Температура кипения вольфрама составляет 10 030 F и другие сумасшедшие факты

May 28, 2023

Бронебойные пули, сопла ракетных двигателей и сверла для прорубания твердых пород — это лишь часть изделий, изготовленных из вольфрама, одного из самых твердых и термостойких элементов во Вселенной.

Вольфрам, как и большинство других металлических элементов, не встречается в природе в виде блестящего куска металла. Его необходимо химически изолировать от других соединений, в данном случае от встречающегося в природе минерала вольфрамита. Вот почему символ вольфрама в таблице Менделеева — не T, а W, что является сокращением от «вольфрам». Название вольфрам в переводе со шведского означает «тяжелый камень», что указывает на невероятную плотность и вес этого элемента. Его атомный номер (количество протонов в ядре атома) составляет 74, а его атомный вес (средневзвешенное значение встречающихся в природе изотопов) составляет 183,84.

Реклама

Два испанских химика (и братья), Хуан Хосе и Фаусто Эльхуяр, приписывают открытие вольфрама в 1783 году, когда они впервые выделили серовато-белый металл из вольфрамита.

Одним из наиболее впечатляющих и полезных свойств вольфрама является его высокая температура плавления, самая высокая из всех металлических элементов. Чистый вольфрам плавится при огромной температуре 6192 градусов по Фаренгейту (3422 градуса Цельсия) и не закипит, пока температура не достигнет 10030 градусов по Фаренгейту (5555 градусов по Цельсию), что соответствует температуре фотосферы Солнца.

Для сравнения, температура плавления железа составляет 2800 градусов по Фаренгейту (1538 градусов по Цельсию), а золото превращается в жидкость всего лишь при температуре 1947,52 градуса по Фаренгейту (1064,18 градуса по Цельсию).

«Все металлы имеют относительно высокие температуры плавления, потому что их атомы удерживаются вместе в прочных металлических связях», — говорит Джон Ньюсам, химик и ученый-материаловед, с которым мы связались через Американское химическое общество. Металлические связи настолько сильны, потому что они разделяют электроны по всему трехмерному массиву атомов. Ньюсам говорит, что вольфрам превосходит другие металлы из-за необычной прочности и направленности его металлических связей.

«Почему это важно?» — спрашивает Ньюсам. «Подумайте об Эдисоне, работающем над нитями для лампы накаливания. Ему нужен был материал, который не только излучал бы свет, но и не плавился бы от жары».

Эдисон экспериментировал с множеством различных материалов накаливания, включая платину, иридий и бамбук, но другому американскому изобретателю, Уильяму Кулиджу, приписывают создание вольфрамовых нитей, используемых в большинстве лампочек на протяжении 20-го века.

Высокая температура плавления вольфрама имеет и другие преимущества, например, когда он смешивается в виде сплава с такими материалами, как сталь. Вольфрамовые сплавы наносят на части ракет и снарядов, которые должны выдерживать огромные температуры, в том числе на сопла двигателей, выбрасывающих взрывные потоки ракетного топлива.

Реклама

Плотность различных элементов является отражением размера составляющих их атомов. Чем ниже вы находитесь в таблице Менделеева, тем больше и тяжелее атомы.

«У более тяжелых элементов, таких как вольфрам, больше протонов и нейтронов в ядре и больше электронов на орбитах вокруг ядра», — говорит Ньюсам. «Это означает, что вес одного атома значительно увеличивается по мере того, как вы спускаетесь вниз по таблице Менделеева».

Реклама

На практике, если вы держите кусок вольфрама в одной руке и такой же объем серебра или железа в другой, вольфрам будет казаться намного тяжелее. В частности, плотность вольфрама составляет 19,3 грамма на кубический сантиметр. Для сравнения, серебро примерно в два раза менее плотно, чем вольфрам (10,5 г/см3), а железо почти втрое плотнее (7,9 г/см3).

Высокая плотность вольфрама может быть преимуществом в определенных приложениях. Его часто используют в бронебойных пулях, например, из-за его плотности и твердости. Военные также используют вольфрам для изготовления так называемого оружия «кинетической бомбардировки», которое стреляет вольфрамовым стержнем, как воздушный таран, и пробивает стены и танковую броню.

Во время холодной войны ВВС якобы экспериментировали с идеей под названием «Проект Тор», согласно которой связка 20-футовых (6-метровых) вольфрамовых стержней сбрасывалась с орбиты на вражеские цели. Эти так называемые «жезлы от Бога» воздействовали бы с разрушительной силой ядерного оружия, но без ядерных осадков. Оказывается, стоимость запуска тяжелых стержней в космос была непомерно высокой.