宇宙中最坚硬的金属之一—钨

宇宙中最坚硬的金属之一—钨

穿甲弹、火箭发动机喷嘴和钻削坚硬岩石的钻头只是用钨制造的部分产品,钨是宇宙中最坚硬和最耐热的元素之一。

钨在自然界中是以黑钨矿的形式存在的,需要与其他化合物进行化学分离,钨在元素周期表上的符号是W,它是“wolfram”的缩写,在瑞典语中是“重石”的意思,是指这个元素不可思议的密度和重量。它的原子序数是74,原子量是183.84。

钨是熔点最高的金属

钨的熔点是所有金属元素中最高的。纯钨的熔化温度高达3422摄氏度,在温度达到5555摄氏度之前不会沸腾,这与太阳光球层的温度相同。相比之下,铁的熔点1538摄氏度,而黄金的熔点仅为1064.18摄氏度。

所有金属都有相对较高的熔点,因为它们的原子以紧密的金属键结合在一起。金属键之所以强大,是因为它们在整个三维原子阵列中共享电子。纽瑟姆说,钨比其他金属的熔点高是因为它的金属键的强度和方向性非同寻常。

因此爱迪生为了制作白炽灯灯丝。他需要一种不仅能发光而且不会因受热而融化的材料。爱迪生试验了许多不同的灯丝材料,包括铂、铱和竹子,但另一位美国发明家威廉·柯立芝(William Coolidge)是公认的制造20世纪大多数灯泡用钨丝的人。

钨的高熔点还有其他优点,比如当它作为合金与钢等材料混合时。钨合金被镀在火箭和导弹上,这些部件需要承受巨大的热量,包括喷射火箭燃料的发动机喷嘴。

不同元素的密度是其组成原子大小的反映。原子越大越重。较重的元素,如钨,在原子核中有更多的质子和中子,在围绕原子核的轨道上有更多的电子

实际上,如果你一只手拿着一大块钨,另一只手拿着同样体积的银或铁,钨会感觉重很多。具体来说,钨的密度是每立方厘米19.3克。相比之下,银的密度约为钨的一半,铁的密度几乎是钨的三分之一。

钨的高密度重量在某些应用中是一个优势。例如,由于它的密度和硬度,它经常被用于穿甲子弹中。在冷战期间,美国空军曾试验过一个名为“雷神计划”的想法,即将一根6米长的钨棒从太空轨道上扔到敌方目标上,威力堪比核武器,还没有核辐射。但事实证明,用火箭将这些金属棒送入太空的成本高得令人望而生畏。

只有钻石比碳化钨硬

纯钨没有那么硬,你可以用手锯把它切开,但是当钨与少量的碳结合时,它就变成碳化钨,是地球上最坚硬的物质之一。

碳化钨太硬了,只能用钻石切割,即便如此,只有碳化钨没有完全固化,钻石才能起作用。碳化钨的硬度是钢的三倍,在高磨损条件下比钢耐用100倍,抗压强度是所有锻造金属中最高的,这意味着它在受到巨大压力挤压时不会凹陷或变形。

碳化钨最常见的用途是专用工具,尤其是钻头,也是地球上大多数钨开采的最终目的地。任何一种用于切割金属或坚硬岩石的钻头都需要承受相当大的摩擦力而不会变钝或断裂。只有金刚石钻头比碳化钨硬,但它们也要贵得多。