Tungstênio (W)

O tungstênio é um metal de transição de número atômico 74, localizado no grupo 6 da Tabela Periódica. Esse elemento possui coloração cinza metálica, alto ponto de fusão (3422 °C) e elevada dureza. É um elemento relativamente estável ao ambiente, sofrendo oxidação no ar apenas quando aquecido.

O minério volframita é a principal fonte de tungstênio, e a China possui as maiores reservas desse mineral. No cotidiano, o tungstênio está presente nas tradicionais canetas esferográficas e no filamento de lâmpadas incandescentes, por exemplo. No ambiente industrial, o principal uso desse elemento é na fabricação de ligas metálicas e como endurecedor de aço e ferro.

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Resumo sobre tungstênio

• O tungstênio (W) possui número atômico 74 e pertence ao grupo 6 da Tabela Periódica.

• Destaca-se pela sua dureza, sendo usado como aditivo e endurecedor em ligas metálicas.

• Possui ponto de fusão muito alto, sendo o maior entre os metais.

• É relativamente estável quando exposto ao ar, mas pode formar óxidos quando aquecido.

• Sua principal fonte são minérios contendo esse elemento, como a volframita, formada com cerca de 75% de tungstênio.

• A maior parte produzida desse elemento é empregada na produção de ligas metálicas.

• Essas ligas são usadas na fabricação e em revestimentos de ferramentas de corte, em brocas de perfuração, em artefatos militares e em joias.

• As esferas de canetas esferográficas e os filamentos de lâmpadas incandescentes são fabricados em tungstênio.

Propriedades do tungstênio

• • Símbolo: W

  • Número atômico: 74

  • Massa atômica: 183,84 u

  • Configuração eletrônica: [Xe] 4f¹⁴ 5d⁴ 6s²

  • Estado físico: sólido (20 °C)

  • Ponto de fusão: 3422 °C

  • Ponto de ebulição: 5555 °C

  • Densidade: 19,3 g/cm³

  • Eletronegatividade: 2,36 (escala de Pauling)

  • Dureza: 7,5 (escala de Mohs)

  • Série química: metal de transição

  • Localização na Tabela Periódica: grupo 6, período 6, bloco d.

  • Isótopos: ¹⁸⁰W (0,12%), ¹⁸²W (26,50%), ¹⁸³W (14,31%), ¹⁸⁴W (30,64%), ¹⁸⁶W (28,43%).

Características do tungstênio

O tungstênio é um elemento metálico de coloração cinza característica. Destaca-se pela sua elevada dureza, sendo que uma das principais aplicações é em ligas metálicas, tornando-as mais duras e resistentes. O tungstênio possui a maior temperatura de fusão entre todos os elementos metálicos, ficando atrás apenas do carbono (C) em toda a Tabela Periódica. O tungstênio apresenta um dos mais baixos coeficientes de expansão térmica entre todos os metais.

Pode assumir estados de oxidação +2 a +6, sendo este último o mais comum. O tungstênio solúvel em água assume a forma de tungstanato \(\mathbf{WO_4^{2-}}\), possuindo tendência em formar espécies polimerizadas com a redução do pH. Por isso, a química desse elemento em meio aquoso é complexa.

O tungstênio é relativamente estável quando exposto ao ar atmosférico, mas pode formar WO₃ quando aquecido ao ar. Pode reagir com flúor e cloro, este último apenas sob aquecimento rigoroso.

É resistente ao ataque de ácidos, inclusive à água-régia (mistura entre ácido clorídrico e ácido nítrico). Dissolve-se lentamente quando exposto à mistura ácido nítrico e fluorídrico estando quente. Também apresenta certa resistência às soluções alcalinas, sendo suscetível à conversão em tungstanato quando atacado por hidróxido de sódio ou carbonato de sódio.

Possui algumas funções biológicas, sendo encontrado em algumas enzimas (oxirredutases) e bactérias.

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Ocorrência do tungstênio

O tungstênio é o 18° elemento mais abundante na crosta terrestre, ocorrendo na forma de minerais conhecidos como tungstatos, como a volframita, scheelita (CaWO₄), ferberita (FeWO₄) e hubnerita (MnWO₄). A volframita é o minério mais abundante em tungstênio, contendo mais de 75% em WO₃, sendo composta por ferberita e hubnerita.

A China concentra mais de 60% das jazidas de volframita, sendo o maior produtor e consumidor mundial de tungstênio.

O Brasil possui cerca de 1% das reservas mundiais de tungstênio. Jazidas de volframita estão distribuídas entre os estados de São Paulo, Santa Catarina, Rio Grande do Sul, Rondônia e Pará. O país também possui depósitos de scheelita no Rio Grande do Norte e Paraíba.

Como se obtém o tungstênio?

