ટંગસ્ટન (W) અભ્યાસ માર્ગદર્શિકા - ગુણધર્મો, પ્રતિક્રિયાઓ અને ઉપયોગો

પરિચય: ટંગસ્ટનનું મહત્વ

ટંગસ્ટન (W), જે સ્વીડિશ શબ્દો “tung sten” પરથી ઉતરી આવ્યો છે જેનો અર્થ “ભારે પથ્થર” થાય છે, તે તેના અપવાદરૂપ ગુણધર્મો માટે જાણીતી એક નોંધપાત્ર સંક્રાંતિ ધાતુ છે. તે તમામ જાણીતી ધાતુઓમાં સૌથી વધુ ગલનબિંદુ, ઊંચા તાપમાને ઉત્કૃષ્ટ તાણ શક્તિ અને ઉત્તમ કાટ પ્રતિકાર ધરાવે છે. આ લાક્ષણિકતાઓ તેને અગ્નિથી પ્રકાશિત દીવાના ફિલામેન્ટ્સથી લઈને હાઈ-સ્પીડ કટિંગ ટૂલ્સ અને વિશિષ્ટ એલોય્સ સુધીના અસંખ્ય ઉચ્ચ-પ્રદર્શન એપ્લીકેશનમાં અનિવાર્ય બનાવે છે.

CBSE/JEE ઝડપી પુનરાવર્તન નોંધો

પ્રતીક: W
પરમાણુ ક્રમાંક: 74
પરમાણુ દળ: 183.84 u
સમૂહ: 6
આવર્ત: 6
બ્લોક: d-બ્લોક (સંક્રાંતિ ધાતુ)
પ્રકૃતિ: સખત, બરડ, ચાંદી-સફેદ ધાતુ
ગલનબિંદુ: 3422 °C (તમામ ધાતુઓમાં સૌથી વધુ)
ઉત્કલનબિંદુ: 5930 °C
ઘનતા: 19.25 g/cm³ (ખૂબ ઊંચી)
સામાન્ય ઓક્સિડેશન અવસ્થાઓ: +2, +3, +4, +5, +6 (સૌથી સ્થિર અને સામાન્ય +6 છે)
સ્ફટિક રચના: બોડી-સેન્ટર્ડ ક્યુબિક (BCC)

ઇલેક્ટ્રોન રચના અને બંધન વર્તન

ઇલેક્ટ્રોન રચના

ટંગસ્ટનની ઇલેક્ટ્રોન રચના છે: [Xe] 4f^14 5d^4 6s^2

બંધન વર્તન

ટંગસ્ટન સંક્રાંતિ ધાતુઓની લાક્ષણિકતા મુજબ પરિવર્તનશીલ ઓક્સિડેશન અવસ્થાઓ દર્શાવે છે, જેમાં +6 સૌથી સામાન્ય અને સ્થિર છે. તેની ઉચ્ચ ઓક્સિડેશન અવસ્થાઓ બંધનમાં 5d અને 6s ઇલેક્ટ્રોન બંનેની ભાગીદારીને કારણે હોય છે. ટંગસ્ટન સંયોજનો, ખાસ કરીને ઉચ્ચ ઓક્સિડેશન અવસ્થામાં હોય તેવા, ઘણીવાર નોંધપાત્ર સહસંયોજક લાક્ષણિકતા દર્શાવે છે. તે સ્થિર ઓક્સાઈડ (જેમ કે WO₃), હેલાઈડ્સ (જેમ કે WF₆), અને ટંગસ્ટેટ (ટંગસ્ટિક એસિડના ક્ષાર, H₂WO₄) બનાવે છે. તેના ધાતુના બંધનોની મજબૂતાઈ તેના અસાધારણ ઉચ્ચ ગલનબિંદુમાં ફાળો આપે છે.

મહત્વપૂર્ણ રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ

ટંગસ્ટન ઓરડાના તાપમાને પ્રમાણમાં નિષ્ક્રિય હોય છે પરંતુ ઊંચા તાપમાને પ્રતિક્રિયા આપે છે.

ઓક્સિજન સાથે પ્રતિક્રિયા

ટંગસ્ટન ઊંચા તાપમાને ઓક્સિજનમાં બળીને ટંગસ્ટન(VI) ઓક્સાઈડ (ટંગસ્ટન ટ્રાઇઓક્સાઇડ) બનાવે છે. 2W(s) + 3O₂(g) --(heat)--> 2WO₃(s)

હેલોજન સાથે પ્રતિક્રિયા

ટંગસ્ટન હેલોજન સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને વિવિધ ટંગસ્ટન હેલાઈડ્સ બનાવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, ફ્લોરિન સાથે તે ટંગસ્ટન(VI) ફ્લોરાઈડ બનાવે છે, જે એક અસ્થિર સંયોજન છે. W(s) + 3F₂(g) --(heat)--> WF₆(g) ક્લોરિન સાથે, તે ટંગસ્ટન(VI) ક્લોરાઈડ બનાવી શકે છે: 2W(s) + 6Cl₂(g) --(heat)--> 2WCl₆(s)

એસિડ સાથે પ્રતિક્રિયા

ઓરડાના તાપમાને મોટાભાગના એસિડ દ્વારા હુમલા સામે ટંગસ્ટન સામાન્ય રીતે પ્રતિરોધક હોય છે.

