टंगस्टन

टंगस्टन: (वुल्फ्रॅम). धातुरूप मूलद्रव्य. चिन्ह W. अणुक्रमांक (अणुकेंद्रातील प्रोटॉनांची संख्या) ७४ अणुभार १८३·९२ ⇨ आवर्त सारणीतील सहाव्या गटाच्या अ विभागात स्थान, वर्ण पांढरा-करडा शरीरकेंद्रित समघनी रचना [⟶ स्फटिकविज्ञान] विद्युत् विन्यास (अणूमधील इलेक्ट्रॉनांची मांडणी) २, ८, १८, ३२, १२, २ घनता २०º से. तापमानास १९·३ ग्रॅ./सेंमी.^३ वितळबिंदू ३,३८०º से. (हा इतर कोणत्याही धातूपेक्षा जास्त आहे) उकळबिंदू ५,४००º से., नैसर्गिक समस्थानिकांचे (अणुक्रमांक तोच पण भिन्न अणुभार असलेल्या त्याच मूलद्रव्याच्या प्रकारांचे) अणुभार व त्यांचे शेकडा प्रमाण १८० (०·२), १८२ (२५·८), १८३ (१४·२), १८४ (३०·६) व १८६ (२९·२) तापमान २०º से. असता विशिष्ट उष्णता (१º से. तापमान वाढविण्यासाठी लागणारी उष्णता) ०·०३२ कॅ./ग्रॅ. वितळबिंदूजवळील सुप्त उष्णता ४५ कॅ./ग्रॅ. बाष्पीभवन सुप्त उष्णता १,१८० कॅ./ग्रॅ. विद्युत् रोधकता २०º से. तापमान असता ५·६ मायक्रोओहम/सेंमी. उच्च तापमानास तार वाढता येते (तन्य) व ठोकून पत्रा तयार करता येतो पृथ्वीच्या कवचातील प्रमाण सु. ०·०००१५% (दशलक्ष भागांत १·५ भाग).

इतिहास व उपस्थिती : टंगस्टनाच्या शोधाचे श्रेय डब्ल्यू. ए. शेले यांच्याकडे जाते. १७८१ साली त्यांनी कॅल्शियम टंगस्टेट (CaWO₄) याखनिजापासून अम्लीय पिवळ्या रंगाचे वुल्फ्रॅम ट्राय-ऑक्साइड बनविले. हे खनिज कॅल्शियम ऑक्साइड व एक अज्ञात अम्ल यांचे संयुग आहे, असे त्यांनी प्रतिपादन केले व या अम्लाला त्यांनी टंगस्टिक अम्ल असे नाव दिले. टंगस्टन या शब्दाचा अर्थ जड दगड असा आहे. या खनिजाला आता शीलाइट असे नाव आहे.नंतर १७८३ साली जे. जे व एफ्. देलूयार या बंधुद्वयानी वुल्फ्रॅमाइट या खनिजापासून ते मिळविले आणि त्याला वुल्फ्रॅम असे नाव दिले. शीलाइटाखेरीज वुल्फ्रॅमाइट (FeWO₄)अथवा फेरबेराइट, ह्युब्नेराइट (MnWO₄), स्टोल्झाइट (PbWO₄), टंगस्टेनाइट (WS₂), क्युप्रोटंगस्टाइट [(Ca, Cu) WO₄] आणि वुल्फ्रॅम ओकर (WO₃) ही टंगस्टनाची धातुके (कच्च्या स्वरूपातील धातू) आहेत. यांपैकी शीलाइट आणि वुल्फ्रॅमाइट हीच आर्थिक दृष्ट्या महत्त्वाची आहेत.

इंटरनॅशनल युनियन ऑफ प्युअर अँड ॲप्लाइड केमिस्ट्री या संस्थेने टंगस्टनाला वुल्फ्रॅम हे पर्यायी नाव सुचविले होते. इतर यूरोपीय देशांनी हे नाव स्वीकारले असले, तरी ब्रिटन आणि अमेरिकेची संयुक्त संस्थाने यांनी त्याला मान्यता दिली नाही. ते देश टंगस्टन हे जुने नावच वापरतात. चीन, ब्रह्मदेश, अमेरिकेची संयुक्त संस्थने, बोलिव्हिया, पोर्तुगाल व कोरिया या देशांत टंगस्टनाची धातुके आढळतात.

