Molibden: structură, proprietăți, valențe, funcții

Molibdenul (Mo) este un metal de tranziție, aparținând grupului 6, perioada 5 a tabelului periodic. Are configurație electronică (Kr) 4d55s1; numărul atomic 42 și masa atomică medie de 95, 94 g / mol. Are 7 izotopi stabili: 92Mo, 94Mo, 95Mo, 96Mo, 97Mo, 98Mo și 100Mo; izotopul 98Mo fiind cel mai mare proporție.

Este un metal alb cu aspect de argint și are proprietăți chimice similare cu cromul. De fapt, ambele sunt elemente metalice ale aceluiași grup, cromul fiind situat deasupra molibdenului; adică, molibdenul este mai greu și are un nivel de energie mai ridicat.

Molibdenul nu este liber în natură, ci face parte din minerale, fiind cel mai abundent molybdenit (MoS ₂ ). În plus, este asociat cu alte minerale sulfurate, din care se obține și cuprul.

Utilizarea sa a crescut în timpul primului război mondial, deoarece a înlocuit tungstenul, care a fost rar datorită exploatării sale masive.

caracteristici

Molibdenul se caracterizează prin durabilitatea ridicată, rezistența la coroziune, punctul de topire ridicat, fiind maleabilă și rezistând la temperaturi ridicate. Este considerat ca fiind un metal refractar deoarece are un punct de topire mai mare decât platina (1772 ° C).

De asemenea, are un set de proprietăți suplimentare: energia de legare a atomilor este ridicată, presiune scăzută a vaporilor, coeficient scăzut de dilatare termică, nivel ridicat de conductivitate termică și rezistență electrică scăzută.

Toate aceste proprietăți și caracteristici au permis molibdenului să aibă numeroase utilizări și aplicații, cele mai notorii fiind formarea aliajelor cu oțel.

Pe de altă parte, este un element esențial pentru viață. În bacterii și plante, molibdenul este un cofactor prezent în numeroase enzime implicate în fixarea și utilizarea azotului.

Molibdenul este un cofactor pentru activitatea enzimelor oxotransferazei, care transferă atomii de oxigen din apă, transferând doi electroni. Printre aceste enzime se numără xantin oxidaza de primate, a cărei funcție este de a oxida xantina în acid uric.

Poate fi obținut din diverse produse alimentare, printre care: conopidă, spanac, usturoi, cereale integrale, hrișcă, germeni de grâu, linte, semințe de floarea-soarelui și lapte.

descoperire

Molibdenul nu este izolat în natură, așa că în multe dintre complexele sale a fost confundat în timpuri străvechi cu plumb sau carbon.

În 1778, Carl Wilhelm, chimist și farmacist suedez, a reușit să identifice molibdenul ca element distinct. Wilhelm a tratat molibdenitul (MoS ₂ ) cu acid azotic, obținând un compus de natură acidă în care a identificat molibdenul.

Mai târziu, în 1782, Peter Jacob Hjelm, folosind compusul acid al lui Wilhelm, prin reducerea emisiilor de carbon, a reușit să izoleze un molibden impur.

structură

Care este structura cristalină a molibdenului? Atomii metalici adoptă sistemul cristalin cristalin centrat în corp (bcc, pentru acronimul său în limba engleză) la presiune atmosferică. La presiuni mai mari, atomii de molibden sunt compactați pentru a crea structuri mai dense, cum ar fi cubul centrat pe fețe (fcc) și hexagonale (hcp).

Legătura sa metalică este puternică și coincide cu faptul că acesta este unul dintre solidele cu punctul de topire cel mai ridicat (2623ºC). Această rezistență structurală se datorează faptului că molibdenul este bogat în electroni, structura sa cristalină este considerabil densă și este mai grea decât cromul. Acești trei factori vă permit să consolidați aliajele în care sunteți parte.

Pe de altă parte, mai important decât structura molibdenului metalic, este cea a compușilor săi. Molibdenul se caracterizează prin capacitatea sa de a forma compuși dinucleari (Mo-Mo) sau polinucleari (Mo-Mo-Mo-Mo).

De asemenea, aceasta poate fi coordonată cu alte molecule pentru a forma compuși cu formule MoX4 până la MoX8. În cadrul acestor compuși este comun prezența punților de oxigen (Mo-O-Mo) sau a sulfului (Mo-S-Mo).

proprietăţi

apariție

Argintiu albastru.

Punctul de topire

2, 623 ° C (2, 896 K).

Punct de fierbere

4, 639 ºC (4, 912 K).

Entalpia fuziunii

32 kJ / mol.

Entalpia de vaporizare

598 kJ / mol.

Presiunea aburului

De la 3, 47 Pa la 3, 000 K.

