Tungstênio Septagesimo quarto elemento da Tabela periodica
O tungstênio (português brasileiro) ou tungsténio (português europeu) (também conhecido como volfrâmio ou wolfrâmio) é um elemento químico de símbolo W e número atômico 74.
Um metal de cor branco cinza sob condições padrão, quando não combinado, o tungstênio é encontrado na natureza apenas combinado com outros elementos. Foi identificado como um novo elemento em 1781, e isolado pela primeira vez como metal em 1783. Os seus minérios mais importantes são a volframita e a scheelita. O elemento livre é notável pela sua robustez, especialmente pelo fato de possuir o mais alto ponto de fusão de todos os metais e o segundo mais alto entre todos os elementos, a seguir ao carbono. Também notável é a sua alta densidade, 19,3 vezes maior do que a da água, comparável às do urânio e ouro, e muito mais alta (cerca de 1,7 vezes) que a do chumbo.1 O tungstênio com pequenas quantidades de impurezas é frequentemente frágil2 e duro, tornando-o difícil de trabalhar. Contudo, o tungstênio muito puro é mais dútil, e pode ser cortado com uma serra de metais.3
A forma elementar não combinada é usada sobretudo em aplicações eletrônicas. As muitas ligas de tungstênio têm numerosas aplicações, destacando-se os filamentos de lâmpadas incandescentes, tubos de raios X (como filamento e como alvo), e superligas. A dureza e elevada densidade do tungstênio tornam-no útil em aplicações militares como projéteis penetrantes. Os compostos de tungstênio são geralmente usados industrialmente como catalisadores.
O tungstênio é o único metal da terceira série de transição que se sabe ocorrer em biomoléculas, usadas por algumas espécies de bactérias. É o elemento mais pesado que se sabe ser usado por seres vivos. Porém, o tungstênio interfere com os metabolismos do molibdênio e do cobre, e é algo tóxico para a vida animal.
História:
Os primeiros relatos que se sabe hoje fazerem referência a ocorrências deste elemento remontam ao século XVI. Nessa altura, os mineiros que extraíam minério de estanho nos Montes Metalíferos, relatavam a existência de um mineral que acompanhava o minério de estanho, e que reduzia o rendimento da extração deste metal a partir do minério. Johann Gottlob Lehmann, em 1761, foi o primeiro a fundir cristais puros de volframita em nitrato de sódio.6
A existência do tungstênio seria proposta, pela primeira vez, em 1779, por Peter Woulfe, o qual após examinar a volframita, concluiu que este mineral continha uma nova substância.7 Em 1781, Carl Wilhelm Scheele descobriu que um novo ácido, o ácido túngstico, podia ser obtido a partir da scheelita (então chamada tungstenita).
Scheele e Torbern Bergman sugeriram que poderia ser possível obter um novo metal por meio da redução deste ácido.8 Em 1783, Juan José e Fausto Delhuyar descobriram um ácido obtido da volframita que era idêntico ao ácido túngstico. Mais tarde nesse mesmo ano, na Espanha, os irmãos conseguiram isolar o tungstênio por meio da redução do seu ácido com carvão vegetal, sendo-lhes creditada a descoberta deste elemento, publicada em setembro de 1783 na obra Analisis quimico del volfram, y examen de un nuevo metal,que entra en su composicion.6 9
As primeiras aplicações do tungstênio começaram a ser desenvolvidas em meados do século XIX, química (1847) e aços (1855), e no início do século XX, filamentos (1903) e carbetos (1913).9
Durante a Segunda Guerra Mundial, o tungstênio teve um papel significativo nos negócios políticos de bastidores. Portugal, como principal produtor europeu do elemento, foi pressionado por ambos os lados, devido às suas jazidas de minério de volframita. A resistência do tungstênio às altas temperaturas e a sua capacidade de aumentar a resistência de ligas metálicas, tornava-o uma matéria-prima importante para a indústria do armamento.
Etimologia:
O termo "tungstênio" tem origem nos termos nórdicos tung sten, significando "pedra pesada", utilizados por Axel Fredrik Cronstedt em 1757 para designar o mineral que hoje se designa scheelita, descoberto na Suécia em 1750.6 É usado em muitas línguas como nome deste elemento.
