Barras de tungstênio com cristais evaporados, parcialmente oxidado com manchas coloridas, de pureza 99,98% e um cubo de tungstênio de 1 cm3 de alta pureza (99,999%) para comparação. Linhas espectrais do tungstênio.
Ummetal de cor branco cinza sob condições padrão, quando não combinado (o tungstênio é encontrado na natureza apenas combinado com outros elementos). Foi identificado como um novo elemento em 1781, e isolado pela primeira vez como metal em 1783 pelos irmãos Juan José eFausto Delhuyar. Os seusminérios mais importantes são avolframita e ascheelita. Oelemento livre é notável pela sua robustez, especialmente pelo fato de possuir o mais altoponto de fusão de todos os metais e o segundo mais alto entre todos os elementos, a seguir aocarbono. Também notável é a sua altadensidade, 19,3 vezes maior do que a da água, comparável às dourânio eouro, e muito mais alta (cerca de 1,7 vezes) que a dochumbo.[1] O tungstênio com pequenas quantidades de impurezas é frequentemente frágil[2] e duro, tornando-o difícil detrabalhar. Contudo, o tungstênio muito puro é mais dúctil, e pode ser cortado com umaserra de metais.[3]
A forma elementar não combinada é usada sobretudo em aplicações eletrônicas. As muitas ligas de tungstênio têm numerosas aplicações, destacando-se os filamentos delâmpadas incandescentes,tubos de raios X (como filamento e como alvo), esuperligas. A dureza e elevada densidade do tungstênio tornam-no útil em aplicações militares como projéteis penetrantes. Os compostos de tungstênio são geralmente usados industrialmente como catalisadores.
O tungstênio é o único metal da terceira série de transição que se sabe ocorrer embiomoléculas, usadas por algumas espécies de bactérias. É o elemento mais pesado que se sabe ser usado por seres vivos. Porém, o tungstênio interfere com os metabolismos do molibdênio e do cobre, e é algo tóxico para a vida animal.[4][5]
Os primeiros relatos de que se sabe hoje fazerem referência a ocorrências deste elemento remontam ao século XVI. Nessa altura, os mineiros que extraíam minério deestanho nosMontes Metalíferos relatavam a existência de um mineral que acompanhava o minério de estanho, e que reduzia o rendimento da extração deste metal a partir do minério.Johann Gottlob Lehmann, em 1761, foi o primeiro a fundir cristais puros devolframita emnitrato de sódio.[6] A existência do tungstênio seria proposta, pela primeira vez, em 1779, porPeter Woulfe, o qual após examinar a volframita, concluiu que estemineral continha uma nova substância.[7] Em 1781,Carl Wilhelm Scheele descobriu que um novoácido, oácido túngstico, podia ser obtido a partir dascheelita (então chamada tungstenita). Scheele eTorbern Bergman sugeriram que poderia ser possível obter um novo metal por meio da redução deste ácido.[8] Em 1783,Juan José eFausto Delhuyar descobriram um ácido obtido da volframita que era idêntico ao ácido túngstico. Mais tarde nesse mesmo ano, na Espanha, os irmãos conseguiram isolar o tungstênio por meio da redução do seu ácido comcarvão vegetal, sendo-lhes creditada a descoberta deste elemento, publicada em setembro de 1783 na obraAnalisis quimico del volfram, y examen de un nuevo metal,que entra en su composicion.[6][9]
As primeiras aplicações do tungstênio começaram a ser desenvolvidas em meados do século XIX, química (1847) e aços (1855), e no início do século XX, filamentos (1903) e carbetos (1913).[9]
Durante aSegunda Guerra Mundial, o tungstênio teve um papel significativo nos negócios políticos de bastidores.Portugal, como principal produtor europeu do elemento, foi pressionado por ambos os lados, devido às suas jazidas de minério de volframita. A resistência do tungstênio a altas temperaturas e a sua capacidade de aumentar a resistência de ligas metálicas tornavam-no uma matéria-prima importante para a indústria do armamento.[10]
