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Trióxido de tungsteno

El óxido de tungsteno (VI) , también conocido como trióxido de tungsteno , es un compuesto químico de oxígeno y el metal de transición tungsteno , con fórmula WO 3 . El compuesto también se llama anhídrido túngstico , lo que refleja su relación con el ácido túngstico H 2 WO 4 . Es un sólido cristalino de color amarillo claro. [1]

El óxido de tungsteno (VI) se presenta de forma natural en forma de hidratos , entre los que se incluyen los minerales tungstita WO 3 ·H 2 O, meimacita WO 3 ·2H 2 O e hidrotungstita (de la misma composición que la meimacita, aunque a veces se escribe H 2 WO 4 ). Estos minerales son minerales secundarios de tungsteno raros o muy raros.

Historia

En 1841, un químico llamado Robert Oxland dio los primeros procedimientos para preparar trióxido de tungsteno y tungstato de sodio . [2] Poco después se le concedieron patentes por su trabajo y se le considera el fundador de la química sistemática del tungsteno. [2]

Estructura y propiedades

La estructura cristalina del trióxido de tungsteno depende de la temperatura. Es tetragonal a temperaturas superiores a 740 °C, ortorrómbica de 330 a 740 °C, monoclínica de 17 a 330 °C, triclínica de −50 a 17 °C y monoclínica nuevamente a temperaturas inferiores a −50 °C. [3] La estructura más común de WO 3 es monoclínica con grupo espacial P2 1 /n. [2]

El compuesto puro es un aislante eléctrico, pero las variedades deficientes en oxígeno, como WO 2.90 = W 20 O 58 , son de color azul oscuro a violeta y conducen la electricidad. Se pueden preparar combinando el trióxido y el dióxido WO 2 a 1000 °C al vacío. [4] [1]

Se han señalado posibles signos de superconductividad con temperaturas críticas Tc = 80–90 K en cristales de WO 3 dopados con sodio y deficientes en oxígeno . De confirmarse, estos serían los primeros materiales superconductores que no contienen cobre, con una Tc superior al punto de ebullición del nitrógeno líquido a presión normal. [5] [4]

Preparación

Industrial

El trióxido de tungsteno se obtiene como intermediario en la recuperación de tungsteno a partir de sus minerales. [6] Los minerales de tungsteno se pueden tratar con álcalis para producir tungstatos solubles . Alternativamente, se permite que el CaWO 4 o scheelita reaccione con HCl para producir ácido túngstico , que se descompone en WO 3 y agua a altas temperaturas. [6]

CaWO 4 + 2 HCl → CaCl 2 + H 2 WO 4
H2WO4 → H2O + WO3​​​​​

Laboratorio

Otra forma común de sintetizar WO 3 es mediante la calcinación de paratungstato de amonio (APT) en condiciones oxidantes: [2]

( NH4 ) 10 [ H2W12O42 ] · 4H2O → 12WO3 + 10NH3 + 10H2O​​​​​​​​

Reacciones

El trióxido de tungsteno se puede reducir con gas carbono o hidrógeno para obtener el metal puro. [ cita requerida ]

2 WO 3 + 3 C → 2 W + 3 CO 2 (alta temperatura)
WO3 +3H2 → W +3H2O ( 550–850 °C)

Usos

El trióxido de tungsteno es un material de partida para la síntesis de tungstatos . El tungstato de bario BaWO 4 se utiliza como fósforo de pantalla de rayos X. Los tungstatos de metales alcalinos, como el tungstato de litio Li 2 WO 4 y el tungstato de cesio Cs 2 WO 4 , dan soluciones densas que se pueden utilizar para separar minerales. [1] Otras aplicaciones, actuales o potenciales, incluyen:

