Tungsteno

 
INTRODUZIONE
Il tungsteno (anche volframio o wolframio) è l'elemento chimico di numero atomico 74. Il suo simbolo è W. È un metallo di transizione duro, pesante, di colore da bianco a grigio-acciaio, noto per le sue buone proprietà reologiche (reologia = Scienza che studia gli equilibri raggiunti nella materia che fluisce o si deforma per effetto di uno stato di sollecitazione.). Ha il punto di fusione più alto tra tutti i metalli. Si trova in numerosi minerali, tra cui la wolframite e scheelite.
 
STORIA
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 furono i primi ad ottenere il triossido di tungsteno (WO3) dalla scheelite (CaWO4), ma non ottennero l’elemento puro. 
 
ETIMOLOGIA

• • Wolframio: deriva dalla voce tedesca wolf’s rahm, che significa letteralmente schiuma di lupo (spuma lupi): i minatori sassoni avevano notato che quando un certo minerale era presente nello stagno, il rendimento di stagno era molto ridotto, da qui il nome che richiama la voracità del lupo, paragonata a quella del tungsteno che divora lo stagno;
  • Tungsteno: deriva dalla voce svedese tung sten, pietra pesante, per il fatto che il peso specifico del tungsteno (19g/cm³) e quello dei suoi minerali sono considerevoli.

 
Dal 2005 la IUPAC ha ufficialmente estromesso il nome Wolfram dal Red Book (Nomenclature of Inorganic Chemistry - IUPAC Recommendations), suscitando lo sdegno dei chimici spagnoli: infatti gli scopritori loro connazionali avevano esplicitamente dato il nome Wolfram al nuovo elemento, partendo dalla wolframite, il minerale da cui l’elemento era stato estratto e che era conosciuto da molto tempo dai mineralogisti.
 
PROPRIETÀ

• Numero atomico 74
• Peso atomico 183,85
• Temperatura di fusione 3410 +/-20 °C ; temperatura di ebollizione 5660 °C (ha il più alto punto di fusione e di ebollizione di tutti i metalli)
• Densità 19,3 g/cm³ a 20 °C
• Basso coefficiente di dilatazione termica
• Elevata resistenza a trazione ad alte temperature
• Elevata resistenza alla corrosione e agli attacchi chimici a temperatura ambiente
• Elevata conduttività
• Elettronegatività 1,7
• Numeri di ossidazione +2, +3, +4, +5, +6

 
METODO DI PRODUZIONE
Il metallo si ottiene commercialmente riducendo l’ossido di tungsteno con idrogeno o carbonio.
DISPONIBILITÀ E COSTI
Il tungsteno si trova nei minerali wolframite (tungstato di manganese e ferro FeWO4/MnWO4) e di scheelite (CaWO4). Importanti giacimenti di questi minerali si trovano in Austria, Bolivia, Cina, Portogallo, Russia, Corea del Sud e Stati Uniti; la Cina detiene il 75% della produzione mondiale.
Nello scorso anno (2012) sono stati scoperti due nuovi giacimenti, rispettivamente in Portogallo e nel sud della Cina. Quest’ultimo risulta essere il più grande al mondo, ed è stimato contenere circa 106 tonnellate di minerale.
Il prezzo del minerale è in rapida crescita, sia perché risulta indispensabile per certi utilizzi date le sue proprietà, sia perché la Cina, il massimo produttore mondiale, ha intrapreso una politica volta a incrementare l’industria interna di macchine utensili, limitando le esportazioni.
 
 
APPLICAZIONI

• Lampada a incandescenzaInventata 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. Durante il funzionamento il tungsteno sublima e il filamento diventa sempre più sottile, fino a spezzarsi dopo circa 1000 ore di funzionamento.
  Dal settembre 2012 l’UE ha vietato la produzione di lampadine a incandescenza di qualsiasi potenza, alle quali si sono sostituite le lampadine alogene. Al gas contenuto nel bulbo viene aggiunto iodio, kripton e a volte xeno, per aumentare la temperatura fino ai 3000K e permettere una maggiore efficienza luminosa.
  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. In questo modo la durata di vita di una lampada alogena può essere almeno doppia di una lampadina ad incandescenza normale, sebbene il filamento sia molto più caldo.
  Poiché il bulbo, per permettere la reazione chimica tra iodio e tungsteno, deve avere una temperatura non inferiore a 250 °C, viene utilizzato un vetro speciale (quarzo) ad alta resistenza.

