Tungsteno

El tungsteno, o wolframio, es un elemento químico con el símbolo W y el número atómico 74. El tungsteno es un metal raro que se encuentra naturalmente en la Tierra casi exclusivamente como compuestos con otros elementos. Se identificó como un elemento nuevo en 1781 y se aisló por primera vez como metal en 1783. Sus minerales importantes incluyen scheelita y wolframita, esta última le da al elemento su nombre alternativo.

El elemento libre es notable por su robustez, especialmente por el hecho de que tiene el punto de fusión más alto de todos los elementos conocidos excepto el carbono (que se sublima a presión normal), fundiéndose a 3410 °C (6170 °F; 3683 K). También tiene el punto de ebullición más alto, a 5930 °C (10 706 °F; 6203 K). Su densidad es de 19,30 gramos por centímetro cúbico (0,697 libras por pulgada cúbica), comparable con la del uranio y el oro, y mucho mayor (alrededor de 1,7 veces) que la del plomo. El tungsteno policristalino es un material intrínsecamente frágil y duro (en condiciones estándar, cuando no se combina), lo que dificulta su trabajo. Sin embargo, el tungsteno monocristalino puro es más dúctil y se puede cortar con una sierra para metales de acero duro.

El tungsteno se encuentra en muchas aleaciones, que tienen numerosas aplicaciones, incluidos los filamentos de bombillas incandescentes, los tubos de rayos X, los electrodos en la soldadura por arco de tungsteno con gas, las superaleaciones y la protección contra la radiación. La dureza y alta densidad del tungsteno lo hacen adecuado para aplicaciones militares en proyectiles penetrantes. Los compuestos de tungsteno se utilizan a menudo como catalizadores industriales.

El tungsteno es el único metal de la tercera serie de transición que se sabe que se encuentra en biomoléculas y se encuentra en unas pocas especies de bacterias y arqueas. Sin embargo, el tungsteno interfiere con el metabolismo del molibdeno y el cobre y es algo tóxico para la mayoría de las formas de vida animal.

Características

Propiedades físicas

En su forma bruta, el tungsteno es un metal duro de color gris acero que a menudo es quebradizo y difícil de trabajar. El tungsteno monocristalino purificado conserva su dureza (que supera la de muchos aceros) y se vuelve lo suficientemente maleable como para que se pueda trabajar fácilmente. Se trabaja por forja, estirado o extrusión, pero se forma más comúnmente por sinterización.

De todos los metales en forma pura, el tungsteno tiene el punto de fusión más alto (3422 °C, 6192 °F), la presión de vapor más baja (a temperaturas superiores a 1650 °C, 3000 °F) y la resistencia a la tracción más alta. Aunque el carbono permanece sólido a temperaturas más altas que el tungsteno, el carbono se sublima a la presión atmosférica en lugar de fundirse, por lo que no tiene punto de fusión. El tungsteno tiene el coeficiente de expansión térmica más bajo de cualquier metal puro. La baja expansión térmica y el alto punto de fusión y la resistencia a la tracción del tungsteno se originan a partir de fuertes enlaces metálicos formados entre los átomos de tungsteno por los electrones 5d. La aleación de pequeñas cantidades de tungsteno con acero aumenta en gran medida su tenacidad.

El tungsteno existe en dos formas cristalinas principales: α y β. El primero tiene una estructura cúbica centrada en el cuerpo y es la forma más estable. La estructura de la fase β se llama A15 cúbica; es metaestable, pero puede coexistir con la fase α en condiciones ambientales debido a la síntesis fuera del equilibrio oa la estabilización por impurezas. Contrariamente a la fase α que cristaliza en granos isométricos, la forma β exhibe un hábito columnar. La fase α tiene un tercio de la resistividad eléctrica y una temperatura de transición superconductora T _C mucho más baja en relación con la fase β: aprox. 0,015 K frente a 1–4 K; la mezcla de las dos fases permite obtener valores de T _{C intermedios.} El valor T _C también se puede aumentar aleando tungsteno con otro metal (p. ej., 7,9 K para W-Tc).Estas aleaciones de tungsteno a veces se usan en circuitos superconductores de baja temperatura.

