टंगस्टन: इतिहास, गुण, संरचना, उपयोग - रसायन विज्ञान - 2025

टंगस्टन, टंगस्टन या भारी धातु टंगस्टन एक संक्रमण जिसका रासायनिक प्रतीक डब्ल्यू अवधि आवर्त सारणी के 6 समूह 6 में स्थित है, और परमाणु संख्या 74 इसका नाम दो व्युत्पत्ति अर्थ है: कठिन पत्थर और भेड़िया फोम; दूसरा इसलिए क्योंकि इस धातु को टंगस्टन के रूप में भी जाना जाता है।

यह एक चांदी-ग्रे धातु है और, हालांकि यह भंगुर है, इसमें बहुत कठोरता, घनत्व और उच्च पिघलने और उबलते बिंदु हैं। इसलिए, यह उन सभी अनुप्रयोगों में उपयोग किया गया है जिनमें उच्च तापमान, दबाव या यांत्रिक बल शामिल हैं, जैसे कि ड्रिल, प्रोजेक्टाइल या विकिरण फिलामेंट्स।

टंगस्टन बार इसकी आंशिक रूप से ऑक्सीकृत सतह के साथ। स्रोत: रासायनिक तत्वों की हाई-रेज छवियां

सांस्कृतिक और लोकप्रिय स्तर पर इस धातु के लिए सबसे अच्छा ज्ञात उपयोग, बिजली के बल्बों के फिलामेंट्स में है। जिसने भी उन्हें संभाला है उन्हें एहसास होगा कि वे कितने नाजुक हैं; हालांकि, वे शुद्ध टंगस्टन से बने नहीं हैं, जो निंदनीय और नमनीय है। इसके अलावा, मिश्र धातु जैसे धातु में, यह उत्कृष्ट प्रतिरोध और कठोरता प्रदान करता है।

यह सबसे अधिक गलनांक वाली धातु होने के कारण चरित्रवान और प्रतिष्ठित है, और स्वयं सीसे से भी अधिक सघन होने के कारण केवल अन्य धातुओं जैसे ऑस्मियम और इरिडियम से भी आगे निकल जाती है। इसी तरह, यह शरीर में कुछ जैविक भूमिका को पूरा करने के लिए ज्ञात सबसे भारी धातु है।

टंगस्टेट आयन, WO ₄ ^2-, इसके अधिकांश आयनिक यौगिकों में भाग लेता है, जो एक अम्ल माध्यम में गुच्छों को बनाने के लिए बहुलकीकृत कर सकता है। दूसरी ओर, टंगस्टन इंटरमेटेलिक यौगिकों का निर्माण कर सकता है, या धातुओं या अकार्बनिक लवणों के साथ पाप किया जा सकता है, ताकि इसके ठोस विभिन्न आकार या स्थिरता प्राप्त कर सकें।

यह पृथ्वी की पपड़ी में बहुत प्रचुर मात्रा में नहीं है, प्रति टन इस धातु का केवल 1.5 ग्राम है। इसके अलावा, चूंकि यह एक भारी तत्व है, इसलिए इसका उद्गम अंतरिक्षीय है; विशेष रूप से सुपरनोवा विस्फोटों से, जो अपने गठन के दौरान हमारे ग्रह की ओर टंगस्टन परमाणुओं के "जेट" को फेंक दिया होगा।

इतिहास

शब्द-साधन

टंगस्टन या भेड़िया के इतिहास में उनके नाम की तरह ही दो चेहरे हैं: एक स्विस और दूसरा जर्मन। 1600 के दशक में, वर्तमान में जर्मनी और ऑस्ट्रिया के कब्जे वाले क्षेत्रों में, खनिकों ने कांस्य का उत्पादन करने के लिए तांबा और टिन निकालने का काम किया।

तब तक खनिक ने खुद को इस प्रक्रिया में कांटे के साथ पाया: पिघलाने के लिए एक अत्यंत कठिन खनिज था; वुल्फ्रामाइट, (Fe, Mn, Mg) WO _{4 से} युक्त खनिज, जो टिन को बनाए रखता है या "भक्षण" करता है जैसे कि यह एक भेड़िया हो।

