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Wolfram

Chemie und Physik des chemischen Elements Wolfram.



Wolfram Chemie

Wolfram - chemisches Zeichen W, Ordnungszahl 74 - ist ein weißglänzendes, in reiner Form duktiles und leicht verformbares, im kubisch-raumzentrierte Gitter kristallisierendes, von allen Elementen am höchsten schmelzendes und siedendes, sehr widerstandsfähiges, sehr dichtes, chemisches Element aus der Gruppe der Übergangsmetalle (Gruppe 6, Chromgruppe).

Im Jahr 1781 entdeckte der Deutsche Carl Wilhelm Scheele in Schweden, dass eine neue Säure - die Wolframsäure - aus dem Mineral Scheelit, das damals tung sten genannt (schwedisch für schwerer Stein), hergestellt werden kann. Scheele und Torbern Bergman wiesen darauf hin, dass durch die Reduktion dieser Säure möglicherweise ein neues Metall erhalten werden könnte. Im Jahr 1783 entdeckten Jose und Fausto Elhuyar ebenfalls eine Säure aus Wolframit, die mit Wolframsäure identisch war. Später in diesem Jahr gelang es den Brüdern bei der Königlichen Baskischen Gesellschaft im spanischen Bergara Wolfram durch Reduktion mit Holzkohle aus dieser Säure zu isolieren. Sie nannten das neu entdeckte Element Wolfram oder Volfram.

Im englischen, französischen und italienischen Sprachraum heisst Wolfram Tungsten, abgeleitet vom schwedischen Wortstamm. In den germanischen und slawischen Sprachen sowie im Spanischen leietet sich der Metallname vom volfram ab.

 

Übersicht: Allgemeine Daten zum Wolfram

Bezeichnung:Wolfram Symbol:W Ordnungszahl:74 Atommasse:183,84(1) u Periodensystem-Stellung:6. Gruppe, 6. Periode, d-Block. Gruppen-Zugehörigkeit:Übergangsmetalle; Chrom-Gruppe. Entdeckung:1781 - Carl Wilhelm Scheele; erste Reindarstellung 1783 - Fausto und Juan José Elhuyar. Bedeutung des Namens:vom Mineral Wolframit abgeleitet, das Wolfram enthält. Englischer Name:Tungsten CAS-Nummer:7440-33-7 InChI-Key:WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N

 

Das Wolfram-Atom

Das W-Atom - und damit das chemische Element Wolfram - ist eindeutig durch die 74 positiv geladenen Protonen im Atomkern definiert. Für den elektrischen Ausgleich im ungeladenen Wolfram-Atom sorgt die gleiche Anzahl an Elektronen.

Für Unterschiede bei den Atomkernen sorgen die Kernbausteine der Neutronen. Diese Atomsorten werden unter dem Begriff Wolfram-Isotope bzw. Wolfram-Nuklide zusammengefasst (Isotopen-Daten: siehe dort).

 

Elektronenkonfiguration

SymbolOZKurzform1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f5s5p5d5f6s6p6d6f
W74[Xe] 4f14 5d4 6s2 2262610261092642

 

Ionisierungsenergien

Die folgende Tabelle listet die Bindungsenergien bzw. die Ionisierungsenergien IE auf, also die erforderliche Energie in Elektronenvolt (eV), um ein bestimmtes Elektron von einem Wolfram-Atom zu trennen.

1. IE: 7,98 eV2. IE: eV3. IE: eV4. IE: eV5. IE: eV6. IE: eV

 

Elektronenbindungsenergie

Die nachfolgende Tabelle listet die Elektronenbindungsenergien der einzelnen Wolfram-Elektronen in den jeweiligen Orbitalen auf. Die Werte sind in Elektronenvolt (eV) angegeben.

