텅스텐의 끓는점은 10,030F이며 기타 놀라운 사실들

May 28, 2023

갑옷을 관통하는 총알, 로켓 엔진 노즐, 단단한 암석을 절단하기 위한 드릴 비트는 우주에서 가장 단단하고 내열성이 가장 높은 원소 중 하나인 텅스텐으로 만든 제품 중 일부에 불과합니다.

대부분의 다른 금속 원소와 마찬가지로 텅스텐은 자연에서 반짝이는 금속 덩어리로 발견되지 않습니다. 이는 다른 화합물(이 경우에는 자연적으로 발생하는 광물인 철망간석)로부터 화학적으로 분리되어야 합니다. 그렇기 때문에 주기율표에서 텅스텐의 기호는 T가 아니라 W(Wolfram의 약어)입니다. 텅스텐이라는 이름은 스웨덴어로 "무거운 돌"이라는 뜻으로, 원소의 엄청난 밀도와 무게를 나타냅니다. 원자 번호(원자 핵에 있는 양성자의 수)는 74이고 원자량(자연적으로 발생하는 동위원소의 가중 평균)은 183.84입니다.

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두 명의 스페인 화학자(및 형제)인 Juan José와 Fausto Elhuyar는 1783년에 철망간석에서 회백색 금속을 처음 분리하면서 텅스텐을 발견한 것으로 알려져 있습니다.

텅스텐의 가장 인상적이고 유용한 특성 중 하나는 모든 금속 원소 중에서 가장 높은 녹는점입니다. 순수 텅스텐은 무려 화씨 6,192도(섭씨 3,422도)에서 녹고 태양의 광구 온도와 같은 온도인 화씨 10,030도(5,555도)에 도달할 때까지 끓지 않습니다.

비교를 위해 철의 융점은 화씨 2,800도(섭씨 1,538도)이고 금은 화씨 1,947.52도(섭씨 1,064.18도)에서 액체로 변합니다.

미국 화학 협회(American Chemical Society)를 통해 우리가 접촉한 화학자이자 재료 과학자인 John Newam은 모든 금속의 원자가 단단한 금속 결합으로 결합되어 있기 때문에 상대적으로 녹는점이 높다고 말합니다. 금속 결합은 3차원 원자 배열 전체에서 전자를 공유하기 때문에 매우 강력합니다. Newam은 텅스텐이 금속 결합의 특이한 강도와 방향성 때문에 다른 금속보다 오래 지속된다고 말합니다.

"그게 왜 중요해요?" 뉴샘에게 묻습니다. "백열 전구용 필라멘트를 연구하는 에디슨을 생각해 보십시오. 그는 빛을 방출할 뿐만 아니라 열에도 녹지 않는 물질이 필요했습니다."

에디슨은 백금, 이리듐, 대나무를 포함한 다양한 필라멘트 재료를 실험했지만 20세기 내내 대부분의 전구에 사용된 텅스텐 필라멘트를 만든 사람은 또 다른 미국 발명가인 윌리엄 쿨리지였습니다.

텅스텐의 높은 융점은 강철과 같은 재료와 합금으로 혼합될 때와 같은 다른 장점도 있습니다. 텅스텐 합금은 로켓 연료의 폭발적인 흐름을 분출하는 엔진 노즐을 포함하여 엄청난 열을 견뎌야 하는 로켓과 미사일의 부분에 도금됩니다.

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다양한 원소의 밀도는 구성 원자의 크기를 반영합니다. 주기율표에서 낮은 값으로 올라갈수록 원자는 더 크고 무거워집니다.

"텅스텐과 같은 무거운 원소는 핵에 더 많은 양성자와 중성자를 갖고 있으며, 핵 주위의 궤도에 더 많은 전자를 가지고 있습니다."라고 Newam은 말합니다. "이것은 주기율표에서 아래로 내려갈수록 원자 하나의 무게가 크게 증가한다는 것을 의미합니다."

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실제로 한 손에는 텅스텐 덩어리를 들고 다른 손에는 같은 양의 은이나 철을 쥐면 텅스텐이 훨씬 더 무겁게 느껴질 것입니다. 구체적으로 텅스텐의 밀도는 입방센티미터당 19.3g입니다. 이에 비해 은의 밀도는 텅스텐(10.5g/cm3)의 절반 정도이고, 철의 밀도는 텅스텐(7.9g/cm3)의 거의 1/3입니다.

텅스텐의 고밀도 중량은 특정 응용 분야에서 이점이 될 수 있습니다. 예를 들어 밀도와 경도 때문에 갑옷을 관통하는 총알에 자주 사용됩니다. 군대는 또한 텅스텐을 사용하여 공중 공성추처럼 텅스텐 막대를 발사하여 벽과 탱크 장갑을 부수는 소위 "운동 폭격" 무기를 만듭니다.

냉전 기간 동안 공군은 20피트(6미터) 길이의 텅스텐 막대 묶음을 궤도에서 적 목표물에 떨어뜨리는 프로젝트 토르(Project Thor)라는 아이디어를 실험한 것으로 알려졌습니다. 이러한 소위 "신의 막대"는 핵무기의 파괴적인 힘으로 충격을 주었지만 핵 낙진은 없었을 것입니다. 무거운 막대를 우주로 발사하는 데 드는 비용은 엄청나게 비쌌다는 것이 밝혀졌습니다.