Pansargenomträngande kulor, munstycken för raketmotorer och borrkronor för att skära igenom fast berg är bara några av produkterna tillverkade av volfram, ett av de hårdaste och mest värmebeständiga elementen i universum.
Volfram, som de flesta andra metalliska element, finns inte i naturen som en glänsande metallbit. Det måste isoleras kemiskt från andra föreningar, i detta fall det naturligt förekommande mineralet wolframit. Det är därför volframs symbol på det periodiska systemet inte är T utan W, vilket är en förkortning för "wolfram". Namnet volfram är svenska för "tung sten", en hänvisning till elementets kusliga täthet och tyngd. Dess atomnummer (antalet protoner i kärnan av dess atom) är 74 och dess atomvikt (vägt medelvärde av dess naturligt förekommande isotoper) är 183,84.
Ett par spanska kemister (och bröder), Juan José och Fausto Elhuyar, är krediterade för att ha upptäckt volfram 1783 när de först isolerade den gråvita metallen från wolframit.
En av volframs mest imponerande och användbara egenskaper är dess höga smältpunkt, den högsta av alla metalliska element. Ren volfram smälter vid hela 3 422 grader C och kommer inte att koka förrän temperaturen når 5 555 C, vilket är samma temperatur som solens fotosfär.
Järn, som jämförelse, har en smältpunkt på 2 800 grader F (1 538 grader C) och guld förvandlas till flytande vid bara 1 947,52 grader F (1 064,18 grader C).
Alla metaller har relativt höga smältpunkter eftersom deras atomer hålls samman i täta metalliska bindningar, säger John Newsam, en kemist och materialvetare som vi kontaktade genom American Chemical Society. Metallbindningar är så starka eftersom de delar elektroner över en hel tredimensionell uppsättning atomer. Newsam säger att volfram håller längre än andra metaller på grund av den ovanliga styrkan och riktningen hos dess metalliska bindningar.
"Varför är det viktigt?" frågar Newsam. "Tänk på Edison som arbetar med glödtrådar för glödlampan. Han behövde ett material som inte bara avgav ljus utan som inte skulle smälta av värmen."
Edison experimenterade med massor av olika glödtrådsmaterial, inklusive platina, iridium och bambu, men det var en annan amerikansk uppfinnare, William Coolidge, som är krediterad för att ha tillverkat de volframglödtrådar som användes i de flesta glödlampor under hela 1900-talet.
Volframs höga smältpunkt har andra fördelar, som när det blandas in som en legering med material som stål. Volframlegeringar pläteras på sektioner av raketer och missiler som behöver motstå enorm värme, inklusive motormunstycken som sprutar ut explosiva strömmar av raketbränsle.
Tätheten hos olika element är en återspegling av storleken på deras beståndsdelar. Ju lägre du kommer på det periodiska systemet, desto större och tyngre blir atomerna.
"De tyngre grundämnena, som volfram, har fler protoner och neutroner i kärnan och fler elektroner i omloppsbana runt kärnan", säger Newsam. "Det betyder att vikten av en atom ökar avsevärt när du går ner i det periodiska systemet."
Rent praktiskt, om du höll en bit volfram i ena handen och höll samma volym silver eller järn i den andra handen, skulle volframet kännas mycket tyngre. Specifikt är volframdensiteten 19,3 gram per kubikcentimeter. Silver, i jämförelse, är ungefär hälften så tät som volfram (10,5 g/cm 3 ), och järn är nästan en tredjedel så tätt (7,9 g/cm 3 ).
Tungstens högdensitetskraft kan vara en fördel i vissa applikationer. Det används ofta i pansarbrytande kulor, till exempel för dess densitet och hårdhet. Militären använder också volfram för att göra så kallade "kinetic bombardment"-vapen som skjuter en stav av volfram som en luftburen slagkolv för att slå igenom väggar och pansarpansar.
Under det kalla kriget påstås flygvapnet ha experimenterat med en idé som heter Project Thor som skulle ha släppt ett knippe 20 fot (6 meter) volframstavar från omloppsbana på fiendens mål. Dessa så kallade "stavar från Gud" skulle ha påverkat med den destruktiva kraften från ett kärnvapen, men utan kärnvapennedfallet. Det visade sig att kostnaden för att raketera de tunga stavarna ut i rymden var oöverkomligt dyr.
Ren volfram är inte så svårt – du kan skära igenom det med en handsåg – men när volfram kombineras med små mängder kol blir det volframkarbid, ett av de hårdaste och tuffaste ämnena på jorden.
"När du lägger små mängder kol eller andra metaller i volfram fixerar det strukturen och förhindrar att den lätt deformeras", säger Newsam.
Volframkarbid är så hårt att det bara kan skäras av diamanter, och även då fungerar diamanter bara om volframkarbiden inte är helt härdad. Volframkarbid är upp till tre gånger så styv som stål, kan hålla upp till 100 gånger längre än stål under mycket nötande förhållanden och har den största tryckhållfastheten av alla smidda metaller, vilket innebär att den inte bucklas eller deformeras när den pressas under enorm kraft .
Den vanligaste användningen av volframkarbid - och slutdestinationen för det mesta av det utvunna volframet på planeten - är specialiserade verktyg, särskilt borrkronor. Alla typer av borrkronor för att skära metall eller fast sten måste motstå straffande friktionsnivåer utan att mattas eller gå sönder. Bara diamantborrar är hårdare än volframkarbid, men de är också mycket dyrare.
Tungstens hårdhet, densitet och värmebeständighet gör den idealisk för många nischapplikationer:
Förfalskare kom på för länge sedan att volfram är nästan exakt lika tätt som guld, och ibland försöker de framställa guldpläterade barer av volfram som en ren guldtackor.
