Wolfram

Wolfram - chemisches Zeichen W, Ordnungszahl 74 - ist ein weißglänzendes, in reiner Form duktiles und leicht verformbares, im kubisch-raumzentrierte Gitter kristallisierendes, von allen Elementen am höchsten schmelzendes und siedendes, sehr widerstandsfähiges, sehr dichtes, chemisches Element aus der Gruppe der Übergangsmetalle (Gruppe 6, Chromgruppe).

Im Jahr 1781 entdeckte der Deutsche Carl Wilhelm Scheele in Schweden, dass eine neue Säure - die Wolframsäure - aus dem Mineral Scheelit, das damals tung sten genannt (schwedisch für schwerer Stein), hergestellt werden kann. Scheele und Torbern Bergman wiesen darauf hin, dass durch die Reduktion dieser Säure möglicherweise ein neues Metall erhalten werden könnte. Im Jahr 1783 entdeckten Jose und Fausto Elhuyar ebenfalls eine Säure aus Wolframit, die mit Wolframsäure identisch war. Später in diesem Jahr gelang es den Brüdern bei der Königlichen Baskischen Gesellschaft im spanischen Bergara Wolfram durch Reduktion mit Holzkohle aus dieser Säure zu isolieren. Sie nannten das neu entdeckte Element Wolfram oder Volfram.

Im englischen, französischen und italienischen Sprachraum heisst Wolfram Tungsten, abgeleitet vom schwedischen Wortstamm. In den germanischen und slawischen Sprachen sowie im Spanischen leietet sich der Metallname vom volfram ab.

Übersicht: Allgemeine Daten zum Wolfram

Bezeichnung:Wolfram Symbol:W Ordnungszahl:74 Atommasse:183,84(1) u Periodensystem-Stellung:6. Gruppe, 6. Periode, d-Block. Gruppen-Zugehörigkeit:Übergangsmetalle; Chrom-Gruppe. Entdeckung:1781 - Carl Wilhelm Scheele; erste Reindarstellung 1783 - Fausto und Juan José Elhuyar. Bedeutung des Namens:vom Mineral Wolframit abgeleitet, das Wolfram enthält. Englischer Name:Tungsten CAS-Nummer:7440-33-7 InChI-Key:WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N

Das Wolfram-Atom

Das W-Atom - und damit das chemische Element Wolfram - ist eindeutig durch die 74 positiv geladenen Protonen im Atomkern definiert. Für den elektrischen Ausgleich im ungeladenen Wolfram-Atom sorgt die gleiche Anzahl an Elektronen.

Für Unterschiede bei den Atomkernen sorgen die Kernbausteine der Neutronen. Diese Atomsorten werden unter dem Begriff Wolfram-Isotope bzw. Wolfram-Nuklide zusammengefasst (Isotopen-Daten: siehe dort).

Elektronenkonfiguration

Symbol

Kurzform

[Xe] 4f¹⁴ 5d⁴ 6s²

Ionisierungsenergien

Die folgende Tabelle listet die Bindungsenergien bzw. die Ionisierungsenergien IE auf, also die erforderliche Energie in Elektronenvolt (eV), um ein bestimmtes Elektron von einem Wolfram-Atom zu trennen.

1. IE:

7,98 eV

2. IE:

3. IE:

4. IE:

5. IE:

6. IE:

Elektronenbindungsenergie

Die nachfolgende Tabelle listet die Elektronenbindungsenergien der einzelnen Wolfram-Elektronen in den jeweiligen Orbitalen auf. Die Werte sind in Elektronenvolt (eV) angegeben.

