Różnica między wolframem a tytanem
Share
Wolfram
Nomenklatura, pochodzenie i odkrycie
Wolfram pochodzi ze Szwecji tung sten, lub „ciężki kamień”. Jest reprezentowany przez symbol W, ponieważ jest znany jako Wolfram w wielu krajach europejskich. Pochodzi od niemieckiego dla „wilczej piany”, ponieważ pierwsi górnicy zauważyli, że minerał, który nazywali wolframitem, zmniejszał wydajność cyny, gdy był obecny w rudie cyny, dlatego wydawało się, że spożywa ją jak wilk pożerający owce. [ja]
W 1779 r. Peter Woulfe zbadał szelit ze Szwecji i odkrył, że zawiera on nowy metal. Dwa lata później Carl Wilhelm Scheele zredukował kwas wolframowy z tego minerału i wyizolował kwaśny biały tlenek. Kolejne dwa lata później Juan i Fausto Elhuyar w Vergara w Hiszpanii wyizolowali ten sam tlenek metalu z identycznego kwasu zredukowanego z wolframitu. Ogrzali tlenek metalu węglem, redukując go do metalu wolframu.
Fizyczne i chemiczne właściwości
Wolfram jest błyszczącym, srebrzystobiałym metalem i ma liczbę atomową 74 na układzie okresowym pierwiastków oraz standardową masę atomową (Ar) z 183,84. [ii]
Ma najwyższą temperaturę topnienia ze wszystkich pierwiastków, bardzo wysoką gęstość i jest bardzo twardy i stabilny. Ma najniższą prężność pary, najniższy współczynnik rozszerzalności cieplnej i najwyższą wytrzymałość na rozciąganie ze wszystkich metali. Te właściwości wynikają z silnych wiązań kowalencyjnych między atomami wolframu utworzonymi przez elektrony 5d. Atomy tworzą sześcienną strukturę kryształu skoncentrowaną na ciele.
Wolfram jest również przewodzący, względnie chemicznie obojętny, hipoalergiczny i ma właściwości osłaniające przed promieniowaniem. Najczystsza forma wolframu jest łatwo plastyczna i obrabiana poprzez kucie, wytłaczanie, ciągnienie i spiekanie. Wytłaczanie i ciągnienie obejmuje odpowiednio wypychanie i ciągnięcie gorącego wolframu przez „matrycę” (formę), podczas gdy spiekanie polega na mieszaniu proszku wolframu z innymi sproszkowanymi metalami w celu wytworzenia stopu.
Zastosowania komercyjne
Stopy wolframu są wyjątkowo twarde, takie jak węglik wolframu, który w połączeniu z ceramiką tworzy „stal szybkotnącą” - służy do wykonywania wiertarek, noży oraz narzędzi do cięcia, piłowania i frezowania. Są one wykorzystywane w przemyśle metalowym, wydobywczym, drzewnym, budowlanym i naftowym i odpowiadają za 60% zużycia wolframu w celach handlowych.
Wolfram jest stosowany w elementach grzewczych i piecach wysokotemperaturowych. Występuje również w balastach w ogonach samolotów, kilach jachtowych i samochodach wyścigowych, a także w ciężarkach i amunicji.
Wolframiany wapnia i magnezu były kiedyś powszechnie stosowane do żarników w żarówkach, ale są uważane za nieefektywne energetycznie. Stop wolframu jest jednak stosowany w niskotemperaturowych obwodach nadprzewodzących.
Wolframowe kryształy stosuje się w fizyce jądrowej i medycynie nuklearnej, lampach rentgenowskich i katodowych, elektrodach spawalniczych i mikroskopach elektronowych. Trójtlenek wolframu jest stosowany w katalizatorach, takich jak ten stosowany w elektrowniach zasilanych węglem. Inne sole wolframu są stosowane w przemyśle chemicznym i garbarskim.
Niektóre stopy są używane jako biżuteria, podczas gdy jeden z nich tworzy magnesy trwałe, a niektóre nadstopy są stosowane jako powłoki odporne na zużycie.
