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Quelles sont les caractéristiques du tungstène ?

Par Joy le 26/04/2018 Ressources > Physique-Chimie > Tout Niveau -PC > Le Tableau Périodique > Le Tungstène

Présentation

Le tungstène est un élément chimique qui porte le numéro 74 dans la classification périodique des éléments.

Quelle est la localisation du tungstène dans le tableau périodique des éléments ? Voici l’emplacement du tungstène dans le tableau périodique des éléments !

Informations générales
SymboleW
Numéro atomique74
FamilleMétal de transition
Groupe6
Période6
Blocd
Masse volumique1,93 g.cm-3
Dureté7,5
CouleurGris blanc
Propriétés atomiques
Masse atomique183,84 u
Rayon atomique135 pm
Configuration électronique[Xe] 6s2 4f14 5d4
Électrons par niveau d'énergie2 | 8 | 18 | 32 | 12 | 2
OxydeAcide
Système cristallinCubique centré
Propriétés physiques
État ordinaireSolide
Point de fusion3 422°C
Point d'ébullition5 555°C

Définitions

  • Numéro atomique : Le numéro atomique d’un atome représente le nombre de protons de ce dernier
  • Famille : L’UICPA (Union internationale de chimie pure et appliquée) a regroupé en 10 familles les éléments chimiques qui présentent des propriétés physiques et chimiques semblables
  • Groupe : Chaque groupe correspond aux éléments chimiques présents dans une même colonne du tableau périodique des éléments
  • Période : Chaque période correspond aux éléments chimiques présents dans une même ligne du tableau périodique des éléments. Ils partagent également le même nombre de couches électroniques. On en compte 7 au maximum
  • Bloc : Les éléments périodiques sont classés par bloc selon leurs propriétés et selon les couches électroniques jusqu’auxquelles elles sont remplies
  • Dureté : La dureté d’un matériau représente la résistance qu’il oppose à la pénétration. On peut la mesurer selon plusieurs méthodes : la méthode par pénétration, la méthode par rayage ou encore la méthode par rebondissement
  • Point de fusion : Le point de fusion correspond à un moment de pression et de température à partir duquel l’élément chimique fond, passant ainsi de l’état solide à l’état liquide
  • Point d’ébullition : Le point d’ébullition correspond à un moment de pression et de température à partir duquel l’élément chimique bout, passant ainsi de l’état liquide à l’état gazeux

Rappel : La classification périodique des éléments, aussi appelée tableau de Mendeleïev, du nom de son créateur. C’est un chimiste russe qui en 1869 créa un tableau dont le but était de regrouper tous les éléments chimiques connus par points communs (groupes et familles par exemple). Il a souvent été ajusté et mis à jour depuis cette époque.

Sa dernière révision date de 2016 par l’UICPA (Union internationale de chimie pure et appliquée), une ONG suisse qui a pour but l’évolution de la physique-chimie. Le tableau périodique compte à ce jour 118 éléments.

L’UICPA, l’Union Internationale de Chimie Pure et Appliquée est une organisation non gouvernementale ayant son siège à Zurich, en Suisse. Créée en 1919, elle s’intéresse au progrès de la chimie, de la chimie physique et de la biochimie. Ses membres sont les différentes sociétés nationales de chimie et elle est membre du Conseil International pour la Science.

L’UICPA est une autorité reconnue dans le développement des règles à adopter pour la nomenclature, les symboles et autres terminologie des éléments chimiques et leurs dérivé via son Comité Interdivisionnel de la Nomenclature et des Symboles. Ce comité fixe la nomenclature de l’UICPA.

Un peu d’histoire

Étymologie

L’élément 74, le tungstène, possède une nom qui provient du suédois « tung sten » pouvantt être traduit par pierre lourde. Son symbole atomique, le W, dérive du nom utilisé dans la plupart des pays d’Europe du nord et en Allemagne, c’est à dire wolfram.

Découverte

En 1781 le chimiste suédois Carl Wilhelm Scheele obtient un nouvel acide à partir de minéraux de tungsténite, il en déduit la présence d’ions d’un métal qu’il nomme tungstène.

En 1783 les chimistes espagnols José et Fausto Elhuyar obtiennent un acide identique à celui de Scheele mais cette fois à partir de minéraux de Wolframite.

La même année, ces deux scientifiques réussissent à isoler ce nouveau métal en provoquant la réduction des ions métalliques avec du charbon.

Présence à l’état naturel

Le tungstène est un élément chimique que l’on peut trouver dans :

  • La wolframite, un tungstate de fer et de manganèse
  • La scheelite, un tungstate de calcium
  • La ferbérite
  • Et l’hübnérite

Où trouver du tungstène ? Voici un échantillon de wolframite, une roche contenant du tungstène

Propriétés physiques et chimiques

Le tungstène sous forme de corps simple

Le tungstène est un métal grisâtre dur, cassant dont la température de fusion, qui est de 3 422°C est la plus élevée de tous les métaux tandis que le tungstène, lorsqu’il est impur, est cassant.

L’élément 74 ne s’oxyde en présence de dioxygène qu’à haute température en formant de l’oxyde de tungstène cependant lorsqu’il sous forme de poudre qui peut s’enflammer de façon spontanée.  Il résiste d’ailleurs très bien à la corrosion grâce au dépôt du film d’oxyde protecteur.

Il est inerte chimiquement face à l’eau, aux acides, à l’exception de l’acide nitrique et de l’eau régale, et aux bases mais peut réagir avec les dihalogènes.