इसलिए इस तत्व के लिए व्युत्पत्ति, स्पेनिश में भेड़िया के लिए 'भेड़िया', एक भेड़िया जो टिन खा गया; और फोम या क्रीम के 'राम', जिनके क्रिस्टल लंबे काले फर के समान थे। इस प्रकार यह था कि इन पहली टिप्पणियों के सम्मान में 'वुल्फराम' या 'वुल्फराम' नाम उत्पन्न हुआ।

1758 में, स्विस की ओर, एक समान खनिज, स्केलाइट, सीएडब्ल्यूओ ₄ का नाम 'टंग स्टेन' रखा गया, जिसका अर्थ है 'कठोर पत्थर'।

वुल्फराम और टंगस्टन, दोनों नाम व्यापक रूप से परस्पर उपयोग किए जाते हैं, पूरी तरह से संस्कृति पर निर्भर करते हैं। स्पेन में, उदाहरण के लिए, और पश्चिमी यूरोप में, इस धातु को टंगस्टन के रूप में जाना जाता है; जबकि अमेरिकी महाद्वीप में टंगस्टन नाम प्रमुख है।

मान्यता और खोज

तब यह ज्ञात था कि सत्रहवीं और अठारहवीं शताब्दियों के बीच दो खनिज थे: वुल्फरामाइट और स्केलाइट। लेकिन, किसने देखा कि उनमें एक धातु दूसरों से अलग थी? उन्हें केवल खनिजों के रूप में चित्रित किया जा सकता था, और यह 1779 में था कि आयरिश रसायनज्ञ पीटर वूफ्ले ने टंगस्टन का सावधानीपूर्वक विश्लेषण किया और टंगस्टन के अस्तित्व को घटा दिया।

स्विस ओर, फिर से, कार्ल विल्हेम शेहले 1781 में टंगस्टन को WO _{3 के} रूप में अलग करने में सक्षम थे; और इससे भी अधिक, उन्होंने टंग्स्टिक (या टंग्स्टिक) एसिड, एच ₂ डब्ल्यूओ ₄ और अन्य यौगिकों को प्राप्त किया।

हालांकि, यह शुद्ध धातु को प्राप्त करने के लिए पर्याप्त नहीं था, क्योंकि इस एसिड को कम करना आवश्यक था; यह है, यह एक प्रक्रिया के अधीन है कि यह ऑक्सीजन से अलग हो जाता है और धातु के रूप में क्रिस्टलीकृत होता है। इस रासायनिक कमी की प्रतिक्रिया के लिए कार्ल विल्हेल स्कील के पास उपयुक्त भट्टियां या कार्यप्रणाली नहीं थी।

यह वह जगह है जहां स्पेनिश भाइयों डी'लहुयार, फॉस्टो और जुआन जोस हरकत में आ गए, दोनों खनिजों (वुल्फ्रेमाइट और स्कीलाइट) को कोयले के साथ बरगारा शहर में छुड़वा दिया। उनमें से दो को धातु टंगस्टन (डब्ल्यू) के खोजकर्ता होने के गुण और सम्मान से सम्मानित किया जाता है।

स्टील और बल्ब

टंगस्टन फिलामेंट के साथ कोई भी प्रकाश बल्ब। स्रोत: Pxhere

अन्य धातुओं की तरह, इसका उपयोग इसके इतिहास को परिभाषित करता है। 19 वीं शताब्दी के अंत में सबसे प्रमुख स्टील-टंगस्टन मिश्र थे, और टंगस्टन फिलामेंट्स को इलेक्ट्रिक लाइट बल्ब के अंदर कार्बन को बदलने के लिए। यह कहा जा सकता है कि पहला प्रकाश बल्ब, जैसा कि हम उन्हें जानते हैं, 1903-1904 में विपणन किया गया था।

