Wolframio – Historia, caracteristicas y aplicaciones

El tungsteno; también Conocido como wolframio; es un elemento químico con el símbolo químico W. El tungsteno sólo es posible encontrarlo en la Tierra combinado con otros compuestos químicos.  El elemento puro tiene unas características físicas fuertes; Especialmente el FET que tiene el punto de huso más alto de todos los metales sin alear y el segundo más alto de todos los elementos después del Carbono.

También es remarcable la alta densidad del Wolframio, siendo esta 19,3 veces la del agua. Esta densidad es ligeramente superior a la del Uranio y un 71% más que la del plomo. Sin embargo; el tungsteno muy puro es más dúctil.

El tungsteno es el ÚNICO metal de la tercera serie de transición de la tabla periodica que se encuentra en las biomoléculas; y es el elemento utilizado por los seres vivos más pesado conocido.

Historia del Wolframio

Wolframio
Wolframio

  • Número atómico: 74
  • Masa atómica: 183,84 u
  • Símbolo atómico: W
  • Punto de fusión: 3422° C
  • Punto de ebullición: 5555° C

En 1781; Carl Wilhelm Scheele y Torbern Berman sugieren que es posible encontrar un nuevo elemento reduciendo un Ácido llamado “ácido túngstico” obtenido a partir del mineral scheelita; CaWO4.

En 1783; en España; a los hermanos Juan José de Elhúyar, Fausto Delhuyar y Zubice encuentran un Ácido a partir de la wolframita idéntico al Ácido túngstic. Consiguen aislar el nuevo elemento por medio de una reducción con carbón vegetal en el laboratorio de la Sociedad Vasca. Publican el análisis químico del Elemento W describiendo este descubrimiento.

La palabra tungsteno procede del sueco; tung se traduce como “pesando” y sten; “piedra”; es decir; “piedra pesada”. Wolframio tiene su origen en el idioma Aleman, pudiendo traducirse como ”poco valor”.

La polémica sobre el nombre internacional tiene connotaciones políticas; ya que la forma oficial tunstgè es la patrocinada por los Estados Unidos; Mientras que la alternativa wolframio (coherente con el simbolo del wolframio asignado que es la letra W) era defendida por sus descubridores.

Wolframio

II Guerra Mundial

En la Segunda Guerra Mundial, el tungsteno desempeñó un papel de enorme importancia en las relaciones diplomáticas. Portugal, como la principal fuente de este elemento en Europa, se puso bajo una gran presión de ambos lados de la diferencia, ya que era esencial para la producción de tungsteno.

La resistencia a altas temperaturas, así como la extrema resistencia mecánica de sus aleaciones, hicieron de este metal un material muy importante en la industria del armamento.

Abundancia y obtención del Tungsteno

Los areas con gran abundancia de tungsteno las podemos encontrar sobre todo en Bolivia; Estados Unidos (en California y Colorado); China; Portugal; Rusia y Corea del Sur. Sin embargo el 80% del tungsteno procede de China.

Obtencion del Tungsteno

Para obtenerlo; en estado puro con la metalurgia es sencillo; pero el elevado punto de fusión del metal dificulta el tratamiento del producto final. El wolframio mineral se puede trabajar con forjado, trefilado, extrusión y sinterización.Wolframio

El wolframio se extrae de varios minerales wolfràmics; como la wolframita ((Fe; Mn) WO4); la scheelita (CaWO4); la cuproscheelita (CuWO4); la ferberita (FeWO4); la Hübnerita (MnWO4) y la stolzita (PbWO4 ).

Para su obtención; se funden los minerales con carbonato de sodio para adquirir una sal soluble que comprende el wolframio. Posteriormente, se trata con ácido clorhídrico para obtener óxido de wolframio. Finalmente, se reduce el óxido por medio de una corriente de hidrógeno.

Así se obtiene el polvo de wolframio que, después, se recalienta para sinterizarlo; compactarlo; forjarlo y laminarlo.

