鎢（拼音：wū，注音：ㄨ，粤拼：wu1；英语：Tungsten[3]）， 是一种化学元素，其化学符号为W（源自德语：Wolfram [4][5]），原子序数为74，原子量为183.84 u。鎢是非常硬，钢灰色至白色的过渡金属。鎢的英文名字“Tungsten”来自瑞典古文的白鎢矿，tung sten，意旨重石[6]。鎢是卑金属，在自然界大多与其他元素以化合物的形態存在，而不是单獨存在。鎢在1781年被发现且命名，在1783年第一次成功分离出鎢。黑鎢矿以及白鎢矿是鎢的重要矿石。
鎢元素具有极高穩定性，在所有元素中拥有第二高的熔点3422 °C（6192 °F, 3695 K）以及最高的沸点5660 °C （10706 °F, 6203 K）[7]。密度为19.25 g·cm−3，与鈾与金的密度相当，比鉛的密度还高1.7倍[8]。多晶鎢本身坚硬易脆[9][10]（在标準條件下，未与其他物質结合時），难以进行加工使用。然而，若是纯单晶鎢，則具有延展性，可使用钢鋸切割[11]。
鎢合金有許多的应用，包含燈泡燈絲、X射线管、鎢极气体保护电弧焊、超合金和辐射防护屏蔽。鎢的高硬度和高密度的特性，可用于军事用途上，如穿甲弹。鎢化合物也經常在工业上作为催化劑使用。 鎢是第三过渡族中唯一一个其存在于一些少数細菌与古細菌中的金属。是任何生物体内不可或缺元素中最重的一个元素[12]。然而，鎢会干擾鉬和铜的代谢[13][14]，对于一般常看到的生物体是具有一些毒性的。
字源
瑞典化学家最早由白鎢矿中分离出鎢酸，因此根据白鎢矿這种矿石的瑞典古名，将這种元素以瑞典语：tungsten（這个字可被分解为tung sten，字面意义为重石）命名。在英文、法文等语言中，都使用這个名称(除了北欧五国)。但因为tungsten在瑞典文中也是白鎢矿的名称，为了避免混淆，瑞典采用volfram作为元素的名称。
在欧洲其他国家，主要以德文及各斯拉夫语为代表，則使用德语：wolfram或volfram，在北欧五国也使用這个名称。這个名称来自黑钨矿（Wolframite）這个矿石的名字[15]。符号“W”及中文“钨”的来源都来自德文Wolfram。
黑鎢矿（Wolframite）的名字来自德文 "wolf rahm" ("wolf soot"狼煤煙 或 "wolf cream"狼奶油)，于1747年由约翰‧嘎尔修特‧瓦萊裡乌斯給定。這来自于拉丁文 "lupi spuma"，为格奥尔格·阿格里科拉在1546年对這个元素的称呼，英文翻译为「狼的白沫」，指的是這个矿物在萃取的过程消耗大量的锡。
主要特征
物理性質
纯鎢是钢灰色至锡白色的坚硬金属，通常很脆而不易金属加工，非常纯的鎢可以维持它的硬度（高于許多其他金属），且具有延展性，易于加工。鎢的加工方法有鍛造、拉伸和冲击。鎢常常以燒结的方法制成。
在所有纯金属中，鎢的熔点最高（3415℃，6192 °F）蒸汽压最低，（溫度1650℃，3000 °F以上），强度最高[16]。雖然碳相较于鎢能在较高的溫度下维持固態，但是碳在气压下容易昇华而非熔化，因此，它不具有熔点。鎢拥有最低的热膨脹系数。它的低热膨脹系数、高熔点，以及高抗张强度，都源自于鎢原子间的强金属鍵。少量的鎢与钢合金，能夠大大提升它的硬度
鎢以两种晶体慣態结构存在：α和β。前者以立方体心堆积，是较穩定的組成。后者則是亚穩定的A15 立方体堆积，但因为非平衡合成或杂質造成的穩定性，可以与周围條件下的α相共存。相较于α相拥有等长的晶粒，β相展现圓柱狀的晶性。α相的电阻率只有β相的三分之一，且具有远低于β相的超导轉移溫度（临界点TC）：ca. 0.015 K vs. 1–4 K；混合两者可以得到中间值得临界溫度TC。以其他金属与鎢合金也可以提高它的临界溫度TC，此类鎢合金可以用于低溫超导电路。
同位素