O termo "volfrâmio" (ou "wolfrâmio"), usado em muitas línguas europeias (sobretudo línguas eslavas e germânicas), deriva do mineral volframita. Este, por seu lado, deriva do alemão "wolf rahm" ("fuligem de lobo", "creme de lobo"), o nome dado ao tungstênio por Johan Gottschalk Wallerius em 1747, e do qual derivou também o símbolo químico do elemento, W.3 "Wolf rahm" por sua vez deriva de "Lupi spuma", o nome usado por Georg Agricola para este elemento em 1546, traduzido para português como "espuma" ou "creme de lobo" (a etimologia não é certa), e é uma referência às grandes quantidades de estanho perdidas na extração deste metal devido à presença de volframita no minério que continha o estanho.11
Características:
Propriedades físicas:
O tungstênio na sua forma impura é um metal de cor branca a cinza, frequentemente frágil e difícil de trabalhar, mas quando puro, pode ser facilmente trabalhado.3 Pode ser cortado com uma serra de metais, forjado, trefilado, extrudido ou sinterizado. Dentre todos os metais na forma pura, o tungstênio tem o mais alto ponto de fusão (3 422 °C), a menor pressão de vapor e (a temperaturas acima de 1 650 °C) a maior resistência à tração.12 Apresenta o menor coeficiente de expansão térmica entre todos os metais puros. A pequena expansão térmica e os elevados ponto de fusão e resistência do tungstênio devem-se a ligações covalentes fortes formadas entre os átomos de tungstênio pelos elétrons 5d.13 A ligação de pequenas quantidades de tungstênio com o aço aumenta muito a resistência deste último.1
O tungstênio, quando exposto ao ar, forma na sua superfície um óxido (sempre trióxido de tungstênio, WO3) protetor quando formado entre os 327 e os 400 °C, porém pode ser oxidado em alta temperatura.14
Propriedades químicas:
O tungstênio elementar é resistente ao ataque de ácidos, bases e oxigénio.15 16 O estado de oxidação mais comum do tungstênio é +6, porém exibe todos os estados de oxidação desde −2 até +6.15 A combinação típica do tungstênio é com o oxigênio, formando trióxido de tungstênio amarelo, WO3, solúvel em soluções aquosas alcalinas originando íons tungstato, WO42-. Os carbetos de tungstênio (W2C e WC) são produzidos ao aquecer tungstênio em pó com carbono. W2C é resistente ao ataque químico, embora reaja fortemente com o cloro para formar hexacloreto de tungstênio (WCl6).1
Em solução aquosa, o tungstato dá origem a heteropoliácidos e ânions de polioxometalato sob condições neutras ou ácidas. À medida que o tungstato é submetido à ação do ácido, começa por produzir-se "paratungstato A", um íon solúvel e metaestável, W7O24-6, que com o tempo se converte no ânion menos solúvel "paratungstato B", H2W12O42-10.17 A acidificação adicional produz o ânion muito solúvel metatungstato, H2W12O40-6, após o que é atingido o equilíbrio. O íon metatungstato existe na forma de um agrupamento simétrico de doze octaedros tungstênio-oxigênio conhecidos como ânion de Keggin. Muitos outros ânions existem como espécies metaestáveis.
A inclusão de um átomo diferente, como o fósforo, no lugar dos dois hidrogênios centrais do metatungstato, produz uma ampla variedade de heteropoliácidos, como o ácido fosfotúngstico (H3PW12O40).
O trióxido de tungstênio pode formar compostos de intercalação com os metais alcalinos. Estes compostos são conhecidos como bronzes; um exemplo é o bronze de sódio-tungstênio.
Ocorrência e produção:
O tungstênio é encontrado nos minerais volframita (tungstato de ferro-manganês, FeWO4/MnWO4), scheelita (tungstato de cálcio, CaWO4), ferberita, stolzita e hubnerita. Importantes depósitos destes minerais situam-se na Bolívia, na Califórnia e Colorado (Estados Unidos), na China, na Áustria, em Portugal (Mina da Panasqueira), na Rússia e na Coreia do Sul (com a China produzindo aproximadamente 75% da demanda mundial).