Wolfram jest najcięższym metalem, który ma rolę biologiczną, ale tylko w bakteriach i archeonach. Jest stosowany przez enzym, który redukuje kwasy karboksylowe do aldehydów. [iii]
Tytan
Nomenklatura, pochodzenie i odkrycie
Tytan pochodzi od słowa „Tytani”, synów bogini ziemi w mitologii greckiej. Wielebny William Gregor, geolog amator, zauważył, że czarny piasek nad strumieniem w Kornwalii w 1791 roku przyciąga magnes. Przeanalizował go i dowiedział się, że piasek zawiera tlenek żelaza (wyjaśniający magnetyzm), a także minerał znany jako menachanit, który, jak wywnioskował, został wykonany z nieznanego tlenku białego metalu. Zgłosił to do Royal Geological Society of Cornwall.
W 1795 r. Pruski naukowiec Martin Heinrich Klaproth z Boinik badał czerwoną rudę znaną jako Węgierski Schörl i nazwał pierwiastek nieznanego tlenku, tytan. Potwierdził także obecność tytanu w menachanicie.
Związek TiO2) jest minerałem znanym jako rutyl. Tytan występuje również w minerałach ilmenitu i sferach, występujących głównie w skałach magmowych i pochodzących z nich osadach, ale są również rozmieszczone w litosferze Ziemi.
Czysty tytan został po raz pierwszy wyprodukowany przez Matthew A. Huntera w 1910 r. W Rensselaer Polytechnic Institute poprzez ogrzewanie tetrachlorku tytanu (wytwarzanego przez ogrzewanie dwutlenku tytanu z chlorem lub siarką) i metalu sodowego w tak zwanym procesie Huntera. William Justin Kroll następnie zredukował czterochlorek tytanu wapniem w 1932 r., A następnie udoskonalił ten proces za pomocą magnezu i sodu. Pozwoliło to na użycie tytanu poza laboratorium, a to, co jest obecnie znane jako proces Kroll, jest nadal stosowane komercyjnie.
Tytan o bardzo wysokiej czystości został wyprodukowany w małych ilościach przez Antona Eduarda van Arkela i Jana Hendrika de Boera w procesie jodkowym lub krystalicznym w 1925 r. Przez reakcję tytanu z jodem i oddzielenie par powstających na gorącym włóknie. [Iv]
Właściwości fizyczne i chemiczne
Tytan to twardy, błyszczący, srebrzystobiały metal reprezentowany przez symbol Ti na układzie okresowym pierwiastków. Ma liczbę atomową 22 i standardową masę atomową (Ar) z 47,867. Atomy tworzą sześciokątną gęsto upakowaną strukturę krystaliczną, co powoduje, że metal jest mocny jak stal, ale znacznie mniej gęsty. W rzeczywistości tytan ma najwyższy stosunek wytrzymałości do gęstości spośród wszystkich metali.
Tytan jest plastyczny w środowisku beztlenowym i może wytrzymać ekstremalne temperatury ze względu na jego stosunkowo wysoką temperaturę topnienia. Jest niemagnetyczny i ma niskie przewodnictwo elektryczne i cieplne.
Metal jest odporny na korozję w wodzie morskiej, kwaśnej wodzie i chlorze, a także jest dobrym odbłyśnikiem promieniowania podczerwonego. Jako fotokatalizator uwalnia elektrony w obecności światła, które reaguje z cząsteczkami, tworząc wolne rodniki zabijające bakterie. [v]
Tytan dobrze łączy się z kością i jest nietoksyczny, chociaż drobny dwutlenek tytanu jest podejrzewanym czynnikiem rakotwórczym. Cyrkon, najczęstszy izotop tytanu, ma wiele różnych właściwości chemicznych i fizycznych.
