Tungstênio (W): características, produção, aplicação - Brasil Escola
Tungstênio é um metal de transição que apresenta o maior ponto de fusão entre os metais. É obtido da wolframita, e é muito usado em joias e outros dispositivos.
O tungstênio, símbolo W, número atômico 74, é um metal do grupo 6 da Tabela Periódica. Sua principal característica é o fato de ser o metal com maior temperatura de fusão e o segundo elemento com maior temperatura de fusão, ficando atrás apenas do carbono. Possui coloração cinza, remetendo ao aço, é estável no ar, porém sofre combustão quando aquecido.
O tungstênio está presente em dois produtos de nosso cotidiano: as canetas esferográficas e as lâmpadas incandescentes (com filamentos). Contudo, na indústria, o tungstênio é muito utilizado na fabricação de ligas metálicas e como aditivo para o aço. Também está presente em joias e em janelas inteligentes, dispositivos que conseguem controlar a intensidade da luz solar que incide sobre um local, melhorando a eficiência energética.
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Resumo sobre tungstênio
É um metal de transição, estando no grupo 6 da Tabela Periódica, no sexto período.
É o metal com maior ponto de fusão da Tabela Periódica.
Apresenta coloração cinza e é estável no ar.
Boa parte dele é retirada da wolframita e da scheelita.
É utilizado para fabricação de lâmpadas incandescentes, canetas esferográficas, joias, vidros inteligentes, entre outros.
Massa atômica: 183,84 u.m.a
Ponto de fusão: 3422 °C
Ponto de ebulição: 5555 °C
Densidade: 19,3 g/cm³
Eletronegatividade: 2,36
Distribuição eletrônica: [Xe] 6s2 4f14 5d4
Série química: grupo 6, metal de transição, bloco d
Características do tungstênio
O tungstênio é um metal acinzentado, cuja coloração pode lembrar o aço. O que mais chama atenção é o seu altíssimo ponto de fusão, de 3422 °C, o maior entre os metais e o segundo maior da Tabela Periódica, ficando atrás apenas do carbono. Algumas propriedades e características do tungstênio muito se assemelham ao molibdênio, outro elemento do grupo 6.
Quanto à reatividade, esse metal é estável na presença do ar em temperatura ambiente, contudo, em maiores temperaturas, acaba sofrendo combustão a WO3, um dos principais compostos desse elemento. O tungstênio é facilmente oxidado por halogênios, adquirindo estados de oxidação que variam do +2 ao +6. É resistente ao ataque ácido, inclusive à água-régia, mas acaba sendo rapidamente atacado por bases fundidas na presença de agentes oxidantes.
Ocorrência e produção de tungstênio
O tungstênio é o 18º elemento mais abundante da crosta terrestre, ocorrendo principalmente nos minérios wolframita (ou volframita), (Fe, Mn)WO4, scheelita (CaWO4), ferberita (FeWO4) e hubnerita (MnWO4). Os dois primeiros, wolframita e scheelita, com altos teores de WO3, são as principais fontes desse metal no mundo todo.
A maior parte do tungstênio do planeta se localiza na China, Rússia, Vietnã, Espanha e Coreia do Norte. As reservas chinesas representam mais da metade de todo o planeta, sendo que a China é responsável por mais de 80% da produção de tungstênio no mundo. O Brasil possui reservas de wolframita nos estados do Pará, Rondônia, Rio Grande do Sul, Santa Catarina e São Paulo, e de scheelita, na região de Seridó, entre Paraíba e Rio Grande do Norte. As reservas brasileiras de tungstênio representam cerca de 1% do total mundial.
Para sua produção e obtenção, antes de mais nada, os minérios de tungstênio precisam passar por processos físicos de britagem e moagem. Depois, uma das formas de obtenção do tungstênio se dá por fusão com carbonato de sódio (Na2CO3) em alta temperatura, produzindo tungstato de sódio (Na2WO4), o qual é solúvel em água.
A adição de ácido clorídrico gera o ácido túngstico, posteriormente convertido a óxido de tungstênio VI, WO3, via calcinação (método químico em que amostras são convertidas em elevadas temperaturas). Do WO3, é possível produzir o tungstênio metálico via oxirredução com gás hidrogênio ou com carbono em alta temperatura. Por vezes, há a produção do carbeto (ou carboneto) de tungstênio, WC ou W2C, como produto final, conhecido como metal duro.