Isótopos

El tungsteno natural consta de cuatro isótopos estables (W, W, W y W) y un radioisótopo de vida muy larga, W. Teóricamente, los cinco pueden desintegrarse en isótopos del elemento 72 (hafnio) por emisión alfa, pero solo W tiene se ha observado que lo hace, con una vida media de(1,8 ± 0,2) × 10 años; en promedio, esto produce alrededor de dos desintegraciones alfa de W por gramo de tungsteno natural por año. Una tasa equivalente a una actividad específica de aproximadamente 63 microbequerelios por kilogramo. Esta tasa de desintegración es órdenes de magnitud inferior a la observada en el carbono o el potasio que se encuentran en la Tierra, que también contienen pequeñas cantidades de isótopos radiactivos de vida prolongada. Durante mucho tiempo se pensó que el bismuto no era radiactivo, peroBi (su isótopo de vida más larga) en realidad se descompone con una vida media de2,01 × 10 años o alrededor de un factor 10 más lento quew _ Sin embargo, debido a que el bismuto natural es 100%Bi, su actividad específica es en realidad más alta que la del tungsteno natural a 3 milibequerelios por kilogramo. No se ha observado que los otros isótopos naturales de tungsteno se desintegren, lo que limita su vida media a ser de al menos 4 × 10 años, si es que se descomponen.

Se han caracterizado otros 30 radioisótopos artificiales de tungsteno, siendo los más estables W con una vida media de 121,2 días, W con una vida media de 75,1 días, W con una vida media de 69,4 días, W con una vida media -vida de 21,6 días, y W con una vida media de 23,72 h. Todos los isótopos radiactivos restantes tienen vidas medias de menos de 3 horas, y la mayoría de ellos tienen vidas medias inferiores a 8 minutos. Tungsten también tiene 11 metaestados, siendo el más estable W (t _1/2 6,4 minutos).

Propiedades químicas

El tungsteno es un elemento en su mayoría no reactivo: no reacciona con el agua, es inmune al ataque de la mayoría de los ácidos y bases, y no reacciona con el oxígeno o el aire a temperatura ambiente. A temperaturas elevadas (es decir, cuando está al rojo vivo) reacciona con el oxígeno para formar el compuesto de trióxido de tungsteno (VI), WO ₃. Sin embargo, reaccionará directamente con el flúor (F ₂) a temperatura ambiente para formar fluoruro de tungsteno (VI) (WF ₆), un gas incoloro. A unos 250 °C reaccionará con cloro o bromo, y en determinadas condiciones de calor reaccionará con yodo. El tungsteno finamente dividido es pirofórico.

El estado de oxidación formal más común del tungsteno es +6, pero presenta todos los estados de oxidación desde -2 hasta +6. El tungsteno generalmente se combina con el oxígeno para formar el óxido de tungsteno amarillo, WO ₃, que se disuelve en soluciones alcalinas acuosas para formar iones de tungstato, WO₄.

Los carburos de tungsteno (W ₂ C y WC) se producen calentando tungsteno en polvo con carbón. El W ₂ C es resistente al ataque químico, aunque reacciona fuertemente con el cloro para formar hexacloruro de tungsteno (WCl ₆).

En solución acuosa, el tungstato da los heteropoliácidos y los aniones polioxometalato en condiciones neutras y ácidas. A medida que el tungstato se trata progresivamente con ácido, primero produce el anión soluble y metaestable "paratungstato A", W₇O₂₄, que con el tiempo se convierte en el anión "paratungstato B" menos soluble, H₂W₁₂O₄₂. La acidificación adicional produce el anión metatungstato muy soluble, H₂W₁₂O₄₀, después de lo cual se alcanza el equilibrio. El ion metatungstato existe como un grupo simétrico de doce octaedros de tungsteno-oxígeno conocido como el anión Keggin. Muchos otros aniones de polioxometalato existen como especies metaestables. La inclusión de un átomo diferente como el fósforo en lugar de los dos hidrógenos centrales en el metatungstato produce una amplia variedad de heteropoliácidos, como el ácido fosfotúngstico H ₃ PW ₁₂ O ₄₀.

El trióxido de tungsteno puede formar compuestos de intercalación con metales alcalinos. Estos se conocen como bronces; un ejemplo es el bronce de tungsteno de sodio.

En forma gaseosa, el tungsteno forma la especie diatómica W ₂. Estas moléculas presentan un enlace séxtuple entre los átomos de tungsteno, el orden de enlace más alto conocido entre los átomos estables.

