10–
42
. [33] Una mayor acidificación produce el anión metatungstato muy soluble, H
2
W
12
O6-
40
, después de lo cual se alcanza el equilibrio. El ion metatungstato existe como un grupo simétrico de doce octaedros tungsteno- oxígeno conocido como anión Keggin . Existen muchos otros aniones polioxometalato como especies metaestables. La inclusión de un átomo diferente como el fósforo en lugar de los dos hidrógenos centrales en el metatungstato produce una amplia variedad de heteropoliácidos, como el ácido fosfotúngstico H 3 PW 12 O 40 .

El trióxido de tungsteno puede formar compuestos de intercalación con metales alcalinos. Estos se conocen como bronces ; un ejemplo es el bronce de tungsteno de sodio .

Historia [ editar ]

En 1781, Carl Wilhelm Scheele descubrió que se podía fabricar un nuevo ácido , el ácido túngstico , a partir de scheelita (en ese momento tungsteno). [34] [35] Scheele y Torbern Bergman sugirieron que podría ser posible obtener un nuevo metal reduciendo este ácido. [36] En 1783, José y Fausto Elhuyar encontraron un ácido elaborado con wolframita que era idéntico al ácido túngstico. Más tarde ese mismo año, en la Real Sociedad Vasca de la ciudad de Bergara , España, los hermanos lograron aislar el tungsteno mediante la reducción de este ácido concarbón vegetal , y se les atribuye el descubrimiento del elemento (lo llamaron "wolfram" o "volfram"). [37] [38] [39] [40] [41]

El valor estratégico del tungsteno se hizo patente a principios del siglo XX. Las autoridades británicas actuaron en 1912 para liberar la mina Carrock de la Cumbrian Mining Company de propiedad alemana y, durante la Primera Guerra Mundial , restringir el acceso alemán a otros lugares. [42] En la Segunda Guerra Mundial , el tungsteno jugó un papel más importante en los tratos políticos de fondo. Portugal, como principal fuente europea del elemento, se vio sometida a presión de ambos lados , debido a sus depósitos de mineral de wolframita en Panasqueira . Las propiedades deseables del tungsteno, como la resistencia a las altas temperaturas, su dureza y densidad y el fortalecimiento de las aleaciones, lo convirtieron en una materia prima importante para la industria armamentística [43].[44] tanto como componente de armas y equipos como empleado en la propia producción, por ejemplo, enherramientas de corte de carburo de tungsteno para mecanizar acero. Ahora, el tungsteno se utiliza en muchas más aplicaciones, como pesos de lastre de aviones y deportes de motor, dardos, herramientas antivibración y equipos deportivos.

Etimología [ editar ]

El nombre "tungsteno" (que significa "piedra pesada" en sueco ) se usa en inglés, francés y muchos otros idiomas como nombre del elemento, pero no en los países nórdicos . "Tungsteno" era el antiguo nombre sueco del mineral scheelita . "Wolfram" (o "volfram") se utiliza en la mayoría de Europea (especialmente germánica, español y eslava) idiomas y se deriva de la mineral wolframita , que es el origen del símbolo químico W . [15] El nombre "wolframita" se deriva del alemán " wolf rahm " ("hollín de lobo" o "crema de lobo"),el nombre dado al tungsteno por Johan Gottschalk Wallerius en 1747. Esto, a su vez, deriva del latín" lupi spuma ", el nombre que Georg Agricola usó para el elemento en 1546, que se traduce al inglés como "espuma de lobo" y es una referencia a las grandes cantidades de estaño consumidas por el mineral durante su extracción. [45]

Ocurrencia [ editar ]

Mineral Wolframita, con escala en cm.

El tungsteno se encuentra principalmente en los minerales wolframita ( tungstato de hierro - manganeso (Fe, Mn) WO 4 , que es una solución sólida de los dos minerales ferberita FeWO 4 y hübnerita MnWO 4 ) y scheelita ( tungstato de calcio (CaWO 4 ). Los minerales de tungsteno varían en su nivel de abundancia de moderado a muy raro, y casi no tienen valor económico.

