Il tungsteno (anche volframio o wolframio) è l'elemento chimico di numero atomico 74, il cui simbolo è W. Si tratta di un metallo di transizione duro, pesante, di colore variabile da bianco a grigio-acciaio.
É accertato che i veri scopritori dell’elemento 74 siano stati J.J. Delhuyar e F. Delhuyar, i primi a isolare il metallo puro dalla wolframite in Spagna nel 1783. Tuttavia, due anni prima, C.W. Scheele e T.O. Bergman avevano previsto l'esistenza del nuovo elemento.
Il tungsteno si trova nei minerali wolframite (tungstato di manganese e ferro FeWO4/MnWO4) e scheelite (CaWO4). Nello scorso anno (2012) sono stati scoperti due nuovi giacimenti, rispettivamente in Portogallo e nel sud della Cina.
Caratteristiche Fisiche e Meccaniche
Il Tungsteno, pur avendo un elevato modulo elastico, è piuttosto fragile e difficile da lavorare a temperatura ambiente; diventa però duttile nella gamma di temperature 200-500°C.
Punto di Fusione
Il punto di fusione, o temperatura di fusione, è semplicemente definito come la temperatura alla quale un materiale passa dalla fase solida alla fase liquida. Ha il punto di fusione più alto tra tutti i metalli.
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Durante il processo di fusione, tutta l'energia aggiunta alla sostanza viene utilizzata come calore di fusione e la temperatura resta costante. Di conseguenza, durante tale processo, le sostanze assorbono una certa quantità di calore, chiamato calore di fusione, che occorre per rompere i legami interatomici o intermolecolari che costituiscono il reticolo cristallino e, in tal modo, la temperatura smette di salire fino a quando le sostanze non sono completamente liquide.
Passando da solido a liquido, solitamente le diverse sostanze si dilatano (eccezion fatta per l’acqua), ossia aumentano di volume. Nel caso dell’acqua, il ghiaccio fondendo diminuisce il proprio volume e, un aumento della pressione esterna, favorendone la contrazione, ne accelera il processo di fusione.
Le leghe metalliche hanno temperature di fusione diverse dai metalli base che le compongono. Ad esempio, l’acciaio (ferro con un basso tenore di carbonio e altri microcomponenti), la ghisa (ferro con un tenore di carbonio superiore al 2%), il bronzo (lega di rame e stagno) o l'ottone (lega di rame e zinco) avranno un punto di fusione diverso da quello dei materiali puri che le compongono.
Nella saldatura, il metallo d'apporto è spesso composto dello stesso materiale dei pezzi da assemblare. Sebbene la temperatura di fusione dell'acciaio sia superiore a quella della ghisa di circa 200 °C, una ridotta quantità di acciaio solido può progressivamente fondere nella ghisa liquida. Questo fenomeno trova la sua realizzazione e la sua spiegazione nella diffusione degli atomi di carbonio (presenti nella ghisa in quantità maggiore rispetto all'acciaio) verso la superficie dell'acciaio solido.
Applicazioni del Tungsteno
Le leghe ternarie Tungsteno-Nichel-Rame (amagnetica) e Tungsteno-Nichel-Ferro (magnetica) utilizzano l’alta densità/peso specifico del Tungsteno per varie applicazioni.
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Lampade a Incandescenza
Inventata nel 1854 ma messa a punto solo nel 1878 da Thomas Edison: si tratta di un bulbo di vetro contenente un filamento di Tungsteno e Argon. Il filamento viene attraversato dalla corrente elettrica e reso incandescente, alla temperatura di 2700 K circa. L’energia elettrica viene convertita in minima parte in luce (10%) e per la restante parte in calore. Dal settembre 2012 l’UE ha vietato la produzione di lampadine a incandescenza di qualsiasi potenza, alle quali si sono sostituite le lampadine alogene.
Il tungsteno che evapora a causa della temperatura elevata reagisce con il gas formando un alogenuro di tungsteno. Successivamente il composto, entrando in contatto con il filamento incandescente si decompone e rideposita il tungsteno sul filamento stesso realizzando un ciclo definito alogeno.
Industria Bellica
Le leghe pesanti di tungsteno sono largamente impiegate per la costruzione di pallottole, armature, granate, veicoli antiproiettile, panzer, cannoni, fucili.
Industria dei Gioielli
Il tungsteno, combinato con il carbonio, diventa carburo di tungsteno, un composto che registra un valore tra 8-9 sulla scala di durezza di Mohs. Il materiale assicura durezza, resistenza nel tempo a graffi e una duratura brillantezza, più di un qualsiasi altro metallo in commercio.
Tossicità e Rischi per la Salute
Nel terreno il tungsteno si ossida nello ione tungstato (WO4²⁻): sebbene risulti stabile termodinamicamente sotto numerose condizioni ambientali, lo ione ha effetti biologici.
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Si sono registrati casi di elevata reazione tossica al tungsteno sciolto in drink alcolici, secondo la tradizione infatti alcune reclute di artiglieria francese che avrebbero bevuto vino o birra, precedentemente passati attraverso le canne di fucili che avevano recentemente sparato. Analisi tossicologiche registrarono un’ingente presenza di tungsteno nel sangue, nelle urine, nelle unghie e nei capelli.
Per quanto riguarda le patologie croniche, il rischio è soprattutto per minatori, lavoratori di metalli e i soldati, soggetti a un prolungata esposizione al tungsteno.
Curiosità
Nel recente passato sono stati scoperti diversi lingotti d’oro falsi, nel senso che erano in tungsteno placcato con una sottile lamina d’oro puro. Nella realizzazione dei lingotti falsi, la scelta del tungsteno non è casuale: questo metallo ha un peso specifico molto simile a quello dell’oro (la densità dell’oro è di 19.320 kg/m³, mentre quella del tungsteno è di 19.250 kg/m³), ma ovviamente costa molto meno.
Non molti elementi chimici possono vantare il fatto di essere usati come titolo di un romanzo - il tungsteno può invece: “Zio Tungsteno - ricordi di un’infanzia chimica”, biografia di Oliver Sacks, racconta di quanto è stata importante la chimica nell’infanzia del protagonista, che poi diventerà un neurologo. Il ragazzo, immerso in un mondo caotico e mutevole, pieno di crudeltà e affetti non ricambiati, trova nella purezza del metallo un valore simbolico, quasi la “materializzazione” di idee chiare e distinte, di un mondo stabile.