O termo "tungstênio" tem origem nos termosnórdicostungsten, significando "pedra pesada", utilizados porAxel Fredrik Cronstedt em 1757 para designar o mineral que hoje se designa scheelita, descoberto na Suécia em 1750.[6] É usado em muitas línguas como nome deste elemento. O termo "volfrâmio" (ou "wolfrâmio"), usado em muitas línguas europeias (sobretudo línguas eslavas e germânicas), deriva do mineral volframita. Este, por seu lado, deriva do alemão "wolf rahm" ("fuligem de lobo", "creme de lobo"), o nome dado ao tungstênio porJohan Gottschalk Wallerius em 1747, e do qual derivou também o símbolo químico do elemento,W.[3] "Wolf rahm" por sua vez deriva de "Lupi spuma", o nome usado porGeorg Agricola para este elemento em 1546, traduzido para português como "espuma" ou "creme de lobo" (a etimologia não é certa), e é uma referência às grandes quantidades deestanho perdidas na extração deste metal devido à presença de volframita no minério que continha o estanho.[11]
O tungstênio na sua forma impura é ummetal de cor branca a cinza, frequentementefrágil e difícil detrabalhar, mas quando puro, pode ser facilmente trabalhado.[3] Pode ser cortado com uma serra de metais,forjado,trefilado,extrudido ousinterizado. Dentre todos os metais na forma pura, o tungstênio tem o mais altoponto de fusão (3 422 °C), a menorpressão de vapor e (a temperaturas acima de 1 650 °C) a maiorresistência à tração.[12] Apresenta o menorcoeficiente de expansão térmica entre todos os metais puros. A pequena expansão térmica e os elevados ponto de fusão e resistência do tungstênio devem-se aligações covalentes fortes formadas entre os átomos de tungstênio pelos elétrons5d.[13] A ligação de pequenas quantidades de tungstênio com oaço aumenta muito a resistência deste último.[1]
O tungstênio, quando exposto aoar, forma na sua superfície umóxido (sempre trióxido de tungstênio, WO3) protetor quando formado entre os 327 e os 400 °C, porém pode ser oxidado em alta temperatura.[14]
Em solução aquosa, o tungstato dá origem aheteropoliácidos e ânions depolioxometalato sob condições neutras ou ácidas. À medida que o tungstato é submetido à ação do ácido, começa por produzir-se "paratungstato A", um íon solúvel emetaestável, W7O24−6, que com o tempo se converte no ânion menos solúvel "paratungstato B", H2W12O42−10.[17] A acidificação adicional produz o ânion muito solúvel metatungstato, H2W12O40−6, após o que é atingido o equilíbrio. O íon metatungstato existe na forma de um agrupamento simétrico de doze octaedros tungstênio-oxigênio conhecidos comoânion de Keggin. Muitos outros ânions existem como espécies metaestáveis. A inclusão de um átomo diferente, como ofósforo, no lugar dos doishidrogênios centrais do metatungstato, produz uma ampla variedade de heteropoliácidos, como oácido fosfotúngstico (H3PW12O40).
O tungstênio de ocorrência natural consiste de cincoisótopos cujasmeias-vidas são tão longas que podem ser consideradosestáveis. Teoricamente, todos eles decaem para isótopos do elemento 72 (háfnio) poremissão alfa, mas tal apenas foi observado para o180W[18] com uma meia-vida de (1,8 ± 0.2)×1018 anos; em média, isto resulta em cerca de duas emissões alfa do180W em um grama de tungstênio natural, por ano.[19] Não foi observado o decaimento dos outros isótopos de ocorrência natural, restringindo as suas meias-vidas a:[19]
182W,T1/2 > 8,3×1018 anos
183W,T1/2 > 29×1018 anos
184W,T1/2 > 13×1018 anos
186W,T1/2 > 27×1018 anos
Foram caracterizados outros 30radioisótopos artificiais, dos quais os mais estáveis são181W commeia-vida de 121,2 dias,185W com meia-vida de 75,1 dias,188W com meia-vida de 69,4 dias,178W com meia-vida de 21,6 dias, e187W com meia-vida de 23,72 h.[19] Todos os restantes isótoposradioativos têm meias-vidas menores do que 3 horas, e a maioria deles tem meias-vidas abaixo dos 8 minutos.[19] O tungstênio tem também 4 meta-estados, sendo o mais estável179mW (T½ 6,4 minutos).
