Molybden: struktur, egenskaper, valenser, funksjoner
Molybden (Mo) er et overgangsmetall som tilhører gruppe 6, periode 5 i det periodiske systemet. Den har elektronisk konfigurasjon (Kr) 4d55s1; atomnummer 42 og gjennomsnittlig atommasse på 95, 94 g / mol. Den har 7 stabile isotoper: 92Mo, 94Mo, 95Mo, 96Mo, 97Mo, 98Mo og 100Mo; isotopen 98Mo være den største delen.
Det er et hvitt metall med sølv utseende og har kjemiske egenskaper som ligner på krom. Faktisk er begge metallelementer av samme gruppe, krommet ligger over molybden; det vil si, molybden er tyngre og har et høyere energinivå.
Molybden er ikke fri i naturen, men er en del av mineraler, som er den mest omfattende molybdenitten (MoS 2 ). I tillegg er det forbundet med andre svovelmineraler, hvorfra også kobber oppnås.
Dens bruk økte i løpet av første verdenskrig, siden den erstattet wolframen, som var mangel på grunn av sin massive utnyttelse.
funksjoner
Molybden kjennetegnes av høy holdbarhet, korrosjonsbestandighet, høyt smeltepunkt, smeltbarhet og tåler høye temperaturer. Det regnes som et ildfast metall fordi det har et smeltepunkt høyere enn platina (1772 ° C).
Det har også et sett med ekstra egenskaper: bindingsenergien av atomene er høy, lavt damptrykk, lav termisk ekspansjonsfaktor, høyt termisk ledningsevne og lav elektrisk motstand.
Alle disse egenskapene og egenskapene har gjort det mulig for molybden å ha mange bruksområder og anvendelser, og den mest beryktede er dannelsen av legeringer med stål.
På den annen side er det et viktig sporelement for livet. I bakterier og planter er molybden en kofaktor tilstede i mange enzymer involvert i fiksering og bruk av nitrogen.
Molybden er en kofaktor for aktiviteten til oksotransferase enzymer, som overfører oksygenatomer fra vann, mens overføring av to elektroner. Blant disse enzymene er xantinoksidasen av primater, hvis funksjon er å oksidere xantin til urinsyre.
Det kan hentes fra ulike matvarer, inkludert følgende: blomkål, spinat, hvitløk, helkorn, bokhvete, hvetekim, linse, solsikkefrø og melk.
oppdagelse
Molybden er ikke isolert i naturen, så i mange av dens komplekser ble forvirret i oldtiden med bly eller karbon.
I 1778 klarte Carl Wilhelm, svensk kjemiker og apotek, å identifisere molybden som et distinkt element. Wilhelm behandlet molybdenitt (MoS 2 ) med salpetersyre, og oppnådde en forbindelse av sur natur der han identifiserte molybden.
Senere, i 1782, kunne Peter Jacob Hjelm, ved hjelp av Wilhelms syreforbindelse, ved karbonreduksjon isolere et uren molybden.
struktur
Hva er den krystallinske strukturen av molybden? Dets metallatomer adopterer det kubiske krystallinske systemet sentrert i kroppen (bcc, for sin akronym på engelsk) ved atmosfærisk trykk. Ved høyere trykk blir molybdenatomer komprimert for å oppnå mer tette strukturer, slik som kubikket sentrert på ansiktene (fcc) og sekskantet (hcp).
Metallbinding er sterk og faller sammen med det faktum at det er et av faststoffene med høyest smeltepunkt (2623ºC). Denne strukturelle styrken skyldes det faktum at molybden er rik på elektroner, dets krystallstruktur er betydelig tett, og den er tyngre enn krom. Disse tre faktorene tillater deg å styrke legeringene der du er en del.
På den annen side er viktigere enn strukturen av metallisk molybden, dens forbindelser. Molybden er preget av sin evne til å danne dinuclear (Mo-Mo) eller polynukleære (Mo-Mo-Mo-···) forbindelser.
På samme måte kan det koordineres med andre molekyler for å danne forbindelser med MoX 4 til MoX 8- formler. Innenfor disse forbindelsene er vanlig forekomsten av oksygenbroer (Mo-O-Mo) eller svovel (Mo-S-Mo).
egenskaper
utseende
Solid hvitt sølv.
Smeltepunkt
2.623 ºC (2.896 K).
Kokepunkt
4, 639 ºC (4, 912 K).
Entalier av fusjon
32 kJ / mol.
Enthalpy av fordampning
598 kJ / mol.
Damptrykk
3, 47 Pa til 3000 K.
