Il tungsteno è il 74esimo elemento della tavola periodica ed è un metallo grigio denso con un punto di fusione molto alto. È meglio conosciuto per il suo uso nei filamenti all'interno delle lampadine a incandescenza, ma il suo più grande utilizzo è nella produzione di carburi di tungsteno, così come in una serie di altre applicazioni. I legami che tengono insieme gli atomi nella forma elementare sono un esempio di legame metallico.
Configurazione elettronica
Gli elettroni intorno agli atomi occupano regioni dello spazio chiamate orbitali; la disposizione degli elettroni nei diversi orbitali di un atomo è chiamata configurazione elettronica. Gli atomi di tungsteno liberi nel loro stato fondamentale - configurazione a energia più bassa - hanno un sub-shell 4f completamente riempito, quattro elettroni nel sub-shell 5d e due elettroni nel sub-shell 6s. Questa configurazione elettronica può essere abbreviata come segue: 5d4 6s2. Nel cristallo, tuttavia, la configurazione dello stato fondamentale presenta in realtà cinque elettroni nel sub-shell 5d e solo un elettrone nel sub-shell 6s. Gli orbitali 5d possono partecipare a forti legami di tipo covalente, in cui gli elettroni sono condivisi tra gli atomi, ma gli elettroni rimangono localizzati - confinati all'atomo a cui appartengono o a regioni tra vicini atomi.
Incollaggio metallico
Gli elettroni s, al contrario, diventano molto più delocalizzati, al punto che puoi pensarli come un mare di elettroni sparsi in tutto il metallo. Questi elettroni non sono confinati a nessun atomo di tungsteno ma sono condivisi tra molti di essi. In questo senso, il blocco di tungsteno metallico è un po' come una molecola molto grande; la combinazione di orbitali di molti atomi di tungsteno crea molti livelli di energia ravvicinati disponibili per l'occupazione degli elettroni. Questa forma di legame è chiamata legame metallico.
Struttura
Il legame metallico aiuta a spiegare le proprietà di metalli come il tungsteno. Gli atomi di metallo non sono vincolati in una struttura rigida come gli atomi in un cristallo di diamante, quindi il tungsteno puro è, come altri metalli, malleabile e duttile. Gli elettroni delocalizzati aiutano a tenere insieme tutti gli atomi di tungsteno. Il tungsteno si trova in diverse strutture: alfa, beta e gamma tungsteno. L'alfa è il più stabile di questi e, quando riscaldato, la struttura beta si converte nella struttura alfa.
Composti di tungsteno
Il tungsteno può formare composti e complessi di coordinazione con vari elementi e ligandi non metallici. I legami in questi composti sono covalenti, il che significa che gli elettroni sono condivisi tra gli atomi. Il suo stato di ossidazione - la carica che avrebbe se tutti i legami che ha formato fossero completamente ionici - in questi composti può variare da -2 a +6. Si ossida facilmente alle alte temperature, motivo per cui le lampadine a incandescenza vengono sempre riempite con un gas inerte, altrimenti il filamento di tungsteno reagirebbe con l'aria.