Pero debido a su gran comportamiento; se deben hacer enfriamientos muy lentos en los recocidos; hacer recocidos isotérmicos y templado con dos baños.

Mira este video acerca de los usos del wolframio

Caracteristicas y propiedades del Wolframio

Propiedades físicas del wolframio

Como caracteristicas del wolframio podemos mencionar que se trata de un metal no férrico y refractario de color gris brillante; muy duro y denso; pesado;  resistente a la corrosión y de buena conductividad eléctrica.

El tungsteno en su forma impura es un metal de color blanco a gris, a menudo frágil y difícil de trabajar, pero cuando es puro, puede ser fácilmente trabajado. Puede ser cortado con una sierra de metales, forjado, trefilado, extruido o sinterizado.

En el caso de los metales en forma pura, el tungsteno tiene el punto de fusión más alto (3 422 ° C), la menor presión de vapor y (a temperaturas superiores a 1 650 ° C) la mayor resistencia a la tracción. Esto permite trabajar el metal a temperaturas extremadamente altas sin perder sus propiedades físicas.Tungsteno

Como es un metal tan duro; resulta difícil de mecanizar. Sin embargo es muy dúctil; para obtener hilos de este metal se necesita emplear hileras de diamante.

El wolframio es el metal más abundante de los metales de transición; pero es caro y difícil de obtener. En cambio tiene muy buenas propiedades; y sobre todo aliado con otros metales; normalmente; aliado con aceros rápidos y en metales duros. Ya que en estado puro los metales no férricos son blandos y con una resistencia mecánica reducida.

Presenta el menor coeficiente de expansión térmica entre todos los metales puros. La pequeña expansión térmica y los altos puntos de fusión y resistencia del tungsteno se deben a las conexiones covalentes fuertes formadas entre los átomos de tungsteno por los electrones 5d. La conexión de pequeñas cantidades de tungsteno con el acero aumenta mucho la resistencia de este último.

El wolframio es muy resistente a la corrosión; ya que se empieza a oxidarse en el aire por encima de 300 C, con formación del trióxido (WO3).

El tungsteno, cuando se expone al aire, forma en su superficie un óxido (siempre trióxido de tungsteno, WO3) protector cuando se forma entre los 327 y los 400 ° C, pero puede ser oxidado a altas temperaturas.

Propiedades químicas del wolframio

El tungsteno elemental es resistente al ataque de ácidos, bases y oxígeno. El estado de oxidación más común del tungsteno es +6, pero muestra todos los estados de oxidación desde -2 hasta +6. La combinación típica del tungsteno es con el oxígeno, formando trióxido de tungsteno amarillo, WO3, soluble en soluciones acuosas alcalinas que originan iones tungstato, WO42-.

En solución acuosa, el tungstato da lugar a heteropoliácidos y aniones de polioxometalato bajo condiciones neutras o ácidas. A medida que el tungstato se somete a la acción del ácido, comienza por producir “paratungstato A”, un ion soluble y metaestable, W7O24-6, que con el tiempo se convierte en el ánimo menos soluble “paratungstato B”, H2W12O42-10.Isotopos de Wolframio

La acidificación adicional produce el anión muy soluble metatungstato, H2W12O40-6, después de lo que se alcanza el equilibrio. El ion metatungstato existe en la forma de un agrupamiento simétrico de doce octaedros tungsteno-oxígeno conocidos como anión de Keggin. Muchos otros aniones existen como especies metaestable.

La inclusión de un átomo diferente, como el fósforo, en lugar de los dos hidrógenos centrales del metatungstato, produce una amplia variedad de heteropoliácidos, como el ácido fosfotúngstico (H3PW12O40).

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

Isótopos

El tungsteno de ocurrencia natural consiste de cinco isótopos cuyas vidas medias son tan largas que pueden considerarse estables. Teóricamente, todos ellos decaen para isótopos del elemento 72 (hafnio) por emisión alfa, pero tal sólo fue observado para el 180W con una vida media de (1,8 ± 0.2) × 1018 años; en promedio, esto resulta en cerca de dos emisiones alfa del 180W en un gramo de tungsteno natural, por año.

