МОЛІБДЕН: СТРУКТУРА, ВЛАСТИВОСТІ, ВАЛЕНТНІСТЬ, ФУНКЦІЇ - ХІМІЯ - 2025

Молібдену (Мо) являє собою перехідний метал , належить до групи 6, період 5 Періодичної таблиці. Він має електронну конфігурацію (Kr) 4d ⁵ 5s ¹ ; атомне число 42 і середня атомна маса 95,94 г / моль. Він має 7 стабільних ізотопів: ⁹² Mo, ⁹⁴ Mo, ⁹⁵ Mo, ⁹⁶ Mo, ⁹⁷ Mo, ⁹⁸ Mo і ¹⁰⁰ Mo; будучи ізотопом ⁹⁸ Mo тим, що в більшій пропорції.

Це білий метал зі срібним виглядом і має хімічні властивості, схожі на хром. Насправді обидва є металевими елементами однієї групи, хром розташований над молібденом; тобто молібден важчий і має більш високий рівень енергії.

Джерело: Зображення хімічних елементів високої здатності (http://images-of-elements.com/molybdenum.php), через Wikimedia Commons

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

Її використання збільшилося під час Першої світової війни, оскільки він замінив вольфрам, якого було мало внаслідок його масової експлуатації.

характеристики

Молібден характеризується своєю великою міцністю, стійкістю до корозії, високою температурою плавлення, ковкості та витримує високі температури. Вважається вогнетривким металом, оскільки він має температуру плавлення вище платини (1,772ºС).

Він також має набір додаткових властивостей: енергія зв’язку його атомів висока, низький тиск пари, низький коефіцієнт теплового розширення, високий рівень теплопровідності та низький електричний опір.

Усі ці властивості та характеристики дозволили молібдену мати численні сфери використання та застосування, найбільш помітним з яких є утворення сплавів зі сталі.

З іншого боку, це важливий мікроелемент для життя. У бактерій і рослин молібден є кофактором, присутнім у численних ферментах, що беруть участь у фіксації та утилізації азоту.

Молібден є кофактором активності ферментів оксотрансферази, які переносять атоми кисню з води при передачі двох електронів. Ці ферменти включають ксантиноксидазу приматів, функцією якої є окислення ксантину до сечової кислоти.

Його можна отримати з декількох продуктів, серед яких такі: цвітна капуста, шпинат, часник, цільнозернові зерна, гречка, зародки пшениці, сочевиця, насіння соняшнику, молоко.

Відкриття

Молібден не є ізольованим у природі, тому в багатьох його комплексах в давнину плутали свинцевий або вуглець.

У 1778 році Карлу Вільгельму, шведському хіміку та фармацевту, вдалося визначити молібден як виразний елемент. Вільгельм обробляв молібденіт (MoS ₂ ) азотною кислотою, отримуючи сполуку кислотного характеру, в якій він ідентифікував молібден.

Пізніше, в 1782 році, Петро Якоб Гельм, використовуючи кислотну сполуку Вільгельма, шляхом відновлення з вуглецем, вдався виділити нечистий молібден.

Будова

Яка кристалічна структура молібдену? Її атоми металів приймають тілесно-орієнтовану кубічну кристалічну систему (ОЦК) при атмосферному тиску. При більш високих тисках атоми молібдену ущільнюються, утворюючи щільніші структури, такі як кубічний центр (fcc) та шестикутний (hcp).

Його металевий зв’язок міцний і збігається з тим, що він є одним із твердих тіл з найбільшою температурою плавлення (2623ºC). Ця структурна міцність пояснюється тим, що молібден багатий електронами, його кристалічна структура значно щільна, а також важча за хром. Ці три фактори дозволяють йому зміцнювати сплави, в яких він входить.

З іншого боку, важливішою за структуру металічного молібдену є структура його сполук. Молібден характеризується здатністю утворювати двоядерні (Mo-Mo) або поліядерні (Mo-Mo-Mo- ···) сполуки.

Він також може координувати з іншими молекулами для утворення сполук з формулами MoX ₄ до MoX ₈ . Усередині цих сполук поширена наявність кисневих містків (Mo-O-Mo) або сірки (Mo-S-Mo).

Властивості

Зовнішній вигляд

Твердий сріблясто-білий.

Точка плавлення

2 623 ° С (2896 К).

Точка кипіння

4,639 ° C (4,912 K).

Ентальпія синтезу

32 кДж / моль.

Ентальпія випаровування

598 кДж / моль.

Тиск пари

3,47 Па при 3000 К.

Твердість за шкалою Мооса

5.5

Розчинність у воді

З'єднання молібдену погано розчиняються у воді. Однак молібдатний іон MoO ₄ ^-2 є розчинним.