Hardhet på Mohs skalaen
5.5
Løselighet i vann
Molybdenforbindelser er få løselige i vann. Imidlertid er molybdat ion MoO 4-2 oppløselig.
korrosjon
Det er motstandsdyktig mot korrosjon og er metaller som best motvirker virkningen av saltsyre.
oksidasjon
Det oksiderer ikke ved romtemperatur. For å oksidere raskt krever temperaturer høyere enn 600 ºC.
valen
Den elektroniske konfigurasjonen av molybden er [Kr] 4d55s1, så den har seks valenselektroner. Avhengig av hvilket atom som er koblet, kan metallet miste alle sine elektroner og ha en valens på +6 (VI). For eksempel, dersom du danner bindinger med det elektronegative fluoratomet (MoF 6 ).
Det kan imidlertid miste 1 til 5 elektroner. Dermed faller valensene i intervallet fra +1 (I) til +5 (V). Når det mister bare en elektron, forlater den 5s-bane, og dens konfigurasjon forblir som [Kr] 4d5. De fem elektronene i 4d-banen krever meget sure medier og veldig elektronlignende arter for å forlate Mo-atomet.
Av sine seks valenser, som er de vanligste? +4 (IV) og +6 (VI). Mo (IV) har konfigurasjon [Kr] 4d2, mens Mo (VI), [Kr].
For Mo4 + er det ikke klart hvorfor det er mer stabilt enn for eksempel Mo3 + (som med Cr3 +). Men for Mo6 + er det mulig å miste disse seks elektronene fordi det blir isoelektronisk til krystallet for edelgass.
Molybdenklorider
Nedenfor er en rekke molybdenklorider med forskjellige valenser eller oksidasjonstilstander, fra (II) til (VI):
- Molybdendiklorid (MoCl 2 ). Solid gul.
- Molybdentriklorid (MoCl 3 ). Solid mørk rød.
- Molybdentetraklorid (MoCl 4 ). Solid svart.
- Molybdenpentaklorid (MoCl 5 ). Solid mørkegrønn.
Molybden-hexaklorid (MoCl 6 ). Solid brun.
Funksjoner i kroppen
Molybden er et viktig sporelement for livet, da det er tilstede som en kofaktor i mange enzymer. Oksotransferaser bruker molybden som en koaktor for å oppfylle sin funksjon av å overføre oksygen fra vann med et par elektroner.
Blant oksotransferaser er:
- Xantinoksidasen.
- Aldehydoksidasen, som oksyderer aldehyder.
- Aminer og sulfider i leveren.
- Sulfittoksidase, som oksiderer sulfitt i leveren.
- Nitratreduktase.
- Nitrittreduktasen finnes i planter.
Xantin-enzym
Enzymet xantinoksidase katalyserer det terminale trinnet i katabolismen av puriner i primater: omdannelsen av xantin til urinsyre, en forbindelse som deretter utskilles.
Xantinoksidase har et koenzym til FAD. I tillegg griper ikke-hemejern og molybden inn i katalytiske tiltak. Virkningen av enzymet kan beskrives med den følgende kjemiske ligning:
Xanthin + H20 + O2 => Uronsyre + H202
Molybden intervenerer som cofactor molibdopterin (Mo-co). Xantinoksidase finnes hovedsakelig i lever og tynntarm, men bruken av immunologiske teknikker har muliggjort sin plassering i brystkjertlene, skjelettmuskulaturen og nyre.
Enzymet xantinoksidase hemmeres av legemidlet Alopurinol, brukt til behandling av gikt. I 2008 begynte kommersialiseringen av stoffet Febuxostat med en bedre ytelse i behandlingen av sykdommen.
Enzymealdehydoksidase
Enzymealdehydoksidasen er lokalisert i den cellulære cytoplasma, funnet både i planterike og i dyreriket. Enzymet katalyserer oksydasjonen av aldehydet i karboksylsyre.
Det katalyserer også oksidasjonen av cytokrom P 450 og mellomproduktene av enzymet monoaminoxidase (MAO).
På grunn av sin brede spesifisitet kan enzymet aldehydoksidase oksidere mange stoffer, og utfører sin funksjon hovedsakelig i leveren. Virkningen av enzymet på aldehydet kan skjematiseres på følgende måte:
Aldehyd + H20 + O2 => Karboksylsyre + H202
Sulfittoksidaseenzym
Sulfittoksidasenzymet er involvert i omdannelsen av sulfitt til sulfat. Dette er terminalstrinnet for nedbrytning av svovelholdige forbindelser. Reaksjonen katalysert av enzymet skjer i henhold til følgende skjema:
SO 3 -2 + H 2 O + 2 (Cytokrom C) oksidert => SO 4 -2 + 2 (Cytokrom C) redusert + 2 H +
En mangel på enzymet ved en genetisk mutasjon hos mennesker kan føre til tidlig død.
