Molibden: struktura, właściwości, wartościowości, funkcje

Molibden (Mo) jest metalem przejściowym, należącym do grupy 6, okres 5 układu okresowego. Ma konfigurację elektroniczną (Kr) 4d55s1; liczba atomowa 42 i średnia masa atomowa 95, 94 g / mol. Posiada 7 stabilnych izotopów: 92Mo, 94Mo, 95Mo, 96Mo, 97Mo, 98Mo i 100Mo; izotop 98Mo jest w największej proporcji.

Jest to biały metal o srebrnym wyglądzie i właściwościach chemicznych podobnych do chromu. W rzeczywistości oba są metalowymi elementami tej samej grupy, chrom znajduje się nad molibdenem; to znaczy, molibden jest cięższy i ma wyższy poziom energii.

Molibden nie jest wolny od natury, ale jest częścią minerałów, będąc najobficiej występującym molibdenitem (MoS ₂ ). Ponadto wiąże się z innymi minerałami siarki, z których uzyskuje się również miedź.

Jego użycie wzrosło w czasie pierwszej wojny światowej, ponieważ zastąpiło wolfram, który był rzadki z powodu jego ogromnej eksploatacji.

Funkcje

Molibden charakteryzuje się wysoką trwałością, odpornością na korozję, wysoką temperaturą topnienia, ciągliwością i odpornością na wysokie temperatury. Jest uważany za metal ogniotrwały, ponieważ ma temperaturę topnienia wyższą niż platyna (1772 ° C).

Ma także zestaw dodatkowych właściwości: energia wiązania jego atomów jest wysoka, niska prężność pary, niski współczynnik rozszerzalności cieplnej, wysoki poziom przewodności cieplnej i niska rezystancja elektryczna.

Wszystkie te właściwości i właściwości pozwoliły molibdenowi na liczne zastosowania i zastosowania, z których najbardziej znanym jest tworzenie stopów ze stalą.

Z drugiej strony jest niezbędnym pierwiastkiem śladowym na całe życie. W bakteriach i roślinach molibden jest kofaktorem obecnym w wielu enzymach biorących udział w utrwalaniu i stosowaniu azotu.

Molibden jest kofaktorem aktywności enzymów oksotransferazowych, które przenoszą atomy tlenu z wody, przenosząc dwa elektrony. Wśród tych enzymów znajduje się oksydaza ksantynowa naczelnych, której zadaniem jest utlenianie ksantyny do kwasu moczowego.

Można go otrzymać z różnych produktów spożywczych, w tym: kalafiora, szpinaku, czosnku, produktów pełnoziarnistych, gryki, kiełków pszenicy, soczewicy, nasion słonecznika i mleka.

Odkrycie

Molibden nie jest wyizolowany z natury, więc w wielu jego kompleksach był pomylony w starożytności z ołowiem lub węglem.

W 1778 r. Carl Wilhelm, szwedzki chemik i farmaceuta, zdołał zidentyfikować molibden jako odrębny pierwiastek. Wilhelm potraktował molibdenit (MoS ₂ ) kwasem azotowym, uzyskując związek o kwaśnym charakterze, w którym zidentyfikował molibden.

Później, w 1782 r., Peter Jacob Hjelm, stosując związek kwasowy Wilhelma, dzięki redukcji węgla, był w stanie wyizolować zanieczyszczony molibden.

Struktura

Jaka jest struktura krystaliczna molibdenu? Jego atomy metaliczne przyjmują sześcienny układ krystaliczny skupiony w ciele (bcc, dla jego akronimu w języku angielskim) pod ciśnieniem atmosferycznym. Przy wyższych ciśnieniach atomy molibdenu są zagęszczane, aby tworzyć bardziej gęste struktury, takie jak sześcienny wyśrodkowany na powierzchniach (fcc) i sześciokątny (hcp).

