Структура, властивості, валентності, функції молібдену

The молібден (Mo) є перехідним металом, що належить до групи 6, періоду 5 Періодичної таблиці. Він має електронну конфігурацію (Kr) 4d⁵5s¹; атомний номер 42 і середня атомна маса 95,94 г / моль. Представлено 7 стабільних ізотопів: ⁹²Mo, ⁹⁴Mo, ⁹⁵Mo, ⁹⁶Mo, ⁹⁷Mo, ⁹⁸Mo і ¹⁰⁰Mo; будучи ізотопом ⁹⁸Mo, яка знаходиться в найбільшій пропорції.

Це білий метал зі срібним зовнішнім виглядом і має хімічні властивості, подібні до хрому. Фактично обидва вони є металевими елементами однієї групи, а хром розташований над молібденом; молібден важче і має більш високий енергетичний рівень.

Молібден не є вільним у природі, але є частиною мінералів, найпоширенішим з яких є молібденіт (MoS)₂). Крім того, він пов'язаний з іншими мінералами сірки, з яких також отримують мідь. 

Його використання було збільшено під час Першої світової війни, оскільки вона замінила вольфрам, який був дефіцитним через його масову експлуатацію.

Індекс

• 1 Характеристики
• 2 Відкриття
• 3 Структура
• 4 Властивості
• 5 Valencias
  • 5.1 Хлориди молібдену
• 6 Функції в тілі
  • 6.1 ксантиновий фермент
  • 6.2 Фермент альдегід оксидази
  • 6.3 Фермент сульфітоксидази
  • 6.4 У метаболізмі заліза і як компонент зубів
  • 6.5 Дефіцит
• 7 Значення рослин
• 8 Використання та застосування
  • 8.1 Каталізатор
  • 8.2 Пігменти
  • 8.3 Молібдат
  • 8.4 Сплави зі сталі
  • 8.5 Інші види використання
• 9 Посилання

Особливості

Молібден характеризується високою міцністю, стійкістю до корозії, високою температурою плавлення, ковкою і високою температурою. Вона вважається вогнетривким металом, оскільки має точку плавлення, що перевищує платину (1,772º С)..

Вона також має ряд додаткових властивостей: енергія зв'язку її атомів висока, низький тиск пари, низький коефіцієнт теплового розширення, високий рівень теплопровідності і низький електричний опір.

Всі ці властивості і характеристики дозволили молібдену мати численні застосування і застосування, будучи найбільш відомим утворенням сплавів зі сталлю..

З іншого боку, це істотний мікроелемент для життя. У бактерій і рослин молібден - кофактор, присутній у численних ферментах, що беруть участь у фіксації та використанні азоту.

Молібден - кофактор активності ферментів оксотрансферази, які передають атоми кисню з води, переносячи два електрони. Серед цих ферментів є ксантиноксидаза приматів, функція яких полягає в окисленні ксантину до сечової кислоти..

Його можна отримати з різних харчових продуктів, включаючи: цвітну капусту, шпинат, часник, цілі зерна, гречку, зародки пшениці, сочевицю, насіння соняшнику і молоко.

Відкриття

Молібден не є ізольованим в природі, тому в багатьох його комплексах в давнину заплутався з свинцем або вуглецем.

У 1778 році Карл Вільгельм, шведський хімік і фармацевт, зумів визначити молібден як окремий елемент. Молібденіт, оброблений Вільгельмом (MoS)₂) з азотною кислотою, отримуючи з'єднання кислого характеру, в якому ідентифікували молібден.

Пізніше, в 1782 році, Петро Якоб Хелм, використовуючи кисневу сполуку Вільгельма, шляхом скорочення вуглецю, зумів ізолювати нечистий молібден.

Структура

Яка кристалічна структура молібдену? Його металеві атоми приймають кубічну кристалічну систему з центром в тілі (ОЦК, для її абревіатури англійською) при атмосферному тиску. При більш високих тисках атоми молібдену ущільнюються для утворення більш щільних структур, таких як кубічний центрований на гранях (ГЦК) і гексагональ (hcp).