No se observó el decaimiento de los demás isótopos de ocurrencia natural, restringiendo sus vidas a:

  • 182W, T1 / 2> 8,3 × 1018 años
  • 183W, T1 / 2> 29 × 1018 años
  • 184W, T1 / 2> 13 × 1018 años
  • 186W, T1 / 2> 27 × 1018 años

Se han descrito otros 30 radioisótopos artificiales, de los cuales los más estables son 181W con vida media de 121,2 días, 185W con vida media de 75,1 días, 188W con una vida media de 69,4 días, 178W con media- la vida de 21,6 días, y 187W con vida media de 23,72 h.

Todos los demás isótopos radiactivos tienen medias vidas menores de 3 horas, y la mayoría de ellos tienen medias vidas por debajo de los 8 minutos. El tungsteno tiene también 4 meta-estados, siendo el más estable 179mW (T½ 6,4 minutos).

El carburo de tungsteno

Carburo de tungsteno

Los carburos de tungsteno (W2C y WC) se producen al calentar tungsteno en polvo con carbono. W2C es resistente al ataque químico, aunque reacciona fuertemente con el cloro para formar hexacloruro de tungsteno (WCl6).

Acción biológica

El tungsteno, con número atómico 74, es el más pesado elemento químico que se sabe que es biológicamente funcional, seguido por el yodo (Z = 53). Aunque no lo es en los eucariotas, el tungsteno es utilizado por algunas bacterias.

Por ejemplo, las enzimas llamadas oxirreducas utilizan el tungsteno de manera similar al molibdeno al usarlo en un complejo tungsteno-pterina con molibdopterina (la molibdopterina, a pesar del nombre, no contiene molibdeno, pero puede formar complejos tanto con el molibdeno como con el tungsteno usados por los seres vivos).

Las enzimas utilizadoras del tungsteno típicamente reducen los ácidos carboxílicos a los aldehídos. Sin embargo, las oxirreductas de tungsteno también pueden catalizar las oxidaciones. La primera enzima que se descubrió que usaba tungsteno requiere también selenio, y en este caso el par tungsteno-selenio puede funcionar de modo análogo al par molibdeno-azufre de algunas enzimas que requieren cofactor de molibdeno.

Se sabe que una de las enzimas de la familia de las oxirreductasas que a veces utiliza el tungsteno (la forma deshidrogenasa H bacteriana) utiliza una versión selenio-molibdeno de la molibdopterina. Aunque se sabe que una xantina deshidrogenasa bacteriana que contiene tungsteno puede contener tungsteno-molibdopterina, así como selenio no ligado a la proteína, no se ha descrito de forma definitiva un complejo tungsteno-selenio.

Otros efectos bioquímicos

En el suelo, el tungsteno metálico se oxida produciéndose el anión tungstato. Puede ser importado de modo selectivo o no selectivo por algunos organismos procariotas y podrá sustituir el molibdato en ciertas enzimas. Su efecto sobre la acción de estas enzimas es en algunos casos inhibitorio y en otros positivos. Se cree que una enzima portadora de tungstato en los eucariotas sería inerte.

La química del suelo determina cómo el tungsteno es polimerizado; Los suelos alcalinos causan tungstatos monoméricos; los suelos ácidos causan tungstatos poliméricos.

El tungstato de sodio y el plomo se han estudiado por su efecto sobre las lombrices. Se descubrió que el plomo era letal en dosis bajas y que el tungstato de sodio era mucho menos tóxico, pero el tungstato inhibía completamente su capacidad reproductiva.

El tungsteno fue estudiado como antagonista metabólico del cobre biológico, en un papel similar a la acción del molibdeno. Se descubrió que los tetratiotungstatos pueden ser usados ​​como compuestos de quelación del cobre biológico, de modo similar a los tetratiomolibdatos.

