鎢

　　化學元素，元素符號W，原子序數74，原子量183.84，屬週期系ⅥB族。

　　簡史　1781年C.W.舍勒發現由白鎢礦可以制得一種白色酸性粉末，後被證實為鎢酸H₂WO₄。1783年J.J.埃盧亞爾和F.埃盧亞爾兄弟首次用碳還原鎢酸制得金屬鎢。鎢的英文名來源於瑞典語tungsten，意思為“沉重的石頭”；也稱為wolfram，來源於古德語wolf（令人不快的）和ram（浮渣）。

　　存在　鎢在地殼中的含量約為(1.0～1.3)×10⁻⁴%，列金屬元素第18位。鎢沉積物存在於變質巖及花崗火成巖中。在20多種鎢礦中，具有重要工業價值的是：黑鎢礦[(Fe,Mn)WO₄]，其中Fe&Mn時，稱為鐵鎢礦(FeWO₄)，當Mn&Fe時，稱為錳鎢礦(MnWO₄)；白鎢礦又稱鈣鎢礦(CaWO₄)。中國是鎢礦資源最豐富的國傢，加拿大、俄羅斯、美國、韓國和葡萄牙也有分佈。鎢有31種同位素，從鎢−160～鎢−190。其中有5種天然穩定同位素：鎢−180、鎢−182、鎢−183、鎢−184、鎢−186。

　　性質　物理性質　質硬而脆的金屬，顏色由鋼灰色到白色變化各異。具有金屬中最高熔點3 422℃，沸點5 555℃，密度19.5克/厘米³(20℃)。高於1 650℃時具有較高的拉伸性能。導電性能良好。

　　化學性質　鎢原子的電子組態為(Xe)4f¹⁴5d⁴6s²，氧化態0、+1、±2、+3、+4、 +5、+6。相對來說，鎢是化學反應活性低的金屬。在室溫下，不與酸反應，但溶於硝酸或王水，並能很快地與氫氟酸和硝酸的混合液發生反應，生成三氧化鎢WO₃。不與氧、某些熔融金屬反應。純鎢對熔融的氫氧化鈉穩定，但當其中含有堿金屬的硝酸鹽或其他氧化劑時，會加速氫氧化鈉對鎢的腐蝕。鎢與熔融的硝酸鹽、亞硝酸鹽和過氧化氫反應劇烈。與熔融的硫、磷反應很慢，但與它們的蒸氣反應激烈。高溫下，鎢與碳、硼和矽形成二元化合物。400℃以上，鎢易被氧化腐蝕。900℃時一氧化碳和烴類與鎢反應可生成碳化鎢。1 200℃時二氧化碳能將鎢氧化。F₂在室溫下即可與鎢反應生成WF₆。Cl₂在250℃與鎢反應，而Br₂和I₂則需要更高的溫度。溫度高於1 500℃時，鎢不與氮氣反應，若將鎢與氨氣加熱至700～800℃則生成W₂N。金屬鎢不與氫氣反應，鎢的熱處理和機械加工均可在氫氣保護下進行。

　　鎢最常見的氧化態為+6。生成三氧化鎢WO₃、鎢酸H₂WO₄。鎢的0、+3、+4和+5價的代表性化合物是W(CO)₆、W₂Cl₆(bipy)₄、WCl₄、WF₅等〔bipy為鄰聯吡啶(C₅H₄N)₂〕。

　　化合物　鎢的化合物有三氧化鎢、二硫化鎢、鎢酸、鎢酸鹽、鎢青銅、多鎢酸鹽等。

　　三氧化鎢　化學式WO₃。黃色粉末，熔點1 200℃。氧有微量的減少時顏色會發生變化。WO₃於室溫下為正交晶系，700℃為四方晶系，通常由鎢酸或鎢酸鹽制備。WO₃與堿反應，生成可溶性的鎢酸鹽。它是最重要的鎢氧化物，同時也是制備鎢粉的原料。