天然鎢由四种穩定同位素（182W、183W、184W 以及 186W）以及一种长寿命的放射性同位素（180W）組成 [180W的半衰期非常长，可以看作是穩定同位素]。理论上，這五种同位素都能夠藉由α衰變成元素72（鉿），但只有180W觀测到此种现象（半衰期：(1.8±0.2)×1018年）。平均来說，每年每克的180W进行两次α衰變[17]，其他同位素尚未被觀察到天然衰變，因此它们的半衰期至少4 × 1021年。
目前有另外30种鎢的人造放射性同位素被确立，其中最穩定是半衰期121.2天的181W、75.1天的185W、69.4天的188W、21.6天的178W以及23.72小時的187W[17]。剩下所有的放射性同位素，半衰期都不超过三小時，其中大部份的更少于八分鐘[17]。鎢也有11种變异，最穩定的是179mW（t1/2 6.4 分鐘）。
化学性質
鎢最常见的氧化態是+6價，但它也有-2至+6之间的氧化狀態。最常见的氧化物是黃色的三氧化鎢， WO3，它可以在鹼性的水中溶化形成WO2−4 碳与粉狀鎢加热可以制成鎢的碳化物（W2C和WC），W2C通常不易发生化学反应，但容易和氯产生六氯化鎢（WCl6）。
在中性或酸性水溶液中，鎢可以形成异性聚合酸以及多原子离子酸，隨著鎢酸鹽与酸作用，先形成可溶的亚穩定”仲鎢酸A”陰离子W7O6–24，接著轉變成溶解度较低的”仲鎢酸B“陰离子 H2W12O10–42[18]，最后穩定態达成，更酸化成易溶的的偏鎢酸根陰离子H2W12O6–40。偏鎢酸根离子以对称的十二鎢酸八面体存在（Keggin structure）。許多其他的多原子离子酸以亚穩定种类存在，包括以磷取代偏鎢酸根中心的两个氫原子，制成多變的异性聚合酸，例如磷鎢酸。
三氧化鎢可以与鹼金属形成嵌入化合物，被称作青铜，例如钠鎢青铜 。
应用
钨的应用非常广泛，最常见的是碳化钨（WC）硬质合金。这样的硬质合金用在金属加工、采矿、采油和建筑工业中作为耐用金属。此外在电灯泡和真空管中钨丝的应用也很广。钨还常用作电极。钨可以拉成很细的丝，而且熔点非常高。它的其它应用包括：
- 由于钨的熔点非常高，所以常用于航空和高温环境，例如电子、加热和焊接(E.G. 钨极气体保护电弧焊)。
- 钨非常坚硬，非常紧密，因此制作重金属合金非常理想，这样的合金用在装甲车輛、散热片和高密度的应用上例如压重物、平衡重物、船和飞机的压重物等。
- 由于钨非常紧密，飞镖往往含70%至97%的钨，使其比同重量的铜制飞镖更细，從而增加将全部飞镖投进同一目标的机会。
- 高速钢含钨，有时含18%的钨。
- 制造涡轮机片、耐用部分和保护层的高温合金含钨（哈氏合金、钨铬钴合金等）。
- 在子弹中使用钨来取代铅。
- 钨的化合物被用作催化剂、无机颜色。二硫化钨是高温润滑剂，它在500 °C依然稳定。
- 由于钨的漲性和硅酸硼玻璃类似，所以人们用它进行玻璃/金属密封
- 钨与镍、铁和钴的合金被用来制作重合金，这样的重合金用在动能弹中取代贫铀。
- 在集成电路中钨是前路之间的连接物。在二氧化硅绝缘体中侵蚀接触孔，注入钨，磨平来连接三极管。典型的接触孔可以小到65纳米。
- 碳化钨是最硬的物质之一，被用在机器工具和磨料中。碳化钨是磨具和转具中最常见的材料，往往也是最好的材料。
- 在放射医学中钨是屏蔽物质。运输氟脱氧葡萄糖一般用钨容器，因为氟脱氧葡萄糖中的高能量氟-18令铅容器无法使用。
其它：氧化钨被用在陶瓷釉中，钙或镁钨常用在荧光粉中。在核物理和核医学中钨晶体被用作闪烁探测器。钨被用作X射线目标和在电子炉中作为加热器。含钨的盐被用在化学和皮革工业中。青铜色的氧化钨被用在绘画中。由于它的低敏感性碳化钨被用作首饰，此外由于它非常硬它不会像其它擦光的金属被划痕。有些乐器的铉使用钨丝。
历史
