Di John Brennan
Aggiornato il 24 marzo 2022
Il tungsteno (numero atomico 74) è un metallo grigio denso rinomato per il suo punto di fusione eccezionalmente alto e le eccellenti proprietà meccaniche. Sebbene il suo ruolo più familiare sia nei filamenti delle lampadine a incandescenza, la sua importanza industriale deriva in gran parte dalla produzione di carburo di tungsteno e dal suo utilizzo nelle leghe ad alta temperatura. Al centro di queste applicazioni c'è la natura dei legami che tengono insieme gli atomi di tungsteno.
Nel suo stato fondamentale isolato, un atomo di tungsteno ha la configurazione elettronica [Xe]4f 14 5d 4 6s 2 . Tuttavia, quando gli atomi si compattano in un reticolo cristallino, i livelli energetici cambiano:il sotto-guscio 5d viene completamente occupato (cinque elettroni) mentre il sotto-guscio 6s contiene un singolo elettrone. Gli elettroni 5d sono in grado di formare interazioni direzionali di tipo covalente che sono relativamente localizzate tra atomi vicini, mentre gli elettroni 6s si delocalizzano attraverso il reticolo.
Allo stato solido gli elettroni 6s delocalizzati si comportano come un “mare” di carica mobile che permea il metallo. Questo gas di elettroni lega insieme i nuclei di tungsteno caricati positivamente, conferendo al materiale il suo caratteristico legame metallico. La sovrapposizione di molti orbitali atomici crea una fitta fascia di livelli energetici che gli elettroni possono occupare, il che spiega l'elevata conduttività elettrica del tungsteno e la sua resistenza alla deformazione.
Il tungsteno cristallizza in diversi allotropi:il più comune è la fase alfa cubica a corpo centrato, che è la più termodinamicamente stabile. Esiste anche una fase beta ad alta temperatura; dopo il raffreddamento, la struttura beta si trasforma in alfa. Il legame metallico, combinato con uno stretto impaccamento di atomi, si traduce in un metallo che è sia malleabile che duttile, tratti tipici dei metalli in cui gli atomi non sono bloccati in un reticolo rigido come il diamante.
Quando il tungsteno reagisce con elementi o ligandi non metallici, forma complessi di coordinazione e composti covalenti. La natura elettronica condivisa di questi legami contrasta con il legame metallico nel metallo elementare. Gli stati di ossidazione del tungsteno in tali composti vanno da –2 a +6, riflettendo la diversità della sua chimica. A temperature elevate, il tungsteno si ossida facilmente; ecco perché le lampadine a incandescenza sono riempite di gas inerti, per prevenire il degrado del filamento.
