איזה סוג של התחברות קורה בטונגסטן?

טונגסטן הוא האלמנט ה -74 בטבלה המחזורית, והוא מתכת אפורה צפופה עם נקודת התכה גבוהה מאוד. זה ידוע בעיקר בזכות השימוש בו בחוטים בתוך נורות ליבון, אך השימוש הגדול ביותר שלו הוא בייצור קרבידים טונגסטן, כמו גם במספר יישומים אחרים. הקשרים המחזיקים אטומים בצורת היסוד הם דוגמה לקשר מתכתי.

אלקטרונים סביב אטומים תופסים אזורי חלל הנקראים אורביטלים; סידור האלקטרונים במסלולים השונים של האטום נקרא תצורת האלקטרונים. לאטומי טונגסטן חופשיים במצב הקרקע שלהם - תצורת האנרגיה הנמוכה ביותר - יש תת מעטפת 4f מלאה לחלוטין, ארבעה אלקטרונים בתת מעטפת 5d ושני אלקטרונים בתת מעטפת 6s. ניתן לקצר תצורת אלקטרונים זו באופן הבא: 5d4 6s2. בקריסטל, לעומת זאת, תצורת מצב הקרקע כוללת למעשה חמישה אלקטרונים בתת-מעטפת 5d ורק אלקטרון אחד בתת-מעטפת ה- 6s. האורביטלים החמישים יכולים להשתתף בקשרים חזקים מסוג קוולנטי, כאשר האלקטרונים מתחלקים בין האטומים, אך האלקטרונים נותרים מקומיים - מוגבלים לאטום אליו הם שייכים או לאזורים בין שכנות אטומים.

לעומת זאת, האלקטרונים s הופכים לדה לוקליזציה הרבה יותר, עד לנקודה שבה אתה יכול לחשוב עליהם כעל ים אלקטרונים המפוזר ברחבי המתכת. אלקטרונים אלה אינם מוגבלים לאף אטום טונגסטן אחד אלא הם משותפים בין רבים מהם. במובן זה, גוש מתכת הטונגסטן דומה למולקולה גדולה מאוד; שילוב האורביטלים מאטומי טונגסטן רבים יוצר רמות אנרגיה רבות שזמינות לכיבוש האלקטרונים. צורה זו של מליטה נקראת מליטה מטאלית.

מליטה מתכתית מסייעת בהסבר תכונותיהן של מתכות כמו טונגסטן. אטומי המתכת אינם מוגבלים במסגרת נוקשה כמו האטומים שבגביש יהלום, ולכן טונגסטן טהור הוא, כמו מתכות אחרות, גמיש וגמיש. האלקטרונים המוקדים עוזרים להחזיק את כל אטומי הטונגסטן יחד. טונגסטן נמצא בכמה מבנים שונים: אלפא, בטא וטונגסטן גמא. אלפא הוא היציב ביותר מבין אלה, וכאשר הוא מחומם, מבנה הבטא הופך למבנה האלפא.

טונגסטן יכול ליצור תרכובות ומתחמי תיאום עם אלמנטים וליגנדים שאינם מתכתיים. הקשרים בתרכובות אלה הם קוולנטיים, כלומר אלקטרונים משותפים בין אטומים. מצב החמצון שלו - המטען שהיה לו אם כל הקשרים שיצר היו יוניים לחלוטין - בתרכובות אלה יכול לנוע בין -2 ל +6. זה מחומצן בקלות בטמפרטורות גבוהות, ולכן נורות ליבון מלאות תמיד בגז אינרטי, אחרת נימת הטונגסטן תגיב עם האוויר.