Вольфрам - 74-й элемент периодической таблицы Менделеева и представляет собой плотный серый металл с очень высокой температурой плавления. Он наиболее известен тем, что используется в нити накаливания ламп накаливания, но наиболее широко он используется в производстве карбидов вольфрама, а также в ряде других областей применения. Связи, которые удерживают атомы вместе в элементарной форме, являются примером металлической связи.
Электронная конфигурация
Электроны вокруг атомов занимают области пространства, называемые орбиталями; Расположение электронов на разных орбиталях атома называется электронной конфигурацией. Свободные атомы вольфрама в их основном состоянии - конфигурации с наименьшей энергией - имеют полностью заполненную подоболочку 4f, четыре электрона в подоболочке 5d и два электрона в подоболочке 6s. Эта электронная конфигурация может быть сокращена следующим образом: 5d4 6s2. В кристалле, однако, конфигурация основного состояния фактически включает пять электронов в суб-оболочке 5d и только один электрон в суб-оболочке 6s. 5d-орбитали могут участвовать в прочных связях ковалентного типа, где электроны распределяются между атомами, но электроны остаются локализованными - ограниченными атомом, которому они принадлежат, или областями между соседними атомы.
Металлическое соединение
Напротив, s-электроны становятся гораздо более делокализованными до такой степени, что вы можете думать о них как о море электронов, разбросанных по металлу. Эти электроны не ограничены каким-либо одним атомом вольфрама, но используются многими из них. В этом смысле блок металлического вольфрама немного похож на очень большую молекулу; Комбинация орбиталей многих атомов вольфрама создает множество близко расположенных энергетических уровней, которые могут занять электроны. Эта форма соединения называется металлической связкой.
Состав
Металлическое соединение помогает объяснить свойства металлов, таких как вольфрам. Атомы металла не скованы жесткой структурой, как атомы в кристалле алмаза, поэтому чистый вольфрам, как и другие металлы, податлив и пластичен. Делокализованные электроны помогают удерживать вместе все атомы вольфрама. Вольфрам находится в нескольких различных структурах: альфа, бета и гамма вольфрам. Альфа - самый стабильный из них, и при нагревании бета-структура превращается в альфа-структуру.
Соединения вольфрама
Вольфрам может образовывать соединения и координационные комплексы с различными неметаллическими элементами и лигандами. Связи в этих соединениях ковалентны, что означает, что электроны распределяются между атомами. Его степень окисления - заряд, который он имел бы, если бы все образованные связи были полностью ионными, - в этих соединениях может находиться в диапазоне от -2 до +6. Он легко окисляется при высоких температурах, поэтому лампы накаливания всегда заполнены инертным газом, иначе вольфрамовая нить будет реагировать с воздухом.