गुण

भौतिक उपस्थिति

यह एक चमकदार चांदी-ग्रे धातु है। भुरभुरा लेकिन बहुत कठोर (कठोरता से भ्रमित नहीं होना)। यदि टुकड़ा उच्च शुद्धता का है, तो यह निंदनीय और कठोर हो जाता है, जितना कि कई स्टील्स।

परमाणु क्रमांक

74।

अणु भार

183.85 ग्राम / मोल।

गलनांक

3422 ° से।

क्वथनांक

5930 ° सें।

घनत्व

19.3 ग्राम / एमएल।

फ्यूजन की गर्मी

52.31 केजे / मोल।

वाष्पीकरण का ताप

774 केजे / मोल।

मोलर ताप क्षमता

24.27 केजे / मोल।

मोह की कठोरता

7.5।

वैद्युतीयऋणात्मकता

पॉलिंग स्केल पर 2.36।

परमाणु रेडियो

139 बजे

विधुतीय प्रतिरोधकर्ता

20 ° C पर 52.8 n m · m।

आइसोटोप

यह मुख्य रूप से पांच आइसोटोप के रूप में प्रकृति में होता है: ¹⁸² डब्ल्यू, ¹⁸³ डब्ल्यू, ¹⁸⁴ डब्ल्यू, ¹⁸⁶ डब्ल्यू और ¹⁸⁰ डब्ल्यू। 183 ग्राम / मोल के मोलर द्रव्यमान के अनुसार, इन आइसोटोपों के परमाणु द्रव्यमान का औसत (और अन्य) तीस रेडियोसोटोप्स), प्रत्येक टंगस्टन या टंगस्टन परमाणु में लगभग एक सौ दस न्यूट्रॉन (74 + 110 = 184) होते हैं।

रसायन विज्ञान

यह जंग के लिए अत्यधिक प्रतिरोधी धातु है, क्योंकि WO ₃ की पतली परत इसे ऑक्सीजन, एसिड और क्षार के हमले से बचाती है। एक बार अन्य अभिकर्मकों के साथ घुलने और अवक्षेपित हो जाने पर, इसके लवण प्राप्त होते हैं, जिन्हें टंगस्टेट्स या वुल्फरामेट्स कहा जाता है; उनमें, टंगस्टन में आमतौर पर +6 का ऑक्सीकरण राज्य होता है (यह मानते हुए कि डब्ल्यू ⁶⁺ उद्धरण हैं)।

एसिड क्लस्टरिंग

Decatungstate, टंगस्टन polyoxometalates का एक उदाहरण। स्रोत: Scifanz

रासायनिक रूप से टंगस्टन काफी अनोखा होता है क्योंकि इसके आयनों को हेटेरोपायलायड्स या पॉलीओक्सोमेटालेट्स बनाने के लिए एक साथ गुच्छे में रखते हैं। वे क्या हैं? वे परमाणुओं के समूह या समूह हैं जो तीन आयामी शरीर को परिभाषित करने के लिए एक साथ आते हैं; मुख्य रूप से, एक गोलाकार पिंजरे जैसी संरचना के साथ, जिसमें वे दूसरे परमाणु को "घेरते हैं"।

यह टंगस्टेट ऋणायन से शुरू होता है WO, ₄ ^2- है, जो तेजी से एक अम्लीय माध्यम में protonates (hwo ₄ ^-) एक पड़ोसी ऋणायन के लिए फार्म के साथ और बांध ^2-; और यह बदले में ^{4- की} उत्पत्ति के लिए एक और ^{2- के} साथ जुड़ जाता है । इसलिए जब तक समाधान में कई राजनेता हैं।

पैराटुंगस्टेट्स ए और बी, ^6- और एच ₂ डब्ल्यू ₁₂ ओ ₄₂ ^10-, क्रमशः, इन पॉलीअन में से एक हैं।

यह आपके लुईस स्केच और संरचनाओं के साथ आने के लिए चुनौतीपूर्ण हो सकता है; लेकिन सिद्धांत रूप में यह उन्हें WO ₆ ऑक्टाहेड्रा (ऊपरी छवि) के सेट के रूप में कल्पना करने के लिए पर्याप्त है ।