K	LI	LII	LIII
1s	2s	2p_1/2	2p_3/2
69525	12100	11544	10207

MI	MII	MIII	MIV	MV
3s	3p_1/2	3p_3/2	3d_3/2	3d_5/2
2820	2575	2281	1872	1809

NI	NII	NIII	NIV	NV	NVI	NVII
4s	4p_1/2	4p_3/2	4d_3/2	4d_5/2	4f_5/2	4f_7/2
594,1	490,4	423,6	255,9	243,5	33,6	31,4

OI	OII	OIII	OIV	OV
5s	5p_1/2	5p_3/2	5d_3/2	5d_5/2
75,6	45,3	36,8

Weitere Daten

Atomradius:193 pm (berechnet)
135 pm (empirisch, nach Slater) Kovalente Radien:162(7) pm (nach Cordero et al.)
137 pm (in Einfach-Bindungen, nach Pyykkö et al.)
120 pm (in Zweifach-Bindungen, nach Pyykkö et al.)
115 pm (in Dreifach-Bindungen, nach Pyykkö et al.) Van-der-Waals-Radius:200 pm Molvolumen:9,47 cm³ mol^-1 Fluoreszenz-Ausbeute:ω_K: 0,954; ω_L1: 0,148; ω_L2: 0,291; ω_L3: 0,261 Coster-Kronig-Übergänge:F₁₂: 0,11; F₁₃: 0,333; F₂₃: 0,132 Austrittsarbeit:4,49 eV Termsymbol:⁵D₀

Ionenradius

Ionenradien der W(IV)-, W(V)- und W(VI)-Kationen in pm:

Ion	KoZ	I_effektiv	I_kristall	Anmerkungen
W⁴⁺ W⁵⁺ W⁶⁺ W⁶⁺ W⁶⁺	6 6 4 5 6	66 62 42 51 60	80 76 74

Spektrallinien des Wolframs

Die nachfolgende Abbildung zeigt ein Emissionsspektrum des Wolframs mit den charakteristischen Spektrallinien im sichtbaren Wellenlängenbereich zwischen 400 und 700 nm:

Chemische Daten

Elektronegativität:2,36 nach Pauling
1,47 nach Allen
4,40 eV nach PearsonElektronaffinität:0,816 26(8) eV bzw. 78,76(1) kJ mol^-1Oxidationsstufen:+6, +4 (-4, -2, -1, +1, +2, +3, +5)

Standardpotentiale

Normalpotential des Wolframs:

E⁰ (V)	N_ox	Name Ox.	Ox.	e^-	⇔	Red.	Name Red.	N_ox
-0,119	+ IV	Wolframdioxid	WO₂ (s) + 4 H⁺	+ 4 e^-	⇔	W (s) + 2 H₂O	Wolfram	0
-0,090	+ VI	Wolframtrioxid	WO₃ (aq) + 6 H⁺	+ 6 e^-	⇔	W (s) + 3 H₂O	Wolfram	0
0,036	+ IV	Wolfram(VI)-oxid	WO₃ + 2 H⁺	+ 2 e^-	⇔	WO₂ + H₂O	Wolfram(IV)-oxid	+ IV

Material- und physikalische Eigenschaften des Wolframs

Die nachfolgende Tabelle führt einige physikalische Daten sowie Materialeigenschaften des reinen Wolfram-Metalls auf.

Schmelzpunkt:3414 °C Schmelzenthalpie (molar):52,31 kJ mol^-1 Siedepunkt:5930 °C Verdampfungsenthalpie:799,1 kJ mol^-1 Wärmekapazität:24,27 J mol^-1 K^-1 (molar)
0,132 J g^-1 K^-1 (spezifisch) Debye-Temperatur:383 K Thermische Leitfähigkeit:173 W m^-1 K^-1 Temperaturleitzahl:67,9 mm² s^-1 bei 20°C (Temperaturleitfähigkeit) Wärmeausdehnung:4,5 μm m^-1 K^-1 bei 25 °C Elektrische Leitfähigkeit:18,52 × 10⁶ A V^-1 m^-1 Elektrischer Widerstand:52,8 nΩ m bei 20 °C Dichte:19,25 g cm^-3 Elastizitätsmodul:411 GPa (Young Modulus) Kompressionsmodul (isotherm):323,2 GPa 300 K Kompressibilität (isotherm):0,00309 GPa^-1 300 K Poisson-Zahl:0,28 (Querdehnzahl, dimensionslos) Kristallstruktur:kubisch-raumzentriert - bcc; W-Typ Gitterkonstanten:a = 316 pm Raumgruppe:lm3m - Nr. 229 Pearson-Symbol:cI2 Härte:nach Mohs: 7,5
nach Vickers: 3,43 GPa
nach Brinell: 2,57 GPa
nach Brinell (neu): 1,96 - 2,45 GPa (geglüht) Magnetismus:paramagnetisch Magnetische Suszeptibilität:+59,0 × 10^-6 cm³ mol^-1 Schallgeschwindigkeit:4620 m s^-1 bei 20 °C Standard-Bildungsenthalpie:0,0 kJ mol^-1 (Feststoff, Kristall)
849,4 kJ mol^-1 (gasförmig) Gibbs Freie Enthalpie:807,1 kJ mol^-1 (gasförmig) Molare Standard-Entropie:32,6 J mol^-1 K^-1 (Feststoff, Kristall)
174,0 J mol^-1 K^-1 (gasförmig)

