El punto de ebullición del tungsteno es 10,030 F y otros datos curiosos

May 28, 2023

Balas perforantes, boquillas de motores de cohetes y brocas para cortar roca sólida son sólo algunos de los productos fabricados con tungsteno, uno de los elementos más duros y resistentes al calor del universo.

El tungsteno, como la mayoría de los demás elementos metálicos, no se encuentra en la naturaleza como un trozo de metal brillante. Debe aislarse químicamente de otros compuestos, en este caso del mineral natural wolframita. Es por eso que el símbolo del tungsteno en la tabla periódica no es T sino W, que es la abreviatura de "wolframio". El nombre tungsteno en sueco significa "piedra pesada", una referencia a la asombrosa densidad y peso del elemento. Su número atómico (el número de protones en el núcleo de su átomo) es 74 y su peso atómico (promedio ponderado de sus isótopos naturales) es 183,84.

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A un par de químicos (y hermanos) españoles, Juan José y Fausto Elhuyar, se les atribuye el descubrimiento del tungsteno en 1783 cuando aislaron por primera vez el metal blanco grisáceo de la wolframita.

Una de las propiedades más impresionantes y útiles del tungsteno es su alto punto de fusión, el más alto de todos los elementos metálicos. El tungsteno puro se derrite a la friolera de 6,192 grados F (3,422 grados C) y no hervirá hasta que las temperaturas alcancen los 10,030 F (5,555 C), que es la misma temperatura que la fotosfera del sol.

El hierro, en comparación, tiene un punto de fusión de 2800 grados F (1538 grados C) y el oro se vuelve líquido a solo 1947,52 grados F (1064,18 grados C).

Todos los metales tienen puntos de fusión relativamente altos porque sus átomos se mantienen unidos mediante enlaces metálicos estrechos, dice John Newsam, un químico y científico de materiales con el que contactamos a través de la Sociedad Química Estadounidense. Los enlaces metálicos son tan fuertes porque comparten electrones en una matriz tridimensional completa de átomos. Newsam dice que el tungsteno dura más que otros metales debido a la inusual fuerza y ​​direccionalidad de sus enlaces metálicos.

"¿Por qué es eso importante?" pregunta Newsam. "Piense en Edison trabajando en filamentos para la bombilla incandescente. Necesitaba un material que no sólo emitiera luz sino que no se derritiera con el calor".

Edison experimentó con muchos materiales de filamentos diferentes, incluidos platino, iridio y bambú, pero fue otro inventor estadounidense, William Coolidge, a quien se le atribuye la fabricación de los filamentos de tungsteno utilizados en la mayoría de las bombillas a lo largo del siglo XX.

El alto punto de fusión del tungsteno tiene otras ventajas, como cuando se mezcla en forma de aleación con materiales como el acero. Las aleaciones de tungsteno se recubren en secciones de cohetes y misiles que necesitan soportar un calor tremendo, incluidas las boquillas de los motores que expulsan corrientes explosivas de combustible para cohetes.

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La densidad de diferentes elementos es un reflejo del tamaño de los átomos que los componen. Cuanto más bajo estés en la tabla periódica, más grandes y pesados ​​serán los átomos.

"Los elementos más pesados, como el tungsteno, tienen más protones y neutrones en el núcleo y más electrones en órbita alrededor del núcleo", dice Newsam. "Eso significa que el peso de un átomo aumenta significativamente a medida que se avanza en la tabla periódica".

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En términos prácticos, si sostuviera un trozo de tungsteno en una mano y el mismo volumen de plata o hierro en la otra, el tungsteno se sentiría mucho más pesado. En concreto, la densidad del tungsteno es de 19,3 gramos por centímetro cúbico. La plata, en comparación, es aproximadamente la mitad de densa que el tungsteno (10,5 g/cm3), y el hierro es casi un tercio más denso (7,9 g/cm3).

El peso de alta densidad del tungsteno puede ser una ventaja en determinadas aplicaciones. Se utiliza a menudo en balas perforantes, por ejemplo, por su densidad y dureza. El ejército también utiliza tungsteno para fabricar las llamadas armas de "bombardeo cinético", que disparan una varilla de tungsteno como un ariete en el aire para atravesar paredes y blindajes de tanques.

Durante la Guerra Fría, la Fuerza Aérea supuestamente experimentó con una idea llamada Proyecto Thor que habría lanzado un paquete de barras de tungsteno de 20 pies (6 metros) desde la órbita sobre objetivos enemigos. Estas llamadas "varas de Dios" habrían impactado con la fuerza destructiva de un arma nuclear, pero sin la lluvia radiactiva. Resulta que el coste de lanzar las pesadas barras al espacio era prohibitivamente caro.

El tungsteno puro no es tan duro (puedes cortarlo con una sierra de mano), pero cuando el tungsteno se combina con pequeñas cantidades de carbono, se convierte en carburo de tungsteno, una de las sustancias más duras y tenaces de la Tierra.

"Cuando se ponen pequeñas cantidades de carbono u otros metales en el tungsteno, se fija la estructura y se evita que se deforme fácilmente", dice Newsam.

El carburo de tungsteno es tan duro que sólo puede cortarse con diamantes y, aun así, los diamantes sólo funcionan si el carburo de tungsteno no está completamente curado. El carburo de tungsteno es hasta tres veces más rígido que el acero, puede durar hasta 100 veces más que el acero en condiciones altamente abrasivas y tiene la mayor resistencia a la compresión de todos los metales forjados, lo que significa que no se abolla ni se deforma cuando se lo aprieta con una fuerza tremenda. .

El uso más común del carburo de tungsteno (y el destino final de la mayor parte del tungsteno extraído del planeta) son las herramientas especializadas, en particular las brocas. Cualquier tipo de broca para cortar metal o roca sólida debe soportar niveles severos de fricción sin desafilarse ni romperse. Sólo las brocas de diamante son más duras que las de carburo de tungsteno, pero también son mucho más caras.

La dureza, densidad y resistencia al calor del tungsteno lo hacen ideal para muchas aplicaciones específicas:

Los falsificadores descubrieron hace mucho tiempo que el tungsteno es casi exactamente tan denso como el oro y, a veces, intentan hacer pasar barras de tungsteno bañadas en oro como lingotes de oro puro.

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