МОЛИБДЕН: СТРОЕНИЕ, СВОЙСТВА, ВАЛЕНТНОСТИ, ФУНКЦИИ - ХИМИЯ - 2024

Молибдена (Мо) представляет собой переходный металл , принадлежащий к группе 6, период 5 Периодической таблицы. Имеет электронную конфигурацию (Кр) 4д ⁵ 5с ¹ ; атомный номер 42 и средняя атомная масса 95,94 г / моль. Он имеет 7 стабильных изотопов: ⁹² Mo, ⁹⁴ Mo, ⁹⁵ Mo, ⁹⁶ Mo, ⁹⁷ Mo, ⁹⁸ Mo и ¹⁰⁰ Mo; изотоп ⁹⁸ Mo - тот, который находится в большей пропорции.

Это белый металл с серебристым оттенком, который по химическим свойствам похож на хром. Фактически, оба являются металлическими элементами одной группы, причем хром находится над молибденом; то есть молибден тяжелее и имеет более высокий уровень энергии.

Источник: Изображения химических элементов в высоком разрешении (http://images-of-elements.com/molybdenum.php), через Wikimedia Commons

Молибден в природе встречается не в свободном виде, а в составе минералов, наиболее распространенным из которых является молибденит (MoS ₂ ). Кроме того, он связан с другими сернистыми минералами, из которых также получают медь.

Его использование увеличилось во время Первой мировой войны, поскольку он заменил вольфрам, которого было мало из-за его массового использования.

характеристики

Молибден отличается большой прочностью, устойчивостью к коррозии, высокой температурой плавления, пластичностью и устойчивостью к высоким температурам. Он считается тугоплавким металлом, потому что его температура плавления выше, чем у платины (1772 ° C).

Он также обладает рядом дополнительных свойств: высокая энергия связи его атомов, низкое давление пара, низкий коэффициент теплового расширения, высокий уровень теплопроводности и низкое электрическое сопротивление.

Все эти свойства и характеристики позволили молибдену найти множество применений и приложений, наиболее заметным из которых является образование сплавов со сталью.

С другой стороны, это незаменимый микроэлемент для жизни. В бактериях и растениях молибден является кофактором, присутствующим во многих ферментах, участвующих в фиксации и использовании азота.

Молибден является кофактором активности ферментов оксотрансфераз, которые переносят атомы кислорода из воды при переносе двух электронов. Эти ферменты включают ксантиноксидазу приматов, функция которой заключается в окислении ксантина до мочевой кислоты.

Его можно получить из нескольких продуктов, в том числе из следующих: цветная капуста, шпинат, чеснок, цельные зерна, гречка, зародыши пшеницы, чечевица, семена подсолнечника и молоко.

открытие

Молибден не изолирован в природе, поэтому во многих его комплексах в древности его путали со свинцом или углеродом.

В 1778 году шведскому химику и фармацевту Карлу Вильгельму удалось выделить молибден как отдельный элемент. Вильгельм обработал молибденит (MoS ₂ ) азотной кислотой, получив соединение кислой природы, в котором он идентифицировал молибден.

Позже, в 1782 году, Питер Якоб Хьельм, используя кислотное соединение Вильгельма путем восстановления углеродом, преуспел в выделении нечистого молибдена.

Структура

Какая кристаллическая структура молибдена? Его атомы металла принимают объемно-центрированную кубическую кристаллическую систему (ОЦК) при атмосферном давлении. При более высоких давлениях атомы молибдена уплотняются, образуя более плотные структуры, такие как гранецентрированные кубические (ГЦК) и гексагональные (ГПУ).

Его металлическая связь прочна и совпадает с тем фактом, что это одно из твердых веществ с самой высокой температурой плавления (2623ºC). Эта структурная прочность обусловлена ​​тем, что молибден богат электронами, его кристаллическая структура значительно плотнее и он тяжелее хрома. Эти три фактора позволяют упрочнять сплавы, в которые он входит.

С другой стороны, более важным, чем структура металлического молибдена, являются его соединения. Молибден характеризуется своей способностью образовывать двухъядерные (Mo-Mo) или полиядерные (Mo-Mo-Mo- …) соединения.

Он также может координироваться с другими молекулами с образованием соединений с формулами от MoX ₄ до MoX ₈ . В этих соединениях обычно присутствуют кислородные мостики (Mo-O-Mo) или сера (Mo-S-Mo).

свойства

Внешность

Сплошной серебристо-белый.

Температура плавления

2623 ° С (2896 К).

Точка кипения

4639 ° С (4912 К).

Энтальпия плавления

32 кДж / моль.

Энтальпия испарения

598 кДж / моль.

Давление газа

3,47 Па при 3000 К.

Твердость по шкале Мооса

5,5

Растворимость воды

Соединения молибдена плохо растворяются в воде. Однако ион молибдата МоО ₄ ^-2 растворим.

коррозия

Он устойчив к коррозии и является одним из металлов, который лучше всего сопротивляется действию соляной кислоты.