Um metal de cor branco cinza sob condições padrão, quando não combinado, o tungstênio é encontrado na natureza apenas combinado com outros elementos. Foi identificado como um novo elemento em 1781, e isolado pela primeira vez como metal em 1783. Os seus minérios mais importantes são a volframita e a scheelita. O elemento livre é notável pela sua robustez, especialmente pelo fato de possuir o mais alto ponto de fusão de todos os metais e o segundo mais alto entre todos os elementos, a seguir ao carbono. Também notável é a sua alta densidade, 19,3 vezes maior do que a da água, comparável às do urânio e ouro, e muito mais alta (cerca de 1,7 vezes) que a do chumbo.1 O tungstênio com pequenas quantidades de impurezas é frequentemente frágil2 e duro, tornando-o difícil de trabalhar. Contudo, o tungstênio muito puro é mais dútil, e pode ser cortado com uma serra de metais.3
A forma elementar não combinada é usada sobretudo em aplicações eletrônicas. As muitas ligas de tungstênio têm numerosas aplicações, destacando-se os filamentos de lâmpadas incandescentes, tubos de raios X (como filamento e como alvo), e superligas. A dureza e elevada densidade do tungstênio tornam-no útil em aplicações militares como projéteis penetrantes. Os compostos de tungstênio são geralmente usados industrialmente como catalisadores.
O tungstênio é o único metal da terceira série de transição que se sabe ocorrer em biomoléculas, usadas por algumas espécies de bactérias. É o elemento mais pesado que se sabe ser usado por seres vivos. Porém, o tungstênio interfere com os metabolismos do molibdênio e do cobre, e é algo tóxico para a vida animal.
História:
Os primeiros relatos que se sabe hoje fazerem referência a ocorrências deste elemento remontam ao século XVI. Nessa altura, os mineiros que extraíam minério de estanho nos Montes Metalíferos, relatavam a existência de um mineral que acompanhava o minério de estanho, e que reduzia o rendimento da extração deste metal a partir do minério. Johann Gottlob Lehmann, em 1761, foi o primeiro a fundir cristais puros de volframita em nitrato de sódio.6
A existência do tungstênio seria proposta, pela primeira vez, em 1779, por Peter Woulfe, o qual após examinar a volframita, concluiu que este mineral continha uma nova substância.7 Em 1781, Carl Wilhelm Scheele descobriu que um novo ácido, o ácido túngstico, podia ser obtido a partir da scheelita (então chamada tungstenita).
Scheele e Torbern Bergman sugeriram que poderia ser possível obter um novo metal por meio da redução deste ácido.8 Em 1783, Juan José e Fausto Delhuyar descobriram um ácido obtido da volframita que era idêntico ao ácido túngstico. Mais tarde nesse mesmo ano, na Espanha, os irmãos conseguiram isolar o tungstênio por meio da redução do seu ácido com carvão vegetal, sendo-lhes creditada a descoberta deste elemento, publicada em setembro de 1783 na obra Analisis quimico del volfram, y examen de un nuevo metal,que entra en su composicion.6 9
As primeiras aplicações do tungstênio começaram a ser desenvolvidas em meados do século XIX, química (1847) e aços (1855), e no início do século XX, filamentos (1903) e carbetos (1913).9
Durante a Segunda Guerra Mundial, o tungstênio teve um papel significativo nos negócios políticos de bastidores. Portugal, como principal produtor europeu do elemento, foi pressionado por ambos os lados, devido às suas jazidas de minério de volframita. A resistência do tungstênio às altas temperaturas e a sua capacidade de aumentar a resistência de ligas metálicas, tornava-o uma matéria-prima importante para a indústria do armamento.
Etimologia:
O termo "tungstênio" tem origem nos termos nórdicos tung sten, significando "pedra pesada", utilizados por Axel Fredrik Cronstedt em 1757 para designar o mineral que hoje se designa scheelita, descoberto na Suécia em 1750.6 É usado em muitas línguas como nome deste elemento.