Compuestos químicos [ editar ]

Estructura de W 6 Cl 18 ("tricloruro de tungsteno")

El tungsteno forma compuestos químicos en estados de oxidación de -II a VI. Los estados de oxidación más altos, siempre como óxidos, son relevantes para su ocurrencia terrestre y sus roles biológicos, los estados de oxidación de nivel medio a menudo se asocian con grupos de metales y los estados de oxidación muy bajos se asocian típicamente con complejos de CO . Las químicas del tungsteno y el molibdeno muestran fuertes similitudes entre sí, así como contrastes con su congénere más ligero, el cromo . La relativa rareza del tungsteno (III), por ejemplo, contrasta con la omnipresencia de los compuestos de cromo (III). El estado de oxidación más alto se observa en el óxido de tungsteno (VI) (WO 3 ). [46]El óxido de tungsteno (VI) es soluble en una base acuosa y forma tungstato (WO 4 2− ). Este oxianión se condensa a valores de pH más bajos, formando polioxotungstatos . [47]

La amplia gama de estados de oxidación del tungsteno se refleja en sus diversos cloruros: [46]

  • Cloruro de tungsteno (II) , que existe como hexámero W 6 Cl 12
  • Cloruro de tungsteno (III) , que existe como hexámero W 6 Cl 18
  • Cloruro de tungsteno (IV) , WCl 4 , un sólido negro que adopta una estructura polimérica.
  • Cloruro de tungsteno (V) WCl 5 , un sólido negro que adopta una estructura dimérica.
  • Cloruro de tungsteno (VI) WCl 6 , que contrasta con la inestabilidad del MoCl 6 .

Los compuestos de organotungsteno son numerosos y también abarcan una variedad de estados de oxidación. Los ejemplos notables incluyen el prismático trigonal W (CH 3 ) 6 y el octaédrico W (CO) 6 .

Producción [ editar ]

La minería de tungsteno en Ruanda forma una parte importante de la economía del país.

Las reservas mundiales de tungsteno son de 3.200.000 toneladas; se encuentran principalmente en China (1.800.000 t), Canadá (290.000 t), [48] Rusia (160.000 t), Vietnam (95.000 t) y Bolivia. En 2017, China, Vietnam y Rusia son los principales proveedores con 79.000, 7.200 y 3.100 toneladas, respectivamente. Canadá había cesado la producción a finales de 2015 debido al cierre de su única mina de tungsteno. Mientras tanto, Vietnam había aumentado significativamente su producción en la década de 2010, debido a la importante optimización de sus operaciones de refinación nacionales, y superó a Rusia y Bolivia. [49]

China sigue siendo el líder mundial no solo en producción, sino también en exportación y consumo de productos de tungsteno. La producción de tungsteno está aumentando gradualmente fuera de China debido a la creciente demanda. Mientras tanto, su suministro por China está estrictamente regulado por el gobierno chino, que combate la minería ilegal y la contaminación excesiva que se origina en los procesos de minería y refinación. [50]

El tungsteno se considera un mineral de conflicto debido a las prácticas mineras poco éticas observadas en la República Democrática del Congo . [51] [52]

Hay un gran depósito de mineral de tungsteno en el borde de Dartmoor en el Reino Unido , que fue explotado durante la Primera Guerra Mundial y la Segunda Guerra Mundial como la mina Hemerdon . Tras los aumentos de los precios del tungsteno, esta mina se reactivó en 2014, [53] pero cesó sus actividades en 2018. [54]

El tungsteno se extrae de sus minerales en varias etapas. El mineral finalmente se convierte en óxido de tungsteno (VI) (WO 3 ), que se calienta con hidrógeno o carbono para producir tungsteno en polvo. [36] Debido al alto punto de fusión del tungsteno, no es comercialmente factible fundir lingotes de tungsteno . En cambio, el tungsteno en polvo se mezcla con pequeñas cantidades de níquel en polvo u otros metales y se sinteriza . Durante el proceso de sinterización, el níquel se difunde en el tungsteno, produciendo una aleación.

