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Report
http://www.njuuz.de/wp-content/uploads/2010/10/gluehbirne.jpg [2]
Philipps Universität Marburg
Fb 15: Chemie
Seminar: Übungen im Experimentalvortrag
Leitung: Prof. Dr. Neumüller, Dr. Reiß
Referent: Jochen Pohl
1
Datum: 22.12.2011
http://daten.didaktikchemie.uni-bayreuth.de/umat/metalle_technisch/wolfram.jpg [1]
Gliederung
1. Geschichte des Wolframs
2. Wichtiges zum Übergangsmetall
2.1 Vorkommen und Verwendung
2.2 Darstellung
2.3 Physikalische und chemische Eigenschaften
3. Versuche ausgehend vom elementaren Wolfram
3.1 Herstellung eines Schmiermittels
3.2 Herstellung des WIDIAmetalls (DEMO)
3.3 Die benebelte Glühbirne
2
Gliederung
4. Wolfram(VI)-oxid erschließt neue Versuchsfelder
4.1 Wie reagiert Wolfram(VI)-oxid mit Zink und Magnesium?
4.2 Wolframblau, was ist das?
4.3 Künstlicher Scheelit im Vergleich mit Naturscheelit
4.4 Farbspiele des Wolframoxids (DEMO)
4.5 Von der Wolframsäure zurück zum Wolfram(VI)-oxid
5. Einordnung in den Lehrplan
6. Literaturverzeichnis
3
1. Geschichte des Wolframs

Etymologie: G. Agricola (Mineraloge) bezeichnete das
heutige Wolframit als lupi spuma (lat.)= Wolf-Schaum, WolfRahm  Wolframit kommt in vielen Zinnerzen vor, erschwert
durch Verschlackung das Schmelzen und „frisst“ zugleich das
Zinnerz

Tungsten (CaWO4) (schwed.)= schwerer Stein genannt; ist
ebenso ein gebräuchlicher Name für Wolfram

Gebrüder d‘Elhuyar stellten 1783 erstmals elementares
Wolfram dar (WO3 mit Kohlenstoff reduziert)
4
2. Wichtiges zum
Übergangsmetall
2.1 Vorkommen und Verwendung

Kommt nur gebunden vor, besonders als Oxide oder Wolframate

Hauptfundstätten: China und Nordamerika; auch im Erzgebirge

Wichtigste Erze sind: Wolframit (Mn, Fe) WO4, Scheelit (CaWO4)
und Stolzit (PbWO4)

Verwendung bei der Herstellung legierter Stähle (Ferrowolfram)

Reines Wolfram: 50 kT Jahresproduktion

Hoher Smp.: Glühdrähte, Anodenmaterial (Röntgenröhre),
Heizleiter (Hochtemperaturöfen), Raketendüsen, Hitzeschilde
5
2. Wichtiges zum
Übergangsmetall

Hohe Dichte: Trimmgewichte bei Schwungmassen in Armbanduhren

Hohe Härte: WIDIAmetall (Wolframcarbid mit 10% Cobalt)
2.2 Darstellung

Reines Wolfram wird über die Reduktion von WO3 mit H2 bei
800°C gewonnen. Es entsteht ein graues Pulver, das dann in
feste Stücke gepresst wird.
+6
6
0
2. Wichtiges zum
Übergangsmetall
2.3 Physikalische und chemische Eigenschaften

Weißglänzend und hart mit großer Festigkeit (mechan.)

Dichte: 19,26 g/cm3

Smp.: 3410 °C;

häufigste Oxidationsstufen: +4, +5, +6

An Luft durch Passivierung sehr beständig

Bei Rotglut reagiert es mit O2 zu WO3; ebenso reagiert es mit
Sdp.: ca. 5700 °C
anderen Nichtmetallen (F, Cl, Br, C, N)
7

Löst sich gut in H2O2 (es entsteht Wolframsäure)

Beim Schmelzen mit Alkalihydroxiden entstehen Wolframate
3. Versuche ausgehend vom
elementaren Wolfram
8
3. Versuche ausgehend vom
elementaren Wolfram
3.1 Herstellung eines Schmiermittels

Reaktionsgleichung:

Reaktionsprodukt: Wolfram(IV)-sulfid

Beim Erhitzen steigen S-Dämpfe auf

Es kann zur Bildung von SO2(g) kommen, falls Sauerstoff an
die Schmelze gelangt  Aktivkohle als Absorber
9
3. Versuche ausgehend vom
elementaren Wolfram

WS2 ist ein Schmiermittel und ähnelt dabei aufgrund seiner
Schichtstruktur dem Graphit und dem MoS2:
http://opus.kobv.de/tuberlin/volltexte/2006/1295/pdf/seeger_stefan.pdf [3]