ध्यान दें कि ये भूरे रंग के अष्टधातु एक डिकुंगस्टेट, एक पोलुन्गस्टाट को परिभाषित करते हुए समाप्त होते हैं; यदि एक हेटेरोटॉम (उदाहरण के लिए, फास्फोरस) इसके भीतर निहित है, तो यह एक पॉलीऑक्सोमेटालेट होगा।

संरचना और इलेक्ट्रॉनिक कॉन्फ़िगरेशन

क्रिस्टलीय चरणों

टंगस्टन परमाणु एक क्रिस्टल को शरीर-केंद्रित क्यूबिक (बीसीसी) संरचना के साथ परिभाषित करते हैं। यह क्रिस्टलीय रूप α चरण के रूप में जाना जाता है; जबकि little चरण भी घन है, लेकिन थोड़ा अधिक घना है। दोनों चरण या क्रिस्टलीय रूप, α और can, सामान्य परिस्थितियों में संतुलन में सह-अस्तित्व में आ सकते हैं।

Α चरण के क्रिस्टलीय दाने आइसोमेट्रिक होते हैं, जबकि emble चरण के उन स्तंभों से मिलते जुलते हैं। क्रिस्टल के बावजूद, यह धात्विक बंधों द्वारा नियंत्रित होता है जो डब्ल्यू परमाणुओं को एक साथ कसकर पकड़ते हैं। अन्यथा, उच्च पिघलने और क्वथनांक, या टंगस्टन की उच्च कठोरता और घनत्व की व्याख्या नहीं की जा सकती है।

धात्विक बंधन

टंगस्टन परमाणुओं को किसी तरह कसकर बांधना पड़ता है। अनुमान लगाने के लिए, इस धातु के इलेक्ट्रॉन विन्यास को सबसे पहले देखा जाना चाहिए:

4f ¹⁴ 5d ⁴ 6s ²

5d ऑर्बिटल्स बहुत बड़े और फजी होते हैं, जिसका अर्थ यह होगा कि आस-पास के दो परमाणुओं के बीच प्रभावी कक्षीय अतिव्यापी हैं। इसके अलावा, 6 एस ऑर्बिटल्स परिणामी बैंड में योगदान करते हैं, लेकिन कुछ हद तक। जबकि 4f ऑर्बिटल्स "पृष्ठभूमि में गहरे" हैं और इसलिए धातु बंधन में उनका योगदान कम है।

यह, परमाणुओं का आकार, और क्रिस्टलीय अनाज, चर हैं जो टंगस्टन की कठोरता और इसके घनत्व को निर्धारित करते हैं।

ऑक्सीकरण की स्थिति

धातु टंगस्टन या भेड़िया में, डब्ल्यू परमाणुओं में शून्य ऑक्सीकरण अवस्था (W ⁰) होती है। इलेक्ट्रॉनिक कॉन्फ़िगरेशन पर वापस लौटना, 5d और 6s ऑर्बिटल्स इलेक्ट्रॉनों का "खाली" किया जा सकता है, यह इस बात पर निर्भर करता है कि W अत्यधिक इलेक्ट्रोऑनगेटिव परमाणुओं, जैसे ऑक्सीजन या फ्लोरीन की कंपनी में है या नहीं।

जब दो 6s इलेक्ट्रॉनों को खो दिया जाता है, तो टंगस्टन में +2 ऑक्सीकरण राज्य (W ²⁺) होता है, जो इसके परमाणु को अनुबंधित करता है।

यदि यह 5d ऑर्बिटल्स में सभी इलेक्ट्रॉनों को भी खो देता है, तो इसकी ऑक्सीकरण स्थिति +6 (W ⁶⁺) हो जाएगी; यहाँ से यह अधिक सकारात्मक नहीं हो सकता है (सिद्धांत रूप में), चूंकि 4f ऑर्बिटल्स, आंतरिक होने के कारण, अपने इलेक्ट्रॉनों को निकालने के लिए महान ऊर्जा की आवश्यकता होगी। दूसरे शब्दों में, सबसे सकारात्मक ऑक्सीकरण राज्य +6 है, जहां टंगस्टन और भी छोटा है।