O tungstênio, com número atômico 74, é o mais pesado elemento químico que se sabe ser biologicamente funcional, seguido pelo iodo (Z = 53). Embora não o seja noseucariotas, o tungstênio é usado por algumas bactérias. Por exemplo,enzimas chamadasoxirredutases usam o tungstênio de modo similar aomolibdênio ao usarem-no num complexo tungstênio-pterina commolibdopterina (a molibdopterina, apesar do nome, não contém molibdênio, mas pode formar complexos tanto com o molibdênio como com o tungstênio usados pelos seres vivos). As enzimas utilizadoras do tungstênio tipicamente reduzem ácidos carboxílicos a aldeídos.[20] Contudo, as oxirredutases de tungstênio podem também catalisar oxidações. A primeira enzima que se descobriu requerer tungstênio requer tambémselênio, e neste caso o par tungstênio-selênio pode funcionar de modo análogo ao par molibdênio-enxofre de algumas enzimas que requeremcofator de molibdênio.[21] Sabe-se que uma das enzimas da família das oxirredutases que por vezes usa o tungstênio (aformato desidrogenase H bacteriana) usa uma versão selênio-molibdênio da molibdopterina.[22] Embora se saiba que uma xantina desidrogenase bacteriana contendo tungstênio pode conter tungstênio-molibdopterina, bem como selênio não ligado a proteína, não foi ainda descrito de modo definitivo um complexo tungstênio-selênio.[23]
No solo, o tungstênio metálico oxida produzindo-se o âniontungstato. Pode ser importado de modo seletivo ou não seletivo por alguns organismosprocariotas e poderá substituir omolibdato em certas enzimas. O seu efeito sobre a ação destas enzimas é em alguns casos inibitório e em outros positivo.[24] Pensa-se que uma enzima portadora de tungstato nos eucariotas seria inerte. A química do solo determina como o tungstênio é polimerizado; solosalcalinos causam tungstatos monomêricos; solosácidos causam tungstatos poliméricos.[25]
Otungstato de sódio e ochumbo foram estudados pelo seu efeito sobre asminhocas. Descobriu-se que o chumbo era letal em doses baixas e que o tungstato de sódio era muito menos tóxico, mas o tungstato inibia completamente a suacapacidade reprodutiva.[26]
O tungstênio foi estudado como antagonista metabólico do cobre biológico, num papel similar à ação do molibdênio. Descobriu-se que os tetratiotungstatos podem ser usados como compostos dequelação do cobre biológico, de modo similar aostetratiomolibdatos.[27]
Aproximadamente metade do tungstênio é consumido para a produção de materiais duros (carbeto de tungstênio), sendo a outra aplicação importante o seu uso em ligas e aços. Menos de 10% é usado na produção de compostos químicos.[28]
O tungstênio é usado sobretudo na produção de materiais duros baseados no carbeto de tungstênio (WC), um doscarbetos mais duros, com um ponto de fusão de 2 777 °C. WC é um bomcondutor elétrico, mas W2C não tanto. WC é usado na fabricação deabrasivos resistentes ao desgaste, ferramentas de corte e lâminas de perfuradoras,serras circulares, e ferramentas defresadoras etornos mecânicos usadas nas indústrias de metal-mecânica, transformação de madeira,mineração,petróleo e construção[1] e representa cerca de 60% do consumo atual de tungstênio.[29]
A indústria de joalheria fabrica anéis de carbeto de tungstênio sinterizado, compósitos de carbeto/metal de tungstênio, e também de tungstênio metálico. Por vezes os fabricantes e retalhistas referem-se ao carbeto de tungstênio como um metal, mas trata-se realmente de um materialcerâmico.[30] Por causa da dureza do carbeto de tungstênio, os anéis feitos deste material são extremamente resistentes à abrasão, e mantêm um acabamento brilhante por muito mais tempo que os anéis feitos com tungstênio metálico. Contudo, os anéis de carbeto de tungstênio são frágeis, e podem fissurar com um impacto forte.[31]
A dureza e densidade do tungstênio são utilizadas para obtenção deligas demetais pesados. Um bom exemplo é oaço rápido, que pode conter até 18% de tungstênio.[32] O ponto de fusão do tungstênio torna-o um bom material para aplicações como bocal do motor de foguetes[33]Superligas contendo tungstênio, comoHastelloy eEstelite, são usadas nas lâminas deturbinas e em peças e revestimentos resistentes ao desgaste.
