Il punto di ebollizione del tungsteno è 10.030 F e altri fatti folli

Jun 03, 2023

Proiettili perforanti, ugelli per motori a razzo e punte da trapano per tagliare la roccia solida sono solo alcuni dei prodotti realizzati con il tungsteno, uno degli elementi più duri e resistenti al calore dell'universo.

Il tungsteno, come la maggior parte degli altri elementi metallici, non si trova in natura come un pezzo di metallo lucido. Deve essere isolato chimicamente da altri composti, in questo caso il minerale naturale wolframite. Ecco perché il simbolo del tungsteno sulla tavola periodica non è T ma W, che è l'abbreviazione di "wolfram". Il nome tungsteno in svedese significa "pietra pesante", in riferimento alla straordinaria densità e al peso dell'elemento. Il suo numero atomico (il numero di protoni nel nucleo del suo atomo) è 74 e il suo peso atomico (media ponderata dei suoi isotopi presenti in natura) è 183,84.

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Una coppia di chimici (e fratelli) spagnoli, Juan José e Fausto Elhuyar, hanno il merito di aver scoperto il tungsteno nel 1783 quando isolarono per la prima volta il metallo bianco-grigiastro dalla wolframite.

Una delle proprietà più impressionanti e utili del tungsteno è il suo alto punto di fusione, il più alto di tutti gli elementi metallici. Il tungsteno puro si scioglie a ben 6.192 gradi F (3.422 gradi C) e non bollirà finché la temperatura non raggiunge 10.030 F (5.555 C), che è la stessa temperatura della fotosfera del sole.

Il ferro, per fare un confronto, ha un punto di fusione di 2.800 gradi F (1.538 gradi C) e l'oro diventa liquido a soli 1.947,52 gradi F (1.064,18 gradi C).

Tutti i metalli hanno punti di fusione relativamente alti perché i loro atomi sono tenuti insieme da stretti legami metallici, afferma John Newsam, un chimico e scienziato dei materiali che abbiamo contattato tramite l'American Chemical Society. I legami metallici sono così forti perché condividono gli elettroni attraverso un'intera schiera tridimensionale di atomi. Newsam afferma che il tungsteno sopravvive agli altri metalli grazie alla forza e alla direzionalità insolite dei suoi legami metallici.

"Perché è importante?" chiede Newsam. "Pensa a Edison che lavorava sui filamenti per la lampadina a incandescenza. Aveva bisogno di un materiale che non solo emettesse luce ma che non si sciogliesse a causa del calore."

Edison ha sperimentato molti materiali diversi per filamenti, tra cui platino, iridio e bambù, ma è stato un altro inventore americano, William Coolidge, a cui è attribuita la realizzazione dei filamenti di tungsteno utilizzati nella maggior parte delle lampadine nel corso del 20° secolo.

L'alto punto di fusione del tungsteno presenta altri vantaggi, come quando viene miscelato come lega con materiali come l'acciaio. Le leghe di tungsteno sono placcate su sezioni di razzi e missili che devono resistere a un calore tremendo, compresi gli ugelli del motore che espellono flussi esplosivi di carburante per missili.

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La densità dei diversi elementi riflette la dimensione degli atomi che li compongono. Più si scende nella tavola periodica, più gli atomi sono grandi e pesanti.

"Gli elementi più pesanti, come il tungsteno, hanno più protoni e neutroni nel nucleo e più elettroni in orbita attorno al nucleo", afferma Newsam. "Ciò significa che il peso di un atomo aumenta in modo significativo man mano che si scende lungo la tavola periodica."

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In termini pratici, se tenessi un pezzo di tungsteno in una mano e tenessi lo stesso volume di argento o ferro nell'altra, il tungsteno sembrerebbe molto più pesante. Nello specifico, la densità del tungsteno è di 19,3 grammi per centimetro cubo. L'argento, in confronto, ha una densità pari a circa la metà del tungsteno (10,5 g/cm3), mentre il ferro è quasi un terzo più denso (7,9 g/cm3).

Il peso ad alta densità del tungsteno può rappresentare un vantaggio in alcune applicazioni. Viene spesso utilizzato nei proiettili perforanti, ad esempio, per la sua densità e durezza. L'esercito utilizza il tungsteno anche per realizzare le cosiddette armi da "bombardamento cinetico" che sparano una bacchetta di tungsteno come un ariete in volo per sfondare i muri e l'armatura dei carri armati.

Durante la Guerra Fredda, l'Air Force avrebbe sperimentato un'idea chiamata Progetto Thor che avrebbe lanciato un fascio di barre di tungsteno di 20 piedi (6 metri) dall'orbita su obiettivi nemici. Queste cosiddette “barre provenienti da Dio” avrebbero avuto un impatto con la forza distruttiva di un’arma nucleare, ma senza ricadute nucleari. Si è scoperto che il costo del lancio delle pesanti aste nello spazio era proibitivo.