Корозія

Він стійкий до корозії і є одним з металів, який найкраще чинить опір дії соляної кислоти.

Окислення

Він не іржавіє при кімнатній температурі. Щоб швидко іржавіти, потрібні температури, що перевищують 600 ºC.

Валенсія

Конфігурація електронів молібдену становить 4d ⁵ 5s ¹ , тому він має шість валентних електронів. Залежно від того, з яким атомом він зв’язується, метал може втратити всі свої електрони і мати валентність +6 (VI). Наприклад, якщо він утворює зв’язки з електронегативним атомом фтору (MoF ₆ ).

Однак він може втратити від 1 до 5 електронів. Таким чином, його валентності охоплюють діапазон від +1 (I) до +5 (V). Коли він втрачає лише один електрон, він залишає орбіталь 5s, а його конфігурація стає 4d ⁵ . П'ять електронів 4d орбіталі потребують сильнокислих середовищ та електрон-подібних видів, щоб залишити атом Мо.

З шести валентностей, які є найпоширенішими? +4 (IV) і +6 (VI). Mo (IV) має конфігурацію 4d ² , тоді як Mo (VI),.

Для Mo ⁴⁺ не зрозуміло, чому він більш стійкий, ніж, наприклад, Mo ³⁺ (як це стосується Cr ³⁺ ). Але для Mo ⁶⁺ можна втратити ці шість електронів, оскільки криптон благородного газу стає ізоелектронним.

Хлориди молібдену

Низка хлоридів молібдену з різною валентністю або станами окислення перерахована нижче, від (II) до (VI):

-Діхлорид молібдену (MoCl ₂ ). Жовтий твердий.

-Молібден трихлорид (MoCl ₃ ). Темно-червоний твердий.

-Молібден тетрахлорид (MoCl ₄ ). Суцільний чорний.

-Молібден-пентахлорид (MoCl ₅ ). Твердий темно-зелений.

-Мелібден-гексахлорид (MoCl ₆ ). Суцільно-коричневий.

Функції в організмі

Молібден - важливий мікроелемент для життя, оскільки він є кофактором у численних ферментах. Оксотрансферази використовують молібден як кофактор для виконання своєї функції передачі кисню з води з парою електронів.

Серед оксотрансфераз:

• Ксантиноксидаза.
• Альдегід оксидаза, яка окислює альдегіди.
• Аміни та сульфіди в печінці.
• Сульфітна оксидаза, яка окислює сульфіт у печінці.
• Нітратна редуктаза.
• Нітрит-редуктаза присутня в рослинах.

Фермент ксантин

Фермент ксантиноксидаза каталізує кінцеву стадію катаболізму пуринів у приматів: перетворення ксантину в сечову кислоту, з'єднання, яке потім виводиться з організму.

Ксантиноксидаза має FAD як кофермент. Крім того, в каталітичній дії беруть участь негемове залізо і молібден. Дію ферменту можна описати наступним хімічним рівнянням:

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

Молібден виступає кофактором молібдоптерину (Mo-co). Ксантиноксидаза міститься насамперед у печінці та тонкому кишечнику, але використання імунологічних методів дозволило розташувати її в молочних залозах, скелетних м’язах та нирках.

Фермент ксантиноксидаза інгібується препаратом Аллопуринол, який використовується при лікуванні подагри. У 2008 році розпочалася комерціалізація препарату Фебуксостат з кращими показниками в лікуванні захворювання.

Фермент альдегід оксидази

Фермент альдегід оксидаза знаходиться в цитоплазмі клітин, знаходячись як у рослинному царстві, так і в царстві тварин. Фермент каталізує окислення альдегіду до карбонової кислоти.

Цитохром Р ₄₅₀ та проміжні продукти ферменту моноаміноксидази (МАО) також каталізують окислення .

Завдяки своїй широкій специфічності фермент альдегід оксидаза може окислювати багато лікарських засобів, виконуючи свою функцію переважно в печінці. Дію ферменту на альдегід можна окреслити наступним чином:

Альдегід + H ₂ O + O ₂ => Карбонова кислота + H ₂ O ₂

Фермент сульфітоксидази

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

SO ₃ ^-2 + H ₂ O + 2 (Цитохром С) окислений => SO ₄ ^-2 + 2 (Цитохром С) знижується + 2 Н ⁺

Дефіцит ферменту внаслідок генетичної мутації у людини може призвести до передчасної смерті.

Сульфіт - нейротоксична сполука, тому низька активність ферменту сульфіт оксидази може призвести до психічних захворювань, розумової відсталості, розумової деградації і в кінцевому рахунку до смерті.