El tungsteno también se puede extraer mediante reducción de hidrógeno de WF 6 :

WF 6 + 3 H 2 → W + 6 HF

o descomposición pirolítica : [55]

WF 6 → W + 3 F 2 ( Δ H r = +)

El tungsteno no se negocia como un contrato de futuros y no se puede rastrear en bolsas como la Bolsa de Metales de Londres . La industria del tungsteno a menudo utiliza referencias de precios independientes como Argus Media o Metal Bulletin como base para los contratos. [56] Los precios se suelen cotizar para el concentrado de tungsteno o WO 3 . [49]

Aplicaciones [ editar ]

Close-up de un filamento de tungsteno dentro de una lámpara halógena
Anillo de carburo de tungsteno (joyería)

Aproximadamente la mitad del tungsteno se consume para la producción de materiales duros, a saber, carburo de tungsteno , y el uso principal restante es en aleaciones y aceros. Se utiliza menos del 10% en otros compuestos químicos . [57] Debido a la alta temperatura de transición dúctil-frágil del tungsteno, sus productos se fabrican convencionalmente mediante pulvimetalurgia , sinterización por plasma de chispa , deposición química de vapor , prensado isostático en caliente y rutas termoplásticas . Una alternativa de fabricación más flexible es la fusión selectiva por láser , que es una forma de impresión 3D.y permite crear formas tridimensionales complejas. [58]

Materiales duros [ editar ]

El tungsteno se utiliza principalmente en la producción de materiales duros a base de carburo de tungsteno, uno de los carburos más duros , con un punto de fusión de 2770 ° C. WC es un conductor eléctrico eficiente , pero W 2 C lo es menos. El WC se utiliza para fabricar abrasivos resistentes al desgaste y herramientas de corte de "carburo" como cuchillos, taladros, sierras circulares , matrices de munición de recarga , herramientas de fresado y torneado utilizadas por las industrias metalúrgica, de madera, minera , petrolera y de la construcción. [12]Las herramientas de carburo son en realidad un compuesto de cerámica / metal, donde el cobalto metálico actúa como un material de unión (matriz) para mantener las partículas de WC en su lugar. Este tipo de uso industrial representa aproximadamente el 60% del consumo actual de tungsteno. [59]

La industria de la joyería fabrica anillos de carburo de tungsteno sinterizado, compuestos de metal / carburo de tungsteno y también tungsteno metálico. [60] Los anillos compuestos de WC / metal utilizan níquel como matriz de metal en lugar de cobalto porque adquiere un brillo más alto cuando se pule. A veces, los fabricantes o minoristas se refieren al carburo de tungsteno como un metal, pero es una cerámica. [61] Debido a la dureza del carburo de tungsteno, los anillos hechos de este material son extremadamente resistentes a la abrasión y mantendrán un acabado bruñido por más tiempo que los anillos hechos de tungsteno metálico. Sin embargo, los anillos de carburo de tungsteno son frágiles y pueden romperse con un golpe fuerte. [62]

Aleaciones [ editar ]

La dureza y la resistencia al calor del tungsteno pueden contribuir a aleaciones útiles . Un buen ejemplo es el acero de alta velocidad , que puede contener hasta un 18% de tungsteno. [63] El alto punto de fusión del tungsteno hace que el tungsteno sea un buen material para aplicaciones como boquillas de cohetes , por ejemplo, en el misil balístico UGM-27 Polaris lanzado desde un submarino . [64] Las aleaciones de tungsteno se utilizan en una amplia gama de aplicaciones, incluidas las industrias aeroespacial y automotriz y el blindaje contra la radiación. [65] Las superaleaciones que contienen tungsteno, como Hastelloy y Stellite , se utilizan en turbinas cuchillas y piezas y revestimientos resistentes al desgaste.