धातुनिर्मिती : शीलाइटचे अथवा वुल्फ्रॅमाइटाचे चूर्ण संहत (प्रमाण जास्त असलेल्या) हायड्रोक्लोरिक अम्लाबरोबर उकळून व त्यात थोडे संहत नायट्रिक अम्ल मिसळून वुल्फ्रॅम ट्राय-ऑक्साइडाचा (WO₃) पिवळा साका मिळवता येतो. नंतर तो अमोनियात विरघळवून अमोनियम पॅरा टंगस्टेटाचे स्फटिक मिळतात. अमोनियम पॅरा टंगस्टेट हवेत तापवून टंगस्टन धातू मिळते.

दुसऱ्या एका पद्धतीत धातुक प्रथम कुटून, दळून, चुंबकीय अथवा गुरुत्वाकर्षण पद्धतीने त्यांच्यातील धातुसंहती ६० ते ७० टक्क्यांपर्यंत वाढवली जाते. अशा रीतीने संहत केलेले वुल्फ्रॅमाइट व सोडियम कार्बोनेट यांचे मिश्रण ९००º ते १,०००º से. तापमानापर्यंत तापवून सोडियम टंगस्टेट बनवितात. सोडियम कार्बोनेटाऐवजी दाहक (कॉस्टिक) सोडा वापरून ही सोडियम टंगस्टेट मिळविता येते. लोह वा मँगॅनिजासारख्या इतर धातू मळीत निघून जातात. पॅरा टंगस्टेटाचे स्फटिक ४००º ते ५००º से.पर्यंत तापवून शुद्ध टंगस्टिक ऑक्साइड बनविता येते. हायड्रोजन वायूच्या प्रवाहात ८००º ते १,०००º से. तापमान राखून टंगस्टनाची शुद्ध पूड मिळू शकते. क्षपण क्रियेवर (ऑक्साइडातील ऑक्सिजन काढून टाकण्याच्या क्रियेवर) नियत्रंण ठेवून ०·५ ते २·५ मायक्रॉन (१ मायक्रॉन =१०^-३ मिमी.) आकार असलेल्या धातुकणांचे चूर्ण मिळवता येते. इतकेच नव्हे, तर याहूनही जाड भुकटी मिळविता येते.

टंगस्टन सरळ तापवून वितळणे कठीण असते. इलेक्ट्रॉन शलाकेने अथवा विद्युत् प्रज्योतीने ते वितळविता येते. टंगस्टन चूर्ण प्रथम हायड्रोजन भट्टीत १,२००º ते १,३००º से.पर्यंत तापवून ते ठशात घालून त्यावर दर चौ. सेंमी.ला १६० किग्रॅ. इतका दाब देऊन त्याच्या विटा बनविता येतात.

रासायनिक गुणधर्म : सापेक्षतः टंगस्टन निष्क्रिय आहे. त्यावर सामान्य अम्ले, क्षार (अल्कली) किंवा अम्लराज (एक भाग नायट्रिक अम्ल व तीन भाग हायड्रोक्लोरिक अम्ल यांचे मिश्रण) यांचा परिणाम होत नाही. परंतु संहत नायट्रीक व हायड्रोफ्ल्युओरिक अम्लांच्या मिश्रणाचा त्यावर परिणाम होतो. सोडियम नायट्राइटांसारखे वितळलेले ऑक्सिडीकारक [⟶ ऑक्सिडीभवन] टंगस्टनावर चटकन विक्रिया करतात. त्याचे ऑक्सिडीकरण कोठी तापमानास (सर्वसामान्य तापमानास) होत नाही पण धातू लाल झालेली असता विक्रिया लवकर होते. क्लोरीन, ब्रोमीन, आयोडीन, कार्बन डाय-व मोनो-ऑक्साइडे, तसेच गंधक यांच्या विक्रिया उच्च तापमानास होतात. उच्च तापमान असता कार्बन, बोरॉन, सिलिकॉन व नायट्रोजन यांची टंगस्टनाबरोबर संयुगे बनतात पण हायड्रोजनाबरोबर टंगस्टनाची संयुगे बनत नाहीत.