Historia

En 1781, Carl Wilhelm Scheele descubrió que se podía hacer un nuevo ácido, el ácido tungstico, a partir de scheelita (en ese momento llamado tungsteno). Scheele y Torbern Bergman sugirieron que podría ser posible obtener un nuevo metal mediante la reducción de este ácido. En 1783, José y Fausto Elhuyar encontraron un ácido a base de wolframita idéntico al ácido túngstico. Más tarde ese mismo año, en la Real Sociedad Vasca de la localidad de Bergara, España, los hermanos lograron aislar el tungsteno por reducción de este ácido con carbón vegetal, y se les atribuye el descubrimiento del elemento (lo llamaron "wolframio" o " volfram").

El valor estratégico del tungsteno se hizo notar a principios del siglo XX. Las autoridades británicas actuaron en 1912 para liberar la mina Carrock de la Cumbrian Mining Company de propiedad alemana y, durante la Primera Guerra Mundial, restringieron el acceso alemán a otros lugares. En la Segunda Guerra Mundial, el tungsteno desempeñó un papel más importante en los tratos políticos de fondo. Portugal, como principal fuente europea del elemento, se vio presionado por ambos lados debido a sus depósitos de mineral de wolframita en Panasqueira. Las propiedades deseables del tungsteno, como la resistencia a las altas temperaturas, su dureza y densidad, y su refuerzo de las aleaciones, lo convirtieron en una materia prima importante para la industria armamentista.tanto como componente de armas y equipos como empleado en la producción misma, por ejemplo, en herramientas de corte de carburo de tungsteno para mecanizar acero. Ahora el tungsteno se usa en muchas más aplicaciones, como pesos de lastre para aviones y deportes de motor, dardos, herramientas antivibración y equipos deportivos.

El tungsteno es único entre los elementos que ha sido objeto de procedimientos de patente. En 1928, un tribunal estadounidense rechazó el intento de General Electric de patentarlo, anulando la patente estadounidense 1.082.933 concedida en 1913 a William D. Coolidge.

Etimología

El nombre "tungsteno" (que significa "piedra pesada" en sueco) se usa en inglés, francés y muchos otros idiomas como nombre del elemento, pero no en los países nórdicos. "Tungsteno" era el antiguo nombre sueco para el mineral scheelita. "Wolfram" (o "volfram") se usa en la mayoría de los idiomas europeos (especialmente germánicos, españoles y eslavos) y se deriva del mineral wolframita, que es el origen del símbolo químico W. El nombre "wolframita" se deriva del alemán " wolf rahm " ("hollín de lobo" o "crema de lobo"), nombre dado al tungsteno por Johan Gottschalk Wallerius en 1747. Este, a su vez, deriva del latín " lupi spuma ".", el nombre que Georg Agricola usó para el elemento en 1546, que se traduce al inglés como "espuma de lobo" y es una referencia a las grandes cantidades de estaño consumidas por el mineral durante su extracción, como si el mineral lo devorara como un lobo. Esta denominación sigue una tradición de nombres coloridos que los mineros de los Montes Metálicos darían a varios minerales debido a la superstición de que algunos que parecían contener metales valiosos conocidos en ese momento pero que no los contenían de alguna manera estaban "hechizados". Cobalto (cf. Kobold), pechblenda (cf alemán "blenden" para "cegar" o "engañar") y níquel (cf "Old Nick") derivan sus nombres del mismo idioma minero.

Ocurrencia

Hasta ahora, el tungsteno no se ha encontrado en la naturaleza en su forma pura. En cambio, el tungsteno se encuentra principalmente en los minerales wolframita y scheelita. La wolframita es tungstato de hierro-manganeso (Fe,Mn)WO ₄, una solución sólida de los dos minerales ferberita (FeWO ₄) y hübnerita (MnWO ₄), mientras que la scheelita es tungstato de calcio (CaWO ₄). Otros minerales de tungsteno varían en su nivel de abundancia de moderado a muy raro, y casi no tienen valor económico.