Його металевий зв'язок сильний і збігається з тим, що він є одним з твердих речовин з найвищою температурою плавлення (2623ºC). Ця структурна міцність обумовлена ​​тим, що молібден багатий електронами, його кристалічна структура значно щільна, і вона важча хрому. Ці три фактори дозволяють зміцнювати сплави, в яких ви є частиною.

З іншого боку, більш важливим, ніж структура металевого молібдену, є його сполуки. Молібден характеризується здатністю утворювати динуклеарні (Mo-Mo) або поліядерні (Mo-Mo-Mo- ···) сполуки..

Крім того, він може координувати з іншими молекулами формування сполук з формулами MoX₄ до MoX₈. У цих сполуках поширена наявність кисневих мостів (Mo-O-Mo) або сірки (Mo-S-Mo).

Властивості

Зовнішній вигляд

Тверде біле срібло.

Точка плавлення

2,623 ºC (2,896 K).

Точка кипіння

4,639 ºC (4,912 K).

Ентальпія плавлення

32 кДж / моль.

Ентальпія випаровування

598 кДж / моль.

Тиск пари

3.47 Па до 3.000 К.

Твердість за шкалою Мооса

5.5

Розчинність у воді

Сполуки молібдену мало розчинні у воді. Однак MoO іонів молібдату₄^-2 Це розчинний.

Корозія

Він стійкий до корозії і є металами, які найкраще витримують дію соляної кислоти.

Окислення

Не окислюється при кімнатній температурі. Для швидкого окислення потрібні температури вище 600ºC.

Валенсія

Електронною конфігурацією молібдену є [Kr] 4d⁵5s¹, тому вона має шість валентних електронів. Залежно від того, який атом пов'язаний, метал може втратити всі свої електрони і мати валентність +6 (VI). Наприклад, якщо утворюються зв'язки з електронегативним атомом фтору (МФ)₆).

Однак він може втратити від 1 до 5 електронів. Таким чином, його валентності охоплюють інтервал від +1 (I) до +5 (V). Коли він втрачає лише один електрон, він виходить з орбіти 5s, а його конфігурація залишається як [Kr] 4d⁵. П'ять електронів 4d орбіталі вимагають дуже кислих середовищ і дуже електрон-подібних видів, щоб залишити атом Мо..

З шести його валентностей, які є найбільш поширеними? +4 (IV) і +6 (VI). Мо (IV) має конфігурацію [Kr] 4d², в той час як Mo (VI), [Kr].

Для Мо⁴⁺ не зрозуміло, чому вона є більш стабільною, ніж, наприклад, Мо³⁺ (як з Cr³⁺). Але для Мо⁶⁺ ці шести електронів можна втратити, оскільки вони стають ізоелектронними для криптону благородного газу.

Хлориди молібдену

Нижче наведено ряд хлоридів молібдену з різними валентностями або станами окислення, з (II) до (VI):

-Дихлорид молібдену (MoCl₂). Твердий жовтий.

-Трихлорид молібдену (MoCl₃). Тверді темно-червоні.

-Тетрахлорид молібдену (MoCl₄). Суцільний чорний.

-Пентахлорид молібдену (MoCl₅). Тверді темно-зелені.

-Гексахлорид молібдену (MoCl₆). Твердий коричневий.

Функції в організмі

Молібден - важливий мікроелемент для життя, оскільки він присутній як кофактор у численних ферментах. Оксотрансферази використовують молібден в якості кофактора для виконання функції перенесення кисню з води за допомогою пари електронів.

Серед оксотрансфераз є:

• Ксантиноксидаза.
• Альдегід-оксидаза, яка окисляє альдегіди.
• Аміни і сульфіди в печінці.
• Сульфіт оксидази, яка окислює сульфіт в печінці.
• Нітратредуктаза.
• Нітритредуктаза присутня в рослинах.