оксидирование

Не ржавеет при комнатной температуре. Для быстрой ржавчины требуется температура выше 600 ºC.

Valencias

Электронная конфигурация молибдена 4d ⁵ 5s ¹ , поэтому он имеет шесть валентных электронов. В зависимости от того, с каким атомом он связывается, металл может потерять все свои электроны и иметь валентность +6 (VI). Например, если он образует связи с электроотрицательным атомом фтора (MoF ₆ ).

Однако он может потерять от 1 до 5 электронов. Таким образом, его валентности охватывают диапазон от +1 (I) до +5 (V). Когда он теряет только один электрон, он покидает орбиталь 5s, и его конфигурация становится 4d ⁵ . Для пяти электронов 4d-орбитали требуется высококислотная среда и электроноподобные частицы, чтобы покинуть атом Мо.

Какие из шести валентностей наиболее распространены? +4 (IV) и +6 (VI). Mo (IV) имеет конфигурацию 4d ² , а Mo (VI) ,.

Для Mo ⁴⁺ непонятно, почему он более стабилен, чем, например, Mo ³⁺ (как в случае с Cr ³⁺ ). Но для Mo ⁶⁺ можно потерять эти шесть электронов, потому что благородный газ криптон становится изоэлектронным.

Хлориды молибдена

Ряд хлоридов молибдена с различными валентностями или степенями окисления перечислены ниже, от (II) до (VI):

-Дихлорид молибдена (MoCl ₂ ). Желтое твердое вещество.

-Трихлорид молибдена (MoCl ₃ ). Темно-красное твердое вещество.

-Тетрахлорид молибдена (MoCl ₄ ). Сплошной черный.

-Пентахлорид молибдена (MoCl ₅ ). Сплошной темно-зеленый.

-Гексахлорид молибдена (MoCl ₆ ). Сплошной коричневый.

Функции в организме

Молибден - незаменимый микроэлемент для жизни, поскольку он присутствует в качестве кофактора во многих ферментах. Оксотрансферазы используют молибден в качестве кофактора, чтобы выполнять свою функцию переноса кислорода из воды с парой электронов.

Среди оксотрансфераз можно выделить:

• Ксантиноксидаза.
• Альдегидоксидаза, окисляющая альдегиды.
• Амины и сульфиды в печени.
• Сульфитоксидаза, окисляющая сульфит в печени.
• Нитратредуктаза.
• Нитритредуктаза присутствует в растениях.

Ксантиновый фермент

Фермент ксантиноксидаза катализирует конечную стадию катаболизма пуринов у приматов: превращение ксантина в мочевую кислоту, соединение, которое затем выводится из организма.

Ксантиноксидаза имеет FAD в качестве кофермента. Кроме того, в каталитическом действии участвуют негемовое железо и молибден. Действие фермента можно описать следующим химическим уравнением:

Ксантин + H ₂ O + O ₂ => Мочевая кислота + H ₂ O ₂

Молибден действует как кофактор молибдоптерина (Mo-co). Ксантиноксидаза обнаруживается в основном в печени и тонком кишечнике, но использование иммунологических методов позволило локализовать ее в молочных железах, скелетных мышцах и почках.

Фермент ксантиноксидаза ингибируется препаратом Аллопуринол, применяемым при лечении подагры. В 2008 году началась коммерциализация препарата Фебуксостат с более высокими показателями в лечении этого заболевания.

Фермент альдегидоксидаза

Фермент альдегидоксидаза находится в цитоплазме клетки и встречается как в царстве растений, так и в царстве животных. Фермент катализирует окисление альдегида до карбоновой кислоты.

Цитохром P ₄₅₀ и промежуточные продукты фермента моноаминоксидазы (МАО) также катализируют окисление .

Благодаря своей широкой специфичности фермент альдегидоксидаза может окислять многие лекарственные препараты, выполняя свою функцию в основном в печени. Действие фермента на альдегид можно описать следующим образом:

Альдегид + H ₂ O + O ₂ => Карбоновая кислота + H ₂ O ₂

Фермент сульфитоксидаза

Фермент сульфитоксидаза участвует в превращении сульфита в сульфат. Это конечная стадия разложения серосодержащих соединений. Реакция, катализируемая ферментом, протекает по следующей схеме:

SO ₃ ^-2 + H ₂ O + 2 (цитохром C) окисленный => SO ₄ ^-2 + 2 (цитохром C) восстановленный + 2 H ⁺

Дефицит фермента из-за генетической мутации у человека может привести к преждевременной смерти.

Сульфит - нейротоксичное соединение, поэтому низкая активность фермента сульфитоксидазы может привести к психическим заболеваниям, умственной отсталости, умственной деградации и, в конечном итоге, к смерти.

В метаболизме железа и как компонент зубов

Молибден участвует в метаболизме железа, способствуя его всасыванию в кишечнике и образованию эритроцитов. Кроме того, он входит в состав эмали зубов и вместе с фтором помогает в профилактике кариеса.

