Welk type hechting treedt op in wolfraam?

Wolfraam is het 74e element van het periodiek systeem en is een dicht grijs metaal met een zeer hoog smeltpunt. Het is vooral bekend om zijn gebruik in filamenten in gloeilampen, maar het grootste gebruik is bij de vervaardiging van wolfraamcarbiden, evenals een aantal andere toepassingen. De bindingen die atomen bij elkaar houden in de elementaire vorm zijn een voorbeeld van metaalbinding.

Elektronen rond atomen bezetten gebieden in de ruimte die orbitalen worden genoemd; de rangschikking van elektronen in de verschillende orbitalen van een atoom wordt de elektronenconfiguratie genoemd. Vrije wolfraamatomen in hun grondtoestand - laagste energieconfiguratie - hebben een volledig gevulde 4f-subschil, vier elektronen in de 5d-subschil en twee elektronen in de 6s-subschil. Deze elektronenconfiguratie kan als volgt worden afgekort: 5d4 6s2. In het kristal bevat de grondtoestandconfiguratie echter vijf elektronen in de 5d-subschil en slechts één elektron in de 6s-subschil. De 5d-orbitalen kunnen deelnemen aan sterke bindingen van het covalente type, waarbij elektronen worden gedeeld tussen atomen, maar de elektronen blijven gelokaliseerd - beperkt tot het atoom waartoe ze behoren of tot regio's tussen aangrenzende atomen.

De s-elektronen daarentegen worden veel meer gedelokaliseerd, tot het punt waarop je ze kunt zien als een zee van elektronen die door het metaal is verspreid. Deze elektronen zijn niet beperkt tot één wolfraamatoom, maar worden door veel ervan gedeeld. In die zin lijkt het blok wolfraammetaal een beetje op een heel groot molecuul; de combinatie van orbitalen van veel wolfraamatomen creëert veel dicht bij elkaar gelegen energieniveaus die beschikbaar zijn voor elektronen om te bezetten. Deze vorm van verlijmen wordt metaalverlijming genoemd.

Metaalbinding helpt de eigenschappen van metalen zoals wolfraam te verklaren. De metaalatomen zijn niet opgesloten in een rigide raamwerk zoals de atomen in een diamantkristal, dus puur wolfraam is, net als andere metalen, kneedbaar en ductiel. De gedelokaliseerde elektronen helpen om alle wolfraamatomen bij elkaar te houden. Wolfraam komt voor in verschillende structuren: alfa-, bèta- en gammawolfraam. Alfa is de meest stabiele hiervan, en bij verhitting wordt de bètastructuur omgezet in de alfastructuur.

Wolfraam kan verbindingen en coördinatiecomplexen vormen met verschillende niet-metalen elementen en liganden. De bindingen in deze verbindingen zijn covalent, wat betekent dat elektronen worden gedeeld tussen atomen. De oxidatietoestand - de lading die het zou hebben als alle gevormde bindingen volledig ionisch waren - in deze verbindingen kan variëren van -2 tot +6. Het wordt gemakkelijk geoxideerd bij hoge temperaturen, daarom zijn gloeilampen altijd gevuld met een inert gas, anders zou de wolfraamgloeidraad reageren met de lucht.