Jego metaliczne wiązanie jest mocne i pokrywa się z faktem, że jest jednym z ciał stałych o najwyższej temperaturze topnienia (2623 ° C). Ta wytrzymałość strukturalna wynika z faktu, że molibden jest bogaty w elektrony, jego struktura krystaliczna jest znacznie gęsta i jest cięższa niż chrom. Te trzy czynniki pozwalają wzmocnić stopy, w których jesteś częścią.

Z drugiej strony, ważniejsza niż struktura metalicznego molibdenu, jest jego związki. Molibden charakteryzuje się zdolnością do tworzenia związków dinuklearnych (Mo-Mo) lub wielopierścieniowych (Mo-Mo-Mo ···).

Podobnie, może być skoordynowany z innymi cząsteczkami, tworząc związki z formułami MoX ₄ do MoX ₈ . W tych związkach powszechna jest obecność mostków tlenowych (Mo-O-Mo) lub siarki (Mo-S-Mo).

Właściwości

Wygląd

Solidne białe srebro.

Temperatura topnienia

2 623 ° C (2896 K).

Temperatura wrzenia

4, 639 ° C (4, 912 K).

Entalpia syntezy jądrowej

32 kJ / mol.

Entalpia parowania

598 kJ / mol.

Ciśnienie pary

3, 47 Pa do 3, 000 K.

Twardość w skali Mohsa

5.5

Rozpuszczalność w wodzie

Związki molibdenu są mało rozpuszczalne w wodzie. Jednak jon molibdenianowy MoO ₄ -2 jest rozpuszczalny.

Korozja

Jest odporny na korozję i jest metalem, który najlepiej wytrzymuje działanie kwasu solnego.

Utlenianie

Nie utlenia się w temperaturze pokojowej. Szybko utleniać wymaga temperatury wyższej niż 600 ° C.

Walencja

Elektroniczna konfiguracja molibdenu to [Kr] 4d55s1, więc ma sześć elektronów walencyjnych. W zależności od tego, który atom jest połączony, metal może stracić wszystkie swoje elektrony i mieć wartościowość +6 (VI). Na przykład, jeśli tworzysz wiązania z elektroujemnym atomem fluoru (MoF ₆ ).

Może jednak stracić od 1 do 5 elektronów. Tak więc jego wartościowości obejmują przedział od +1 (I) do +5 (V). Kiedy traci tylko jeden elektron, opuszcza orbital 5s, a jego konfiguracja pozostaje jako [Kr] 4d5. Pięć elektronów orbitalu 4d wymaga bardzo kwaśnych mediów i bardzo podobnych do elektronów gatunków, aby opuścić atom Mo.

Z jego sześciu wartościowości, które są najbardziej powszechne? +4 (IV) i +6 (VI). Mo (IV) ma konfigurację [Kr] 4d2, podczas gdy Mo (VI), [Kr].

W przypadku Mo4 + nie jest jasne, dlaczego jest on bardziej stabilny niż, na przykład, Mo3 + (jak w przypadku Cr3 +). Ale dla Mo6 + można stracić te sześć elektronów, ponieważ staje się izoelektroniczny do kryptonu gazu szlachetnego.

Chlorki molibdenu

Poniżej znajduje się seria chlorków molibdenu o różnych wartościowościach lub stopniach utlenienia od (II) do (VI):

- Dichlorek molibdenu (MoCl ₂ ). Jednolity żółty.

- Trichlorek molibdenu (MoCl ₃ ). Stałe ciemnoczerwone.

- Tetrachlorek molibdenu (MoCl ₄ ). Stałe czarne.

- Pentachlorek molibdenu (MoCl ₅ ). Jednolity ciemny zielony.

Sześciochlorek molibdenu (MoCl ₆ ). Jednolity brązowy.

Funkcje w ciele

Molibden jest niezbędnym pierwiastkiem śladowym na całe życie, ponieważ jest obecny jako kofaktor w wielu enzymach. Oksotransferazy wykorzystują molibden jako kofaktor do wypełniania funkcji przenoszenia tlenu z wody za pomocą pary elektronów.

