Volfram är det 74: e elementet i det periodiska systemet och är en tät grå metall med mycket hög smältpunkt. Det är mest känt för sin användning i glödtrådar i glödlampor, men dess största användning är vid tillverkning av volframkarbider samt ett antal andra applikationer. Bindningarna som håller atomer tillsammans i elementform är ett exempel på metallbindning.
Elektronkonfiguration
Elektroner runt atomer upptar områden i rymden som kallas orbitaler; arrangemanget av elektroner i en atoms olika orbitaler kallas elektronkonfigurationen. Fria volframatomer i deras marktillstånd - lägsta energikonfiguration - har ett helt fyllt 4f-underskal, fyra elektroner i 5d-underskalet och två elektroner i 6s-underskalet. Denna elektronkonfiguration kan förkortas enligt följande: 5d4 6s2. I kristallen har dock marktillståndskonfigurationen faktiskt fem elektroner i 5d-underhöljet och endast en elektron i 6s-underhöljet. 5d-orbitalerna kan delta i starka kovalenta bindningar, där elektroner delas mellan atomer, men elektronerna förblir lokaliserade - begränsade till atomen till vilken de tillhör eller till regioner mellan angränsande atomer.
Metallisk bindning
S-elektronerna blir däremot mycket mer avlokaliserade, till den punkt där du kan tänka på dem som ett hav av elektroner som sprids över hela metallen. Dessa elektroner är inte begränsade till någon volframatom utan delas mellan många av dem. I denna mening är blocket av volframmetall lite som en mycket stor molekyl; kombinationen av orbitaler från många volframatomer skapar många energinivåer som är nära varandra tillgängliga för elektroner att ockupera. Denna form av bindning kallas metallbindning.
Strukturera
Metallbindning hjälper till att förklara egenskaperna hos metaller som volfram. Metallatomerna är inte begränsade i ett styvt ramverk som atomerna i en diamantkristall, så ren volfram är, liksom andra metaller, formbar och duktil. De avlokaliserade elektronerna hjälper till att hålla ihop alla volframatomer. Volfram finns i flera olika strukturer: alfa, beta och gammavolfram. Alpha är den mest stabila av dessa, och när den upphettas omvandlas beta-strukturen till alfastrukturen.
Volframföreningar
Volfram kan bilda föreningar och koordinationskomplex med olika icke-metalliska element och ligander. Bindningarna i dessa föreningar är kovalenta, vilket innebär att elektroner delas mellan atomer. Dess oxidationstillstånd - den laddning det skulle ha om alla bindningar det bildade var helt joniska - i dessa föreningar kan variera från -2 till +6. Det oxideras lätt vid höga temperaturer, varför glödlampor alltid fylls med en inert gas, annars skulle volframfilamentet reagera med luften.