Aplicaciones y usos del wolframio

Gracias a su gran ductilidad; su buena conductividad eléctrica y su elevado punto de fusión; resulta especialmente adecuado para fabricar filamentos de lámparas de incandescencia; para resistencias de hornos eléctricos; pantallas fluorescentes y ropa ignífuga.

El wolframio se alía con los aceros del grupo M (aceros para aplicaciones eléctricas); para mejorar sus propiedades además de las eléctricas. Por ejemplo: gran dureza; estabilidad a altas temperaturas; resistencia al desgaste y la corrosión y resistencia a los impactos.

El wolframio; cuando está unido con el carbono, forma carburo de tungsteno; de extraordinaria dureza. Este material se emplea en la fabricación de herramientas de corte y de matrices para trabajos en caliente. También se alía con el acero para generar herramientas; ya que proporciona al acero una gran resistencia al desgaste y dureza a altas temperaturas.

Junto con cromo, el níquel y el cobalto; se los combina para obtener aceros imantados.

En materiales aglomerados; se asocia al titanio y al tántalo para fabricar herramientas de corte rápido. Se utiliza también en la fabricación de bujías de encendido; en contactos eléctricos y en placas de rayos X.

La dureza del tungsteno y su alta densidad le dan usos militares; ya que es útil en proyectiles de penetración. Los compuestos de tungsteno se utilizan a menudo industrialmente como catalizadores.

Aplicaciones del Tungsteno en la industria

Aproximadamente la mitad del tungsteno se consume para la producción de materiales duros (carburo de tungsteno), siendo la otra aplicación importante su uso en aleaciones y aceros. Menos del 10% se utiliza en la producción de compuestos químicos.

Materiales duros hechos de Tungsteno

El tungsteno se utiliza principalmente en la producción de materiales duros basados ​​en el carburo de Wolframio (WC), uno de los carburos más duros, con un punto de fusión de 2 777 ° C. WC es un buen conductor eléctrico, pero W2C no tanto.

Se utiliza en la fabricación de abrasivos resistentes al desgaste, herramientas de corte y láminas de perforadoras, sierras circulares, y herramientas de fresadoras y tornos mecánicos usados ​​en las industrias de metal-mecánica, transformación de madera, minería, petróleo y construcción y representa aproximadamente el 60% del consumo actual de tungsteno.Materiales duros de Wolframio

La industria de joyería fabrica anillos de carburo de tungsteno sinterizado, compuestos de carburo / metal de tungsteno, y también de tungsteno metálico. A veces los fabricantes y minoristas se refieren al carburo de wolframio como un metal, pero se trata realmente de un material cerámico.

Debido a la dureza del carburo de tungsteno, los anillos hechos de este material son extremadamente resistentes a la abrasión, y mantienen un acabado brillante por mucho más tiempo que los anillos hechos con tungsteno metálico. Sin embargo, los anillos de carburo de tungsteno son frágiles, y pueden fisurarse con un impacto fuerte.

Ligas hechas de Tungsteno

La dureza y la densidad del tungsteno se utilizan para la obtención de aleaciones de metales pesados. Un buen ejemplo es el acero rápido, que puede contener hasta un 18% de tungsteno. El punto de fusión del tungsteno lo convierte en un buen material para aplicaciones como boquilla del motor de cohetes. Las superas que contienen tungsteno, como Hastelloy y Estelite, se utilizan en las láminas de turbinas y en piezas y revestimientos resistentes al desgaste.