Wśród oksotransferaz są:

• Oksydaza ksantynowa.
• Oksydaza aldehydowa, która utlenia aldehydy.
• Aminy i siarczki w wątrobie.
• Oksydaza siarczynowa, która utlenia siarczyn w wątrobie.
• Reduktaza azotanowa.
• Reduktaza azotynowa obecna w roślinach.

Enzym ksantynowy

Enzym oksydaza ksantynowa katalizuje końcowy etap katabolizmu puryn u naczelnych: przekształcenie ksantyny w kwas moczowy, związek, który jest następnie wydalany.

Oksydaza ksantynowa ma koenzym do FAD. Ponadto, żelazo i molibden nie-hemowy ingerują w działanie katalityczne. Działanie enzymu można opisać następującym równaniem chemicznym:

Ksantyna + H ₂ O + O ₂ => Kwas moczowy + H ₂ O ₂

Molibden interweniuje jako kofaktor molibdopterin (Mo-co). Oksydaza ksantynowa występuje głównie w wątrobie i jelicie cienkim, ale zastosowanie technik immunologicznych umożliwiło jej lokalizację w gruczołach sutkowych, mięśniach szkieletowych i nerkach.

Enzym oksydaza ksantynowa jest hamowany przez lek Alopurinol, stosowany w leczeniu dny. W 2008 r. Komercjalizacja leku Febuxostat rozpoczęła się od lepszej skuteczności w leczeniu choroby.

Enzymatyczna oksydaza aldehydowa

Enzym oksydaza aldehydowa znajduje się w cytoplazmie komórkowej, zarówno w królestwie roślin, jak iw królestwie zwierząt. Enzym katalizuje utlenianie aldehydu w kwasie karboksylowym.

Katalizuje także utlenianie cytochromu P ₄₅₀ i produktów pośrednich enzymu oksydazy monoaminowej (MAO).

Ze względu na swoją szeroką specyficzność enzym oksydaza aldehydowa może utleniać wiele leków, spełniając swoją funkcję głównie w wątrobie. Działanie enzymu na aldehyd można schematować w następujący sposób:

Aldehyd + H2O + O2 => Kwas karboksylowy + H ₂ O ₂

Enzym oksydaza siarczynowa

Enzym oksydaza siarczynowa jest zaangażowany w przemianę siarczynu w siarczan. Jest to końcowy etap degradacji związków zawierających siarkę. Reakcja katalizowana przez enzym zachodzi zgodnie z następującym schematem:

SO ₃ -2 + H ₂ O + 2 (Cytochrom C) utleniony => SO ₄ -2 + 2 (Cytochrom C) zredukowany + 2 H +

Niedobór enzymu przez mutację genetyczną u człowieka może prowadzić do przedwczesnej śmierci.

Siarczyn jest związkiem neurotoksycznym, więc niska aktywność enzymu oksydazy siarczynowej może powodować chorobę psychiczną, opóźnienie umysłowe, degradację umysłową i ostatecznie śmierć.

W metabolizmie żelaza i jako składnik zębów

Molibden wpływa na metabolizm żelaza, ułatwiając jego wchłanianie jelitowe i tworzenie erytrocytów. Ponadto jest częścią szkliwa zębów i razem z fluorem pomaga w zapobieganiu próchnicy.

Niedobór

Niedobór spożycia molibdenu jest związany ze zwiększoną zachorowalnością na raka przełyku w regionach Chin i Iranu, w porównaniu z regionami Stanów Zjednoczonych o wysokim poziomie molibdenu.

Znaczenie w roślinach

Reduktaza azotanowa jest enzymem, który odgrywa istotną rolę w roślinach, ponieważ wraz z enzymem reduktazy azotynowej interweniuje w przemianę azotanów w amon.

Dwa enzymy wymagają do działania kofaktora (Mo-co). Reakcję katalizowaną przez enzym reduktazę azotanową można schematować w następujący sposób:

Azotan + donor elektronów + H ₂ O => azotyn + utleniony donor elektronów

Proces utleniania-redukcji azotanów zachodzi w cytoplazmie komórek roślinnych. Azotyn, produkt poprzedniej reakcji, jest przenoszony do plastydu. Enzym reduktaza azotynowa działa na azotyn, pochodzący z amonu.