Compuestos químicos

El tungsteno forma compuestos químicos en estados de oxidación de -II a VI. Los estados de oxidación más altos, siempre como óxidos, son relevantes para su ocurrencia terrestre y sus roles biológicos, los estados de oxidación de nivel medio a menudo se asocian con grupos de metales y los estados de oxidación muy bajos se asocian típicamente con complejos de CO. Las químicas del tungsteno y el molibdeno muestran fuertes similitudes entre sí, así como contrastes con su congénere más ligero, el cromo. La rareza relativa del tungsteno (III), por ejemplo, contrasta con la omnipresencia de los compuestos de cromo (III). El estado de oxidación más alto se observa en el óxido de tungsteno (VI) (WO ₃). El óxido de tungsteno (VI) es soluble en una base acuosa y forma tungstato (WO ₄). Este oxianión se condensa a valores de pH más bajos, formando polioxotungstatos.

La amplia gama de estados de oxidación del tungsteno se refleja en sus diversos cloruros:

• Cloruro de tungsteno (II), que existe como hexámero W ₆ Cl ₁₂
• Cloruro de tungsteno (III), que existe como hexámero W ₆ Cl ₁₈
• Cloruro de tungsteno (IV), WCl ₄, un sólido negro, que adopta una estructura polimérica.
• Cloruro de tungsteno (V) WCl ₅, un sólido negro que adopta una estructura dimérica.
• Cloruro de tungsteno(VI) WCl ₆, que contrasta con la inestabilidad del MoCl ₆.

Los compuestos orgánicos de tungsteno son numerosos y también abarcan una variedad de estados de oxidación. Los ejemplos notables incluyen el prismático trigonal W(CH ₃) ₆ y el octaédrico W(CO) ₆.

Producción

Reservas

Las reservas mundiales de tungsteno son de 3.200.000 toneladas; se encuentran mayoritariamente en China (1.800.000 t), Canadá (290.000 t), Rusia (160.000 t), Vietnam (95.000 t) y Bolivia. A partir de 2017, China, Vietnam y Rusia son los principales proveedores con 79 000, 7200 y 3100 toneladas, respectivamente. Canadá había dejado de producir a fines de 2015 debido al cierre de su única mina de tungsteno. Mientras tanto, Vietnam aumentó significativamente su producción en la década de 2010, debido a la gran optimización de sus operaciones de refinación nacionales, y superó a Rusia y Bolivia.

China sigue siendo el líder mundial no solo en producción, sino también en exportación y consumo de productos de tungsteno. La producción de tungsteno está aumentando gradualmente fuera de China debido a la creciente demanda. Mientras tanto, su suministro por parte de China está estrictamente regulado por el Gobierno chino, que lucha contra la minería ilegal y la contaminación excesiva que se origina en los procesos de minería y refinación.

Hay un gran depósito de mineral de tungsteno en el borde de Dartmoor en el Reino Unido, que fue explotado durante la Primera Guerra Mundial y la Segunda Guerra Mundial como la mina Hemerdon. Tras los aumentos en los precios del tungsteno, esta mina se reactivó en 2014, pero cesó sus actividades en 2018.

Dentro de la UE, el depósito de scheelita de Felbertal de Austria es una de las pocas minas de tungsteno en producción. Portugal es uno de los principales productores de tungsteno de Europa, con 121 kt de tungsteno contenido en concentrados minerales desde 1910 hasta 2020, lo que representa aproximadamente el 3,3 % de la producción mundial.

El tungsteno se considera un mineral conflictivo debido a las prácticas mineras poco éticas observadas en la República Democrática del Congo.

Extracción

El tungsteno se extrae de sus minerales en varias etapas. El mineral finalmente se convierte en óxido de tungsteno (VI) (WO ₃), que se calienta con hidrógeno o carbono para producir tungsteno en polvo. Debido al alto punto de fusión del tungsteno, no es factible comercialmente fundir lingotes de tungsteno. En cambio, el tungsteno en polvo se mezcla con pequeñas cantidades de níquel en polvo u otros metales y se sinteriza. Durante el proceso de sinterización, el níquel se difunde en el tungsteno, produciendo una aleación.

El tungsteno también se puede extraer por reducción de hidrógeno de WF ₆:WF ₆ + 3 H ₂ → W + 6 HF

o descomposición pirolítica:WF ₆ → W + 3 F ₂ (Δ H _r = +)

El tungsteno no se negocia como un contrato de futuros y no se puede rastrear en bolsas como la Bolsa de Metales de Londres. La industria del tungsteno suele utilizar referencias de precios independientes, como Argus Media o Metal Bulletin, como base para los contratos. Los precios suelen cotizarse para concentrado de tungsteno o WO ₃.