1781年，瑞典化学家卡尔·威廉·舍勒发现，使用白钨矿，可以制作出一种新的酸，即钨酸。当時卡尔·威廉·舍勒与其友人托尔贝恩·贝里曼皆相信在鎢酸中一定可以进一步分解出一种新的化学元素。1783年胡塞·德卢亚尔和浮士图·德卢亚尔兄弟发现从黑钨矿可以获得同样的酸。同年他们使用木炭还原钨酸获得了钨，因此他们被公认为钨的发现者[他们称之为"wolfram" 或 "volfram"][19][20]。
鎢的战略價值在二十世紀早期受到注意。英国当局在1912年把卡罗克矿坑(Carrock mine)從德国拥有的坎布里亚矿业公司解放出来，还有在一次世界大战期间限制德国其他的取得来源。在二次世界大战，鎢在政治交涉上扮演更加重要的角色。鎢在欧洲的主要来源是葡萄牙，当時受到双方的压力，因为在帕纳什凯拉沉积的鎢矿。鎢抗高溫的特性，其硬度和密度，以及强化合金的功效让它成为军工业的重要材料，用作武器和设備的成分与制作过程(例如碳化鎢切割工具用于机械加工钢铁)。
生理作用
虽然有人怀疑钨会导致白血病，但是至今为止缺乏有说服力的证明。
来源
黑钨矿、白钨矿、钨铁矿等矿物含钨。重要的钨矿位于玻利维亚、美国加利福尼亚州和科罗拉多州、加拿大、中国、越南、葡萄牙、俄罗斯以及韩国。中国出产全世界钨的75%。通过使用碳还原钨的氧化物获得纯的金属。
全世界钨的贮藏总量估计为700万吨，其中约30%是黑钨矿，70%是白钨矿。但是目前大多数这些矿藏无法经济性地开采。按照目前的消耗量这些矿藏只够使用约140年。另一个获得钨的方法是回收。回收的钨比钨矿含量高，事实上利润很高。
2017年中国、越南与俄罗斯分別供应了79,000、7,200、3,100吨。加拿大在2015年底停止生产因为其唯一的鎢矿矿坑关闭。越南在2010年左右因为其精煉工程的重大优化，大幅增加其产出，产量超过俄罗斯和玻利维亚。
中国仍然不只是全世界鎢制品最大的制造者，也是最大的出口和消费者。鎢的制造在中国外因需求上升而逐渐增加。同時中国的供給受到中国政府的严格管制，来对抗非法采矿和过多来自采矿与精煉过程的污染。
在英国达特穆尔的边緣有大量的鎢矿沉积，在一次和二次世界大战期间有利用。隨著鎢的價格上升，這个矿坑在2014年重新开张，但在2018年关闭。
化合物
钨最常见的氧化态是+6价，但它也有-1至+6之间的氧化状态[21]。最常见的氧化物是黄色的三氧化钨，WO3，它可以在碱性的水中溶化形成WO42−。
同位素
自然界里出现的有五种钨的同位素，其中182W、183W、184W、186W是稳定同位素，180W的半衰期非常长，可以被看作是稳定同位素。所有这些同位素理论上均可以通过α衰变蜕化为铪，但是至今为止只有180W能够被观测到自然衰变，其半衰期为1.8×1018年，其它同位素没有被观测到自然衰变，估计的半衰期下界：182W, T1/2 > 1.7×1020 年，183W, T1/2 > 8×1019 年， 184W, T1/2 > 1.8×1020 年， 186W, T1/2 > 4.1×1018 年[22]。平均每年在一克180W中发生两次α衰变。
钨目前有27种人造放射性同位素，其中最稳定的是181W，其半衰期为121.2天，185W的半衰期为75.1天，188W的半衰期为69.4天，178W的半衰期为21.6天。其它放射性同位素的半衰期均在24小时以下，其中大多数少于8分钟。
参考文献
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外部链接
- 元素钨在洛斯阿拉莫斯国家实验室的介紹（英文）
- EnvironmentalChemistry.com —— 钨（英文）
- 元素钨在The Periodic Table of Videos（諾丁漢大學）的介紹（英文）
- 元素钨在Peter van der Krogt elements site的介紹（英文）
- WebElements.com – 钨（英文）