Duritate pe scara Mohs

5.5

Solubilitate în apă

Compușii de molibden sunt puțini solubili în apă. Cu toate acestea, ionul de molibdat MoO 4-2 este solubil.

coroziune

Este rezistent la coroziune și metalele care rezistă cel mai bine acțiunea acidului clorhidric.

oxidare

Nu se oxidează la temperatura camerei. Oxidarea rapidă necesită temperaturi mai mari de 600 ° C.

valențele

Configurația electronică a molibdenului este [Kr] 4d55s1, deci are șase electroni de valență. În funcție de atomul care este legat, metalul își poate pierde toți electronii și are o valență de +6 (VI). De exemplu, dacă formați legături cu atomul de fluor electronegativ (MF ₆ ).

Cu toate acestea, poate pierde 1 până la 5 electroni. Astfel, valențele sale cuprind intervalul de la +1 (I) la +5 (V). Când pierde doar un electron, acesta părăsește orbita 5s, iar configurația sa rămâne ca [Kr] 4d5. Cei cinci electroni ai orbitalului 4d necesită medii foarte acide și specii foarte asemănătoare de electroni pentru a părăsi atomul Mo.

Dintre cele șase valențe, care sunt cele mai comune? Cele +4 (IV) și +6 (VI). Mo (IV) are configurația [Kr] 4d2, în timp ce Mo (VI), [Kr].

Pentru Mo4 + nu este clar de ce este mai stabil decât, de exemplu, Mo3 + (ca și cu Cr3 +). Dar pentru Mo6 + este posibil să pierdeți acești șase electroni, deoarece devine izoelectronic la criptonul de gaz nobil.

Cloruri de molibden

Mai jos este o serie de cloruri de molibden cu diferite valențe sau stări de oxidare, de la (II) la (VI):

- Diclorură de molibden (MoCI2). Solid galben.

- Triclorură de molibden (MoCI ₃ ). Solid roșu închis.

- tetraclorura de molibden (MoCl4). Solid negru.

- Pentaclorura de molibden (MoCl ₅ ). Solid verde închis.

Solventul de molibden (MoCI ₆ ). Solid maro.

Funcționează în organism

Molibdenul este un element esențial pentru viață, deoarece este prezent ca cofactor în numeroase enzime. Oxotransferazele utilizează molibdenul ca cofactor pentru a-și îndeplini funcția de a transfera oxigenul din apă cu o pereche de electroni.

Printre oxotransferaze sunt:

• Oxidaza xantinică.
• Aldehida oxidaza, care oxideaza aldehidele.
• Amine și sulfuri din ficat.
• Sulfit oxidaza, care oxidează sulfitul în ficat.
• Nitrat de reductază.
• Nitrit reductaza prezentă în plante.

Enzima xantină

Enzima xantin oxidaza catalizează etapa terminală în catabolismul purinelor la primate: conversia xantinei în acid uric, un compus care este apoi excretat.

Xantin oxidaza are o coenzima la FAD. În plus, fierul și molibdenul non-heme intervin în acțiunea catalitică. Acțiunea enzimei poate fi descrisă cu următoarea ecuație chimică:

Xanthine + H ₂ O + O ₂ => Acid uric + H ₂ O ₂

Molibdenul intervine ca co-factorul de molibdopterină (Mo-co). Oxantaza xantinică se găsește în principal în ficat și în intestinul subțire, dar utilizarea tehnicilor imunologice a permis localizarea acesteia în glandele mamare, mușchii scheletici și rinichi.

Enzima xantin oxidaza este inhibata de medicament Alopurinol, utilizat in tratamentul guta. În 2008, comercializarea medicamentului Febuxostat a început cu o performanță mai bună în tratamentul bolii.

Enzima aldehid oxidaza

Enzima aldehidă oxidază este localizată în citoplasma celulară, găsită atât în ​​regatul plantelor, cât și în regnul animal. Enzima catalizează oxidarea aldehidei în acid carboxilic.

De asemenea, catalizează oxidarea citocromului P ₄₅₀ și a produselor intermediare ale enzimei monoaminooxidază (MAO).

Datorită specificității sale largi, enzima aldehidă oxidază poate oxida mai multe medicamente, îndeplinind funcția sa în principal în ficat. Acțiunea enzimei asupra aldehidei poate fi schematizată în felul următor:

Aldehidă + H20 + O2 => Acid carboxilic + H202

Enzima de sulfat oxidază

Enzima sulfit oxidază este implicată în conversia sulfitului în sulfat. Aceasta este etapa terminală a degradării compușilor care conțin sulf. Reacția catalizată de enzimă are loc în conformitate cu următoarea schemă:

SO ₃ -2 + H ₂ O + 2 (citocrom C) oxidat => SO ₄ -2 + 2 (Citocrom C) redus + 2 H +

O deficiență a enzimei printr-o mutație genetică la om poate duce la moartea prematură.

Sulfatul este un compus neurotoxic, astfel încât activitatea scăzută a enzimei sulfit oxidazei poate provoca boli mintale, retard mintal, degradare mentală și în cele din urmă deces.