Aplicaciones

Aproximadamente la mitad del tungsteno se consume para la producción de materiales duros, a saber, carburo de tungsteno, y el resto se usa principalmente en aleaciones y aceros. Menos del 10% se utiliza en otros compuestos químicos. Debido a la alta temperatura de transición dúctil-frágil del tungsteno, sus productos se fabrican convencionalmente a través de pulvimetalurgia, sinterización por chispa de plasma, deposición química de vapor, prensado isostático en caliente y rutas termoplásticas. Una alternativa de fabricación más flexible es la fusión selectiva por láser, que es una forma de impresión 3D y permite crear formas tridimensionales complejas.

Industrial

El tungsteno se utiliza principalmente en la producción de materiales duros a base de carburo de tungsteno (WC), uno de los carburos más duros. WC es un conductor eléctrico eficiente, pero W ₂ C lo es menos. El WC se utiliza para fabricar abrasivos resistentes al desgaste y herramientas de corte de "carburo" como cuchillos, taladros, sierras circulares, troqueles, herramientas de fresado y torneado utilizadas en las industrias metalúrgica, maderera, minera, petrolera y de la construcción. Las herramientas de carburo son en realidad un compuesto de cerámica/metal, donde el cobalto metálico actúa como un material de unión (matriz) para mantener las partículas de WC en su lugar. Este tipo de uso industrial representa alrededor del 60% del consumo actual de tungsteno.

La industria de la joyería fabrica anillos de carburo de tungsteno sinterizado, compuestos de carburo de tungsteno/metal y también tungsteno metálico. Los anillos compuestos de WC/metal utilizan níquel como matriz de metal en lugar de cobalto porque adquiere un mayor brillo cuando se pule. A veces, los fabricantes o minoristas se refieren al carburo de tungsteno como un metal, pero es una cerámica. Debido a la dureza del carburo de tungsteno, los anillos hechos de este material son extremadamente resistentes a la abrasión y mantendrán un acabado bruñido por más tiempo que los anillos hechos de tungsteno metálico. Sin embargo, los anillos de carburo de tungsteno son frágiles y pueden romperse con un golpe fuerte.

Aleaciones

La dureza y la resistencia al calor del tungsteno pueden contribuir a aleaciones útiles. Un buen ejemplo es el acero rápido, que puede contener hasta un 18 % de tungsteno. El alto punto de fusión del tungsteno lo convierte en un buen material para aplicaciones como toberas de cohetes, por ejemplo, en el misil balístico UGM-27 Polaris lanzado desde un submarino. Las aleaciones de tungsteno se utilizan en una amplia gama de aplicaciones, incluidas las industrias aeroespacial y automotriz y el blindaje contra la radiación. Las superaleaciones que contienen tungsteno, como Hastelloy y Stellite, se utilizan en álabes de turbinas y piezas y revestimientos resistentes al desgaste.

La resistencia al calor del tungsteno lo hace útil en aplicaciones de soldadura por arco cuando se combina con otro metal de alta conductividad como la plata o el cobre. La plata o el cobre proporcionan la conductividad necesaria y el tungsteno permite que la varilla de soldadura resista las altas temperaturas del entorno de soldadura por arco.

Magnetos permanentes

El acero de tungsteno templado (martensítico) (aprox. 5,5% a 7,0% W con 0,5% a 0,7% C) se usó para fabricar imanes permanentes duros, debido a su alta remanencia y coercitividad, como señaló John Hopkinson (1849–1898) como ya en 1886. Las propiedades magnéticas de un metal o una aleación son muy sensibles a la microestructura. Por ejemplo, mientras que el elemento tungsteno no es ferromagnético (pero el hierro sí), cuando está presente en el acero en estas proporciones, estabiliza la fase martensita, que tiene mayor ferromagnetismo que la fase ferrita (hierro) debido a su mayor resistencia a los cambios magnéticos. movimiento de la pared del dominio.

