物理 [元素周期表] 钨
钨 (Tungsten)
基本信息
元素符号: W
原子序数: 74
原子量: 183.84
位置: 位于元素周期表第六周期，第6族（VIB族），属于过渡金属，位于钽和铼之间。
电子构型: [Xe] 4f¹⁴ 5d⁴ 6s²
原子结构
电子特征: 4f轨道全满，5d轨道四个电子，6s轨道满电子。常见氧化态为+6、+5、+4，其中+6最稳定。
天然同位素: 由¹⁸⁰W、¹⁸²W、¹⁸³W、¹⁸⁴W、¹⁸⁶W五种稳定同位素组成，其中¹⁸⁴W丰度最高（约30.6%）。
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物理性质
外观: 钢灰色至银白色金属，具有金属光泽。
密度: 19.25 g/cm³，属于高密度金属。
熔点与沸点: 熔点3422°C，沸点5555°C，是所有金属中熔点最高的元素。
硬度: 纯钨质地较硬且脆，常温下不易加工；高温下可塑性改善。
机械性能: 具有极高的抗拉强度和弹性模量，是强度最高的金属之一。
导电导热性: 具有良好的导电和导热性能。
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化学性质
常温稳定性: 常温下在空气中稳定，表面形成致密氧化膜。
高温氧化: 加热至400°C以上时氧化膜失效，金属迅速氧化生成三氧化钨（WO₃，黄色粉末）。
耐蚀性: 对大多数无机酸（盐酸、硫酸、硝酸）具有优异的抗腐蚀能力。可被氢氟酸和硝酸的混合液腐蚀。
碱反应: 与熔融碱反应生成钨酸盐。
化合物特征: 三氧化钨（WO₃）是最重要的氧化物，呈黄色，具有光催化和电致变色特性。碳化钨（WC）是超硬材料，硬度接近金刚石。钨酸钠（Na₂WO₄）是可溶性钨盐。
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存在与制备
自然丰度: 地壳中丰度约1.25 ppm，属于稀有金属。
主要矿石:
- 黑钨矿（(Fe,Mn)WO₄）: 钨的主要工业矿物。
- 白钨矿（CaWO₄）: 钨的重要工业矿物。
制备方法: 矿石经破碎、选矿富集→碱分解或酸分解→浸出得钨酸钠溶液→离子交换或溶剂萃取提纯→蒸发结晶得钨酸铵→煅烧得三氧化钨→氢还原得金属钨粉→粉末冶金或电弧熔炼成型。
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安全与环境
低毒性: 金属钨及其难溶性化合物化学惰性，毒性较低。可溶性钨酸盐（如钨酸钠）对皮肤和眼睛有轻度刺激性。
粉尘危害: 金属钨粉在空气中可能形成可燃粉尘，遇火源有燃烧风险。加工过程中需控制粉尘浓度。
环境行为: 钨在环境中主要以难溶氧化物或钨酸盐形式存在，迁移性较低。钨矿开采和冶炼过程需注意废水和废渣管理。
高温操作安全: 钨的高温熔炼和加工需在真空或惰性气体保护下进行，避免与空气接触发生剧烈氧化。