Os minérios contendo tungstênio são submetidos à alta temperatura em conjunto com carbonato de sódio (Na₂CO₃), resultando em tungstato de sódio (Na₂WO₄), solúvel em água.

Com a adição de ácido clorídrico, há precipitação de ácido túngstico, o qual passa por calcinação (600 °C), originando o trióxido de tungstênio (WO₃). O tungstênio metálico (W) é obtido pela reação de redução ― em elevada temperatura (~800 °C) ― por gás hidrogênio (H₂) ou por carbono.

\(\mathbf{WO_3\ (s)+3\ H_2\ (g) \longrightarrow W\ (s)+3\ H_2 O\ (g)}\)

Em razão do altíssimo ponto de fusão, não é comum a moldagem de lingotes de tungstênio. Em vez disso, o tungstênio em pó é misturado com níquel pulverizado, compactado e sinterizado, formando-se uma liga metálica no formato de barras.

Aplicações do tungstênio

Mais da metade da produção mundial de tungstênio é empregada na fabricação de ligas metálicas de elevada dureza, como o ferro tungstênio, que possui cerca de 80% desse elemento. Aliás, a primeira aplicação do tungstênio foi como “endurecedor” de ferro.

Os “aços de alta velocidade” são ligas metálicas contendo tungstênio e são usados em instrumentos de corte muito resistentes à abrasão. Os carbetos de tungstênio (WC e W₂C) compõem ferramentas de corte de alta precisão e revestem brocas de perfuração usadas na construção civil, na mineração e em indústrias petrolíferas.

Peças de instrumentos de análise laboratorial analítica possuem partes e encaixes fabricados em tungstênio. O processo de purificação de petróleo e seus derivados pode empregar catalisadores de tungstênio e níquel.

Mísseis, granadas, projéteis e outros instrumentos militares possuem ligas de tungstênio com níquel, ferro ou cobalto. Joias e adereços hipoalergênicos resistentes à arranhões e com brilho permanente também possuem tungstênio na composição.

O tungstênio compõe alguns produtos químicos, como o WO₃ (empregado como corante amarelo-limão) e os tungstanatos de cálcio (CaWO₄) e magnésio (MgWO₄), que são o material branco que reveste o lado interno dos bulbos de lâmpadas fluorescentes.

Tungstanatos de sódio e potássio são usados na indústria de couros e peles e em análises biológicas.

O tungstênio também está presente em duas situações recorrentes no cotidiano: a iluminação e a escrita. Esse elemento compõe o filamento das lâmpadas incandescentes e surgiu em 1904, substituindo o filamento de carbono (invenção de Thomas Edison), que durava apenas algumas horas. Na escrita, o tungstênio é importante, pois compõe a esfera que permite a saída controlada de tinta das canetas esferográficas.

Precauções com o tungstênio

Como o tungstênio é um metal relativamente raro e seus compostos químicos são pouco reativos, os efeitos desse elemento sobre o meio ambiente são limitados, sendo considerado pouco tóxico em pequena concentração no organismo.

A inalação do pó de tungstênio é a principal via de exposição, sendo comum nos processos de extração do metal e fabricação de ligas que o contêm. O contato do pó de tungstênio com as vias respiratória causa irritação das membranas e do pulmão.

Em contato com a pele, pode haver irritação. Em contato com os olhos, há irritação, lacrimejamento e aspecto avermelhado. No caso de ingestão acidental, pode ocorrer náuseas.

Portanto, evitar entrar em contato com partículas de tungstênio é importante, principalmente para os trabalhadores envolvidos em processos que utilizam esse metal. O uso de equipamento de proteção individual (EPI) é indispensável.

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História do tungstênio

O primeiro registro sobre o tungstênio data de 1779 e 1781, quando os químicos Peter Woufe e Carl Wilhelm Scheele verificaram a formação de um composto (ácido túngstico) com base em um mineral conhecido como tungstenita (atualmente denominada scheelita).

Em 1783, os irmãos espanhóis e cientistas Juan José Delhuyar e Fausto Fermín Delhuyar obtiveram o mesmo composto ácido com base no mineral volframita ((Fe,Mn)WO₄). A dupla, dando continuidade aos estudos, isolou o elemento metálico por meio da redução do composto ácido com carvão vegetal.

Como o mineral de partida dos estudos foi a volframita, os irmãos Delhuyar denominaram o novo elemento como volfrâmio. Em alemão, esses termos derivam da expressão wolf rahm, que tem o significado de “creme de lobo” e se refere ao processo de obtenção do elemento estanho, o qual também envolve os minerais ricos em tungstênio. Daí se originou o elemento W para se referir ao tungstênio.

A palavra tungstênio é uma junção dos termos tung e sten, que têm o sentido de “pedra pesada”, em analogia ao elevado polo molecular desse elemento.