यह टंगस्टन (VI) अम्लीय परिस्थितियों में या कई ऑक्सीजन युक्त या हलोजन यौगिकों में बहुत स्थिर है। अन्य संभावित और सकारात्मक ऑक्सीकरण अवस्थाएं हैं: +1, +2, +3, +4, +5 और +6।

टंगस्टन इलेक्ट्रॉनों को भी प्राप्त कर सकता है यदि यह परमाणुओं के साथ कम इलेक्ट्रोनगनेटिव के साथ खुद को जोड़ता है। इस मामले में, इसके परमाणु बड़े हो जाते हैं। यह अधिकतम चार इलेक्ट्रॉनों को प्राप्त कर सकता है; यह कहना है, -4 (डब्ल्यू ^4-) के एक ऑक्सीकरण राज्य है ।

प्राप्त

यह पहले उल्लेख किया गया था कि टंगस्टन खनिज वुल्फरामाइट और स्कीलाइट में पाया जाता है। प्रक्रिया के आधार पर, उनसे दो यौगिक प्राप्त किए जाते हैं: टंगस्टन ऑक्साइड, डब्ल्यूओ ₃, या अमोनियम पैराटुंगस्टेट, (एनएच ₄) ₁₀ (एच ₂ डब्ल्यू ₁₂ ओ ₄₂) · 4 एच ₂ ओ (या एटीपी)। उनमें से किसी को भी 1050 डिग्री सेल्सियस से ऊपर कार्बन वाले धात्विक डब्ल्यू तक कम किया जा सकता है।

टंगस्टन पिंडों का उत्पादन करने के लिए यह आर्थिक रूप से लाभदायक नहीं है, क्योंकि उन्हें पिघलाने के लिए बहुत अधिक गर्मी (और धन) की आवश्यकता होगी। यही कारण है कि मिश्र धातुओं को प्राप्त करने के लिए इसे अन्य धातुओं के साथ एक बार में इलाज करने के लिए पाउडर के रूप में उत्पादित करना पसंद किया जाता है।

उल्लेखनीय है कि चीन दुनिया का सबसे बड़ा टंगस्टन उत्पादन वाला देश है। और अमेरिकी महाद्वीप में, कनाडा, बोलीविया और ब्राजील भी इस धातु के सबसे बड़े उत्पादकों की सूची में हैं।

अनुप्रयोग

टंगस्टन कार्बाइड से बना एक अंगूठी - इस धातु की कठोरता को अमर करने और सामग्री को कठोर करने के लिए कैसे इस्तेमाल किया जा सकता है, इसका एक उदाहरण। स्रोत: एकान्तएंजेल (एकान्तएंजेल)

इस धातु के कुछ ज्ञात उपयोग इस प्रकार हैं:

-इंटर साल्ट्स का इस्तेमाल पुराने सिनेमाघरों की पोशाक से रंग बनाने के लिए किया जाता था।

स्टील के साथ जुड़ा यह इसे और भी सख्त बनाता है, यहां तक ​​कि उच्च गति पर यांत्रिक कटौती का विरोध करने में भी सक्षम है।

-बिना टंगस्टन फिलामेंट्स का उपयोग बिजली के बल्बों और हैलोजन लैंपों में सौ वर्षों से अधिक किया गया है। इसके अलावा, इसके उच्च गलनांक के कारण यह कैथोड रे ट्यूब के लिए और रॉकेट इंजनों की नलिका के लिए एक सामग्री के रूप में काम करता है।

-प्लेसेस प्रोजेक्टाइल और रेडियोधर्मी ढाल के निर्माण में नेतृत्व करते हैं।

-टंगस्टन नैनोवायर्स का उपयोग पीएच और गैस संवेदनशील नैनोडेविसेस में किया जा सकता है।