W-Atom besetzt die trigonal-prismatischen Lücken

Van-der-Waal‘sche Wechselwirkungen zwischen Schwefelschichten erlauben eine leichte Spalt- und Verschiebbarkeit
10
3. Versuche ausgehend vom
elementaren Wolfram
11
3. Versuche ausgehend vom
elementaren Wolfram
3.2 Herstellung des Widiametalls

Reaktionsgleichung:

Reaktionsprodukt: Wolframcarbid

Verwendung: Werkzeugindustrie, Kugelschreiberkugel

Härte von WC liegt zwischen 9 und 10 der Mohs‘schen
WC
Härteskala:
http://www.planet-wissen.de/natur_technik/schmuck/edelsteine/img/tempx_edelsteine_skala_g.gif [4]
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3. Versuche ausgehend vom
elementaren Wolfram

WC mit 6-10 % Cobalt hat eine Struktur, die der des Diamant
ähnelt (= WIDIA)
Diamantstruktur
Wolfram-Struktur
http://www.chemgapedia.de/vsengine/media/vsc/de/ch/11/aac
/vorlesung/kap_5/kap5_3/grafik/kub_r.png [5]

http://www.guidobauersachs.de/anorg/diamant.gif [6]
WC ist ein Einlagerungsmischkristall: C-Atome werden in
Kristallgitterlücken eingelagert  Gitterverzerrung ist die Folge
(Aufweitung des Gitters)  Aufnahme des Cobalt („Bindemit-
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tel“)
3. Versuche ausgehend vom
elementaren Wolfram
„Von jeder der 200 Glühbirnen, die nicht funktionierten, habe
ich etwas gelernt, das ich für den nächsten Versuch verwenden
konnte.“
Thomas Alva Edison (*1847 †1931)
http://www.musicalausbildung-blog.de/wordpress/wp-content/uploads/2008/09/gluehbirne400.jpg [7]
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3. Versuche ausgehend vom
elementaren Wolfram
http://www.musicalausbildung-blog.de/wordpress/wp-content/uploads/2008/09/gluehbirne400.jpg [7]
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3. Versuche ausgehend vom
elementaren Wolfram
3.3 Die benebelte Glühbirne

Reaktionsgleichung (Redoxreaktion):

Reaktionsprodukte: Gelbes Wolfram(VI)-oxid (Hauptprodukt)
Blaues Wolframoxid (WO3-X)

Produkte schlagen sich durch Sublimation an der kalten
Glaswandung nieder
16

Glas stülpt sich durch Inertgas nach außen

WO3 ist das wichtigste Oxid des Wolframs
3. Versuche ausgehend von
reinem Wolfram

Besitzt eine rhombische Kristallstruktur:

WO6- Oktaeder
http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:Kristallstruktur_Wolfram%28VI%29-oxid.png&filetimestamp=20090117150306 [8]

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Gelbpigment in der Keramik; kratzfeste Beschichtung von
optischen Linsen
4. Wolfram(VI)-oxid erschließt
neue Versuchsfelder
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4. Wolfram(VI)-oxid erschließt
neue Versuchsfelder
4.1 Wie reagiert Wolfram(VI)-oxid mit Zink und Magnesium?

Reaktionsgleichung (Redoxreaktion):

Reaktionsprodukte: Zink(II)-oxid, Magnesium(II)-oxid, reines
Wolfram

Reaktion mit Mg ist heftiger:

Höhere Affinität zum Sauerstoff und besseres Reduktionsmittel als Zink (Redoxpotentiale: Zn= -0,76 V; Mg= -
19
2,372 V)
4. Wolfram(VI)-oxid erschließt
neue Versuchsfelder
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4. Wolfram(VI)-oxid erschließt
neue Versuchsfelder
4.2 Wolframblau, was ist das?

Reaktionsgleichung:

Wolframblau als Nachweis für die Wolframsäure

Die kolloidale Lösung besteht aus hydratisierten Mischoxiden des
Wolframs

21
Charge-Transfer-Komplex zwischen Metall und Metall (e- werden
zwischen sechs- und fünfwertigen Wolframionen verschoben)
4. Wolfram(VI)-oxid erschließt
neue Versuchsfelder
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4. Wolfram(VI)-oxid erschließt
neue Versuchsfelder
4.3 Künstlicher Scheelit im Vergleich mit Naturscheelit

Reaktionsgleichung:

Calciumwolframat fällt aus  Scheelit

Es fluoresziert blau-gelb im UV-Licht

Scheelit benannt nach Carl Wilhelm Scheele (1742 – 1786),
Apotheker, der Mineralien untersuchte u.a. Tungsten (CaWO4)