संयुगे : टंगस्टनाची ऑक्सिडीकरण अवस्था २+ पासून ६+ पर्यंत [⟶ ऑक्सिडीभवन] असू शकते. जास्त ऑक्सिडीकरण क्रमांक असलेली संयुगे अधिक स्थिर असतात. आवर्त सारणीतील सहाव्या गटातील अ विभागात असलेल्या क्रोमियम आणि मॉलिब्डेनम यांप्रमाणेच टंगस्टनाचे रासायनिक गुणधर्म आहेत. जलविद्रावात टंगस्टनाचे जटिल आयन (विद्युत् भारित अणुगट) निर्माण करण्याच्या प्रवृत्तीमुळे त्या विक्रिया थोड्या गुंतागुंतीच्या असतात.

ऑक्साइडे : टंगस्टनाची निश्चित आणि स्थिर अशी तीन परिचित ऑक्साइडे आहेत. यांशिवाय इतर कित्येक ऑक्साइडे असल्याची वर्णने प्रसिद्ध झाली आहेत परंतु त्यांचे अस्तित्व निश्चित ठरलेले नाही.

टंगस्टन डाय-ऑक्साइड : (WO₂). तपकिरी,चतुष्कोणीय स्फटिक. घनता १२·११ आकारहीन तपकिरी पुडीच्या स्वरूपातही हे ऑक्साइड आढळते व अशा पुडीच्या स्वरूपात ते आपोआप पेट घेते आणि तिचे WO₃ तयार होते.

डायटंगस्टन पेंटॉक्साइड : (टंगस्टनाचे निळे ऑक्साइड, W₂O₅)तापविल्यावर ८००^० से. तापमानाला याचे संप्लवन (द्रवरूप न होता एकदम वायुरूप होण्याची क्रिया) होते. याचे हायड्रोजनने क्षपण करून टंगस्टन डाय-ऑक्साइड किंवा टंगस्टन धातू सहज मिळविता येते.

टंगस्टन ट्राय-ऑक्साइड : (टंगस्टिक ऑक्साइड, WO₃). सामान्यतः पिवळ्या पुडीच्या स्वरूपात असते. पुडीची घनता ७·१६ ते १,४७३º से. ह्या तापमानाला थोडे संप्लवन होऊन वितळते. ऑक्साइडांपैकी हे सर्वांत प्रमुख असून टंगस्टनाची पूड मिळविण्यासाठी सामान्यतः याचाच उपयोग केला जातो. १,०५०º से. पेक्षा अधिक तापमान असलेल्या कार्बनाने क्षपण केल्यावर टंगस्टन डाय-ऑक्साइडापासून निवळ धातू तयार होते. ते पाण्यात व अम्ल विद्रावात विरघळत नाही, पण क्षाराच्या प्रबल विद्रावात टंगस्टेटे तयार होतात.

अम्‍ले : टंगस्टिक ऑक्साइडाच्या अनेक अम्‍लांची वर्णने केलेली आढळतात पण त्यांपैकी निश्चित व परिचित अशी तीन अम्ले आहेत. ती म्हणजे (१) टंगस्टिक अम्ल, H₂WO₄(२) त्याचे हायड्रेट H₂WO₄·H₂O आणि (३) मेटाटंगस्टिक अम्ल, H₈W₁₂O₄₀·xH₂O.

लवणे : M₂WO₄·xH₂O असे टंगस्टेटाचे सामान्य सूत्र असते. क्षार धातू (लिथियम, सोडियम, पोटॅशियम इ.) व मॅग्नेशियम यांची टंगस्टेटे पाण्यात विरघळतात पण इतर विरघळत नाहीत. कॅल्शियम, बेरियम व मॅग्नेशियम यांच्या टंगस्टेटांचा अनुस्फुरक (विशिष्ट तरंगलांबीच्या प्रारणाचे शोषण करून जास्त तरंगलांबीच्या प्रकाशाचे उत्सर्जन करणारी) द्रव्ये म्हणून ⇨ऋण किरण नलिकेत उपयोग करतात.

मेटा टंगस्टेटे : 3M₂O·12WO₃·xH₂O असे यांचे सूत्र असून ती पाण्यात विरघळतात.

पॅरा टंगस्टेटे : सामान्यतः 5M₂O·12WO₃·xH₂O असे यांचे सूत्र असते.