La resistencia al calor del tungsteno lo hace útil en aplicaciones de soldadura por arco cuando se combina con otro metal altamente conductor como la plata o el cobre. La plata o el cobre proporcionan la conductividad necesaria y el tungsteno permite que la varilla de soldadura resista las altas temperaturas del entorno de soldadura por arco. [ cita requerida ]

Imanes permanentes [ editar ]

El acero de tungsteno templado (martensítico) (aprox. 5,5% a 7,0% W con 0,5% a 0,7% C) se utilizó para fabricar imanes permanentes duros, debido a su alta remanencia y coercitividad , como señaló John Hopkinson (1849-1898) como a principios de 1886. Las propiedades magnéticas de un metal o una aleación son muy sensibles a la microestructura. Por ejemplo, mientras que el elemento tungsteno no es ferromagnético (pero el hierro lo es), cuando está presente en el acero en estas proporciones, estabiliza la fase martensita , que tiene mayor ferromagnetismo que la fase ferrita (hierro) debido a su mayor resistencia a la acción magnética. movimiento de la pared de dominio .

Armamentos [ editar ]

El tungsteno, generalmente aleado con níquel y hierro o cobalto para formar aleaciones pesadas, se usa en penetradores de energía cinética como una alternativa al uranio empobrecido , en aplicaciones donde la radiactividad del uranio es problemática incluso en forma empobrecida, o donde no se desean las propiedades pirofóricas adicionales del uranio ( por ejemplo, en balas de armas pequeñas ordinarias diseñadas para atravesar el blindaje corporal). Del mismo modo, las aleaciones de tungsteno también se han utilizado en proyectiles de cañones, granadas y misiles para crear metralla supersónica. Alemania usó tungsteno durante la Segunda Guerra Mundial para producir proyectiles para diseños de armas antitanque utilizando el GerlichApriete el principio del orificio para lograr una velocidad de salida muy alta y una mayor penetración de blindaje con artillería de campo de calibre relativamente pequeño y peso ligero. Las armas eran muy efectivas, pero la escasez de tungsteno utilizado en el núcleo del proyectil limitaba esa efectividad.

El tungsteno también se ha utilizado en explosivos de metal inerte densos , que lo utilizan como polvo denso para reducir el daño colateral y aumentar la letalidad de los explosivos en un radio pequeño. [66]

Aplicaciones químicas [ editar ]

El sulfuro de tungsteno (IV) es un lubricante de alta temperatura y es un componente de los catalizadores para la hidrodesulfuración . [67] MoS 2 se usa más comúnmente para tales aplicaciones. [68]

Los óxidos de tungsteno se utilizan en esmaltes cerámicos y los tungstatos de calcio / magnesio se utilizan ampliamente en iluminación fluorescente . Los tungstatos de cristal se utilizan como detectores de centelleo en física nuclear y medicina nuclear . Otras sales que contienen tungsteno se utilizan en la industria química y del curtido . [18] El óxido de tungsteno (WO 3 ) se incorpora a los catalizadores de reducción catalítica selectiva (SCR) que se encuentran en las centrales eléctricas de carbón. Estos catalizadores convierten los óxidos de nitrógeno ( NOx ) a nitrógeno (N 2 ) y agua (H 2 O) usando amoniaco (NH 3 ). El óxido de tungsteno ayuda con la fuerza física del catalizador y extiende la vida del catalizador. [69]

Usos de nicho [ editar ]