Sulfitt er en nevrotoksisk forbindelse, så en lav aktivitet av sulfittoksidasenzymet kan forårsake psykisk sykdom, mental retardasjon, mental nedbrytning og til slutt død.
I metabolismen av jern og som en bestanddel av tennene
Molybden intervenerer i metabolismen av jern, forenkler sin intestinale absorpsjon og dannelsen av erytrocytter. I tillegg er det en del av tennens emalje, og sammen med fluor hjelper det med å forebygge karies.
mangel
En mangel på molybdeninntak har vært knyttet til økt forekomst av esophageal cancer i regioner i Kina og Iran, sammenlignet med regioner i USA med høye molybdennivåer.
Betydningen i planter
Nitratreduktase er et enzym som spiller en viktig rolle i planter, siden det sammen med enzymet nitrittreduktase intervenerer i omdannelse av nitrat til ammonium.
De to enzymer krever for å fungere cofaktoren (Mo-co). Reaksjonen katalysert av enzymetitratreduktasen kan skjematiseres som følger:
Nitrat + Elektrondonor + H 2 O => Nitrit + Oksidert elektrondonor
Oxidasjonsreduserende prosess av nitrat forekommer i cytoplasma av planteceller. Nitritet, produktet fra den foregående reaksjon, overføres til plastidet. Enzym nitrittreduktasen virker på nitritt, opprinnelsesammonium.
Ammonium brukes til å syntetisere aminosyrer. I tillegg bruker planter molybden ved omdannelse av uorganisk fosfor til organisk fosfor.
Organisk fosfor finnes i mange molekyler med biologisk funksjon, som: ATP, glukose-6-fosfat, nukleinsyrer, forfolipider, etc.
En mangel på molybden påvirker hovedsakelig den cruciferous gruppen, grønnsakene, poinsettiaene og primrosene.
I blomkål produserer en mangel på molybden en begrensning av bredden på bladlegemet, en reduksjon av veksten av planten og dannelsen av blomstene.
Bruk og applikasjoner
katalysatoren
-Det er en katalysator for avsvovling av petroleum, petrokjemikalier og kullavledede væsker. Katalysator-komplekset omfatter MoS 2 som er festet på aluminiumoksyd, og aktivert av kobolt og nikkel.
-Molybdat danner et kompleks med vismut for selektiv oksidasjon av propen, ammonium og luft. Dermed danner de akrylonitril, acetonitril og andre kjemikalier, som er råmaterialer til plast- og fiberindustrien.
Tilsvarende katalyserer molybdatjern den selektive oksidasjon av metanol til formaldehyd.
pigmenter
-Molybdenet intervenerer i dannelsen av pigmenter. For eksempel dannes molybdenorange ved samutfelling av blykromat, blymolybdat og blysulfat.
Dette er et lett og stabilt pigment ved forskjellige temperaturer, som vises rødt, oransje eller rødgult. Den brukes til fremstilling av maling og plast, samt i gummi og keramiske produkter.
molybdat
- Molybdat er en inhibitor av korrosjon. Natriummolybdat har blitt brukt i substitusjon av kromat for å hemme korrosjonen av herdede stål i et bredt pH-område.
-Det brukes i vannkjølere, klimaanlegg og varmesystemer. Molybdater brukes også til å hemme korrosjon i hydrauliske systemer og automotive engineering. Også pigmenter som hemmer korrosjon, brukes i maling.
-Molybdatet, på grunn av dets egenskaper med høyt smeltepunkt, lav termisk ekspansjonshastighet og høy termisk ledningsevne, er ment å produsere bånd og tråder som brukes av belysningsindustrien.
-Det brukes i halvleder-hovedkort i kraftelektronikk; elektroder for fusjon av briller; Chambers for høy temperatur ovner og katoder for belegg av solceller og flatskjerm.
-Molybdat brukes også til fremstilling av krympe for alle de vanlige prosessene innen safirbearbeiding.
Legeringer med stål
-Molybden brukes i legeringer med stål som tåler høye temperaturer og trykk. Disse legeringene brukes i byggebransjen og i produksjon av deler til fly og biler.
-Molybdat selv ved konsentrasjoner så lave som 2%, gir legeringen med stål en høy motstand mot korrosjon.
Andre bruksområder
- Molybdat brukes i luftfartsindustrien; i produksjonen av LCD-skjermer; i behandling av vann og til og med ved bruk av laserstrålen.
-Molybdat disulfidet er i seg selv et godt smøremiddel og gir toleranseegenskaper til ekstreme trykk i samspillet mellom smøremidler med metaller.
Smøremidler danner et krystallinsk lag på overflaten av metaller. Takket være dette reduseres metallfri metallfriksjon til et minimum, selv ved høye temperaturer.
