Le tungstène est le 74e élément du tableau périodique et est un métal gris dense avec un point de fusion très élevé. Il est surtout connu pour son utilisation dans les filaments à l'intérieur des ampoules à incandescence, mais sa plus grande utilisation est dans la fabrication de carbures de tungstène, ainsi que dans un certain nombre d'autres applications. Les liaisons qui maintiennent les atomes ensemble sous la forme élémentaire sont un exemple de liaison métallique.
Configuration électronique
Les électrons autour des atomes occupent des régions de l'espace appelées orbitales; l'arrangement des électrons dans les différentes orbitales d'un atome s'appelle la configuration électronique. Les atomes de tungstène libre dans leur état fondamental - la configuration d'énergie la plus basse - ont une sous-couche 4f complètement remplie, quatre électrons dans la sous-couche 5d et deux électrons dans la sous-couche 6s. Cette configuration électronique peut être abrégée comme suit: 5d4 6s2. Dans le cristal, cependant, la configuration de l'état fondamental comporte en fait cinq électrons dans la sous-couche 5d et un seul électron dans la sous-couche 6s. Les orbitales 5d peuvent participer à de fortes liaisons de type covalent, où les électrons sont partagés entre les atomes, mais les électrons restent localisés - confinés à l'atome auquel ils appartiennent ou à des régions entre voisins atomes.
Collage métallique
Les électrons s, en revanche, deviennent beaucoup plus délocalisés, au point que vous pouvez les considérer comme une mer d'électrons répartis dans tout le métal. Ces électrons ne sont pas confinés à un seul atome de tungstène mais sont partagés entre plusieurs d'entre eux. En ce sens, le bloc de tungstène métallique est un peu comme une très grosse molécule; la combinaison des orbitales de nombreux atomes de tungstène crée de nombreux niveaux d'énergie étroitement espacés disponibles pour les électrons à occuper. Cette forme de liaison est appelée liaison métallique.
Structure
La liaison métallique aide à expliquer les propriétés des métaux comme le tungstène. Les atomes de métal ne sont pas contraints dans un cadre rigide comme les atomes d'un cristal de diamant, le tungstène pur est donc, comme les autres métaux, malléable et ductile. Les électrons délocalisés aident à maintenir ensemble tous les atomes de tungstène. Le tungstène se trouve dans plusieurs structures différentes: le tungstène alpha, bêta et gamma. L'alpha est le plus stable d'entre eux, et lorsqu'il est chauffé, la structure bêta se transforme en structure alpha.
Composés de tungstène
Le tungstène peut former des composés et des complexes de coordination avec divers éléments et ligands non métalliques. Les liaisons de ces composés sont covalentes, ce qui signifie que les électrons sont partagés entre les atomes. Son état d'oxydation - la charge qu'il aurait si toutes les liaisons qu'il formait étaient complètement ioniques - dans ces composés peut aller de -2 à +6. Il s'oxyde facilement à haute température, c'est pourquoi les ampoules à incandescence sont toujours remplies d'un gaz inerte, sinon le filament de tungstène réagirait avec l'air.