Las aplicaciones que requieren su alta densidad incluyen pesos, contrapesos , quillas de lastre para yates, lastre de cola para aviones comerciales, pesos de rotor para helicópteros civiles y militares y como lastre en autos de carrera para NASCAR y Fórmula Uno . [70] El uranio empobrecido también se utiliza para estos fines, debido a su densidad igualmente alta. Se utilizaron bloques de tungsteno de setenta y cinco kg como "dispositivos de masa de equilibrio de crucero" en la parte del vehículo de entrada de la nave espacial Mars Science Laboratory de 2012 . Es un material ideal para usar como carro para remachar, donde la masa necesaria para buenos resultados se puede lograr en una barra compacta. Las aleaciones de tungsteno de alta densidad con níquel, cobre o hierro se utilizan en dardos de alta calidad [71] (para permitir un diámetro más pequeño y, por lo tanto, agrupaciones más estrechas) o para señuelos de pesca (las perlas de tungsteno permiten que la mosca se hunda rápidamente). El tungsteno también se usa como un perno pesado para reducir la velocidad de disparo de la ametralladora SWD M11 / 9 de 1300 RPM a 700 RPM. El tungsteno se ha utilizado recientemente en boquillas para impresión 3D ; la alta resistencia al desgaste y conductividad térmica del carburo de tungsteno mejora la impresión de filamentos abrasivos. [72] Algo de violoncheloLas cuerdas C están enrolladas con tungsteno. La densidad adicional le da a esta cuerda más proyección y, a menudo, los violonchelistas comprarán solo esta cuerda y la usarán con tres cuerdas de un conjunto diferente. [73] [ fuente no confiable? ] El tungsteno se utiliza como absorbente en el telescopio electrónico del Sistema de Rayos Cósmicos de las dos naves espaciales Voyager . [74]

Sustitución de oro [ editar ]

Su densidad, similar a la del oro, permite que el tungsteno se utilice en joyería como alternativa al oro o al platino . [15] [75] El tungsteno metálico es hipoalergénico y es más duro que las aleaciones de oro (aunque no tan duro como el carburo de tungsteno), lo que lo hace útil para anillos que resisten rayones, especialmente en diseños con un acabado cepillado .

Debido a que la densidad es tan similar a la del oro (el tungsteno es solo un 0.36% menos denso), y su precio del orden de una milésima, el tungsteno también se puede usar en la falsificación de lingotes de oro , como recubriendo una barra de tungsteno con oro, [76] [77] [78] que se ha observado desde la década de 1980, [79] o tomar una barra de oro existente, perforar agujeros y reemplazar el oro extraído con varillas de tungsteno. [80] Las densidades no son exactamente las mismas y otras propiedades del oro y el tungsteno son diferentes, pero el tungsteno chapado en oro pasará pruebas superficiales. [76]

El tungsteno chapado en oro está disponible comercialmente en China (la principal fuente de tungsteno), tanto en joyería como en barras. [81]

Electrónica [ editar ]

Debido a que conserva su resistencia a altas temperaturas y tiene un alto punto de fusión , el tungsteno elemental se usa en muchas aplicaciones de alta temperatura, [82] como bombilla incandescente , tubo de rayos catódicos y filamentos de tubo de vacío , elementos calefactores y cohetes. boquillas de motor . [15] Su alto punto de fusión también hace que el tungsteno sea adecuado para usos aeroespaciales y de alta temperatura como aplicaciones eléctricas, de calefacción y de soldadura, especialmente en el proceso de soldadura por arco de tungsteno con gas (también llamado soldadura con gas inerte de tungsteno (TIG)).

Electrodo de tungsteno utilizado en un soplete de soldadura por arco de tungsteno a gas

Debido a sus propiedades conductoras y relativa inercia química, el tungsteno también se usa en electrodos y en las puntas emisoras en instrumentos de haz de electrones que usan pistolas de emisión de campo , como microscopios electrónicos . En electrónica, el tungsteno se utiliza como material de interconexión en circuitos integrados , entre el material dieléctrico de dióxido de silicio y los transistores. Se utiliza en películas metálicas, que sustituyen el cableado utilizado en la electrónica convencional por una capa de tungsteno (o molibdeno ) sobre silicio . [55]