Wolframate gelten im Allgemeinen als Luminophore (Leuchtfarben, Oszilloskope, Fluoreszenzschirme)
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4. Wolfram(VI)-oxid erschließt
neue Versuchsfelder

Struktur des Scheelits (tetragonales Kristallsystem)
http://home.arcor.de/geologie-mineralogie/mineralogie/lumi/struktur_scheelit.jpg [10]
24

Bipyramidale-pseudooktaedrische Kristalle (s. Mineralien)
4. Wolfram(VI)-oxid erschließt
neue Versuchsfelder
Saures Natriumwolframat (im Schiffchen)
H2SO 4
H2
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4. Wolfram(VI)-oxid erschließt
neue Versuchsfelder
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4. Wolfram(VI)-oxid erschließt
neue Versuchsfelder
4.4 Farbspiele des Wolframoxids (DEMO)

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4. Wolfram(VI)-oxid erschließt
neue Versuchsfelder

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4. Wolfram(VI)-oxid erschließt
neue Versuchsfelder

Wolframbronzen liegen ein dreidimensionales Netzwerk aus
allseitig eckenverknüpften WO6- Oktaedern zugrunde

Drei strukturelle Grundtypen:
Holleman Wiberg, Lehrbuch der Anorganischen Chemie 102. Auflage, S. 1595 [11]

Schwarzer Punkt: Natrium; Weißer Punkt: Wolfram; Sauerstoff liegt auf den
Linien sowie ober- und unterhalb des Wolframs  stellt Schichtverknüpfung her
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4. Wolfram(VI)-oxid erschließt
neue Versuchsfelder
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4. Wolfram(VI)-oxid erschließt
neue Versuchsfelder
4.4 Von der Wolframsäure zurück zum Wolfram(VI)-oxid

Reaktionsgleichung 1 (Fällung der Wolframsäure):

Reaktionsgleichung 2 (Kondensation):

H2WO4 ist nicht analog zu H2SO4 aufgebaut, sondern besitzt
eine Schichtstruktur aus WO6- Oktaedern
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
WO42–- Ionen sind analog zu SO42-- Ionen tetraedrisch gebaut
5. Einordnung in den
Lehrplan
Curriculum Chemie nach G8 in Hessen
1. 7G.2 Stoffe werden verändert. Die chemische Reaktion,
Umkehrung der Oxidbildung

Metallgewinnung aus Erzen, Herstellung von Gebrauchsmetallen aus Oxiden als Sauerstoffabgabe deuten

Fakultative Unterrichtsinhalte: Chemische Reaktion
zwischen Metallen und Schwefel, Bildung von Sulfiden an
Beispielen (Fe, Cu, Zn, etc.)
2. E1 1. Redoxreaktionen
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
Metalle als Werkstoffe (Vorschläge für Kontexte/Projekte)

Metalle und Metallbindung
6. Literaturverzeichnis
[1] http://daten.didaktikchemie.uni-bayreuth.de/umat/metalle_technisch/wolfram.jpg (16.12.2011,
13:05)
[2] http://www.njuuz.de/wp-content/uploads/2010/10/gluehbirne.jpg (16.12.2011, 13:10)
[3] http://opus.kobv.de/tuberlin/volltexte/2006/1295/pdf/seeger_stefan.pdf (16.12.2011; 18:13)
[4] http://www.planet-wissen.de/natur_technik/schmuck/edelsteine/img/tempx_edelsteine_skala_g.gif
(16.12.2011, 18:51)
[5] http://www.chemgapedia.de/vsengine/media/vsc/de/ch/11/aac/vorlesung/kap_5/kap5_3/grafik/kub_r.png
(16.12.2011, 19:30)
[6] http://www.guidobauersachs.de/anorg/diamant.gif (16.12.2011, 19:37)
[7] http://www.musicalausbildung-blog.de/wordpress/wp-content/uploads/2008/09/gluehbirne400.jpg
(16.12.2011, 20:17)
[8] http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:Kristallstruktur_Wolfram%28VI%29oxid.png&filetimestamp=20090117150306 (16.12.2011, 20:22)
[9] http://www.lookchem.com/300w/2010/074/1311-93-9.jpg (17.12.2011, 00:22)
[10] http://home.arcor.de/geologie-mineralogie/mineralogie/lumi/struktur_scheelit.jpg (17.12.2011,
00:26)
[11] Holleman, Wiberg. 2007. Lehrbuch der Anorganischen Chemie.102. Auflage. Berlin, New York:
de Gruyter.
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[12] Binnewies (et al.). 2004. Allgemeine und Anorganische Chemie. 1. Auflage. München:
Spektrum.
Walter
Vielen Dank für Ihre
Aufmerksamkeit!
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