În metabolismul fierului și ca o componentă a dinților

Molibdenul intervine în metabolismul fierului, facilitând absorbția intestinală și formarea de eritrocite. În plus, face parte din smaltul dinților și, împreună cu fluorura, ajută la prevenirea cariilor.

deficiență

Un deficit al consumului de molibden a fost legat de o incidență crescută a cancerului esofagian în regiunile Chinei și Iranului, comparativ cu regiunile din Statele Unite cu niveluri ridicate de molibden.

Importanța în plante

Nitrat reductaza este o enzimă care joacă un rol vital în plante, deoarece împreună cu enzima nitrit reductaza intervine în transformarea nitratului în amoniu.

Cele două enzime necesită pentru funcționarea cofactorului (Mo-co). Reacția catalizată de enzima reductază nitrat poate fi schematizată după cum urmează:

Nitrat + Donor de electroni + H ₂ O => Nitrit + donor de electroni oxidat

Procesul de oxidare-reducere a azotatului are loc în citoplasma celulelor vegetale. Nitritul, produs al reacției anterioare, este transferat la plastid. Enzima nitrit reductaza actioneaza asupra nitritului, derivand amoniu.

Amoniacul este utilizat pentru a sintetiza aminoacizii. În plus, plantele utilizează molibden în conversia fosforului anorganic în fosfor organic.

Fosforul organic există în numeroasele molecule de funcție biologică, cum ar fi: ATP, glucoza-6-fosfat, acizi nucleici, forfolipide etc.

Un deficit de molibden afectează în principal grupul cruciferos, legumele, poinsetții și primrozele.

În conopidă, un deficit de molibden produce o restricție a lățimii membrelor frunzei, o reducere a creșterii plantei și formarea florilor.

Utilizări și aplicații

catalizator

- Este un catalizator pentru desulfurarea petrolului, a petrochimiei și a lichidelor derivate din cărbune. Complexul catalizator cuprinde MoS2 fixat pe alumină și activat de cobalt și nichel.

- Molibdatul formează un complex cu bismut pentru oxidarea selectivă a propenului, a amoniului și a aerului. Astfel, ele formează acrilonitril, acetonitril și alte produse chimice, care sunt materii prime pentru industria materialelor plastice și a fibrelor.

În mod similar, fierul de molibdat catalizează oxidarea selectivă a metanolului în formaldehidă.

pigmenți

-Molybdenul intervine în formarea de pigmenți. De exemplu, portocaliul de molibden se formează prin co-precipitare a cromatului de plumb, a molibdatului de plumb și a sulfatului de plumb.

Acesta este un pigment ușor și stabil la temperaturi diferite, care apar roșu aprins, portocaliu sau roșu-galben. Se folosește la prepararea vopselelor și materialelor plastice, precum și la produsele din cauciuc și ceramică.

molibdat

- Molibdatul este un inhibitor al coroziunii. Molibdatul de sodiu a fost utilizat în substituția cromatului pentru a inhiba coroziunea oțelurilor întărite într-un domeniu larg de pH.

- Se folosește în răcitoare de apă, aparate de aer condiționat și sisteme de încălzire. Molibdații sunt, de asemenea, utilizați pentru a inhiba coroziunea în sistemele hidraulice și în ingineria auto. De asemenea, pigmenții care inhibă coroziunea sunt utilizați în vopsele.

-Molibdatul, datorită proprietăților sale cu punct de topire ridicat, coeficient scăzut de dilatare termică și conductivitate termică ridicată, este destinat să producă benzi și fire utilizate de industria de iluminat.

- Este folosit in placi de baza semiconductoare; în domeniul electronicii de putere; Electrozi pentru fuziunea ochelarilor; Camere pentru cuptoare de înaltă temperatură și catozi pentru acoperirea celulelor solare și ecranelor plane.

- De asemenea, molibdatul este utilizat în fabricarea creuzetelor pentru toate procesele uzuale din domeniul prelucrării safirului.

Aliaje cu oțel

-Molibdenul este utilizat în aliaje cu oțel care rezistă la temperaturi și presiuni ridicate. Aceste aliaje sunt utilizate în industria construcțiilor și în fabricarea pieselor pentru avioane și automobile.

-Molybdate, chiar și la concentrații de până la 2%, conferă aliajului oțel o rezistență ridicată la coroziune.

Alte utilizări

- molibdatul este utilizat în industria aerospațială; în fabricarea de ecrane LCD; în tratarea apei și chiar în aplicarea fasciculului laser.

- Disulfura de molibdat este, în sine, un bun lubrifiant și oferă proprietăți de toleranță la presiuni extreme în interacțiunea lubrifianților cu metalele.

Lubrifianții formează un strat cristalin pe suprafața metalelor. Datorită acestui fapt, frecare metal-metal este redusă la minim, chiar și la temperaturi ridicate.