La estructura electrónica del tungsteno lo convierte en una de las principales fuentes de objetivos de rayos X , [83] [84] y también para el blindaje de las radiaciones de alta energía (como en la industria radiofarmacéutica para blindar muestras radiactivas de FDG ). También se utiliza en la formación de imágenes gamma como material a partir del cual se fabrican aberturas codificadas, debido a sus excelentes propiedades de protección. Polvo de tungsteno se utiliza como un material de relleno en plásticos compuestos, que se utilizan como un sustituto no tóxico para el plomo en balas , disparo , y escudos de radiación. Dado que la expansión térmica de este elemento es similar al vidrio de borosilicato, se utiliza para hacer sellos de vidrio a metal. [18] Además de su alto punto de fusión, cuando el tungsteno se dopa con potasio, aumenta la estabilidad de la forma (en comparación con el tungsteno no dopado). Esto asegura que el filamento no se combe y que no se produzcan cambios no deseados. [85]

Nanocables [ editar ]

A través de procesos de nanofabricación de arriba hacia abajo , los nanocables de tungsteno se han fabricado y estudiado desde 2002. [86] Debido a una relación superficie / volumen particularmente alta, la formación de una capa de óxido superficial y la naturaleza monocristalina de dicho material, las propiedades mecánicas difieren fundamentalmente de los de tungsteno a granel. [87] Estos nanocables de tungsteno tienen aplicaciones potenciales en nanoelectrónica y, lo que es más importante, como sondas de pH y sensores de gas. [88] Al igual que los nanocables de silicio , los nanocables de tungsteno se producen con frecuencia a partir de un precursor de tungsteno a granel seguido de una oxidación térmicapaso para controlar la morfología en términos de longitud y relación de aspecto. [89] Utilizando el modelo Deal-Grove es posible predecir la cinética de oxidación de los nanocables fabricados mediante dicho proceso de oxidación térmica. [90]

Poder de fusión [ editar ]

Debido a su alto punto de fusión y buena resistencia a la erosión, el tungsteno es un candidato principal para las secciones más expuestas de la pared interna que mira al plasma de los reactores de fusión nuclear . Se utilizará como material de revestimiento de plasma del desviador en el reactor ITER , [91] y actualmente se utiliza en el reactor de prueba JET .

Papel biológico [ editar ]

El tungsteno, con número atómico Z = 74, es el elemento más pesado que se sabe que es biológicamente funcional. Es utilizado por algunas bacterias y arqueas , [92] pero no en eucariotas . Por ejemplo, las enzimas llamadas oxidorreductasas usan el tungsteno de manera similar al molibdeno al usarlo en un complejo de tungsteno- pterina con molibdopterina (la molibdopterina, a pesar de su nombre, no contiene molibdeno, pero puede formar complejos con el molibdeno o el tungsteno en uso por organismos vivos). Las enzimas que utilizan tungsteno suelen reducir los ácidos carboxílicos a aldehídos. [93]Las oxidorreductasas de tungsteno también pueden catalizar oxidaciones. La primera enzima que requiere tungsteno que se descubra también requiere selenio y, en este caso, el par tungsteno-selenio puede funcionar de manera análoga al emparejamiento molibdeno-azufre de algunas enzimas que requieren molibdopterina. [94] Se sabe que una de las enzimas de la familia de las oxidorreductasa que a veces emplea tungsteno ( formiato deshidrogenasa H bacteriana ) utiliza una versión de selenio-molibdeno de molibdopterina. [95] La acetilenhidratasa es una metaloenzima inusual ya que cataliza una reacción de hidratación. Se han propuesto dos mecanismos de reacción, en uno de los cuales existe una interacción directa entre el átomo de tungsteno y el triple enlace C≡C. [96]Aunque se ha descubierto que una xantina deshidrogenasa de bacterias que contiene tungsteno contiene tungsteno-molidopterina y también selenio no unido a proteínas, no se ha descrito definitivamente un complejo de tungsteno-selenio molibdopterina. [97]