Armamento hecho con Tungsteno

El tungsteno, generalmente en aleación con níquel y hierro o cobalto para formar aleaciones pesadas, es usado en penetradores por energía cinética como alternativa al uranio empobrecido, en aplicaciones en las cuales las propiedades pirofóricas del uranio no son requeridas; por ejemplo en municiones de armas ligeras diseñadas para penetrar las protecciones personales.Balas de Tungsteno

De igual modo, las aleaciones de tungsteno también se utilizaron en obuses de artillería, granadas y misiles, para crear astillas supersónicas. El tungsteno también ha sido utilizado en explosivos de metal inerte denso, en forma de polvo denso para reducir daños colaterales al mismo tiempo que aumenta la letalidad de los explosivos en un radio pequeño.

Aplicaciones químicas del Tungsteno

El sulfuro de tungsteno (IV) es un lubricante de alta temperatura y es un componente de los catalizadores de hidrodesulfurización. MoS2 es más comúnmente utilizado en tales aplicaciones.Aplicaciones quimicas del Tungsteno

Los óxidos de tungsteno se utilizan en los esmaltes de cerámica y los tungstatos de calcio / magnesio se utilizan ampliamente en lámparas fluorescentes. Los cristales de tungstatos se utilizan como centelleadores en física nuclear y medicina nuclear. Otras sales de tungsteno se utilizan en las industrias química y de las curtiembres.

La incorporación de tungsteno aumenta las propiedades catalíticas de los catalizadores de óxidos mixtos del tipo Mo5O14 para la oxidación del propileno en ácido acrílico. El ácido tungstofosfórico soportado puede ser usado como catalizador.

Aplicaciones electrónicas del Tungsteno

Dado que retiene su resistencia a altas temperaturas y tiene alto punto deSoldadura TIG fusión, el tungsteno elemental se utiliza en muchas aplicaciones de alta temperatura, como filamentos de lámparas, tubos de rayos catódicos y válvulas termiónicas, resistencias de calentamiento, y tiras de cohetes.

Su alto punto de fusión hace que el tungsteno también sea apropiado para usos aeroespaciales y altas temperaturas como aplicaciones en soldadura, notablemente en la soldadura TIG (también llamada de soldadura de tungsteno gas inerte).

Debido a sus propiedades conductoras y relativa inercia química, el tungsteno se utiliza en los electrodos para soldaduras, y en las extremidades emisoras de instrumentos de haz de electrones que utilizan cañones de emisión de campo tales como microscopios electrónicos.

En electrónica, el tungsteno se utiliza como material de interconexión en circuitos integrados, entre el dieléctrico dióxido de silicio y los transistores. Se utiliza en películas metálicas, que reemplazan el cableado usado en la electrónica convencional por un revestimiento de tungsteno (o molibdeno) sobre silicio.Aplicaciones electronicas del Wolframio

La estructura electrónica del tungsteno lo convierte en uno de los principales materiales utilizados en blancos de rayos X, y también para blindaje de radiaciones de alta energía (como en la industria radiofarmacéutica para contener muestras radioactivas de fluorodesoxiglicosa).

El polvo de tungsteno se utiliza como el material de relleno en plásticos compuestos, que se utilizan como sustitutos no tóxicos del plomo en balas, y escudos antirradiación.

Dado que la expansión térmica de este elemento es similar a la del vidrio borosilicato, se utiliza en la fabricación de obturaciones de juntas de vidrio metálico.

La temperatura de transición a la superconductividad del tungsteno puro, es menor que 0,01 K, sin embargo, varias aleaciones de tungsteno tienen temperaturas de transición de hasta algunos K y son a veces utilizadas en circuitos superconductores de baja temperatura.

Electrodos de Tungsteno

Hemos recibido varios mails de lectores con dudas acerca de cuales son los tipos de electrodos para soldar mas usados en la actualidad en las soldaduras de tungsteno, por lo que vamos dedicar unos parrafos a su desarrollo.

Tipos de electrodos de Tungsteno y en caso conviene usar cada uno

Cada composición es desarrollada para propósitos diferentes, separamos abajo algunas informaciones que le ayudarán a comprender un poco mejor de cómo funcionan cada una de ellas.
¿Cuáles son los tipos de electrodos de tungsteno?

