Propriétés physiques

Sous sa forme brute, le tungstène est un métal gris acier dur, souvent cassant et difficile à travailler. S'il est rendu très pur, le tungstène conserve sa dureté (qui dépasse celle de nombreux aciers) et devient suffisamment malléable pour pouvoir être travaillé facilement. Il est travaillé par forgeage, étirage ou extrusion. Les objets en tungstène sont également généralement formés par frittage. De tous les métaux sous forme pure, le tungstène a le point de fusion le plus élevé (3422 degrés, 6192 degrés F), la pression de vapeur la plus basse (à des températures supérieures à 165 degrés, 3250 degrés F) et la résistance à la traction la plus élevée.[13] Bien que le carbone reste solide à des températures plus élevées que le tungstène, le carbone se sublime plutôt que de fondre, de sorte que le tungstène est considéré comme ayant un point de fusion plus élevé. Le tungstène a le coefficient de dilatation thermique le plus bas de tous les métaux purs. Français La faible dilatation thermique et le point de fusion élevé ainsi que la résistance à la traction du tungstène proviennent de fortes liaisons covalentes formées entre les atomes de tungstène par les électrons 5d. L'alliage de petites quantités de tungstène avec de l'acier augmente considérablement sa ténacité.[6] Le tungstène existe sous deux formes cristallines principales : et . La première a une structure cubique centrée sur le corps et est la forme la plus stable. La structure de la phase est appelée cubique A15 ; elle est métastable, mais peut coexister avec la phase dans des conditions ambiantes en raison d'une synthèse hors équilibre ou d'une stabilisation par des impuretés. Contrairement à la phase qui cristallise en grains isométriques, la forme présente une habitude colonnaire. La phase a un tiers de la résistivité électrique et une température de transition supraconductrice TC beaucoup plus basse par rapport à la phase : environ 0,015 K contre 1–4 K ; Le mélange des deux phases permet d'obtenir des valeurs intermédiaires de TC. La valeur de TC peut également être augmentée en alliant le tungstène avec un autre métal (par exemple 7,9 K pour W-Tc). De tels alliages de tungstène sont parfois utilisés dans les circuits supraconducteurs à basse température. Isotopes Le tungstène naturel est constitué de cinq isotopes dont les demi-vies sont si longues qu'elles peuvent être considérées comme stables. Théoriquement, tous les cinq peuvent se désintégrer en isotopes de l'élément 72 (hafnium) par émission alpha, mais seulement 180W a été observé le faire avec une demi-vie de (1,8 ± 0,2) × 1018 ans ; en moyenne, cela donne environ deux désintégrations alpha de 180W dans un gramme de tungstène naturel par an. Les autres isotopes naturels n'ont pas été observés en train de se désintégrer, ce qui limite leur demi-vie à au moins 4 × 1021 ans. Trente autres radioisotopes artificiels du tungstène ont été caractérisés, les plus stables étant le 181W avec une demi-vie de 121,2 jours, le 185W avec une demi-vie de 75,1 jours, le 188W avec une demi-vie de 69,4 jours, le 178W avec une demi-vie de 21,6 jours et le 187W avec une demi-vie de 23,72 h. Tous les autres isotopes radioactifs ont une demi-vie inférieure à 3 heures, et la plupart d'entre eux ont une demi-vie inférieure à 8 minutes. Le tungstène a également 4 états méta, le plus stable étant le 179mW (t1/2 6,4 minutes). Propriétés chimiques Le tungstène élémentaire résiste aux attaques de l'oxygène, des acides et des alcalis. L'état d'oxydation formel le plus courant du tungstène est +6, mais il présente tous les états d'oxydation de −2 à +6. Le tungstène se combine généralement avec l'oxygène pour former l'oxyde tungstique jaune, WO3, qui se dissout dans des solutions alcalines aqueuses pour former des ions tungstate, WO2−4. Les carbures de tungstène (W2C et WC) sont produits en chauffant du tungstène en poudre avec du carbone. Le W2C résiste aux attaques chimiques, bien qu'il réagisse fortement avec le chlore pour former de l'hexachlorure de tungstène (WCl6). En solution aqueuse, le tungstate donne les hétéropolyacides et les anions polyoxométallate dans des conditions neutres et acides. Lorsque le tungstate est progressivement traité par un acide, il donne d'abord l'anion soluble et métastable « paratungstate A », W7O6–24, qui se transforme au fil du temps en anion moins soluble « paratungstate B », H2W12O10–42. Une acidification supplémentaire produit l'anion métatungstate très soluble, H2W12O6–40, après quoi l'équilibre est atteint. L'ion métatungstate existe sous la forme d'un groupe symétrique de douze octaèdres tungstène-oxygène connu sous le nom d'anion Keggin. De nombreux autres anions polyoxométallates existent sous la forme d'espèces métastables. L'inclusion d'un atome différent tel que le phosphore à la place des deux hydrogènes centraux dans le métatungstate produit une grande variété d'hétéropolyacides, tels que l'acide phosphotungstique H3PW12O40. Le trioxyde de tungstène peut former des composés d'intercalation avec les métaux alcalins. Ceux-ci sont connus sous le nom de bronzes ; un exemple est le bronze au sodium tungstène.