En el suelo, el tungsteno se oxida al anión tungstato . Puede ser importado de forma selectiva o no selectiva por algunos organismos procarióticos y puede sustituir al molibdato en determinadas enzimas . Su efecto sobre la acción de estas enzimas es en unos casos inhibidor y en otros positivo. [98] La química del suelo determina cómo se polimeriza el tungsteno; los suelos alcalinos producen tungstatos monoméricos; Los suelos ácidos producen tungstatos poliméricos. [99]

El tungstato de sodio y el plomo se han estudiado por su efecto sobre las lombrices de tierra . Se descubrió que el plomo era letal a niveles bajos y el tungstato de sodio era mucho menos tóxico, pero el tungstato inhibía por completo su capacidad reproductiva . [100]

El tungsteno se ha estudiado como un antagonista metabólico del cobre biológico , en un papel similar a la acción del molibdeno. Se ha descubierto que las sales de tetratiotungstato  [ zh ] se pueden utilizar como productos químicos biológicos de quelación del cobre , de forma similar a los tetratiomolibdatos . [101]

En arqueas [ editar ]

El tungsteno es esencial para algunas arqueas. Se conocen las siguientes enzimas que utilizan tungsteno:

  • Aldehído ferredoxina oxidorreductasa (AOR) en la cepa Thermococcus ES-1
  • Formaldehído ferredoxina oxidorreductasa (FOR) en Thermococcus litoralis
  • Gliceraldehído-3-fosfato ferredoxina oxidorreductasa (GAPOR) en Pyrococcus furiosus

Se sabe que un sistema wtp transporta selectivamente tungsteno en arqueas:

  • WtpA es una proteína de unión a tungsteno de la familia de transportadores ABC
  • WptB es una permeasa
  • WtpC es ATPasa [102]

Factores de salud [ editar ]

Debido a que el tungsteno es un metal raro [103] y sus compuestos son generalmente inertes, los efectos del tungsteno en el medio ambiente son limitados. [104] Se cree que la abundancia de tungsteno en la corteza terrestre es de aproximadamente 1,5 partes por millón. Es uno de los elementos más raros.

Al principio se creyó que era relativamente inerte y un metal ligeramente tóxico, pero a partir del año 2000, el riesgo que presentan las aleaciones de tungsteno, sus polvos y partículas de inducir cáncer y varios otros efectos adversos en animales y humanos se ha reducido. destacado de experimentos in vitro e in vivo. [105] [106] La mediana de dosis letal LD 50 depende fuertemente de la animal y el método de administración y varía entre 59 mg / kg (por vía intravenosa, conejos) [107] [108] y 5000 mg / kg (polvo metálico de tungsteno, intraperitoneal , ratas). [109] [110]

Las personas pueden estar expuestas al tungsteno en el lugar de trabajo al inhalarlo, ingerirlo, por contacto con la piel y con los ojos. El Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH) ha establecido un límite de exposición recomendado (REL) de 5 mg / m 3 durante una jornada laboral de 8 horas y un límite a corto plazo de 10 mg / m 3 . [111]

Reclamación de patente [ editar ]

El tungsteno es único entre los elementos porque ha sido objeto de procedimientos de patente. En 1928, un tribunal estadounidense rechazó el intento de General Electric de patentarlo, revocando la patente estadounidense 1.082.933 otorgada en 1913 a William D. Coolidge . [112] [113] [114]

Ver también [ editar ]

  • Pistola de emisión de campo
  • Óxido de tungsteno
  • Lista de etimologías de nombres de elementos químicos
  • Lista de elementos químicos que nombran controversias

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Enlaces externos [ editar ]

  • Propiedades, Fotos, Historia, MSDS
  • CDC - Guía de bolsillo de NIOSH sobre peligros químicos
  • Tungsteno en la tabla periódica de videos (Universidad de Nottingham)
  • Imagen de la colección de Heinrich Pniok
  • Elementimología y elementos Multidict de Peter van der Krogt - Tungsteno
  • Asociación Internacional de la Industria del Tungsteno