KLILIILIII
1s2s2p1/22p3/2
69525121001154410207

 

MIMIIMIIIMIVMV
3s3p1/23p3/23d3/23d5/2
28202575228118721809

 

NINIINIIINIVNVNVINVII
4s4p1/24p3/24d3/24d5/24f5/24f7/2
594,1490,4423,6255,9243,533,631,4

 

OIOIIOIIIOIVOV
5s5p1/25p3/25d3/25d5/2
75,645,336,8

 

Weitere Daten

Atomradius:193 pm (berechnet)
135 pm (empirisch, nach Slater)
Kovalente Radien:162(7) pm (nach Cordero et al.)
137 pm (in Einfach-Bindungen, nach Pyykkö et al.)
120 pm (in Zweifach-Bindungen, nach Pyykkö et al.)
115 pm (in Dreifach-Bindungen, nach Pyykkö et al.)
Van-der-Waals-Radius:200 pm Molvolumen:9,47 cm3 mol-1 Fluoreszenz-Ausbeute:ωK: 0,954; ωL1: 0,148; ωL2: 0,291; ωL3: 0,261 Coster-Kronig-Übergänge:F12: 0,11; F13: 0,333; F23: 0,132 Austrittsarbeit:4,49 eV Termsymbol:5D0

 

Ionenradius

Ionenradien der W(IV)-, W(V)- und W(VI)-Kationen in pm:

IonKoZIeffektivIkristallAnmerkungen
W4+
W5+
W6+
W6+
W6+
6
6
4
5
6
66
62
42
51
60
80
76
 
 
74

 

Spektrallinien des Wolframs

Die nachfolgende Abbildung zeigt ein Emissionsspektrum des Wolframs mit den charakteristischen Spektrallinien im sichtbaren Wellenlängenbereich zwischen 400 und 700 nm:

Wolfram-Spektrallinien

 

 

Chemische Daten

Elektronegativität:2,36 nach Pauling
1,47 nach Allen
4,40 eV nach Pearson
Elektronaffinität:0,816 26(8) eV bzw. 78,76(1) kJ mol-1Oxidationsstufen:+6, +4 (-4, -2, -1, +1, +2, +3, +5)

 

Standardpotentiale

Normalpotential des Wolframs:

E0 (V)NoxName Ox.Ox.e-Red.Name Red.Nox
-0,119+ IVWolframdioxidWO2 (s) + 4 H++ 4 e-W (s) + 2 H2OWolfram0
-0,090+ VIWolframtrioxidWO3 (aq) + 6 H++ 6 e-W (s) + 3 H2OWolfram0
0,036+ IVWolfram(VI)-oxidWO3 + 2 H++ 2 e-WO2 + H2OWolfram(IV)-oxid+ IV

 

Material- und physikalische Eigenschaften des Wolframs

Die nachfolgende Tabelle führt einige physikalische Daten sowie Materialeigenschaften des reinen Wolfram-Metalls auf.

Schmelzpunkt:3414 °C Schmelzenthalpie (molar):52,31 kJ mol-1 Siedepunkt:5930 °C Verdampfungsenthalpie:799,1 kJ mol-1 Wärmekapazität:24,27 J mol-1 K-1 (molar)
0,132 J g-1 K-1 (spezifisch)
Debye-Temperatur:383 K Thermische Leitfähigkeit:173 W m-1 K-1 Temperaturleitzahl:67,9 mm2 s-1 bei 20°C (Temperaturleitfähigkeit) Wärmeausdehnung:4,5 μm m-1 K-1 bei 25 °C Elektrische Leitfähigkeit:18,52 × 106 A V-1 m-1 Elektrischer Widerstand:52,8 nΩ m bei 20 °C Dichte:19,25 g cm-3 Elastizitätsmodul:411 GPa (Young Modulus) Kompressionsmodul (isotherm):323,2 GPa 300 K Kompressibilität (isotherm):0,00309 GPa-1 300 K Poisson-Zahl:0,28 (Querdehnzahl, dimensionslos) Kristallstruktur:kubisch-raumzentriert - bcc; W-Typ Gitterkonstanten:a = 316 pm Raumgruppe:lm3m - Nr. 229 Pearson-Symbol:cI2 Härte:nach Mohs: 7,5
nach Vickers: 3,43 GPa
nach Brinell: 2,57 GPa
nach Brinell (neu): 1,96 - 2,45 GPa (geglüht)
Magnetismus:paramagnetisch Magnetische Suszeptibilität:+59,0 × 10-6 cm3 mol-1 Schallgeschwindigkeit:4620 m s-1 bei 20 °C Standard-Bildungsenthalpie:0,0 kJ mol-1 (Feststoff, Kristall)
849,4 kJ mol-1 (gasförmig)
Gibbs Freie Enthalpie:807,1 kJ mol-1 (gasförmig) Molare Standard-Entropie:32,6 J mol-1 K-1 (Feststoff, Kristall)
174,0 J mol-1 K-1 (gasförmig)