• Le sfere delle penne sono realizzate in carburo di tungsteno (WC).
• Le freccette da gioco sono in tungsteno, che ne determina la durezza, la resistenza e l’inalterabilità del tempo.

• Industria aerospaziale: le leghe pesanti di tungsteno sono utilizzate per l'alta densità, la buona forza meccanica e la facilità di lavorazione alla macchina, come contrappeso sulle superfici dei comandi di volo e sulle pale del rotore degli elicotteri.
• Grazie alla loro altissima densità, le leghe di tungsteno sono il materiale ideale per lo smorzamento delle vibrazioni in componenti statici o mobili.
  Esempi: alberi, pistoni e leve del cambio in automobili ad elevate prestazioni, membri strutturali di aeromobili ed elicotteri.

• Medicina nucleare: leghe di tungsteno vengo utilizzate per creare contenitori di flaconi o come collimatori per radioterapie (piastre configurabili che dirigono il raggio evitando di danneggiare i tessuti sani circostanti).
• Leghe di tungsteno hanno applicazioni in vari campi con funzione di schermatura di raggi X e raggi gamma.
• Utilizzato nelle giunture stagne.
• Il tungsteno trova applicazione nella lavorazione di altri metalli per l'industria mineraria, petrolifera e delle costruzioni.

• Industria bellica: le leghe pesanti di tungsteno sono largamente impiegate per la costruzione di pallottole, armature, granate, veicoli antiproiettile, panzer, cannoni, fucili. Un uso importante è costituito dai penetratori a energia cinetica, dove il tungsteno concorre con l’uranio impoverito.

• 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. In più risulta totalmente ipoallergenico.
• Il tungsteno è usato soprattutto per la fabbricazione di acciai per utensili in percentuale da 10 a 25 % (acciai rapidi e superrapidi) dato che esso conferisce elevata durezza e resistenza all’usura.

 
EFFETTI SULL’UOMO E SULL’AMBIENTE
Il tungsteno metallico ha una bassa tossicità, al contrario i suoi composti vengono classificati come molto tossici per l’uomo.
Al giorno d’oggi nessuno sa con esattezza se il tungsteno costituirà un grande problema ecologico, perché sono state accumulate solo poche scoperte.
Nel terreno il tungsteno si ossida nello ione tungstato (WO4²⁻): sebbene risulti stabile termodinamicamente sotto numerose condizioni ambientali, lo ione ha effetti biologici. Per esempio, potrebbe sostituirsi al molibdeno in certi enzimi, disattivandoli.
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. Le patologie cliniche a seguito dell’episodio furono nausea, svenimento e come, insufficienza renale, ipocalcemia, con una graduale ripresa delle funzioni biochimiche e metaboliche dopo 5 mesi.
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. Tuttavia le cause di patologie come fibrosi polmonare  e dermatite sono da ricercare in altri elementi, tra cui spicca il cobalto, anche se il tungsteno potrebbe aumentarne la tossicità.
 
ORIGINAL FACTS

• 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. Ne consegue che è impossibile distinguere dal solo rapporto peso/volume un lingotto d’oro da uno di tungsteno.
• 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. Zio Dave, il fabbricante di lampadine (soprannominato a proposito Tungsteno) funge da tramite per questo mondo fantastico. 

 
Bibliografia
Wikipedia, Enciclopedia Treccani, www.iupac.org, 
http://www.rsc.org/chemistryworld/podcast/Interactive_Periodic_Table_Transcripts/Tungsten.asp
www.metallirari.com
http://www.infomine.com/investment/metal-prices/ferro-tungsten/
http://www.dartstore.it/tungsteno.htm
http://www.wolfmet.com/it/applications/
http://www.ecoblog.it/post/7666/la-tossicita-del-tungsteno
http://www.tavolaperiodica.unicam.it/074W/W.html
https://pubs.acs.org/cen/science/87/8703sci2.html
http://www.patient.co.uk/doctor/Tungsten-Poisoning.htmhttp://www.ibs.it/code/9788845921131/sacks-oliver/zio-tungsteno-ricordi.html