Der Siedepunkt von Wolfram liegt bei 10.030 F und andere verrückte Fakten

Panzerbrechende Geschosse, Raketentriebwerksdüsen und Bohrer zum Durchschneiden von Felsgestein sind nur einige der Produkte, die aus Wolfram hergestellt werden, einem der härtesten und hitzebeständigsten Elemente im Universum.

Wolfram kommt, wie die meisten anderen metallischen Elemente, in der Natur nicht als glänzendes Metallstück vor. Es muss chemisch von anderen Verbindungen isoliert werden, in diesem Fall vom natürlich vorkommenden Mineral Wolframit. Aus diesem Grund ist das Symbol von Wolfram im Periodensystem nicht T, sondern W, was die Abkürzung für „Wolfram“ ist. Der Name Wolfram kommt aus dem Schwedischen und bedeutet „schwerer Stein“, ein Hinweis auf die unheimliche Dichte und das Gewicht des Elements. Seine Ordnungszahl (die Anzahl der Protonen im Atomkern) beträgt 74 und sein Atomgewicht (gewichteter Durchschnitt seiner natürlich vorkommenden Isotope) beträgt 183,84.

Zwei spanischen Chemikern (und Brüdern), Juan José und Fausto Elhuyar, wird die Entdeckung von Wolfram im Jahr 1783 zugeschrieben, als sie erstmals das grauweiße Metall aus Wolframit isolierten.

Eine der beeindruckendsten und nützlichsten Eigenschaften von Wolfram ist sein hoher Schmelzpunkt, der höchste aller metallischen Elemente. Reines Wolfram schmilzt bei satten 3.422 °C (6.192 °F) und kocht erst, wenn die Temperatur 5.555 °C (10.030 °F) erreicht, was der gleichen Temperatur wie die Photosphäre der Sonne entspricht.

Zum Vergleich: Eisen hat einen Schmelzpunkt von 2.800 Grad F (1.538 Grad C) und Gold wird bereits bei 1.947,52 Grad F (1.064,18 Grad C) flüssig.

„Alle Metalle haben relativ hohe Schmelzpunkte, weil ihre Atome durch enge metallische Bindungen zusammengehalten werden“, sagt John Newsam, ein Chemiker und Materialwissenschaftler, den wir über die American Chemical Society kontaktiert haben. Metallische Bindungen sind so stark, weil sie Elektronen über eine gesamte dreidimensionale Anordnung von Atomen verteilen. Newsam sagt, dass Wolfram aufgrund der ungewöhnlichen Stärke und Ausrichtung seiner Metallbindungen andere Metalle überdauert.

„Warum ist das wichtig?“ fragt Newsam. „Denken Sie an Edison, der an Glühfäden für die Glühbirne arbeitete. Er brauchte ein Material, das nicht nur Licht ausstrahlte, sondern auch durch die Hitze nicht schmolz.“

Edison experimentierte mit vielen verschiedenen Glühfadenmaterialien, darunter Platin, Iridium und Bambus, aber es war ein anderer amerikanischer Erfinder, William Coolidge, dem die Herstellung der Wolframfäden zugeschrieben wird, die im 20. Jahrhundert in den meisten Glühbirnen verwendet wurden.

Der hohe Schmelzpunkt von Wolfram hat weitere Vorteile, beispielsweise wenn es als Legierung mit Materialien wie Stahl vermischt wird. Wolframlegierungen werden auf Teile von Raketen und Flugkörpern plattiert, die enormer Hitze standhalten müssen, einschließlich der Triebwerksdüsen, die explosive Raketentreibstoffströme ausstoßen.

Die Dichte verschiedener Elemente spiegelt die Größe ihrer Atombestandteile wider. Je niedriger man im Periodensystem steht, desto größer und schwerer sind die Atome.

„Die schwereren Elemente wie Wolfram haben mehr Protonen und Neutronen im Kern und mehr Elektronen in der Umlaufbahn um den Kern“, sagt Newsam. „Das bedeutet, dass das Gewicht eines Atoms deutlich zunimmt, wenn man im Periodensystem nach unten geht.“

In der Praxis würde sich das Wolfram viel schwerer anfühlen, wenn man in einer Hand ein Stück Wolfram und in der anderen die gleiche Menge Silber oder Eisen halten würde. Konkret beträgt die Dichte von Wolfram 19,3 Gramm pro Kubikzentimeter. Im Vergleich dazu ist Silber etwa halb so dicht wie Wolfram (10,5 g/cm3) und Eisen hat fast ein Drittel so dicht (7,9 g/cm3).

Die hohe Dichte von Wolfram kann bei bestimmten Anwendungen von Vorteil sein. Aufgrund seiner Dichte und Härte wird es beispielsweise häufig in panzerbrechenden Geschossen verwendet. Das Militär verwendet Wolfram auch zur Herstellung sogenannter „kinetischer Bombardierungs“-Waffen, die einen Stab aus Wolfram wie einen Rammbock in der Luft abschießen, um Wände und Panzerpanzerung zu durchschlagen.

Während des Kalten Krieges experimentierte die Luftwaffe angeblich mit einer Idee namens „Projekt Thor“, bei der ein Bündel 20 Fuß (6 Meter) langer Wolframstäbe aus der Umlaufbahn auf feindliche Ziele abgeworfen wurde. Diese sogenannten „Stäbe Gottes“ hätten mit der zerstörerischen Kraft einer Atomwaffe eingeschlagen, jedoch ohne den nuklearen Fallout. Es stellte sich heraus, dass die Kosten für den Raketenflug der schweren Stäbe in den Weltraum unerschwinglich waren.

Reines Wolfram ist nicht so hart – man kann es mit einer Handsäge durchschneiden – aber wenn Wolfram mit kleinen Mengen Kohlenstoff kombiniert wird, entsteht Wolframcarbid, eine der härtesten und zähesten Substanzen auf der Erde.

„Wenn man kleine Mengen Kohlenstoff oder andere Metalle in Wolfram einbringt, fixiert es die Struktur und verhindert, dass sie sich leicht verformt“, sagt Newsam.

Wolframkarbid ist so hart, dass es nur mit Diamanten geschnitten werden kann, und selbst dann funktionieren Diamanten nur, wenn das Wolframkarbid nicht vollständig ausgehärtet ist. Wolframcarbid ist bis zu dreimal so steif wie Stahl, kann unter stark abrasiven Bedingungen bis zu 100-mal länger halten als Stahl und verfügt über die größte Druckfestigkeit aller geschmiedeten Metalle, was bedeutet, dass es sich nicht verbeult oder verformt, wenn es unter enormer Kraft zusammengedrückt wird .

Die häufigste Verwendung für Wolframkarbid – und der Endverbraucher des größten Teils des weltweit geförderten Wolframs – sind Spezialwerkzeuge, insbesondere Bohrer. Jede Art von Bohrer zum Schneiden von Metall oder festem Gestein muss hohen Reibungskräften standhalten, ohne abzustumpfen oder zu brechen. Lediglich Diamantbohrer sind härter als Hartmetallbohrer, aber auch deutlich teurer.

Aufgrund seiner Härte, Dichte und Hitzebeständigkeit eignet sich Wolfram ideal für viele Nischenanwendungen:

Fälscher haben schon vor langer Zeit herausgefunden, dass Wolfram fast genauso dicht ist wie Gold, und versuchen manchmal, vergoldete Wolframbarren als reine Goldbarren auszugeben.