Фермент ксантину

Фермент ксантиноксидаза каталізує кінцевий етап катаболізму пуринів у приматів: перетворення ксантину в сечову кислоту, з'єднання, яке потім виділяється.

Ксантиноксидаза має кофермент FAD. Крім того, в каталітичну дію втручаються негемове залізо і молібден. Дія ферменту можна описати наступним хімічним рівнянням: \ t

Ксантин + Н₂O + O₂  => Сечова кислота + H₂O₂

Молібден втручається як кофактор molibdopterin (Mo-co). Ксантиноксидаза виявляється головним чином в печінці і тонкому кишечнику, але застосування імунологічних методів дозволило розташувати її в молочних залозах, скелетних м'язах і нирках.

Фермент ксантиноксидаза пригнічується препаратом Алопуринол, використовуваним при лікуванні подагри. У 2008 році комерціалізація препарату Фебуксостат почалася з кращою ефективністю при лікуванні захворювання.

Фермент альдегід оксидази

Фермент альдегід оксидаза розташований в клітинній цитоплазмі, зустрічається як у рослинному царстві, так і в тваринному царстві. Фермент каталізує окислення альдегіду в карбоновій кислоті.

Вона також каталізує окислення цитохрому Р₄₅₀ і проміжні продукти ферменту моноаміноксидази (МАО) \ t.

Завдяки своїй широкій специфічності фермент альдегід оксидаза може окислювати багато ліки, виконуючи свою функцію переважно в печінці. Дія ферменту на альдегід можна схематизувати наступним чином: \ t

Альдегід + Н₂O + O₂ => Карбонова кислота + H₂O₂

Фермент сульфітоксидази

Фермент сульфіт оксидази бере участь у перетворенні сульфіту в сульфат. Це кінцева стадія деградації сірковмісних сполук. Реакція, що каталізується ферментом, відбувається за наступною схемою:

SO₃^-2 + H₂O + 2 (Цитохром С) окислений => SO₄^-2 + 2 (Цитохром С) знижена + 2 H⁺

Дефіцит ферменту генетичною мутацією в людині може призвести до передчасної смерті.

Сульфіт є нейротоксичним з'єднанням, тому низька активність ферменту сульфітоксидази може викликати психічні захворювання, розумову відсталість, психічну деградацію і, в кінцевому рахунку, смерть.

У метаболізмі заліза і як компонент зубів

Молібден втручається в метаболізм заліза, полегшуючи його кишкову абсорбцію і утворення еритроцитів. Крім того, він є частиною емалі зубів, і разом з фторидом допомагає в профілактиці карієсу.

Дефіцит

Дефіцит споживання молібдену пов'язаний із збільшенням захворюваності на рак стравоходу в регіонах Китаю та Ірану, порівняно з регіонами США з високим рівнем молібдену.

Значення рослин

Нітратредуктаза - це фермент, який відіграє життєво важливу роль у рослинах, оскільки разом з ферментом нітрит-редуктазою він втручається в перетворення нітрату в амоній.

Два ферменти вимагають для свого функціонування кофактор (Mo-co). Реакцію, катализируемую ферментом нітратредуктазой, можна схематизувати наступним чином:

Нітрат + Electron Giver + H₂O => Нітрит + окислений донор електронів

Процес окислювально-відновлення нітратів відбувається в цитоплазмі клітин рослин. Нітрит, продукт попередньої реакції, переносять на пластид. Фермент нітрит-редуктаза діє на нітрит, що походить з амонію.

Амоній використовується для синтезу амінокислот. Крім того, рослини використовують молібден при перетворенні неорганічного фосфору в органічний фосфор.

Органічний фосфор існує в численних молекулах біологічної функції, таких як: АТФ, глюкозо-6-фосфат, нуклеїнові кислоти, форфоліпіди тощо..