У метаболізмі заліза і як компонент зубів

Молібден бере участь у метаболізмі заліза, полегшуючи його всмоктування в кишечнику та утворення еритроцитів. Крім того, вона входить до складу емалі зубів, а разом з фтором допомагає у профілактиці порожнин.

Дефіцит

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

Важливість в рослинах

Нітрат-редуктаза - це фермент, який виконує життєво важливу функцію рослин, оскільки разом з ферментом нітрит-редуктазою він втручається в перетворення нітрату в амоній.

Два ферменти потребують кофактора (Mo-co) для своєї роботи. Реакцію, каталізовану ферментом нітрат-редуктази, можна окреслити так:

Нітрат + донор електронів + H ₂ O => нітрит + окислений донор електронів

Процес відновлення окислення нітратів відбувається в цитоплазмі рослинних клітин. Нітрит, продукт попередньої реакції, переноситься в пластид. Фермент нітрит-редуктаза діє на нітрити, викликаючи аміак.

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

Органічний фосфор існує в численних молекулах біологічних функцій, таких як: АТФ, глюкозо-6-фосфат, нуклеїнові кислоти, фоліпіди тощо.

Дефіцит молібдену переважно впливає на групу хрестоцвітних, бобових, пуансеттій та первоцвіт.

У цвітної капусти дефіцит молібдену спричиняє обмеження ширини листкової пластинки, зменшення росту рослин та формування квітки.

Використання та застосування

Каталізатор

- Це каталізатор десульфуризації нафти, нафтохімічних речовин і рідин, що отримуються з вугілля. Каталітичний комплекс містить MoS _2, закріплений на глиноземі, і активований кобальтом і нікелем.

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

Аналогічно, молібдат заліза каталізує селективне окислення метанолу до формальдегіду.

Пігменти

-Молібден бере участь у утворенні пігментів. Наприклад, помаранчевий молібден утворюється спільним осадженням хромату свинцю, молібдату свинцю та сульфату свинцю.

Це легкий пігмент, стійкий при різних температурах, проявляється яскраво-червоним, помаранчевим або червоно-жовтим кольорами. Його використовують при приготуванні фарб і пластмас, а також у гумових і керамічних виробах.

Молібдат

-Молібдат - інгібітор корозії. Молібдат натрію був використаний в якості заміни хромату для пригнічення корозії загартованих сталей при широкому діапазоні рН.

-Використовується у водяних охолоджувачах, кондиціонерах та системах опалення. Молібдати також використовуються для пригнічення корозії в гідравлічних системах та в автомобільній техніці. Також пігменти, що інгібують корозію, використовуються в фарбах.

-Молібдат, завдяки властивостям високої температури плавлення, низькому коефіцієнту теплового розширення та високій теплопровідності, використовується для отримання стрічок і ниток, що використовуються в освітлювальній промисловості.

-Використовується в материнських платах для напівпровідників; в силовій електроніці; електроди для плавлення скла; камери для високотемпературних печей і катоди для покриття сонячних батарей і плоских екранів.

-А також молібдат використовується у виробництві тиглів для всіх звичних процесів у галузі переробки сапфіру.

Сплави зі сталі

-Молібден використовується в сплавах зі сталі, які витримують високі температури і тиск. Ці сплави застосовуються в будівництві та при виготовленні деталей для літаків та автомобілів.

-Молібдат, навіть при концентрації до 2%, надає своєму сплаву зі сталі 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.

-Молібдат дисульфід сам по собі є хорошою мастильною речовиною і забезпечує надзвичайні властивості переносу тиску при взаємодії мастильних матеріалів з металами.

Змазки утворюють кристалічний шар на поверхні металів. Завдяки цьому тертя метал-метал знижується до мінімуму навіть при високих температурах.

Список літератури

1. Вікіпедія. (2018). Молібден. Відновлено з: en.wikipedia.org
2. Р. Корабель. (2016). Молібден. Відновлено: гіперфізика.фі-астр.гсу.еду
3. Міжнародна асоціація молібдену (IMOA). (2018). Молібден. Взято з: imoa.info
4. F Йона та прем’єр Маркус. (2005). Кристалічна структура і стійкість молібдену при надвисоких тисках. Дж. Фіз .: Конденс. Матерія 17 1049.
5. Plansee. (sf). Молібден. Відновлено з: plansee.com
6. Лентех. (2018). Молібден - Місяць. Відновлено: lenntech.com
7. Curiosoando.com (18 жовтня 2016 р.). Які симптоми дефіциту молібдену? Відновлено: curiosoando.com
8. Ед Блуднік. (21 березня 2018 р.). Роль молібдену у вирощуванні рослин. Відновлено з: pthorticulture.com