Militar

El tungsteno, generalmente aleado con níquel, hierro o cobalto para formar aleaciones pesadas, se usa en penetradores de energía cinética como una alternativa al uranio empobrecido, en aplicaciones donde la radiactividad del uranio es problemática incluso en forma empobrecida, o donde no se desean las propiedades pirofóricas adicionales del uranio. (por ejemplo, en balas ordinarias de armas pequeñas diseñadas para penetrar chalecos antibalas). Del mismo modo, las aleaciones de tungsteno también se han utilizado en proyectiles, granadas y misiles para crear metralla supersónica. Alemania usó tungsteno durante la Segunda Guerra Mundial para producir proyectiles para diseños de armas antitanque utilizando el principio de orificio de compresión de Gerlich para lograr una velocidad de salida muy alta y una penetración de armadura mejorada de artillería de campaña de calibre comparativamente pequeño y peso ligero. Las armas eran muy eficaces, pero se utilizaba una escasez de tungsteno en el núcleo del proyectil.

El tungsteno también se ha utilizado en explosivos de metal inerte denso, que lo utilizan como polvo denso para reducir el daño colateral y aumentar la letalidad de los explosivos dentro de un radio pequeño.

Aplicaciones químicas

El sulfuro de tungsteno (IV) es un lubricante de alta temperatura y es un componente de los catalizadores para la hidrodesulfuración. MoS ₂ se usa más comúnmente para tales aplicaciones.

Los óxidos de tungsteno se usan en esmaltes cerámicos y los tungstatos de calcio/magnesio se usan ampliamente en la iluminación fluorescente. Los tungstatos cristalinos se utilizan como detectores de centelleo en física nuclear y medicina nuclear. Otras sales que contienen tungsteno se utilizan en la industria química y del curtido. El óxido de tungsteno (WO ₃) se incorpora a los catalizadores de reducción catalítica selectiva (SCR) que se encuentran en las centrales eléctricas de carbón. Estos catalizadores convierten los óxidos de nitrógeno (NO _x) en nitrógeno (N ₂) y agua (H ₂ O) usando amoníaco (NH ₃). El óxido de tungsteno ayuda con la resistencia física del catalizador y prolonga la vida útil del catalizador. Los catalizadores que contienen tungsteno son prometedores para la epoxidación,reacciones de oxidación e hidrogenólisis. Los heteropoliácidos de tungsteno son un componente clave de los catalizadores multifuncionales. Los tungstatos se pueden utilizar como fotocatalizador, mientras que el sulfuro de tungsteno como electrocatalizador.

Usos de nicho

Las aplicaciones que requieren su alta densidad incluyen pesos, contrapesos, quillas de lastre para yates, lastre de cola para aviones comerciales, pesos de rotor para helicópteros civiles y militares, y como lastre en autos de carrera para NASCAR y Fórmula Uno.Con una densidad ligeramente inferior al doble, el tungsteno se considera una alternativa (aunque más cara) a las plomadas de pesca de plomo. El uranio empobrecido también se utiliza para estos fines, debido a su densidad similarmente alta. Se utilizaron bloques de tungsteno de setenta y cinco kg como "dispositivos de masa de equilibrio de crucero" en la parte del vehículo de entrada de la nave espacial Mars Science Laboratory de 2012. Es un material ideal para usar como dolly para remachar, donde la masa necesaria para obtener buenos resultados se puede lograr en una barra compacta. Las aleaciones de alta densidad de tungsteno con níquel, cobre o hierro se utilizan en dardos de alta calidad (para permitir un diámetro más pequeño y, por lo tanto, agrupaciones más apretadas) o para moscas artificiales (las cuentas de tungsteno permiten que la mosca se hunda rápidamente). El tungsteno también se utiliza como cerrojo pesado para reducir la velocidad de disparo de la ametralladora SWD M11/9 de 1300 RPM a 700 RPM. El tungsteno se ha utilizado recientemente en boquillas para impresión 3D; la alta resistencia al desgaste y conductividad térmica del carburo de tungsteno mejora la impresión de filamentos abrasivos.Algunas cuerdas de violonchelo C están enrolladas con tungsteno. La densidad adicional le da a esta cuerda más proyección y, a menudo, los violonchelistas compran solo esta cuerda y la usan con tres cuerdas de un juego diferente. El tungsteno se utiliza como absorbente en el telescopio de electrones del sistema de rayos cósmicos de las dos naves espaciales Voyager.

Sustitución de oro

Su densidad, similar a la del oro, permite utilizar el tungsteno en joyería como alternativa al oro o al platino. El tungsteno metálico es hipoalergénico y es más duro que las aleaciones de oro (aunque no tan duro como el carburo de tungsteno), lo que lo hace útil para anillos que resistirán el rayado, especialmente en diseños con acabado cepillado.

