Tungsten (W) - પ્રતિક્રિયાઓ

ટંગસ્ટનને સમજવું: રાસાયણિક રીતે સ્થિતિસ્થાપક તત્વ

ટંગસ્ટન, જેનું પ્રતીક W અને પરમાણુ ક્રમાંક 74 છે, તે તેની અસાધારણ ભૌતિક ગુણધર્મો, ખાસ કરીને તેના ખૂબ ઊંચા ગલનબિંદુ અને ઘનતા માટે જાણીતી એક નોંધપાત્ર સંક્રાંતિ ધાતુ છે. તેની રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાશીલતા પ્રમાણમાં ઓછી છે, ખાસ કરીને આસપાસના તાપમાને, જે તેના વ્યાપક ઔદ્યોગિક ઉપયોગોમાં ફાળો આપે છે.

પાણી સાથે પ્રતિક્રિયાશીલતા

ટંગસ્ટન પાણી સાથે ખૂબ ઓછી પ્રતિક્રિયાશીલતા દર્શાવે છે.

• ઓરડાના તાપમાને, બલ્ક ટંગસ્ટન ધાતુ પાણી અથવા વરાળ સાથે પ્રતિક્રિયા કરતી નથી. તેનું રક્ષણાત્મક ઓક્સાઇડ સ્તર આ નિષ્ક્રિયતામાં ફાળો આપે છે.
• ઉચ્ચ તાપમાને પણ, પાણી સાથે ટંગસ્ટનની પ્રતિક્રિયા ન્યૂનતમ હોય છે. વરાળ દ્વારા નોંધપાત્ર ઓક્સિડેશન માટે સામાન્ય રીતે અત્યંત ઊંચા તાપમાનની જરૂર પડે છે, જે ઘણીવાર 800-900°C થી વધુ હોય છે, અને તે ટંગસ્ટન ઓક્સાઇડ અને હાઇડ્રોજન ગેસ બનાવે છે. સામાન્ય પરિસ્થિતિઓમાં આ ઉચ્ચ-તાપમાન પ્રતિક્રિયા સરળતાથી પ્રાપ્ત થતી નથી.

હવા અથવા ઓક્સિજન સાથે પ્રતિક્રિયાશીલતા

હવા અથવા ઓક્સિજન સાથે ટંગસ્ટનની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા તાપમાન અને ધાતુના સ્વરૂપ પર નોંધપાત્ર રીતે આધાર રાખે છે.

• ઓરડાના તાપમાને: બલ્ક ટંગસ્ટન ધાતુ ઓરડાના તાપમાને હવામાં સ્થિર રહે છે. તે ટંગસ્ટન ઓક્સાઇડ (WO$_3$) નું એક પાતળું, રક્ષણાત્મક સ્તર વિકસાવે છે, જે વધુ ઓક્સિડેશન અટકાવે છે. આ નિષ્ક્રિય સ્તર કાટ સામે અત્યંત પ્રતિરોધક છે.
• ઉચ્ચ તાપમાને: જ્યારે હવા અથવા ઓક્સિજનમાં ગરમ ​​કરવામાં આવે છે, ત્યારે ટંગસ્ટન નોંધપાત્ર રીતે ઓક્સિડાઇઝ થવાનું શરૂ કરે છે. પ્રતિક્રિયા લગભગ 400°C ની આસપાસ ધ્યાનપાત્ર બને છે, અને 600°C થી વધુ તાપમાને, તે ઝડપથી ઓક્સિડાઇઝ થઈને ટંગસ્ટન ટ્રાઇઓક્સાઇડ (WO$_3$), એક પીળો પાવડર બનાવે છે. આ ગુણધર્મ અગ્નિથી પ્રકાશિત બલ્બમાં ફિલામેન્ટ તરીકે તેના ઉપયોગમાં નિર્ણાયક છે, જ્યાં તે અત્યંત ઊંચા તાપમાને કાર્ય કરે છે પરંતુ ઓક્સિડેશન અને બર્નઆઉટ અટકાવવા માટે શૂન્યાવકાશ અથવા નિષ્ક્રિય ગેસ વાતાવરણમાં હોય છે.

ઝેરીપણું

ધાતુ ટંગસ્ટન સામાન્ય રીતે મનુષ્યો અને પ્રાણીઓ માટે ખૂબ ઓછી ઝેરીતા ધરાવતું માનવામાં આવે છે. તેના શુદ્ધ, બલ્ક સ્વરૂપમાં તેને જોખમી પદાર્થ તરીકે વર્ગીકૃત કરવામાં આવતું નથી. જોકે, ટંગસ્ટન સંયોજનો તેમની રાસાયણિક રચના અને દ્રાવ્યતાના આધારે ઝેરીતાના વિવિધ સ્તરો ધરાવી શકે છે. ઉદાહરણ તરીકે, કેટલાક દ્રાવ્ય ટંગસ્ટન સંયોજનો જો મોટી માત્રામાં ગળી જાય અથવા શ્વાસમાં લેવામાં આવે તો વધુ ઝેરી હોઈ શકે છે, પરંતુ તે નિષ્ક્રિય ધાતુ સ્વરૂપથી અલગ છે. ભારતમાં, ટંગસ્ટન મુખ્યત્વે એલોયમાં અથવા વિદ્યુત ઉપકરણોના ઘટકો તરીકે જોવા મળે છે, જ્યાં ઝેરી સંયોજનોના સંપર્કમાં આવવું એ સામાન્ય ચિંતાનો વિષય નથી.