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Aplicações do tungstênio
Em termos industriais e comerciais, o carbeto de tungstênio tem ampla utilização como revestimento de ferramentas de corte e perfuração de alta velocidade, como brocas para furadeiras, uma vez que apresenta elevada dureza e alta resistência mecânica.
Carbetos de tungstênio são usados no revestimento de brocas e outros dispositivos de corte.
O tungstênio é também um bom aditivo para o aço, sendo utilizado na produção do aço rápido (8% a 20% de W) e de aços de ferramenta e estampo (5% a 18% de W). Essas modalidades de aço são usadas na fabricação de materiais de corte e lâminas resistentes à abrasão.
Mais próximo do cotidiano das sociedades, o tungstênio é um componente importante das lâmpadas incandescentes, sendo o componente principal do filamento metálico dessas lâmpadas. A utilização de tungstênio nelas decretou o fim da utilização de carbono, ósmio e tântalo como filamentos. Enquanto as lâmpadas de carbono, desenvolvidas por Thomas Edison, duravam poucas horas, as de ósmio eram muito caras e as de tântalo eram muito frágeis.
Também se utiliza tungstênio na produção de canetas esferográficas, inventadas pelo húngaro László Biró e popularizadas na Europa por Marcel Bich. Nessas canetas, a tinta é depositada no papel por meio de uma esfera rolante na ponta da caneta. Como essa esfera necessitava ser de alta dureza e densidade, o tungstênio se mostrou um excelente candidato, justamente por conter tais propriedades.
As pequenas esferas que estão na ponta das canetas esferográficas são feitas com tungstênio.
O tungstênio tem aplicação na fabricação de joias, uma vez que se apresenta como um material hipoalergênico, de densidade próxima da do ouro, sendo resistente a riscos, deformações e arranhões, além de um brilho praticamente permanente, ou seja, não necessitando de polimentos constantes. Alianças de tungstênio, por exemplo, são muito procuradas por sua boa durabilidade, aparência e dureza, além de, claro, ter um menor preço em relação às alianças de metais mais nobres.
Compostos de tungstênio estão na composição de vidros inteligentes, capazes de controlar a incidência luminosa no ambiente.
Uma utilização mais tecnológica do tungstênio está na fabricação de janelas inteligentes (smart windows), as quais possuem um filme eletrocrômico capaz de controlar a intensidade da luz e do calor incidentes sobre um ambiente, garantindo maior eficiência luminosa e energética do local. Tais dispositivos já estão aparecendo no mercado, tanto em carros quanto em imóveis em geral, e poderão ser controlados remotamente.
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História do tungstênio
O tungstênio possui uma história intrigante acerca de seu nome, ou melhor, seus nomes, uma vez que também é conhecido como wolfram, em línguas germânicas e eslavas.
Em 1783, na Espanha, os irmãos Juan José e Fausto Delhuyar foram os primeiros a isolar o tungstênio como um elemento puro, tendo como origem o mineral wolframita. Os irmãos espanhóis decidiram então chamar o novo elemento de volfrâmio (uma tradução para wolfram), por conta do minério originário. O nome volfrâmio deriva do alemão, wolf rahm, que pode ser traduzido como baba ou saliva de lobo, uma referência às perdas de estanho durante o processamento dos minérios de tungstênio.
Contudo, a decisão tomada pelos irmãos Delhuyar em nomear o novo elemento como volfrâmio gerou uma confusão, pois, dois anos antes, entre 1779 e 1781, o irlandês Peter Woulfe e o sueco Carl Wilhelm Scheele descobriram um composto ácido, hoje ácido túngstico, com base no mineral tungstenita (hoje conhecido como scheelita, CaWO4). Desse composto ácido, eles isolaram o óxido de tungstênio VI, WO3.
Embora os irmãos espanhóis estivessem à frente, até por terem conseguido isolar o metal, o novo elemento ficou conhecido mundialmente também como tungstênio, uma junção das palavras suecas tung (pesada) e sten (pedra) e fazendo referência ao metal tungstenita.
Contudo, apesar de ambos os nomes persistirem até os dias atuais, o símbolo adotado internacionalmente para o tungstênio é o W, por conta da denominação alemã wolfram. O nome tungstênio é mais comum nas línguas inglesa e de origem latina.