　　二硫化鎢　化學式WS₂。質軟，灰黑色粉末。不溶於水、鹽酸、堿和有機溶劑。化學性質不活潑，通常是在900℃加熱鎢粉與硫反應制得。在熱的強氧化劑作用下分解，如王水、濃硫酸和濃硝酸。在氧存在的條件下或於空氣中加熱時可得到WO₃。但是它在空氣中的熱穩定性高於MoS₂的熱穩定性。WS₂具有良好的潤滑性能，也可作為催化劑。

　　多鎢酸鹽　鎢元素傾向於同電負性比較大的元素如氧等形成多鎢酸鹽（見多酸化合物），分為同多鎢酸鹽和雜多鎢酸鹽。鎢酸鹽離子在酸性溶液中能生成濃縮的同多鎢酸鹽離子。當酸度提高，同多陰離子的分子量增大，直至生成鎢酸沉淀。經典的同多鎢酸鹽以[W₆O₁₉]²⁻、[W₇O₂₄]⁶⁻、[W₁₀O₃₂]⁴⁻、[H₂W₁₂O₄₂]¹⁰⁻為代表。此外，鎢可以作為配原子，同許多雜原子，如B、Si、P、As、Cr、Mn、Fe、Co、Zn、Ti、Ga等形成新穎的雜多鎢酸鹽。多鎢酸鹽在光化學、電化學、磁化學、醫藥化學以及催化、鋼的鈍化等方面都有重要應用。

　　制法　白鎢礦的精煉　在熱的濃鹽酸中煮解粉碎的鎢精礦，得鎢酸和氯化鈣溶液，經過濾分離和洗滌得鎢酸。將鎢酸溶解於氨水中，獲得純的仲鎢酸銨晶體(NH₄)₁₀[H₂W₁₂O₄₂]·nH₂O。仲鎢酸銨易於灼燒成黃色氧化鎢，也可轉化為其他鎢化合物，如偏鎢酸銨等。

　　黑鎢礦的精煉　將錳鐵鎢礦放在強苛性堿溶液中煮解，形成易溶於水的鎢酸鈉，經純化和分級結晶，得到較純的二水合鎢酸鈉。用鹽酸轉化成鎢酸，然後按處理白鎢礦的方法制得仲鎢酸銨。鎢酸鈉也可用於制備其他含鎢化合物。

　　金屬鎢的制備　一般采用化學還原法。加熱WO₃和Al的混合物可制得金屬鎢：

2Al+WO ₃礵 W+Al ₂O ₃

也可將氫氣通過熱的鎢酸H₂WO₄制得：

H ₂WO ₄+3H ₂礵 W+4H ₂ O

工業上采用氫氣還原WO₃或仲鎢酸銨的方法制備鎢粉。見鎢冶金。

　　應用　鎢以碳化鎢、合金添加劑、純鎢和鎢的化合物四種形式被使用。碳化鎢在高溫條件下具有較高的強度，可用於制作切割和鉆探工具。含70%～85%鎢的鎢鐵可作為生產合金鋼的添加劑，鎢加入到鋼中可生成分散的碳化鎢相，提高鋼的高溫強度。鎢廣泛用作白熾燈燈絲。與鐵、鎳、銅混合的鎢合金強度大，適用於制造機器部件。鎢的氧化物、硫化物和多酸化合物可作為許多化學工藝中的催化劑。WS₂可用作催化劑、幹燥劑、懸浮劑，也是閥、齒輪、軸承等有效的潤滑劑。鎢酸鹽可用作陶瓷材料、催化劑、顏料、防腐劑、防火劑、抗靜電劑和光致發光材料。

　　安全　有關鎢對人類的毒性尚無正式報道。根據動物試驗，空氣灰塵中可溶性鎢化合物應低於1毫克/米³，不溶性鎢化合物應低於5毫克/米³。錳鐵鎢礦在堿分解過程中所留下的鎢渣，含有微量的放射性元素，應註意處理。