Właściwości fizyczne

W stanie surowym wolfram jest twardym stalowoszarym metalem, który często jest kruchy i trudny do obróbki. Jeśli jest bardzo czysty, wolfram zachowuje swoją twardość (przewyższającą twardość wielu stali) i staje się wystarczająco kowalny, aby można go było łatwo obrabiać. Obróbka odbywa się poprzez kucie, ciągnienie lub wytłaczanie. Przedmioty z wolframu są również powszechnie formowane przez spiekanie. Ze wszystkich metali w czystej postaci wolfram ma najwyższą temperaturę topnienia (3422 stopnie, 6192 stopnie F), najniższe ciśnienie pary (w temperaturach powyżej 1650 stopni, 3000 stopni F) i najwyższą wytrzymałość na rozciąganie.[13] Chociaż węgiel pozostaje stały w wyższych temperaturach niż wolfram, węgiel sublimuje, a nie topi się, więc wolfram jest uważany za mający wyższą temperaturę topnienia. Wolfram ma najniższy współczynnik rozszerzalności cieplnej spośród wszystkich czystych metali. Niska rozszerzalność cieplna i wysoka temperatura topnienia oraz wytrzymałość na rozciąganie wolframu wynikają z silnych wiązań kowalencyjnych tworzonych między atomami wolframu przez elektrony 5d. Stopowanie małych ilości wolframu ze stalą znacznie zwiększa jego wytrzymałość.[6] Wolfram występuje w dwóch głównych formach krystalicznych: i . Pierwsza ma strukturę sześcienną skupioną na ciele i jest bardziej stabilną formą. Struktura fazy nazywana jest sześcienną A15; jest metastabilna, ale może współistnieć z fazą w warunkach otoczenia ze względu na syntezę nierównowagową lub stabilizację przez zanieczyszczenia. W przeciwieństwie do fazy, która krystalizuje w ziarnach izometrycznych, forma ta wykazuje pokrój kolumnowy. Faza ta ma jedną trzecią rezystywności elektrycznej i znacznie niższą temperaturę przejścia nadprzewodzącego TC w stosunku do fazy: ok. 0,015 K w porównaniu z 1–4 K; mieszanie dwóch faz pozwala na uzyskanie pośrednich wartości TC. Wartość TC można również zwiększyć przez stopowanie wolframu z innym metalem (np. 7,9 K dla W-Tc). Takie stopy wolframu są czasami stosowane w niskotemperaturowych obwodach nadprzewodzących. Izotopy Naturalnie występujący wolfram składa się z pięciu izotopów, których okresy półtrwania są tak długie, że można je uznać za stabilne. Teoretycznie wszystkie pięć może rozpadać się na izotopy pierwiastka 72 (hafnu) poprzez emisję alfa, ale zaobserwowano, że tylko 180W rozpada się z okresem półtrwania (1,8 ± 0,2)×1018 lat; średnio daje to około dwóch rozpadów alfa 180W w jednym gramie naturalnego wolframu na rok. Nie zaobserwowano rozpadu innych naturalnie występujących izotopów, co ogranicza ich okresy półtrwania do co najmniej 4×1021 lat. Scharakteryzowano 30 innych sztucznych radioizotopów wolframu, z których najstabilniejsze to 181W z okresem półtrwania 121,2 dni, 185W z okresem półtrwania 75,1 dni, 188W z okresem półtrwania 69,4 dni, 178W z okresem półtrwania 21,6 dni i 187W z okresem półtrwania 23,72 h. Wszystkie pozostałe radioaktywne izotopy mają okresy półtrwania krótsze niż 3 godziny, a większość z nich ma okresy półtrwania poniżej 8 minut. Wolfram ma również 4 stany meta, z których najstabilniejszy to 179mW (t1/2 6.4 minuty). Właściwości chemiczne Pierwiastkowy wolfram jest odporny na działanie tlenu, kwasów i zasad. Najczęstszym formalnym stopniem utlenienia wolframu jest +6, ale wykazuje on wszystkie stopnie utlenienia od −2 do +6. Wolfram zazwyczaj łączy się z tlenem, tworząc żółty tlenek wolframu, WO3, który rozpuszcza się w wodnych roztworach alkalicznych, tworząc jony wolframianowe, WO2−4. Węgliki wolframu (W2C i WC) są wytwarzane przez ogrzewanie sproszkowanego wolframu z węglem. W2C jest odporny na ataki chemiczne, chociaż silnie reaguje z chlorem, tworząc heksachlorek wolframu (WCl6). W roztworze wodnym wolframian daje heterokwasy i aniony polioksometalanowe w warunkach obojętnych i kwaśnych. W miarę jak wolframian jest stopniowo traktowany kwasem, najpierw powstaje rozpuszczalny, metastabilny anion „parawolframianu A”, W7O6–24, który z czasem przekształca się w mniej rozpuszczalny anion „parawolframianu B”, H2W12O10–42. Dalsze zakwaszanie wytwarza bardzo rozpuszczalny anion metawolframianu, H2W12O6–40, po czym osiągana jest równowaga. Jon metawolframianu występuje jako symetryczny klaster dwunastu oktaedrów wolframowo-tlenowych, znany jako anion Keggina. Wiele innych anionów polioksometalanowych występuje jako gatunki metastabilne. Włączenie innego atomu, takiego jak fosfor, zamiast dwóch centralnych wodorów w metawolframianie, powoduje powstanie szerokiej gamy heteropolikwasów, takich jak kwas fosforowolframowy H3PW12O40. Trójtlenek wolframu może tworzyć związki interkalacyjne z metalami alkalicznymi. Są one znane jako brązy; przykładem jest brąz wolframowo-sodowy.