「鎢」真的能產生堪比核彈的威力?它擁有怎樣瘋狂的屬性?

2020-09-25 超級科學通

穿甲彈,火箭發動機噴嘴和用於切穿堅硬巖石的鑽頭都是鎢所製成的產品,鎢是宇宙中最堅硬和最耐熱的元素之一

鎢和大多數其他金屬元素一樣,在自然界中並不是一種閃亮的金屬塊。它需要與其他化合物進行化學分離,在這種情況下就是天然存在的黑鎢礦。這就是為什麼鎢在元素周期表上的符號不是T而是W的原因,W是Wolfram的縮寫。鎢這個名字在瑞典語中是「沉重的石頭」的意思,意指它不可思議的密度和重量。它的原子序數是74,原子量是183.84。一對西班牙化學家兄弟胡安·何塞(Juan José)和福斯託·埃胡亞(Fausto Elhuyar)在1783年首次從黑鎢礦中分離出灰白色金屬時發現了鎢。



鎢擁有所有金屬中最高的熔點

鎢最令人印象深刻的特性之一是其高熔點,是所有金屬元素中最高的。純鎢的熔化溫度高達3,422攝氏度,直到溫度達到5,555 攝氏度才沸騰,該溫度與太陽的光球溫度相同。

相比之下,鐵的熔點為1,538攝氏度,金則在1,064.18攝氏度下才能變成液態。

所有金屬都具有相對較高的熔點,因為它們的原子通過緊密的金屬鍵結合在一起。金屬鍵之所以如此堅固,是因為它們在整個三維原子陣列中共享電子。由於鎢的金屬鍵具有非同尋常的強度和方向性,因此鎢比其他金屬更耐用。

想想愛迪生研究的白熾燈泡的燈絲,他需要一種不僅能發光而且不會被熱融化的材料。鎢其實是最佳選擇,只不過他未能發現鎢絲燈,直到美國人威廉·庫裡奇發現了它。

鎢的高熔點還有其他優勢,例如與合金鋼等合金混合使用時,鎢合金被鍍在需要承受巨大熱量的火箭和飛彈部件上,包括噴射出爆炸性火箭燃料流的發動機噴嘴。對於武器來說,鎢是上等的材料。



為什麼鎢這麼重?鎢怎樣產生破壞力?

不同元素的密度反映了其組成原子的大小。在元素周期表上獲得的原子數越低,原子就越大且越重。

較重的元素,如鎢,在原子核中具有更多的質子和中子,在原子核周圍的軌道中具有更多的電子。實際上,如果你一隻手握住一塊鎢,而另一隻手握住相同體積的銀或鐵,則鎢會感覺很重。具體而言,鎢的密度為19.3克/立方釐米。相比之下,銀(10.5 克/立方釐米)的密度大約是鎢的一半,鐵(7.9 g / cm 3)幾乎是鎢的密度的三分之一。

鎢的高密度在某些領域中可能是一個優勢。例如,由於其密度和硬度,它經常用於穿甲彈、子彈等製造中。軍方還使用鎢製造所謂的「動能轟炸」武器,這種武器會在高空發射鎢棒,就像空中的撞錘那樣,砸破牆壁和坦克裝甲。

據稱,在冷戰期間,美國空軍曾嘗試了一種名為「雷神計劃」的想法,就是將一捆6米長的鎢棒從太空軌道上擊墜到敵方目標上。這些所謂的「上帝之杖」堪比核武器的攻擊力,但不會產生核輻射。但事實證明,將這沉重的鎢棒運送到太空的成本過高,因此不可能實現。(不過,你可能在《特種部隊2》這部電影中看到過這個場景。)



只有鑽石比碳化鎢硬

純鎢其實並不那麼硬,你甚至可以用手鋸將其切穿 ,但是當鎢與少量碳結合時,它就會變成碳化鎢,它是地球上最堅硬的物質之一。

當在鎢中加入少量碳或其他金屬時,它可以固定結構並防止其變形。

碳化鎢非常堅硬,只能用鑽石切割,即使如此,只有在碳化鎢未完全固化的情況下,鑽石才能起作用。碳化鎢的硬度是鋼的三倍,在高磨損條件下的壽命比鋼長一百倍,並且具有所有鍛造金屬中最大的抗壓強度,這意味著在巨大的擠壓力下它也不會凹陷或變形。

碳化鎢最常見的用途,也是地球上大多數開採的鎢的最終目的,就是製造專用工具,尤其是鑽頭。任何用於切割金屬或堅硬巖石的鑽頭都需要承受高強度的摩擦力而又不會變鈍或破裂。只有金剛石鑽比碳化鎢硬,但它們也貴得多,並不適合生產。



關於鎢的冷知識你知道嗎?

  • 專業級飛鏢是由鎢製成的。
  • 我們經常使用的原子筆,它的滾珠通常是由碳化鎢製成,所以,你是摔不爛筆頭的。
  • 珠寶行業經常使用碳化鎢製造戒指。

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