дефицит

Дефицит потребления молибдена был связан с более высокой заболеваемостью раком пищевода в регионах Китая и Ирана по сравнению с регионами США с высоким уровнем молибдена.

Значение в растениях

Нитратредуктаза - это фермент, который играет жизненно важную роль в растениях, поскольку вместе с ферментом нитритредуктаза участвует в превращении нитрата в аммоний.

Два фермента требуют кофактора (Mo-co) для их работы. Реакцию, катализируемую ферментом нитратредуктазой, можно описать следующим образом:

Нитрат + донор электронов + H ₂ O => нитрит + окисленный донор электронов

Процесс окисления-восстановления нитратов происходит в цитоплазме растительных клеток. Нитрит, продукт предыдущей реакции, переносится в пластиду. Фермент нитритредуктаза действует на нитрит, вызывая образование аммиака.

Аммоний используется для синтеза аминокислот. Кроме того, растения используют молибден для преобразования неорганического фосфора в органический фосфор.

Органический фосфор существует во многих биологически функциональных молекулах, таких как: АТФ, глюкозо-6-фосфат, нуклеиновые кислоты, фолипиды и т. Д.

Дефицит молибдена в основном поражает группу крестоцветных, бобовых, пуансеттий и примул.

У цветной капусты дефицит молибдена вызывает ограничение ширины листовой пластинки, замедление роста растений и формирование цветков.

Использование и приложения

катализатор

-Это катализатор обессеривания нефти, нефтехимических продуктов и жидкостей, полученных из угля. Каталитический комплекс включает MoS _2, закрепленный на оксиде алюминия и активированный кобальтом и никелем.

-Молибдат образует комплекс с висмутом для избирательного окисления пропена, аммиака и воздуха. Таким образом, они образуют акрилонитрил, ацетонитрил и другие химические вещества, которые являются сырьем для производства пластмасс и волокна.

Точно так же молибдат железа катализирует избирательное окисление метанола до формальдегида.

Пигменты

-Молибден участвует в образовании пигментов. Например, молибденовый оранжевый образуется в результате совместного осаждения хромата свинца, молибдата свинца и сульфата свинца.

Это светлый пигмент, устойчивый при различных температурах, имеющий ярко-красный, оранжевый или красно-желтый цвет. Он используется при приготовлении красок и пластмасс, а также в резиновых и керамических изделиях.

молибдата

-Молибдат - ингибитор коррозии. Молибдат натрия использовался в качестве замены хромата для предотвращения коррозии закаленных сталей в широком диапазоне pH.

-Используется в водоохладителях, кондиционерах и системах отопления. Молибдаты также используются для подавления коррозии в гидравлических системах и в автомобильной технике. Также в красках используются пигменты, препятствующие коррозии.

-Молибдат, благодаря своим свойствам высокой температуры плавления, низкому коэффициенту теплового расширения и высокой теплопроводности, используется для производства лент и нитей, используемых в осветительной промышленности.

-Используется в материнских платах для полупроводников; в силовой электронике; электроды для плавления стекла; камеры для высокотемпературных печей и катоды для покрытия солнечных элементов и плоских экранов.

-А также молибдат используется в производстве тиглей для всех обычных процессов в области обработки сапфира.

Сплавы со сталью

-Молибден используется в сплавах со сталью, которые выдерживают высокие температуры и давления. Эти сплавы используются в строительной индустрии и при производстве деталей для самолетов и автомобилей.

-Молибдат, даже при концентрации всего 2%, придает его сплаву со сталью высокую стойкость к коррозии.

Другое использование

-Молибдат используется в авиакосмической промышленности; при изготовлении ЖК-экранов; при очистке воды и даже при применении лазерного луча.

-Дисульфид молибдата сам по себе является хорошей смазкой и обеспечивает устойчивость к экстремальным давлениям при взаимодействии смазочных материалов с металлами.

Смазочные материалы образуют кристаллический слой на поверхности металлов. Благодаря этому трение металл-металл сводится к минимуму даже при высоких температурах.

Ссылки

1. Wikipedia. (2018). Молибден. Получено с: en.wikipedia.org
2. Р. Шип. (2016). Молибден. Получено с: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
3. Международная молибденовая ассоциация (IMOA). (2018). Молибден. Взято с: imoa.info
4. Ф. Йона и П. М. Маркус. (2005). Кристаллическая структура и устойчивость молибдена при сверхвысоких давлениях. J. Phys.: Condens. Дело 17 1049.
5. Plansee. (SF). Молибден. Получено с: plansee.com
6. Lenntech. (2018). Молибден - Мо. Получено с: lenntech.com
7. Curiosoando.com (18 октября 2016 г.). Каковы симптомы дефицита молибдена? Получено с: curiosoando.com
8. Эд Бладник. (21 марта 2018 г.). Роль молибдена в растениеводстве. Получено с: pthorticulture.com