Amon stosuje się do syntezy aminokwasów. Ponadto rośliny wykorzystują molibden w konwersji fosforu nieorganicznego w fosfor organiczny.

Organiczny fosfor występuje w licznych cząsteczkach o funkcji biologicznej, takich jak: ATP, glukozo-6-fosforan, kwasy nukleinowe, forfolipidy itp.

Niedobór molibdenu dotyczy głównie grupy krzyżowej, warzyw, poinsecji i pierwiosnków.

W kalafioru niedobór molibdenu powoduje ograniczenie szerokości kończyny liściowej, zmniejszenie wzrostu rośliny i tworzenie kwiatów.

Zastosowania i aplikacje

Katalizator

-To katalizator do odsiarczania ropy naftowej, produktów petrochemicznych i płynów węglowych. Kompleks katalizatora zawiera MoS2 utrwalony na tlenku glinu i aktywowany przez kobalt i nikiel.

- Molibdenian tworzy kompleks z bizmutem do selektywnego utleniania propenu, amonu i powietrza. Tworzą więc akrylonitryl, acetonitryl i inne chemikalia, które są surowcami dla przemysłu tworzyw sztucznych i włókien.

Podobnie, molibdenian żelaza katalizuje selektywne utlenianie metanolu do formaldehydu.

Pigmenty

-Molibden wpływa na tworzenie pigmentów. Na przykład pomarańczę molibdenu tworzy się przez współstrącanie chromianu ołowiu, molibdenianu ołowiu i siarczanu ołowiu.

Jest to jasny i stabilny pigment w różnych temperaturach, pojawiający się w kolorze jasnoczerwonym, pomarańczowym lub czerwono-żółtym. Stosowany jest do produkcji farb i tworzyw sztucznych, a także w wyrobach gumowych i ceramicznych.

Molibdenian

- Molibdenian jest inhibitorem korozji. Molibdenian sodu był stosowany w zastępowaniu chromianu w celu zahamowania korozji stwardniałych stali w szerokim zakresie pH.

-To jest używany w chłodnicach wody, klimatyzatorach i systemach grzewczych. Molibdenaty są również używane do hamowania korozji w układach hydraulicznych i samochodowych. Ponadto w farbach stosuje się pigmenty hamujące korozję.

- Molibdenian, ze względu na swoje właściwości wysokiej temperatury topnienia, niski współczynnik rozszerzalności cieplnej i wysoką przewodność cieplną, jest przeznaczony do produkcji taśm i nici stosowanych w przemyśle oświetleniowym.

-To jest stosowany w płytach półprzewodnikowych; w energoelektronice; elektrody do łączenia szkła; Komory do pieców wysokotemperaturowych i katod do powlekania ogniw słonecznych i płaskich ekranów.

- Ponadto molibdenian jest wykorzystywany do produkcji tygli do wszystkich zwykłych procesów w dziedzinie obróbki szafiru.

Stopy ze stali

-Molibden jest stosowany w stopach ze stalą odporną na wysokie temperatury i ciśnienia. Stopy te są wykorzystywane w budownictwie i produkcji części do samolotów i samochodów.

- Molibdenian nawet przy stężeniach tak niskich, jak 2%, nadaje stopowi stal o wysokiej odporności na korozję.

Inne zastosowania

- Molibdenian jest stosowany w przemyśle lotniczym; w produkcji ekranów LCD; w obróbce wody, a nawet w wiązce laserowej.

- Dwusiarczek molibdenianu jest sam w sobie dobrym smarem i zapewnia właściwości tolerancji na ekstremalne ciśnienia w oddziaływaniu smarów z metalami.

Smary tworzą warstwę krystaliczną na powierzchni metali. Dzięki temu tarcie metal-metal jest zredukowane do minimum, nawet w wysokich temperaturach.