Zastosowania komercyjne
Tytan jest najczęściej stosowany w postaci dwutlenku tytanu, który jest głównym składnikiem jasnego białego pigmentu znajdującego się w farbach, tworzywach sztucznych, emaliach, papierze, pastach do zębów i dodatku do żywności E171, który wybiela wyroby cukiernicze, sery i lukry. Związki tytanu są składnikami filtrów przeciwsłonecznych i dymnych, są stosowane w pirotechnice i poprawiają widoczność w obserwatoriach słonecznych. [vi]
Tytan wykorzystywany jest również w przemyśle chemicznym i petrochemicznym oraz w rozwoju akumulatorów litowych. Niektóre związki tytanu tworzą składniki katalizatora, na przykład te stosowane w produkcji polipropylenu.
Tytan znany jest ze stosowania w sprzęcie sportowym, takim jak rakiety tenisowe, kije golfowe i ramy rowerowe oraz sprzęt elektroniczny, taki jak telefony komórkowe i laptopy. Jego zastosowania chirurgiczne obejmują stosowanie w implantach ortopedycznych i protezach medycznych.
W przypadku stopu z aluminium, molibdenu, żelaza lub wanadu tytan służy do powlekania narzędzi skrawających i powłok ochronnych, a nawet w biżuterii lub jako wykończenie dekoracyjne. TiO2) powłoki na powierzchniach szklanych lub kafelkowych mogą zmniejszać liczbę zakażeń w szpitalach, zapobiegać parowaniu lusterek bocznych w pojazdach silnikowych i zmniejszać gromadzenie się brudu na budynkach, chodnikach i drogach.
Tytan stanowi ważną część konstrukcji narażonych na działanie wody morskiej, takich jak zakłady odsalania, kadłuby statków i łodzi podwodnych oraz wały napędowe, a także rury skraplaczy elektrowni. Inne zastosowania obejmują wytwarzanie komponentów dla przemysłu lotniczego i transportowego oraz dla wojska, takich jak samoloty, statki kosmiczne, pociski, pancerze, silniki i systemy hydrauliczne. Prowadzone są badania w celu określenia przydatności tytanu jako materiału na pojemniki do przechowywania odpadów jądrowych. iv
Kluczowe różnice między wolframem a tytanem
- Wolfram pochodzi z minerałów: scelit i wolframit. Tytan znajduje się w minerałach: ilmenicie, rutylu i sferze.
- Wolfram jest wytwarzany przez redukcję kwasu wolframowego z minerału, izolowanie tlenku metalu i redukowanie go do metalu przez ogrzewanie węglem. Tytan powstaje w wyniku tworzenia czterochlorku tytanu w procesach chlorkowych lub siarczanowych i ogrzewania go magnezem i sodem.
- Wolfram ma numer 74 w układzie okresowym pierwiastków o względnej masie atomowej 84. Tytan ma numer 22 o względnej masie atomowej 47,867.
- Atomy wolframu tworzą sześcienną strukturę kryształu skoncentrowaną na ciele. Atomy tytanu tworzą sześciokątną gęsto upakowaną strukturę krystaliczną.
- Wolfram jest wyjątkowo silny, twardy i gęsty. Tytan jest bardzo mocny i twardy i ma znacznie niższą gęstość.
- Wolfram jest lekko magnetyczny i lekko przewodzący elektrycznie. Tytan jest niemagnetyczny i mniej przewodzący elektrycznie.
- Wolfram nie jest tak odporny na korozję w słonej wodzie jak tytan i nie jest fotokatalizatorem jak tytan.
- Wolfram ma rolę biologiczną, ale tytan nie.
- Wolfram jest ciągliwy w najczystszej postaci. Tytan jest ciągliwy w środowisku beztlenowym.
Wolfram jest stosowany w elementach grzewczych, obciążnikach, niskotemperaturowych obwodach nadprzewodzących i ma zastosowanie w fizyce jądrowej i urządzeniach emitujących elektrony. Tytan jest stosowany w białych pigmentach, sprzęcie sportowym, implantach chirurgicznych i konstrukcjach morskich.
