タングステンの沸点は10,030°Fとその他の驚くべき事実

May 28, 2023

装甲を貫通する弾丸、ロケット エンジンのノズル、固い岩石を切断するためのドリルビットは、宇宙で最も硬く、最も耐熱性の高い元素の 1 つであるタングステンで作られた製品のほんの一部です。

タングステンは、他のほとんどの金属元素と同様に、自然界には光沢のある金属の塊として存在しません。 他の化合物、この場合は天然鉱物の鉄マンガン石から化学的に分離する必要があります。 周期表上のタングステンの記号が T ではなく、「ウルフラム」の略称である W であるのはそのためです。 タングステンという名前はスウェーデン語で「重い石」を意味し、この元素の驚異的な密度と重さを表現しています。 その原子番号 (原子核内の陽子の数) は 74、原子量 (天然に存在する同位体の加重平均) は 183.84 です。

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スペインの化学者 2 人（および兄弟）、フアン ホセとファウスト エルホヤルは、1783 年に鉄マンガン石から灰白色の金属を初めて分離し、タングステンを発見したとされています。

タングステンの最も印象的で有用な特性の 1 つは、すべての金属元素の中で最も高い融点である高い融点です。 純粋なタングステンは、なんと 6,192 度 (3,422 度) で溶け、太陽の光球と同じ温度である 10,030 度 (5,555 度) に達するまで沸騰しません。

比較のために、鉄の融点は 2,800 °F (1,538 °C) ですが、金はわずか 1,947.52 °F (1,064.18 °C) で液体になります。

私たちが米国化学会を通じて連絡を取った化学者で材料科学者のジョン・ニューサム氏によると、すべての金属は、原子が強い金属結合で結合しているため、比較的高い融点を持っています。 金属結合は原子の三次元配列全体にわたって電子を共有するため、非常に強力です。 ニューサム氏は、タングステンはその金属結合の異常な強度と方向性により、他の金属よりも長持ちすると述べています。

「なぜそれが重要なのですか？」 ニューサムは尋ねる。 「エジソンが白熱電球のフィラメントを開発していたことを思い出してください。彼は光を発するだけでなく、熱で溶けない材料を必要としていました。」

エジソンは、プラチナ、イリジウム、竹など、さまざまなフィラメント素材を実験しましたが、20 世紀を通じてほとんどの電球に使用されたタングステン フィラメントを製造したのは、もう一人のアメリカ人発明家ウィリアム クーリッジでした。

タングステンの融点が高いことには、合金として鋼などの材料と混合する場合など、他の利点もあります。 タングステン合金は、ロケット燃料の爆発的な流れを噴射するエンジン ノズルを含む、ロケットやミサイルの高熱に耐える必要がある部分にメッキされています。

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さまざまな元素の密度は、その構成原子のサイズを反映しています。 周期表の下に行くほど、原子は大きくなり、重くなります。

「タングステンのような重い元素は、原子核内に多くの陽子と中性子を持ち、原子核の周りの軌道に多くの電子を持っています」とニューサム氏は言う。 「つまり、周期表の下に行くにつれて、1 つの原子の重さが大幅に増加するということです。」

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実際には、片手にタングステンの塊を持ち、もう一方の手で同じ体積の銀または鉄を持った場合、タングステンの方がずっと重く感じられます。 具体的には、タングステンの密度は 19.3 グラム/立方センチメートルです。 比較すると、銀の密度はタングステンの約半分 (10.5 g/cm3)、鉄の密度はほぼ 3 分の 1 (7.9 g/cm3) です。

タングステンの高密度の重量は、特定の用途では利点となる場合があります。 密度と硬度により、例えば徹甲弾によく使用されます。 軍はまた、タングステンを使用して、空挺破城槌のようにタングステンの棒を発射して壁や戦車の装甲を打ち破る、いわゆる「動的爆撃」兵器を製造しています。

冷戦中、空軍は軌道上から敵目標に長さ6メートルのタングステン棒の束を投下するプロジェクト・ソーと呼ばれるアイデアを実験したと言われている。 これらのいわゆる「神からの棒」は、核の放射性降下物がなければ、核兵器の破壊力で衝撃を与えたでしょう。 重い棒をロケットで宇宙に打ち上げる費用は法外に高額だったことが判明した。