Debido a que la densidad es tan similar a la del oro (el tungsteno es solo un 0,36 % menos denso) y su precio es del orden de una milésima, el tungsteno también se puede usar para falsificar lingotes de oro, como al recubrir un lingote de tungsteno con oro, que se ha observado desde la década de 1980, o tomar una barra de oro existente, perforar agujeros y reemplazar el oro extraído con barras de tungsteno. Las densidades no son exactamente las mismas y otras propiedades del oro y el tungsteno difieren, pero el tungsteno chapado en oro pasará las pruebas superficiales.

El tungsteno chapado en oro está disponible comercialmente en China (la principal fuente de tungsteno), tanto en joyería como en barras.

Electrónica

Debido a que conserva su fuerza a altas temperaturas y tiene un alto punto de fusión, el tungsteno elemental se usa en muchas aplicaciones de alta temperatura, como bombillas incandescentes, tubos de rayos catódicos y filamentos de tubos de vacío, elementos calefactores y toberas de motores de cohetes. Su alto punto de fusión también hace que el tungsteno sea adecuado para usos aeroespaciales y de alta temperatura, como aplicaciones eléctricas, de calefacción y de soldadura, especialmente en el proceso de soldadura por arco de tungsteno con gas (también llamado soldadura con gas inerte de tungsteno (TIG)).

Debido a sus propiedades conductoras y su relativa inercia química, el tungsteno también se usa en electrodos y en las puntas emisoras de instrumentos de haz de electrones que usan pistolas de emisión de campo, como los microscopios electrónicos. En electrónica, el tungsteno se utiliza como material de interconexión en circuitos integrados, entre el material dieléctrico de dióxido de silicio y los transistores. Se utiliza en películas metálicas, que reemplazan el cableado utilizado en la electrónica convencional con una capa de tungsteno (o molibdeno) sobre silicio.

La estructura electrónica del tungsteno lo convierte en una de las principales fuentes de objetivos de rayos X y también para protegerse de radiaciones de alta energía (como en la industria radiofarmacéutica para proteger muestras radiactivas de FDG). También se utiliza en imágenes gamma como material del que se fabrican las aperturas codificadas, debido a sus excelentes propiedades de protección. El polvo de tungsteno se usa como material de relleno en compuestos plásticos, que se usan como un sustituto no tóxico del plomo en balas, perdigones y escudos contra radiación. Dado que la expansión térmica de este elemento es similar a la del vidrio de borosilicato, se usa para hacer sellos de vidrio a metal.Además de su alto punto de fusión, cuando el tungsteno se dopa con potasio, conduce a una mayor estabilidad de forma (en comparación con el tungsteno no dopado). Esto asegura que el filamento no se combe y que no se produzcan cambios no deseados.

Nanocables

A través de procesos de nanofabricación de arriba hacia abajo, los nanocables de tungsteno se han fabricado y estudiado desde 2002. Debido a una relación superficie/volumen particularmente alta, la formación de una capa de óxido superficial y la naturaleza monocristalina de dicho material, las propiedades mecánicas difieren fundamentalmente de las de tungsteno a granel. Tales nanocables de tungsteno tienen aplicaciones potenciales en nanoelectrónica y, lo que es más importante, como sondas de pH y sensores de gas. De manera similar a los nanocables de silicio, los nanocables de tungsteno se producen con frecuencia a partir de un precursor de tungsteno a granel seguido de un paso de oxidación térmica para controlar la morfología en términos de longitud y relación de aspecto. Con el modelo Deal-Grove es posible predecir la cinética de oxidación de los nanocables fabricados mediante este proceso de oxidación térmica.

El poder de la fusion

Debido a su alto punto de fusión y buena resistencia a la erosión, el tungsteno es un candidato principal para las secciones más expuestas de la pared interna que mira al plasma de los reactores de fusión nuclear. Se utilizará como material de revestimiento de plasma del desviador en el reactor ITER y actualmente se utiliza en el reactor de prueba JET.