 

 

Geochemie, Vorkommen, Verteilung

Wolfram ist ein seltenes Metall, das natürlicherweise auf der Erde vorkommt, in Mineralien aber fast ausschließlich gergesellschaftet mit anderen Elementen. Zu seinen wichtigen Erzen zählen Wolframit und Scheelit.

Erdkruste:1,25 mg kg-1 (ppmw, bezogen auf die Masse) Erdmantel:16 ppb Meerwasser:0,0001 mg L-1 (ppmw, bezogen auf die Masse) Sonnensystem:0,00000013 (bezogen auf Silicium, Si=1)

 

Gefahren und Sicherheit

(Allgemeine Hinweise ohne Gewähr auf Richtigkeit und Vollständigkeit)


Gefahr

Als Pulver oder Staub ist metallisches Wolfram leicht entzündlich, in kompakter Form jedoch nicht brennbar. In großen Mengen kann sich Wolfram-Pulver selbst entzünden und kann in Brand geraten!

 

Literatur und Quellen

[1] - Ekkehard Diemann, Achim Müller:
Wolfram oder Tungsten? Die Namen der chemischen Elemente.
In: Chemie in unserer Zeit, 2008, DOI 10.1002/ciuz.200800437.

 

Externe Informationsangebote



Gruppenelemente - Informationen

Chromgruppe
Die 6. Gruppe des Periodensystems: Chrom, Molybdän, Wolfram

Koordinationschemie
Einführung in die Koordinationschemie der Übergangsmetalle / Inneren Übergangsmetalle. Universität Marburg - Format: PDF

Übergangsmetalle
Übergangsmetalle Gruppen 3-12; Innere Übergangsmetalle. Universität Marburg - Format: PDF



Verbindungsklassen

Aquo-Komplexe
... der Übergangsmetalle. Übersicht, Reaktionen. Universität Mainz - Format: PDF

Wolfram-Cofaktoren
Verbindungen von Molybdän und Wolfram in den Oxidationsstufen IV - VI als Modelle für Molybdän- und Wolfram-Cofaktoren. Dissertation. Universität Göttingen, 2011



Einzelne Verbindungen

Wolfram und Wolframverbindungen
Chemikalien-Datenbank: physikalische und chemische Eigenschaften, Sicherheitsdatenblätter, kommerziell verfügbaren Stoffen und Verbindungen; verschiedene Suchkriterien einschließlich Struktursuche



Chemische Reaktionen

Übergangsmetall-katalysierte Reaktionen
Vorlesungsskript. Universität des Saarlandes - Format: PDF



Synthese, Herstellung, Produktion

Übergangsmetalle
Skript: Gewinnung und Reinigung der Übergangsmetalle - Format: PDF

Übergangsmetalle
Gewinnung und Reinigung. FH Münster - Format: PDF



Geochemie und Biogeochemie

Wolframhaltige Minerale
Informationen zum Wolfram und den Wolframmineralien. Mineralien Atlas

 


Kategorie: Chemische Elemente

Aktualisiert am 15.05.2020.



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