हॅलाइडे : ३, ४, ५ व ६ संयुजा असणारी हॅलाइडे माहित आहेत. हवेत किंवा पाण्याच्या वाफेत अस्थिर असणे, हे त्यांचे सामान्यतः आढळणारे गुणधर्म होत. बाष्पनशील असल्यामुळे त्यांचा विशेषतः हेक्झॅक्लोराइडाचा WCl₆ उपयोग हीन धातूंवरटंगस्टनाचा मुलामा देण्यासाठी होतो. WCl₄, WCl₅, WBr₄, WBr₅, WBr₂, WI,WI₂, WF₆, WF₂ इ. इतर हॅलाइडे होत.

कार्बाइडे : टंगस्टनाच्या कार्बाइडांपैकी प्रमुख म्हणजे टंगस्टन कार्बाइड WC व डायटंगस्टन कार्बाइड W₂C ही होत. टंगस्टन व कार्बन (काजळी) यांचे मिश्रण १,५००º–१,६००º से. इतके तापवून ती करड्या पुडीच्या स्वरूपात तयार करतात. त्यांच्या पुडीचा कठीणपणा जवळजवळ हिऱ्याइतका असतो. कार्बाइडाच्या पुडीत संयोजक म्हणून कोबाल्टाचे चूर्ण मिसळून व उष्णता देऊन तिला विविध आकार देता येतात. या संयोजित कार्बाइडाचा तारा ओढावयाच्या मुद्रा, लेथ, खडकाला छिद्रे पाडावयाची हत्यारे, करवती इ. अनेक कापावयाच्या यांत्रिक हत्यारांत मोठ्या प्रमाणावर उपयोग होतो. [⟶ कार्बाइडे].

इतर संयुगांपैकी महत्त्वाची म्हणजे टंगस्टन हेक्झॅकार्बोनिल W(CO)6 नायट्राइडे W₂N₃, WN₂, W₂N बोराइडे WB₂, WB, W₂B फॉस्फाइडे WP₂, W₂P, WP सिलिसाइडे WSi₂, W₂Si, WSi₃ अमोनियम थायोटंगस्टेट (NH₄)₂ WS₄ इ. होत. 

उपयोग : तापून लाल झाले असतानाही टंगस्टनमिश्रित पोलादाचा कठीणपणा टिकून राहतो म्हणून अतिवेगने फिरणाऱ्या यंत्रातील कापणाऱ्या हत्यारांचे अग्रभाग करण्यासाठी टंगस्टनमिश्रित पोलादाचा उपयोग केला जातो. त्याच्यांत १५–२० टक्के टंगस्टन व थोडे क्रोमियम मिसळलेले असते. विजेच्या दिव्यातील तंतूसारखी तार टंगस्टनाची असते. दर वर्षी उत्पादन करण्यात येणाऱ्या टंगस्टन धातूपैकी सु. २ टक्क्यांपेक्षा कमी इतकीच धातू विजेच्या दिव्यातील तापदीप्त तारेसाठी खर्ची पडते. परंतु ती अत्यावश्यक असते व टंगस्टनापासून काढलेल्या तारेऐवजी वापरता येईल अशा इतर कोणत्याही पदार्थाचा शोध अद्याप लागलेला नाही. विद्युत् व इलेक्ट्रॉनीय उपकरणे, क्ष-किरण नलिका इ. उपकरणांत शुद्ध टंगस्टन धातू वापरतात. वस्त्रांना लावावयाचे ज्वालारोधक द्रव्य, शाईतील रंगद्रव्ये तसेच काच, मृत्तिका पदार्थ, कातडी कमाविणे यांत टंगस्टनाची संयुगे वापरली जातात. अलीकडच्या काळात रॉकेटांच्या व क्षेपणास्त्रांच्या प्रोथांच्या (ज्यांतून अत्युष्ण जळालेले इंधन वायू बाहेर पडतात अशा भागांच्या) गळ्यांकरिता टंगस्टनाचा विविध रूपांत उपयोग करतात. टंगस्टनाच्या एकूण उत्पादनापैकी ४०–५० टक्के टंगस्टन लोही मिश्रधातू बनविण्यासाठी व सु. १० टक्के लोहेतर मिश्रधातू बनविण्यासाठी वापरले जाते.

संदर्भ : 1. Li, K. C. Wang, C. Y. Tungsten, New York, 1955.

    2. Quarrel, A. G. Niobium, Tantalum, Molybdenum and Tungsten, New York, 1961.

जमदाडे, ज. वि.

“