Geochemie, Vorkommen, Verteilung

Wolfram ist ein seltenes Metall, das natürlicherweise auf der Erde vorkommt, in Mineralien aber fast ausschließlich gergesellschaftet mit anderen Elementen. Zu seinen wichtigen Erzen zählen Wolframit und Scheelit.

Erdkruste:1,25 mg kg^-1 (ppmw, bezogen auf die Masse) Erdmantel:16 ppb Meerwasser:0,0001 mg L^-1 (ppmw, bezogen auf die Masse) Sonnensystem:0,00000013 (bezogen auf Silicium, Si=1)

Gefahren und Sicherheit

(Allgemeine Hinweise ohne Gewähr auf Richtigkeit und Vollständigkeit)

Gefahr

Als Pulver oder Staub ist metallisches Wolfram leicht entzündlich, in kompakter Form jedoch nicht brennbar. In großen Mengen kann sich Wolfram-Pulver selbst entzünden und kann in Brand geraten!

Literatur und Quellen

[1] - Ekkehard Diemann, Achim Müller:
Wolfram oder Tungsten? Die Namen der chemischen Elemente.
In: Chemie in unserer Zeit, 2008, DOI 10.1002/ciuz.200800437.

Externe Informationsangebote

Gruppenelemente - Informationen

Chromgruppe
Die 6. Gruppe des Periodensystems: Chrom, Molybdän, Wolfram

Koordinationschemie
Einführung in die Koordinationschemie der Übergangsmetalle / Inneren Übergangsmetalle. Universität Marburg - Format: PDF

Übergangsmetalle
Übergangsmetalle Gruppen 3-12; Innere Übergangsmetalle. Universität Marburg - Format: PDF

Verbindungsklassen

Aquo-Komplexe
... der Übergangsmetalle. Übersicht, Reaktionen. Universität Mainz - Format: PDF

Wolfram-Cofaktoren
Verbindungen von Molybdän und Wolfram in den Oxidationsstufen IV - VI als Modelle für Molybdän- und Wolfram-Cofaktoren. Dissertation. Universität Göttingen, 2011

Einzelne Verbindungen

Wolfram und Wolframverbindungen
Chemikalien-Datenbank: physikalische und chemische Eigenschaften, Sicherheitsdatenblätter, kommerziell verfügbaren Stoffen und Verbindungen; verschiedene Suchkriterien einschließlich Struktursuche

Chemische Reaktionen

Übergangsmetall-katalysierte Reaktionen
Vorlesungsskript. Universität des Saarlandes - Format: PDF

Synthese, Herstellung, Produktion

Übergangsmetalle
Skript: Gewinnung und Reinigung der Übergangsmetalle - Format: PDF

Übergangsmetalle
Gewinnung und Reinigung. FH Münster - Format: PDF

Geochemie und Biogeochemie

Wolframhaltige Minerale
Informationen zum Wolfram und den Wolframmineralien. Mineralien Atlas

Kategorie: Chemische Elemente

Aktualisiert am 15.05.2020.

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