タングステン（W）は、周期表の6族に属する遷移金属で、原子番号74です。非常に高い融点と優れた機械的強度を持つため、さまざまな工業用途で広く使用されています。以下にタングステンの主な特性、用途、歴史、製造方法などを紹介します。
基本情報
| 和名 | タングステン |
|---|---|
| 英名 | Tungsten |
| 語源 | スウェーデン語「重い石(tungsten)」 |
| 元素記号 | W |
| 原子番号 | 74 |
| 原子量 | 183.8 |
| 常温(25℃)での状態 | 固体（金属） |
| 色 | 灰白色 |
| 密度 | 19.300 g/cm3（20℃） |
| 融点 | 3407℃ |
| 沸点 | 5555℃ |
| 発見者 | シェーレ（スウェーデン）[1781年] |
| 含有鉱物 | 灰重石, 鉄マンガン重石 |
歴史
発見
1783年、スペインの化学者兄弟ファウストとフアン・ホセ・エルヤールが、タングステン酸からタングステンを分離しました。
名前の由来
スウェーデン語で「重い (tung) + 石 (sten)」から名付けられました。
元素記号のWは、ドイツ語の”Wolfrahm”に由来します。（オオカミの鉱石wolfartと言われる鉄マンガン重石から取り出された）
主な用途
電気・電子産業
電球のフィラメント
タングステンは、融点が約3422°Cという驚異的な高温耐性を持つ金属です。この特性から、タングステンはフィラメント材料として広く採用され、特に白熱電球やタングステンハライドランプなどの光源に欠かせない素材となっています。
高融点と耐熱性
- 高融点：タングステンの融点は約3422°Cで、ほかの金属に比べ圧倒的に高いため、フィラメントとして使用しても極めて高温になっても溶解しません。
- 耐熱性：高温状態でも安定しており、酸化や蒸発による劣化が抑えられるため、長寿命が実現されます。
電気伝導性と発光
- 電気伝導性：タングステンは十分な電気伝導性を持ち、電流が流れることで発熱し、白熱状態となります。
- 発光：高温での白熱発光により、暖かみのある自然な光を放ちます。この発光特性は、チョコレートのテンパリングのような熱制御が重要な工程とは異なり、タングステンフィラメント自体が直接エネルギー変換を行う点で注目されます。
タングステンフィラメントは、白熱電球の中心的な部品です。電流が流れることでフィラメントが高温になり、白熱して光を発生します。以下がその特徴です：
- 光沢と均一な発光：タングステンフィラメントが生成する光は、均一で温かみのある色調を持ち、視覚的な美しさが求められる用途に適しています。
- 長寿命：カーボンフィラメントに比べ、タングステンは酸化に強く、長期間安定して動作するため、製品の寿命が延びます。
タングステンハライドランプは、従来の白熱電球よりも効率が高く、より明るい光を提供するために開発されました。これらは、車両のヘッドライトや舞台照明などで広く利用されています。
初期の白熱電球ではカーボンフィラメントが主流でしたが、タングステンの導入により、発光効率や耐久性が大幅に向上しました。微細加工技術の進歩により、より均一で細いタングステンフィラメントが製造され、これが高品質な光源の実現に貢献しています。
電子管
電子管の陰極や他の電子部品にも使用されます。
機械加工
切削工具
タングステンカーバイド（WC）は非常に硬く、切削工具やドリルの材料として利用されます。
放電加工（EDM）電極
高温に耐えるため、放電加工機の電極に使用されます。
航空宇宙産業
ロケットエンジンのノズル
高温高圧に耐えるため、ロケットエンジンのノズル材料として使用されます。
防熱材
高温に耐える特性を活かし、耐熱シールドとしても利用されます。
医療
放射線シールド
高密度のため、放射線防護シールドとして使用されます。
医療機器
X線撮影装置のターゲットとしても利用されます。
生成方法
タングステンの製造は、主に鉱石からの抽出と精製によって行われます。主要な鉱石には、シェーライト（CaWO4）とウルフラマイト（(Fe,Mn)WO4）があります。
鉱石の精製
鉱石を粉砕し、重力選鉱や浮遊選鉱などの方法でタングステン鉱物を濃縮します。
化学的処理
濃縮された鉱石をアルカリや酸で処理し、タングステン酸ナトリウム（Na2WO4）を生成します。
タングステン酸ナトリウムを酸で処理してタングステン酸（H2WO4）を得ます。
還元
タングステン酸を水素ガスで還元し、金属タングステン粉末を生成します。
粉末を焼結して固体タングステンを得ることもあります。
化合物
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主な特徴
- 空気中で酸化されにくく、酸に対しても耐性があります。
- 高温では酸素と反応して三酸化タングステン（WO3）を生成します。
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