O termo "volfrâmio" (ou "wolfrâmio"), usado em muitas línguas europeias (sobretudo línguas eslavas e germânicas), deriva do mineral volframita. Este, por seu lado, deriva do alemão "wolf rahm" ("fuligem de lobo", "creme de lobo"), o nome dado ao tungstênio por Johan Gottschalk Wallerius em 1747, e do qual derivou também o símbolo químico do elemento, W.3 "Wolf rahm" por sua vez deriva de "Lupi spuma", o nome usado por Georg Agricola para este elemento em 1546, traduzido para português como "espuma" ou "creme de lobo" (a etimologia não é certa), e é uma referência às grandes quantidades de estanho perdidas na extração deste metal devido à presença de volframita no minério que continha o estanho.11
Características:
Propriedades físicas:
O tungstênio na sua forma impura é um metal de cor branca a cinza, frequentemente frágil e difícil de trabalhar, mas quando puro, pode ser facilmente trabalhado.3 Pode ser cortado com uma serra de metais, forjado, trefilado, extrudido ou sinterizado. Dentre todos os metais na forma pura, o tungstênio tem o mais alto ponto de fusão (3 422 °C), a menor pressão de vapor e (a temperaturas acima de 1 650 °C) a maior resistência à tração.12 Apresenta o menor coeficiente de expansão térmica entre todos os metais puros. A pequena expansão térmica e os elevados ponto de fusão e resistência do tungstênio devem-se a ligações covalentes fortes formadas entre os átomos de tungstênio pelos elétrons 5d.13 A ligação de pequenas quantidades de tungstênio com o aço aumenta muito a resistência deste último.1
O tungstênio, quando exposto ao ar, forma na sua superfície um óxido (sempre trióxido de tungstênio, WO3) protetor quando formado entre os 327 e os 400 °C, porém pode ser oxidado em alta temperatura.14
Propriedades químicas:
O tungstênio elementar é resistente ao ataque de ácidos, bases e oxigénio.15 16 O estado de oxidação mais comum do tungstênio é +6, porém exibe todos os estados de oxidação desde −2 até +6.15 A combinação típica do tungstênio é com o oxigênio, formando trióxido de tungstênio amarelo, WO3, solúvel em soluções aquosas alcalinas originando íons tungstato, WO42-. Os carbetos de tungstênio (W2C e WC) são produzidos ao aquecer tungstênio em pó com carbono. W2C é resistente ao ataque químico, embora reaja fortemente com o cloro para formar hexacloreto de tungstênio (WCl6).1
Em solução aquosa, o tungstato dá origem a heteropoliácidos e ânions de polioxometalato sob condições neutras ou ácidas. À medida que o tungstato é submetido à ação do ácido, começa por produzir-se "paratungstato A", um íon solúvel e metaestável, W7O24-6, que com o tempo se converte no ânion menos solúvel "paratungstato B", H2W12O42-10.17 A acidificação adicional produz o ânion muito solúvel metatungstato, H2W12O40-6, após o que é atingido o equilíbrio. O íon metatungstato existe na forma de um agrupamento simétrico de doze octaedros tungstênio-oxigênio conhecidos como ânion de Keggin. Muitos outros ânions existem como espécies metaestáveis.
A inclusão de um átomo diferente, como o fósforo, no lugar dos dois hidrogênios centrais do metatungstato, produz uma ampla variedade de heteropoliácidos, como o ácido fosfotúngstico (H3PW12O40).
O trióxido de tungstênio pode formar compostos de intercalação com os metais alcalinos. Estes compostos são conhecidos como bronzes; um exemplo é o bronze de sódio-tungstênio.
Ocorrência e produção:
O tungstênio é encontrado nos minerais volframita (tungstato de ferro-manganês, FeWO4/MnWO4), scheelita (tungstato de cálcio, CaWO4), ferberita, stolzita e hubnerita. Importantes depósitos destes minerais situam-se na Bolívia, na Califórnia e Colorado (Estados Unidos), na China, na Áustria, em Portugal (Mina da Panasqueira), na Rússia e na Coreia do Sul (com a China produzindo aproximadamente 75% da demanda mundial).