Exercícios sobre tungstênio
Questão 1 (Uece)
Atente para as seguintes citações a respeito do tungstênio: "Meu tio apreciava a densidade do tungstênio que ele preparava, sua refratariedade, sua grande estabilidade química […]"; "A sensação de tocar o tungstênio sinterizado é incomparável".
SACHS, Oliver. Tio Tungstênio: Cia. de Bolso.
Sobre o tungstênio, assinale a opção verdadeira.
a) A distribuição eletrônica do tungstênio é [Xe] 4f14 5d6.
b) Pertence ao grupo 5 da Tabela Periódica.
c) É um metal de transição, com alto ponto de fusão.
d) Localiza-se no quinto período da Tabela Periódica.
Entre as alternativas, a que é verdadeira acerca do tungstênio é a letra C, pois esse elemento é um metal de transição (grupo 6) e possui, de fato, um alto ponto de fusão (o maior entre metais e o segundo maior da Tabela Periódica).
A afirmativa A está errada, pois a sua distribuição é [Xe] 6s2 4f14 5d4.
A alternativa B está errada, pois esse elemento pertence ao grupo 6 da Tabela Periódica.
A alternativa D está errada, pois esse elemento se localiza no sexto período da Tabela Periódica.
Questão 2 (Uepa)
"O tungstênio é o único metal da 3ª linha de transição da Tabela Periódica com função biológica comprovada. Ele aparece em algumas bactérias e em enzimas chamadas oxirredutases, desempenhando papel similar ao molibdênio nas oxirredutases existentes no organismo humano. O tungstênio possui o ponto de fusão mais alto entre todos os metais, e perde apenas para o carbono em toda a Tabela Periódica. É resistente a ácidos e apenas a mistura HNO3 + HF o dissolve, lentamente, a quente. Resiste bem a soluções alcalinas, mas é atacado por fusões com NaOH ou Na2CO3, convertendo-se em tungstatos. O WO3 é usado como pigmento e, também, para colorir materiais cerâmicos. Os tungstatos CaWO4 e MgWO4 são componentes do pó branco que reveste internamente os bulbos de lâmpadas fluorescentes. Tungstatos de sódio e potássio são usados na indústria de couros e peles, na precipitação de proteínas sanguíneas e em análises clínicas. Para a purificação do metal, os tungstatos naturais são submetidos à fusão com carbonato de sódio (Na2CO3) a alta temperatura, resultando em tungstato de sódio (Na2WO4), solúvel em água. A partir dessa solução, mediante adição de HCl, precipita o ácido túngstico (H2WO4), que é convertido WO3 após calcinação. O tungstênio metálico é obtido por meio da redução de WO3 com gás redutor (H2) a alta temperatura. O metal é obtido na forma de pó, filamentos ou barras maciças"
(Fonte: Química Nova na Escola).
Acerca do exposto no texto, é correto afirmar que:
a) as espécies CaWO4 e MgWO4 são ácidos de Arrenhius.
b) as espécies CaWO4 e WO3 são óxidos básicos.
c) as espécies NaOH ou Na2CO3 são bases de Arrenhius.
d) a reação entre as espécies Na2WO4 e HCl produz a espécie H2WO4.
e) a calcinação do H2WO4 produz o dióxido de tungstênio.
Há um trecho do texto da questão que diz: "...resultando em tungstato de sódio (Na2WO4), solúvel em água. A partir dessa solução, mediante adição de HCl, precipita o ácido túngstico (H2WO4)…", ou seja, a reação entre tungstato de sódio e HCl resulta na espécie H2WO4, e, por isso, o gabarito é o da letra D.
A alternativa A está incorreta, pois as espécies químicas citadas não são ácidos, mas sais.
A alternativa B está incorreta, pois CaWO4 não é um óxido, e, além disso, WO3 é um óxido ácido, uma vez que é originado da desidratação do ácido túngstico:
H2WO4 → WO3 + H2O
A alternativa C está incorreta, pois, pela teoria de Arrhenius, apenas NaOH pode ser considerado uma base. Nessa teoria, as bases são espécies que aumentam a concentração de íons OH- em solução aquosa. Como Na2CO3 não possui, em sua estrutura, o íon hidróxido, não pode ser vista como uma base à luz da teoria de Arrhenius.
A alternativa E está incorreta, pois o ácido túngstico produz o trióxido de tungstênio e não o dióxido.