Referencias

  1. ^ abcdef J. Christian, RP Singh Gaur, T. Wolfe y JRL Trasorras (2011): Productos químicos de tungsteno y sus aplicaciones . Folleto de la Asociación Internacional de la Industria del Tungsteno.
  2. ^ abcd Lassner, Erik y Wolf-Dieter Schubert (1999). Tungsteno: propiedades, química, tecnología del elemento, aleaciones y compuestos químicos . Nueva York: Kluwer Academic. ISBN 978-0-306-45053-2.
  3. ^ HA Wriedt (1898): "El sistema OW (oxígeno-tungsteno)". Boletín de diagramas de fases de aleación , volumen 10, páginas 368-384. doi :10.1007/BF02877593
  4. ^ ab A. Shengelaya, K. Conder y KA Müller (2020): "Firmas de superconductividad filamentosa de hasta 94 K en óxido de tungsteno WO 2.90 ". Journal of Superconductivity and Novel Magnetism , volumen 33, páginas 301–306. doi :10.1007/s10948-019-05329-9
  5. ^ S. Reich y Y. Tsabba (1999): "Posible nucleación de una fase superconductora 2D en la superficie de monocristales de WO dopados con Na". European Physical Journal B , volumen 9, páginas 1 a 4. doi :10.1007/s100510050735 S2CID  121476634
  6. ^ abc Patnaik, Pradyot (2003). Manual de compuestos químicos inorgánicos. McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-049439-8. Consultado el 6 de junio de 2009 .
  7. ^ Merck (2006): "Trióxido de tungsteno". The Merck Index , volumen 14.
  8. ^ David E Williams, Simon R Aliwell, Keith FE Pratt, Daren J. Caruana, Roderic L. Jones, R. Anthony Cox, Graeme M. Hansford y John Halsall (2002): "Modelado de la respuesta de un semiconductor de óxido de tungsteno como sensor de gas para la medición del ozono". Measurement Science and Technology . volumen 13. páginas 923–931. doi :10.1088/0957-0233/13/6/314
  9. ^ Lee, WJ; Fang, YK; Ho, Jyh-Jier; Hsieh, WT; Ting, SF; Huang, Daoyang; Ho, Fang C. (2000). "Efectos de la porosidad de la superficie en el rendimiento electrocrómico de las películas de trióxido de tungsteno (WO3)". Journal of Electronic Materials . 29 (2): 183–187. Bibcode :2000JEMat..29..183L. doi :10.1007/s11664-000-0139-8. S2CID  98302697.
  10. ^ KJ Patel, MS Desai, CJ Panchal, HN Deota y UB Trivedi (2013): "Dispositivos electrocrómicos de película delgada totalmente sólida que constan de capas ITO/NiO/ZrO2/WO3/ITO". Journal of Nano-Electronics and Physics , volumen 5, número 2, artículo 02023.
  11. ^ Yugo Miseki, Hitoshi Kusama, Hideki Sugihara y Kazuhiro Sayama (2010): "Fotocatalizador de WO3 modificado con Cs que muestra una conversión eficiente de la energía solar para la producción de O2 y la reducción de iones Fe (III) bajo luz visible". Journal of Physical Chemistry Letters , volumen 1, número 8, páginas 1196–1200. doi :10.1021/jz100233w
  12. ^ É. Karácsonyi, L. Baia, A. Dombi, V. Danciu, K. Mogyorósi, LC Pop, G. Kovács, V. Coşoveanu, A. Vulpoi, S. Simon, Zs. Pap (2013): "La actividad fotocatalítica de nanoarquitecturas de TiO2/WO3/metal noble (Au o Pt) obtenidas por fotodeposición selectiva". Catalysis Today , volumen 208, páginas 19-27. doi :10.1016/j.cattod.2012.09.038
  13. ^ István Székely, Gábor Kovács, Lucian Baia, Virginia Danciu, Zsolt Pap (2016): "Síntesis de microcristales y nanocristales de WO3 con forma personalizada y actividad fotocatalítica de compuestos de WO3/TiO2". Materials , volumen 9, número 4, páginas 258-271. doi :10.3390/ma9040258
  14. ^ Lucian Baia, Eszter Orbán, Szilvia Fodor, Boglárka Hampel, Endre Zsolt Kedves, Kata Saszet, István Székely, Éva Karácsonyi, Balázs Réti, Péter Berki, Adriana Vulpoi, Klára Magyari, Alexandra Csavdári, Csaba Bolla, Veronica Coșoveanu, Klára Hernádi, Monica Baia, András Dombi, Virginia Danciu, Gábor Kovácz, Zsolt Pap (2016): "Preparación de fotocatalizadores compuestos de TiO2/WO3 mediante el ajuste de la carga superficial de los semiconductores". Ciencia de materiales en el procesamiento de semiconductores , volumen 42, parte 1, páginas 66-71. doi :10.1016/j.mssp.2015.08.042
  15. ^ G. Ou (2018). "Defectos de sintonización en óxidos a temperatura ambiente mediante reducción de litio". Nature Communications . 9 (1302): 1302. Bibcode :2018NatCo...9.1302O. doi :10.1038/s41467-018-03765-0. PMC 5882908 . PMID  29615620. 
  16. ^ S. Hurst (2011). "Utilización de la mejora química Raman: una ruta para la biodetección basada en óxidos metálicos". The Journal of Physical Chemistry C . 115 (3): 620–630. doi :10.1021/jp1096162.
  17. ^ W. Liu (2018). "Sensibilidad mejorada de la espectroscopia Raman de superficie mejorada en óxido de tungsteno metálico por el efecto sinérgico del acoplamiento de resonancia de plasmón de superficie y la transferencia de carga". The Journal of Physical Chemistry Letters . 9 (14): 4096–4100. doi :10.1021/acs.jpclett.8b01624. PMID  29979872. S2CID  49716355.
  18. ^ C. Zhou (2019). "Ajuste eléctrico de la mejora de SERS mediante un control preciso de la densidad de defectos" (PDF) . ACS Applied Materials & Interfaces . 11 (37): 34091–34099. doi :10.1021/acsami.9b10856. PMID  31433618. S2CID  201278374.

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