રેડિયોએક્ટિવિટી

ટંગસ્ટન રેડિયોએક્ટિવ તત્વ નથી. તેના કુદરતી રીતે બનતા આઇસોટોપ્સ, જેમ કે ટંગસ્ટન-180, ટંગસ્ટન-182, ટંગસ્ટન-183, ટંગસ્ટન-184, અને ટંગસ્ટન-186, સ્થિર છે અથવા અત્યંત લાંબા અર્ધ-આયુષ્ય ધરાવે છે જે કિરણોત્સર્ગી ભય ઉભો કરતા નથી. ટંગસ્ટન-180 આલ્ફા વિઘટનમાંથી પસાર થાય છે, પરંતુ તેનું અર્ધ-આયુષ્ય ખગોળશાસ્ત્રીય રીતે લાંબુ છે (10$^{18}$ વર્ષથી વધુ), જે તેને કોઈપણ વાસ્તવિક-વિશ્વના ઉપયોગ અથવા ચિંતા માટે વ્યવહારિક રીતે સ્થિર બનાવે છે.

જ્વલનશીલતા

બલ્ક મેટાલિક ટંગસ્ટન જ્વલનશીલ નથી. તેનું અતિશય ઊંચું ગલનબિંદુ (3422°C, જે તમામ ધાતુઓમાં સૌથી વધુ છે) નો અર્થ છે કે તે સરળતાથી સળગતું નથી અથવા દહનને ટકાવી રાખતું નથી.

• જોકે, બારીક ટંગસ્ટન પાવડર પાયરોફોરિક હોઈ શકે છે, એટલે કે તે તેની મોટી સપાટીના ક્ષેત્રફળને કારણે ઓરડાના તાપમાને હવામાં સ્વયંભૂ સળગી શકે છે. આ ઘણા ધાતુઓ દ્વારા બારીક વિભાજિત સ્વરૂપોમાં વહેંચાયેલ ગુણધર્મ છે અને તે ટંગસ્ટન પાવડરના ઔદ્યોગિક હેન્ડલિંગમાં સલામતીની બાબત છે.

રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાનું ઉદાહરણ

ટંગસ્ટનની રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાશીલતાનું એક મુખ્ય ઉદાહરણ ઊંચા તાપમાને તેનું ઓક્સિડેશન છે. જો સુરક્ષિત ન હોય તો ઉચ્ચ-તાપમાન ભઠ્ઠીઓ જેવા કાર્યક્રમોમાં તેના ઉપયોગનો આ આધાર છે.

ઊંચા તાપમાને ટંગસ્ટનનું ઓક્સિડેશન: જ્યારે ઓક્સિજનની હાજરીમાં ગરમ ​​કરવામાં આવે છે, ત્યારે ટંગસ્ટન પ્રતિક્રિયા કરીને ટંગસ્ટન ટ્રાઇઓક્સાઇડ બનાવે છે. $2\text{W(s)} + 3\text{O}_2\text{(g)} \xrightarrow{\text{Heat}} 2\text{WO}_3\text{(s)}$

ટંગસ્ટન સાથે સંકળાયેલી ઔદ્યોગિક પ્રક્રિયાઓમાં આ પ્રતિક્રિયાને ધ્યાનમાં લેવી મહત્વપૂર્ણ છે જ્યાં સામગ્રીના અધોગતિને રોકવા માટે નિષ્ક્રિય વાતાવરણ અથવા શૂન્યાવકાશ જરૂરી છે. ઉદાહરણ તરીકે, વિવિધ ભારતીય ઉદ્યોગોમાં ઉપયોગમાં લેવાતા ઉચ્ચ-પ્રદર્શનવાળા સાધનોના ઉત્પાદનમાં, ટંગસ્ટન કાર્બાઇડ (WC) નો વારંવાર ઉપયોગ થાય છે. તેની સિન્ટરિંગ પ્રક્રિયા દરમિયાન, ટંગસ્ટન અથવા તેના સંયોજનોના અનિચ્છનીય ઓક્સિડેશનને રોકવા માટે વાતાવરણને કાળજીપૂર્વક નિયંત્રિત કરવામાં આવે છે.