Wolfraam is het 74e element van het periodiek systeem en is een dicht grijs metaal met een zeer hoog smeltpunt. Het is het best bekend voor het gebruik in filamenten in gloeilampen, maar het grootste gebruik ervan is bij de vervaardiging van wolfraamcarbides, evenals een aantal andere toepassingen. De bindingen die atomen samenhouden in de elementaire vorm zijn een voorbeeld van metaalbinding.

Elektronenconfiguratie

Elektronen rond atomen bezetten gebieden in de ruimte die orbitalen worden genoemd; de rangschikking van elektronen in de verschillende orbitalen van een atoom wordt de elektronenconfiguratie genoemd. Vrije wolfraam atomen in hun grondtoestand - laagste energie configuratie - hebben een volledig gevulde 4f sub-schil, vier elektronen in de 5d sub-schaal en twee elektronen in de 6s sub-schaal. Deze elektronenconfiguratie kan als volgt worden afgekort: 5d4 6s2. In het kristal echter, kent de grondtoestandsconfiguratie feitelijk vijf elektronen in de 5d sub-schaal en slechts één elektron in de 6s sub-schaal. De 5d orbitalen kunnen deelnemen aan sterke covalente banden, waarbij elektronen worden gedeeld tussen atomen, maar de elektronen blijven gelokaliseerd - beperkt tot het atoom waartoe ze behoren of tot gebieden tussen naburige atomen.

Metallische binding

De s-elektronen daarentegen worden veel meer gedelokaliseerd, tot het punt waarop je ze kunt zien als een zee van elektronen verspreid over het metaal. Deze elektronen zijn niet beperkt tot een wolfraam-atoom, maar worden gedeeld tussen veel van hen. In deze zin lijkt het blok van wolfraam metaal een beetje op een zeer groot molecuul; de combinatie van orbitalen van vele wolfraam-atomen creëert veel dicht bij elkaar liggende energieniveaus die beschikbaar zijn voor te bezetten elektronen. Deze vorm van verbinden wordt metaalbinding genoemd.

Structuur

Metaalbinding helpt de eigenschappen van metalen zoals wolfraam verklaren. De metaalatomen zijn niet beperkt in een stijf raamwerk zoals de atomen in een diamantkristal, dus zuiver wolfraam is, net als andere metalen, kneedbaar en taai. De gedelokaliseerde elektronen helpen om alle wolfraam-atomen bij elkaar te houden. Tungsten wordt gevonden in verschillende structuren: alfa-, bèta- en gamma-wolfraam. Alfa is de meest stabiele hiervan en bij verwarming wordt de bètastructuur omgezet in de alfa-structuur.

Wolfraamverbindingen

Wolfraam kan verbindingen en coördinatiecomplexen vormen met verschillende niet-metalen elementen en liganden. De bindingen in deze verbindingen zijn covalent, wat betekent dat elektronen worden gedeeld tussen atomen. De oxidatietoestand - de lading die het zou hebben als alle gevormde bindingen volledig ionisch waren - in deze verbindingen kan variëren van -2 tot +6. Het wordt gemakkelijk geoxideerd bij hoge temperaturen, daarom zijn gloeilampen altijd gevuld met een inert gas, anders zou het wolfraamfilament reageren met de lucht.