O tungstênio, geralmente em liga comníquel eferro oucobalto para formar ligas pesadas, é usado empenetradores por energia cinética como alternativa aourânio empobrecido, em aplicações nas quais as propriedadespirofóricas do urânio não são requeridas (por exemplo em munições de armas ligeiras concebidas para penetrarem proteções pessoais). De igual modo, as ligas de tungstênio têm sido também utilizadas em obuses de artilharia,granadas emísseis, para criar estilhaços supersônicos. O tungstênio também tem sido usado emexplosivos de metal inerte denso, na forma de pó denso para reduzir danos colaterais ao mesmo tempo que aumenta a letalidade dos explosivos num raio pequeno.[34]
A incorporação de tungsténio aumenta as propriedades catalíticas dos catalisadores de óxidos mistos do tipo Mo5O14 para a oxidação do propileno em ácido acrílico.[35] Oácido fosfotúngstico suportado pode ser usado como catalisador.[36]
Aplicações que requerem a sua alta densidade incluemdissipadores de calor, pesos, contrapesos, lastros de quilha para iates, lastros de cauda para aviões comerciais, e lastros em carros de corrida daNASCAR eFórmula 1. É um material ideal para uso em maços pararebitagem, onde a massa necessária para obter bons resultados pode ser conseguida com uma barra compacta. Ligas de alta densidade de tungstênio com níquel, cobre ou ferro são usadas emdardos de alta qualidade[37] (para permitir um menor diâmetro e logo agrupamentos mais apertados) ou emiscas artificiais (contas de tungstênio permitem que a mosca se afunde rapidamente). Alguns tipos decordas de instrumentos musicais são enroladas com fios de tungstênio.
A sua densidade, semelhante à do ouro, permite que o tungstênio seja usado em joalheria como uma alternativa aoouro ou àplatina.[3][38] O tungstênio metálico é mais duro que as ligas de ouro (embora não tão duro como o carbeto de tungstênio), e éhipoalergênico, o que o torna útil para a fabricação deanéis resistentes aos riscos, especialmente em desenhos comacabamento escovado.[39]
Dado que retém a sua resistência a altas temperaturas e tem altoponto de fusão, o tungstênio elementar é usado em muitas aplicações de alta temperatura,[40] como filamentos delâmpadas,tubos de raios catódicos eválvulas termiônicas,resistências de aquecimento, e tubeiras defoguetes.[3] O seu alto ponto de fusão torna o tungstênio também apropriado para usos aeroespaciais e a altas temperaturas como aplicações em soldagem, notavelmente nasoldagem TIG (também chamada de soldagem de tungstênio gás inerte).
A estrutura eletrônica do tungstênio torna-o um dos principais materiais usados em alvos deraios X,[42] e também para blindagem de radiações de alta energia (como na indústriaradiofarmacêutica para conter amostras radioativas defluorodesoxiglicose. O pó de tungstênio é usado como material de enchimento emplásticos compósitos, que são usados como substitutos não tóxicos dochumbo embalas, e escudos antirradiação. Dado que a expansão térmica deste elemento é semelhante à dovidro borossilicato, é usado na fabricação de vedantes de juntas vidro-metal.[12]
Em 2008, produziram-se aproximadamente 62 200 toneladas de concentrados de tungstênio.[49] O tungstênio é extraído dos seus minérios em várias etapas. O minério acaba por ser convertido emóxido de tungstênio (IV) (WO3), o qual é aquecido comhidrogênio oucarbono para produzir pó de tungstênio.[8] Por causa do elevado ponto de fusão do tungstênio, não é comercialmente viável moldar lingotes de tungstênio. Em vez disso, o tungstênio em pó é misturado com pequenas quantidades de níquel ou outro metal pulverizado, esinterizado. Durante o processo de sinterização, o níquel difunde-se no tungstênio produzindo uma liga.
O tungstênio não é negociado porcontratos de futuros e não pode ser seguido nas bolsas como aLondon Metal Exchange. O preço do metal puro era cerca de 20 075 dólares por tonelada em outubro de 2008.[53]
Dado que o tungstênio é raro e os seus compostos geralmente inertes, os efeitos do tungstênio sobre o ambiente são limitados.[54] Adose letal mediana LD50 depende fortemente do animal e do método de administração e varia de 59 mg/kg (intravenosa, coelho)[55][56] a 5 000 mg/kg (pó de tungstênio metálico, intraperitoneal, ratos).[57][58]
O tungstênio é único entre os elementos por ter sido objeto de procedimentos legais. Em 1928, um tribunal dos Estados Unidos rejeitou a tentativa daGeneral Electric para patenteá-lo, revogando a patente dos Estados Unidos nº #1 082 933 concedida em 1913 aWilliam D. Coolidge.[59][60]
Texto inicialmente baseado na tradução dos artigos«Tungsten» na Wikipédia em inglês e«Wolframio» na Wikipédia em castelhano.
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