Rol biológico

El tungsteno, con número atómico Z = 74, es el elemento más pesado conocido por ser biológicamente funcional. Es utilizado por algunas bacterias y arqueas, pero no en eucariotas. Por ejemplo, las enzimas llamadas oxidorreductasas usan tungsteno de manera similar al molibdeno al usarlo en un complejo de tungsteno-pterina con molibdopterina (la molibdopterina, a pesar de su nombre, no contiene molibdeno, pero puede formar complejos con molibdeno o tungsteno en uso por organismos vivos). Las enzimas que usan tungsteno típicamente reducen los ácidos carboxílicos a aldehídos. Las oxidorreductasas de tungsteno también pueden catalizar oxidaciones. La primera enzima que requiere tungsteno que se descubrió también requiere selenio, y en este caso el par tungsteno-selenio puede funcionar de manera análoga al apareamiento molibdeno-azufre de algunas enzimas que requieren molibdopterina.Se sabe que una de las enzimas de la familia de las oxidorreductasas que a veces emplea tungsteno (formato deshidrogenasa H bacteriana) utiliza una versión de selenio-molibdeno de la molibdopterina. La acetileno hidratasa es una metaloenzima inusual que cataliza una reacción de hidratación. Se han propuesto dos mecanismos de reacción, en uno de los cuales hay una interacción directa entre el átomo de tungsteno y el triple enlace C≡C. Aunque se ha encontrado que una xantina deshidrogenasa de bacterias que contiene tungsteno contiene tungsteno-molibdopterina y también selenio no unido a proteínas, no se ha descrito definitivamente un complejo de tungsteno-selenio molibdopterina.

En el suelo, el tungsteno metálico se oxida al anión tungstato. Puede ser importado de forma selectiva o no selectiva por algunos organismos procarióticos y puede sustituir al molibdato en ciertas enzimas. Su efecto sobre la acción de estas enzimas es en unos casos inhibitorio y en otros positivo. La química del suelo determina cómo se polimeriza el tungsteno; los suelos alcalinos producen tungstatos monoméricos; los suelos ácidos producen tungstatos poliméricos.

El tungstato de sodio y el plomo han sido estudiados por su efecto sobre las lombrices de tierra. Se descubrió que el plomo era letal a niveles bajos y el tungstato de sodio era mucho menos tóxico, pero el tungstato inhibía por completo su capacidad reproductiva.

El tungsteno se ha estudiado como un antagonista metabólico biológico del cobre, en un papel similar al del molibdeno. Se ha encontrado que las sales de tetratiotungstato [zh] pueden usarse como productos químicos biológicos de quelación de cobre, similares a los tetratiomolibdatos.

En arqueas

El tungsteno es esencial para algunas arqueas. Se conocen las siguientes enzimas que utilizan tungsteno:

• Aldehído ferredoxina oxidorreductasa (AOR) en la cepa ES-1 de Thermococcus
• Formaldehído ferredoxina oxidorreductasa (FOR) en Thermococcus litoralis
• Gliceraldehído-3-fosfato ferredoxina oxidorreductasa (GAPOR) en Pyrococcus furiosus

Se sabe que un sistema de tratamiento de aguas residuales transporta selectivamente tungsteno en arqueas:

• WtpA es la proteína de unión a tungsteno de la familia de transportadores ABC
• WptB es una permeasa
• WtpC es ATPasa

Factores de salud

Debido a que el tungsteno es un metal raro y sus compuestos generalmente son inertes, los efectos del tungsteno en el medio ambiente son limitados. Se cree que la abundancia de tungsteno en la corteza terrestre es de aproximadamente 1,5 partes por millón. Es uno de los elementos más raros.

Al principio se creía que era relativamente inerte y un metal ligeramente tóxico, pero a partir del año 2000, el riesgo que presentan las aleaciones de tungsteno, sus polvos y partículas para inducir cáncer y varios otros efectos adversos en animales y humanos ha sido destacados de experimentos in vitro e in vivo. La dosis letal media LD ₅₀ depende en gran medida del animal y del método de administración y varía entre 59 mg/kg (intravenosa, conejos) y 5000 mg/kg (polvo de tungsteno metálico, intraperitoneal, ratas).

Las personas pueden estar expuestas al tungsteno en el lugar de trabajo al inhalarlo, tragarlo, contacto con la piel y contacto con los ojos. El Instituto Nacional para la Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH) ha establecido un límite de exposición recomendado (REL) de 5 mg/m3 durante una jornada laboral de 8 horas y un límite a corto plazo de 10 mg/m3.