Les ions du tungstène en solution aqueuse

L’ion tungsténate de formule WO42-, est un un anion polyatomique présentant un excès de deux électrons.

Composés à base de tungstène

  • Le tungstènate de calcium, de formule CaWO4 est l’un des minéraux naturel, aussi appelé scheelite, dont est extrait le tungstène. Il y est présent sous forme d’ion tungsténate, de formule WO42-, associé à des ions calcium de formule Ca2+.
  • Le tungsténate de manganèse et de fer, de formule (Fe,MnWO4), également appelé wolframite, est un minéral naturel qui constitue avec la scheelite la plus importante source de tungstène.
  • Le carbure de tungstène, de formule W2C, est un matériaux extrêmement dur et résistant qui est utilisé comme abrasif ainsi que pour réaliser des outils de découpe.

Isotopes

Des isotopes sont des atomes qui possèdent le même nombre de protons mais un nombre différent de neutrons

L’élément 74, le tungstène, est un élément qui possède, à l’état naturel, 35 isotopes dont le nombre de masse est compris entre 158 et 192.

Le nombre de masse d’un atome est le nombre de nucléons qu’il contient. Il s’agit donc de la somme du nombre de protons et du nombre de protons qui constituent le noyau de l’atome

Parmi ces isotopes, 4 d’entre eux sont stables :

  • Le tungstène 182
  • Le tungstène 183
  • Le tungstène 184
  • Le tungstène 186

Le tungstène possède également un radioisotope, le tungstène 180 qui possède une période radioactive très longue.

On appelle période radioactive le temps nécessaire pour que la moitié des noyaux d’un isotope radioactif se désintègre de manière naturelle. Cette période n’est influencée en aucun cas par les conditions de l’environnement, que ce soit la température, la pression ou encore le champ magnétique, elle est propre à l’isotope en question. Statistiquement, on peut dire que la période radioactive est le temps à l’issue duquel le noyau de l’atome a 50 % de chances de s’être désintégré

Les isotopes stables du tungstène et ce radioisotope représentent à eux seuls la totalité du tungstène naturel.

En plus des isotopes et des radioisotopes, le tungstène possède également 11 isomères nucléaires.

Des isomères nucléaires sont des atomes qui partagent le même noyau mais dans états énergétiques différents. C’est à dire qu’ils comportent un spin et une énergie d’excitation spéciaux. Dans leur état d’énergie le plus bas, on dit qu’ils atteignent l’état fondamental

Il faut savoir que les éléments lourds comme le tungstène sont, en théorie, instable. Ils sont donc soupçonnés d’être capable de se désintégrer en produisant du hafnium mais également des rayonnements alpha.

La radioactivité alpha est un rayonnement provoqué par une désintégration alpha qui est une désintégration radioactive où un noyau atomique éjecte une particule alpha qui se transforme en un autre noyau dont le nombre de masse est diminué de 4 et le numéro atomique de 2 à cause de la particule alpha manquante qui est analogue au noyau d’hélium 4

Utilisations

Quelles mèches utiliser pour percer un mur en béton ? Le tungstène est utilisé dans la confection de mèche de perceuse. En effet, la perceuse est un élément qui fonctionne à haute vitesse, la mèche risque également de chauffer, le métal doit alors résister aux hautes températures

L’utilisation la plus connue du tungstène est, sous forme de carbure ou de sous-carbure, la conception des lampes à incandescences dans lesquelles il est présent sous forme de filament. Il est également présent dans les tubes cathodiques et les électrodes des fours à arc. A l’intérieur des ampoules, plus particulièrement dans les lampes à halogène, l’évaporation du tungstène joue un rôle essentiel.

Les propriétés du tungstène, notamment sa résistance à haute température, font de lui un élément très utilisé dans le domaine aérospatial. Il rentre notamment, à cause de sa densité, dans la composition d’alliages utilisé dans l’armement. D’ailleurs, les alliages de tungstène, fabriqués depuis la fin du XIXsiècle.

Le tungstène est également un élément important dans la fabrication d’outils à haute vitesse, surtout pour les pièce d’usure.

L’élément 74 est également un élément connu pour son utilisation en tant que pigment, de catalyseur ou encore en tant qu’ingrédient superalliage.

Toxicité

Le tungstène est un élément toxique pour l’Homme. En effet, l’élément 74 est capable de bloquer l’action d’un oligoélément essentiel à l’organisme, le molybdène. De plus, par contact, le tungstène peut provoquer des irritations oculaires et cutanées. De même, les poumons seront irrités en cas d’inhalation.

Une étude s’est penchée sur les effets du tungstène sur l’organisme et, lorsque des cobayes étaient traités oralement ou en intraveineuse, ceux-ci souffraient d’anorexie, de coliques, d’une incoordination des mouvements, des tremblement mais également une forte perte de poids.

Quels sont les dangers du tungstène ? Le tungstène présente donc des effets sur plusieurs organes du corps humain. Soyez prudent si vous devez travailler en contact avec des vapeurs ou des poussières de tungstène

Écotoxicité

 On dit d’un objet qu’il est écotoxique lorsqu’il est toxique pour l’environnement, c’est-à-dire polluant

Les études ne dévoilent aucun caractère dangereux pour l’environnement, mais il faut tout de même être prudent et éviter d’abandonner dans la nature des éléments composés de tungstène pour vous protéger mais également protéger l’environnement.

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