-टंगस्टन उत्प्रेरक का उपयोग तेल उद्योग में सल्फर उत्पादन से निपटने के लिए किया गया था।

-टंगस्टन कार्बाइड अपने सभी यौगिकों में सबसे अधिक व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। मशीनिंग लकड़ी, प्लास्टिक और चीनी मिट्टी की चीज़ें को काटने और ड्रिलिंग उपकरण, या सैन्य आयुध के टुकड़ों के निर्माण से।

जोखिम और सावधानियां

जैविक

पृथ्वी की पपड़ी में अपेक्षाकृत दुर्लभ धातु होने के कारण इसके नकारात्मक प्रभाव दुर्लभ हैं। अम्लीय मिट्टी में, पॉलीअंगस्टेट्स एंजाइमों को प्रभावित नहीं कर सकते हैं जो मोलिब्डेट आयनों का उपयोग करते हैं; लेकिन बुनियादी मिट्टी में, WO ₄ ^2- MoO ₄ ^2- और तांबे की चयापचय प्रक्रियाओं में हस्तक्षेप (सकारात्मक या नकारात्मक) करता है ।

पौधे, उदाहरण के लिए, घुलनशील टंगस्टन यौगिकों को अवशोषित कर सकते हैं, और जब एक जानवर उन्हें खाता है और उसके मांस का सेवन करने के बाद, डब्ल्यू परमाणु हमारे शरीर में प्रवेश करते हैं। अधिकांश को मूत्र और मल में निष्कासित कर दिया जाता है, और बहुत कम ज्ञात होता है कि उनमें से बाकी का क्या होता है।

पशु अध्ययनों से पता चला है कि जब वे चूर्णित टंगस्टन की उच्च सांद्रता में साँस लेते हैं तो वे फेफड़ों के कैंसर के समान लक्षण विकसित करते हैं।

अंतर्ग्रहण से, एक वयस्क मानव को एंजाइम चोलिनिस्टर और फॉस्फेट के प्रशंसनीय निषेध को दिखाने के लिए टंगस्टन लवण से समृद्ध हजारों गैलन पानी पीने की आवश्यकता होगी।

शारीरिक

सामान्य शब्दों में, टंगस्टन एक कम विषाक्त तत्व है, और इसलिए स्वास्थ्य को नुकसान के कुछ पर्यावरणीय जोखिम हैं।

धातु टंगस्टन के बारे में, इसकी धूल को सांस लेने से बचें; और यदि नमूना ठोस है, तो यह ध्यान में रखना चाहिए कि यह बहुत घना है और अगर यह अन्य सतहों पर गिरा या धराशायी हो जाता है, तो इससे शारीरिक क्षति हो सकती है।

संदर्भ

1. बेल टेरेंस। (एस एफ)। टंगस्टन (वोल्फ्राम): गुण, उत्पादन, अनुप्रयोग और मिश्र। संतुलन। से पुनर्प्राप्त: thebalance.com
2. विकिपीडिया। (2019)। टंगस्टन। से पुनर्प्राप्त: en.wikipedia.org
3. लेनटेक बीवी (2019)। टंगस्टन। से पुनर्प्राप्त: lenntech.com
4. जेफ डेसजार्डिन्स। (1 मई, 2017)। टंगस्टन का इतिहास, पृथ्वी पर सबसे मजबूत प्राकृतिक धातु। से पुनर्प्राप्त: visualcapitalist.com
5. डग स्टीवर्ट। (2019)। टंगस्टन तत्व तथ्य। से पुनर्प्राप्त: chemicool.com
6. कला फिशर और पाम पॉवेल। (एस एफ)। टंगस्टन। नेवादा विश्वविद्यालय। से पुनर्प्राप्त: unce.unr.edu
7. हेलमेनस्टाइन, ऐनी मैरी, पीएच.डी. (०२ मार्च २०१ ९)। टंगस्टन या वोल्फ्राम तथ्य। से पुनर्प्राप्त: सोचाco.com