WT20 (Thorio – Punta Roja)

Composición de 2% de torio uniformemente distribuido en toda la longitud del electrodo.

Es el tipo más común utilizado en los días de hoy.
Proporciona excelente resistencia a la contaminación, al mismo tiempo que ofrece al soldador facilidad en la ignición y buena estabilidad de arco.

Se utiliza generalmente para aplicaciones en proceso TIG DC negativo, en acero al carbono, inox, aleaciones de níquel y titanio, y también puede ser utilizado con mucho éxito en AC en el aluminio.

WP20 (Puro – Punta Verde)

Electrodo puro sin ninguna adición complementaria, que permite la formación de una punta limpia, abombada, proporcionando buena estabilidad de arco en AC.

Por poseer baja capacidad de corriente el electrodo puro gasta con facilidad, por lo que es recomendado para soldadura en AC en trabajos más livianos con menor nivel de exigencia en la soldadura del aluminio.
No se recomienda su uso en DC, ya que no proporciona una transferencia de arco tan eficiente como el electrodo de tungsteno con torio, cerio o lantano.

WL20 (Lantano – Punta Azul)

Con un 2% de lantano, es muy conocido por su excelente desempeño de soldadura, durabilidad, fácil ignición y estabilidad de arco tanto en baja como en potencias más altas.

Al igual que el Thorio, el lantano es un “comodín”, puede ser utilizado tanto en DC en acero carbono, inox, aleaciones de níquel y titanio, como en AC en el aluminio, dispensando la necesidad de mantener 2 tipos de electrodos en stock.

WZ8 (Zirconio – Punta Blanca)

Con el 0,8% de Zirconio en su composición, el electrodo de zirconio es recomendado para soldadura del aluminio en AC, especialmente en corrientes más altas.

El Zirconio mantiene la punta con característica abombada resultando menor permeabilidad y mejor resistencia a la corrosión y contaminación.

Tiene un arco más estable que su “competidor” en soldadura AC, el electrodo puro, siendo insustituible en soldadura AC con altas corrientes.

WC20 (Cerio – Punta Gris)

Electrodo de cerio con 2% de cerio.
El cerio es un material no radiactivo, tiene un óptimo desempeño en la apertura de arco a baja corriente, siendo el mejor sustituto del electrodo con Thio en soldadura DC en esas situaciones.

Muy utilizado para soldadura en tubos y chapas finas de acero inoxidable, pequeñas reparaciones en moldes de estamparia, piezas pequeñas en general, cordones cortos y puntos de soldadura.

Otros usos del Tungsteno

Las aplicaciones que requieren su alta densidad incluyen disipadores de calor, pesos, contrapesos, lostros de quilla para yates, lostros de cola para aviones comerciales, y lostros en coches de carreras de NASCAR y Fórmula 1. Es un material ideal para su uso en paquetes el remachado, donde la masa necesaria para obtener buenos resultados se puede lograr con una barra compacta.

Las aleaciones de alta densidad de tungsteno con níquel, cobre o hierro se utilizan en dardos de alta calidad (para permitir un menor diámetro y luego agrupaciones más apretadas) o en cebos artificiales (cuentas de tungsteno permiten que la mosca se hunde rápidamente) . Algunos tipos de cuerdas de instrumentos musicales se enrollan con hilos de tungsteno.

Su densidad, similar a la del oro, permite que el tungsteno sea usado en Anillos de Tungstenojoyería como una alternativa al oro o al platino. El tungsteno metálico es más duro que las aleaciones de oro (aunque no tan duro como el carburo de tungsteno), y es hipoalergénico, lo que lo hace útil para la fabricación de anillos de Tungsteno resistentes a los riesgos, especialmente en los diseños con acabado cepillado.

Hemos resuelto la duda de si se dice Wolframio o Tungsteno y hemos visto que se trata de un elemento con multiples usos en la actualidad. Y tu de que lado estas? #TeamWolframio o #TeamTungsteno?

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