બિન-ઓક્સિડાઇઝિંગ એસિડ્સ (દા.ત., HCl, મંદ H₂SO₄): ટંગસ્ટન મોટાભાગે નિષ્ક્રિય હોય છે.
પ્રબળ ઓક્સિડાઇઝિંગ એસિડ્સ (દા.ત., ગરમ સાંદ્ર HNO₃): ટંગસ્ટન પ્રતિક્રિયા કરીને ટંગસ્ટિક એસિડ (H₂WO₄) બનાવે છે, જે અદ્રાવ્ય છે. W(s) + 6HNO₃(conc) --(heat)--> H₂WO₄(s) + 6NO₂(g) + 2H₂O(l)
હાઈડ્રોફ્લોરિક અને નાઈટ્રિક એસિડનું મિશ્રણ (HF/HNO₃): આ મિશ્રણ ટંગસ્ટનને ઓગાળી શકે છે, હેક્સાફ્લોરોટંગસ્ટિક એસિડ બનાવે છે. W(s) + 10HF(aq) + 2HNO₃(aq) --> H₂[WF₆](aq) + 2NO(g) + 6H₂O(l)

બેઝ સાથે પ્રતિક્રિયા

ટંગસ્ટન સામાન્ય રીતે આલ્કલી દ્રાવણો સામે પ્રતિરોધક હોય છે, પરંતુ તે પીગળેલા આલ્કલીમાં ધીમે ધીમે ઓગળીને ટંગસ્ટેટ્સ બનાવી શકે છે. WO₃(s) + 2NaOH(l) --(heat)--> Na₂WO₄(l) + H₂O(g)

ઔદ્યોગિક અને જૈવિક મહત્વ

ઔદ્યોગિક મહત્વ

ટંગસ્ટનના અનન્ય ગુણધર્મો તેને અસંખ્ય ઔદ્યોગિક એપ્લીકેશન માટે નિર્ણાયક બનાવે છે:

ફિલામેન્ટ્સ: તેના ઉચ્ચ ગલનબિંદુ અને શક્તિ તેને અગ્નિથી પ્રકાશિત દીવાના ફિલામેન્ટ્સ, વેક્યુમ ટ્યુબ ફિલામેન્ટ્સ અને એક્સ-રે ટ્યુબ લક્ષ્યો માટે આદર્શ બનાવે છે.
એલોય્સ: ટંગસ્ટનનો વ્યાપકપણે સખત, ગરમી-પ્રતિરોધક એલોય બનાવવા માટે ઉપયોગ થાય છે.
- હાઈ-સ્પીડ સ્ટીલ: ઉચ્ચ તાપમાને આ ગુણધર્મો જાળવી રાખીને કઠિનતા, શક્તિ અને ઘર્ષણ પ્રતિકાર સુધારે છે (દા.ત., કટિંગ ટૂલ્સ માટે).
- સુપરએલોય્સ: જેટ એન્જિનના ઘટકો, રોકેટ નોઝલ અને અન્ય ઉચ્ચ-તાપમાન એપ્લીકેશનમાં ઉપયોગ થાય છે.
ટંગસ્ટન કાર્બાઈડ (WC): એક અપવાદરૂપે સખત સામગ્રી, જે ઘણીવાર કોબાલ્ટ (સિમેન્ટેડ કાર્બાઈડ) સાથે મિશ્રિત થાય છે, તેનો ઉપયોગ કટિંગ ટૂલ્સ (ડ્રિલ, મિલિંગ કટર), ઘર્ષક, બખ્તર-ભેદક દારૂગોળો અને ખાણકામના સાધનો માટે થાય છે.
ઇલેક્ટ્રોડ્સ: તેના ઉચ્ચ ગલનબિંદુ અને વિદ્યુત વાહકતાને કારણે TIG (ટંગસ્ટન ઇનર્ટ ગેસ) વેલ્ડીંગમાં ઉપયોગ થાય છે.
ઇલેક્ટ્રિકલ કોન્ટેક્ટ્સ: સ્વીચો અને સર્કિટ બ્રેકર્સમાં ઉપયોગ થાય છે.
કાઉન્ટરવેઇટ્સ અને બેલાસ્ટ્સ: તેની ઉચ્ચ ઘનતા તેને વિમાન, ગોલ્ફ ક્લબ અને રેડિયેશન શિલ્ડિંગમાં કાઉન્ટરવેઇટ્સ માટે યોગ્ય બનાવે છે.
રાસાયણિક ઉદ્યોગ: ટંગસ્ટન ઓક્સાઈડ અને સલ્ફાઈડ વિવિધ રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓમાં ઉત્પ્રેરક તરીકે સેવા આપે છે.

જૈવિક મહત્વ

ટંગસ્ટન કેટલાક સૂક્ષ્મજીવો (કેટલાક બેક્ટેરિયા અને આર્કિયા) માટે એક આવશ્યક ટ્રેસ તત્વ છે જ્યાં તે ચોક્કસ ઉત્સેચકોમાં, ખાસ કરીને ઓક્સિડોરિડક્ટેસિસ (દા.ત., એલ્ડીહાઇડ ફેરેડોક્સિન ઓક્સિડોરિડક્ટેસ) માં સહકારક તરીકે કાર્ય કરે છે. જોકે, તે મનુષ્યો અથવા ઉચ્ચ પ્રાણીઓ માટે આવશ્યક તત્વ માનવામાં આવતું નથી. સામાન્ય રીતે ઓછી ઝેરી હોવા છતાં, ઉચ્ચ સાંદ્રતા તેમની રાસાયણિક સમાનતાને કારણે મોલિબડેનમ ચયાપચયમાં દખલ કરી શકે છે.