Дефіцит молібдену позначається головним чином на хрестоцвітній групі, овочах, пуансетціях і примулах..

У цвітної капусти дефіцит молібдену призводить до обмеження ширини кінцівки листя, зниження росту рослини і утворення квіток..

Використання та застосування

Каталізатор

-Він є каталізатором десульфуризації нафти, нафтохімії та рідин, одержуваних з вугілля. Каталітичний комплекс включає MoS₂ фіксують на глиноземі, і активують кобальтом і нікелем.

-Молібдат утворює комплекс з вісмутом для селективного окислення пропена, амонію та повітря. Таким чином, вони утворюють акрилонітрил, ацетонітрил та інші хімічні речовини, які є сировиною для промисловості пластмас і волокон.

Аналогічно, залізо молібдату каталізує селективне окислення метанолу до формальдегіду.

Пігменти

-Молібден втручається в утворення пігментів. Наприклад, молібден оранжевий утворюється шляхом спільного осадження хромата свинцю, молібдату свинцю та сульфату свинцю.

Це легкий і стабільний пігмент при різних температурах, яскраво-червоний, оранжевий або червоно-жовтий. Застосовується при приготуванні фарб і пластмас, а також в гумових і керамічних виробах.

Молібдат

-Молібдат є інгібітором корозії. Молібдат натрію був використаний для заміщення хромату для інгібування корозії твердих сталей у широкому діапазоні рН.

-Використовується в охолоджувачах води, кондиціонерах і системах опалення. Молібдати також використовуються для гальмування корозії в гідравлічних системах і в автомобільній техніці. Крім того, у фарбах використовуються пігменти, які перешкоджають корозії.

-Молібдат, завдяки своїм властивостям високої температури плавлення, низьким коефіцієнтом термічного розширення і високою теплопровідністю, призначений для виготовлення стрічок і ниток, що використовуються освітлювальною промисловістю.

-Використовується в напівпровідникових материнських платах; в силовій електроніці; електроди для плавлення стекол; камери для високотемпературних печей і катодів для покриття сонячних елементів і плоских екранів.

-А крім того, молібдат застосовують у виробництві тиглів для всіх звичайних процесів в області обробки сапфірів \ t.

Сплави зі сталі

-Молібден використовується в сплавах зі сталлю, що витримують високі температури і тиску. Ці сплави використовуються в будівельній промисловості і у виробництві деталей для літаків і автомобілів.

-Молібдат, навіть при низьких концентраціях 2%, дає його сплаву зі сталлю високу стійкість до корозії.

Інші види використання

-Молібдат використовується в аерокосмічній промисловості; у виробництві РК-екранів; при обробці води і навіть при застосуванні лазерного променя.

-Дисульфід молібдату сам по собі є гарним мастилом і забезпечує толерантність до екстремальних тисків при взаємодії мастильних матеріалів з металами.

Мастильні матеріали утворюють на поверхні металів кристалічний шар. Завдяки цьому, металевий фрикцій знижується до мінімуму, навіть при високих температурах.

Список літератури

1. Вікіпедія. (2018). Молібден. Отримано з: en.wikipedia.org
2. Р. Корабель. (2016). Молібден. Отримано з: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
3. Міжнародна асоціація молібдену (IMOA). (2018). Молібден. Взяті з: imoa.info
4. F Йона і П М. Маркус. (2005). Кристалічна структура і стабільність молібдену при надвисоких тисках. J. Phys.: Condens. Матерія 17 1049.
5. Plansee. (s.f.). Молібден. Отримано з: plansee.com
6. Lenntech (2018). Молібден - Мо. Отримано з: lenntech.com
7. Curiosoando.com (18 жовтня 2016). Які симптоми дефіциту молібдену? Відновлено з: curiosoando.com
8. Ed Bloodnick. (21 березня 2018). Роль молібдену у вирощуванні рослин. Отримано з: pthorticulture.com