Molibdenas: struktūra, savybės, valentai, funkcijos

Molibdenas (Mo) yra pereinamasis metalas, priklausantis periodinės lentelės 6 grupės 5 laikotarpiui. Ji turi elektroninę konfigūraciją (Kr) 4d55s1; atominis skaičius 42 ir vidutinė atominė masė yra 95, 94 g / mol. Jame yra 7 stabilūs izotopai: 92Mo, 94Mo, 95Mo, 96Mo, 97Mo, 98Mo ir 100Mo; 98Mo izotopas yra didžiausias.

Tai baltas metalas su sidabro išvaizda ir turi cheminių savybių, panašių į chromą. Tiesą sakant, abu yra tos pačios grupės metaliniai elementai, o chromas yra virš molibdeno; ty molibdenas yra sunkesnis ir turi aukštesnį energijos lygį.

Molibdenas gamtoje nėra laisvas, bet yra mineralų dalis, kuris yra gausiausias molibdenitas (AM ₂ ). Be to, jis yra susijęs su kitais sieros mineralais, iš kurių taip pat gaunamas varis.

Jo naudojimas padidėjo per pirmąjį pasaulinį karą, nes jis pakeitė volframą, kuris buvo nedidelis dėl didžiulio išnaudojimo.

Savybės

Molibdenui būdinga didelė ilgaamžiškumas, atsparumas korozijai, aukšta lydymosi temperatūra, kaliojo ir atsparios aukštai temperatūrai. Jis laikomas ugniai atspariu metalu, nes jo lydymosi temperatūra yra aukštesnė už platiną (1772 ° C).

Ji taip pat turi papildomų savybių rinkinį: jos atomų rišamoji energija yra didelė, mažas garų slėgis, žemas šiluminio plėtimosi koeficientas, aukštas šilumos laidumo lygis ir mažas atsparumas elektrai.

Visos šios savybės ir savybės leido molibdenui turėti daugybę naudojimo būdų, o labiausiai žinomi yra lydinių su plienu formavimas.

Kita vertus, tai gyvybiškai svarbus mikroelementas. Bakterijose ir augaluose molibdenas yra kofaktorius, esantis daugelyje fermentų, susijusių su azoto fiksavimu ir naudojimu.

Molibdenas yra oksotransferazių fermentų, kurie perneša deguonies atomus iš vandens, kofaktorius, perkeliant du elektronus. Tarp šių fermentų yra primatų ksantino oksidazė, kurios funkcija yra oksantinti ksantiną šlapimo rūgštimi.

Jį galima gauti iš įvairių maisto produktų, įskaitant: žiedinius kopūstus, špinatus, česnakus, sveikus grūdus, grikius, kviečių gemalus, lęšius, saulėgrąžų sėklą ir pieną.

„Discovery“

Molibdenas gamtoje nėra izoliuotas, todėl daugelyje jos kompleksų senovėje buvo painiojamas su švinu ar anglies.

1778 m. Švedijos chemikas ir vaistininkas Carl Wilhelm sugebėjo identifikuoti molibdeną kaip atskirą elementą. Wilhelmas apdorojo molibdenitą (MoS ₂ ) su azoto rūgštimi, gaunamas rūgšties junginys, kuriame jis nustatė molibdeną.

Vėliau, 1782 m., Peter Jacob Hjelm, naudodamas Wilhelm rūgšties junginį, anglies redukcijos būdu, sugebėjo izoliuoti nešvarų molibdeną.

Struktūra

Kokia kristalinė molibdeno struktūra? Jos metalo atomai įsisavina kubinę kristalinę sistemą, centruotą į kūną (bcc, jo akronimas anglų kalba), esant atmosferos slėgiui. Aukštesniu slėgiu molibdeno atomai yra suspausti, kad atsirastų daugiau tankių struktūrų, pvz., Kubinių centrų ant veidų (fcc) ir šešiakampio (hcp).

Jos metalinė jungtis yra stipri ir sutampa su tuo, kad ji yra viena iš kietųjų medžiagų, turinčių didžiausią lydymosi temperatūrą (2623 ° C). Šis struktūrinis stiprumas priklauso nuo to, kad molibdenas yra gausus elektronų, jo kristalinė struktūra yra labai tanki ir sunkesnė už chromą. Šie trys veiksniai leidžia sustiprinti lydinius, kuriuose jūs esate.

Kita vertus, svarbesnis už metalo molibdeno struktūrą yra jo junginių struktūra. Molibdenui būdingas gebėjimas suformuoti dinukliarinius (Mo-Mo) arba polinuklidinius (Mo-Mo-M -··) junginius.

Be to, jis gali būti suderintas su kitomis molekulėmis, kad suformuotų junginius su MoX ₄ į MoX ₈ formules. Šiuose junginiuose yra bendras deguonies tiltų (Mo-O-Mo) arba sieros (Mo-S-Mo) buvimas.

Savybės

Išvaizda

Kietas baltas sidabras.

Lydymosi temperatūra

2, 623 ºC (2, 896 K).

Virimo temperatūra

4, 639 ° C (4, 912 K).

Sintezės entalpija

32 kJ / mol.

Garinimo entalpija

598 kJ / mol.

Garų slėgis

3, 47 Pa iki 3, 000 K.

Kietumas Moho skalėje

5.5

Tirpumas vandenyje

Molibdeno junginiai yra mažai tirpūs vandenyje. Tačiau molibdato jonas MoO ₄ -2 yra tirpus.

Korozija

Jis yra atsparus korozijai ir yra metalai, geriausiai atsparūs druskos rūgšties poveikiui.

Oksidacija

Jis neveikia kambario temperatūroje. Norint greitai oksiduoti, reikia aukštesnės nei 600 ° C temperatūros.

Valensija

Elektroninė molibdeno konfigūracija yra [Kr] 4d55s1, todėl ji turi šešis valentų elektronus. Priklausomai nuo to, kuris atomas yra susietas, metalas gali prarasti visus savo elektronus ir turi 6 (VI) valentiškumą. Pavyzdžiui, jei sujungiate ryšius su elektronegatyviniu fluoro atomu (MoF ₆ ).

Tačiau jis gali prarasti nuo 1 iki 5 elektronų. Taigi, jos valentai apima intervalą nuo +1 (I) iki +5 (V). Kai jis praranda tik vieną elektroną, jis palieka 5s orbitą, o jo konfigūracija lieka kaip [Kr] 4d5. Penki 4d orbitos elektronai reikalauja labai rūgščios terpės ir labai elektronų panašių rūšių palikti Mo atomą.

Iš šešių valentų, kurios yra labiausiai paplitusios? +4 (IV) ir +6 (VI). Mo (IV) turi konfigūraciją [Kr] 4d2, o Mo (VI), [Kr].

Mo4 + nėra aišku, kodėl jis yra stabilesnis nei, pavyzdžiui, Mo3 + (kaip ir Cr3 +). Tačiau Mo6 + galima prarasti šiuos šešis elektronus, nes jis tampa izoelektroniniu tauriųjų dujų kriptonu.

Molibdeno chloridai

Toliau pateikiami keli molibdeno chloridai su skirtingomis valencijomis arba oksidacijos būsenomis, nuo (II) iki (VI):

- molibdeno dichloridas (MoCl ₂ ). Kieta geltona.

- molibdeno trichloridas (MoCl ₃ ). Tamsiai raudona.

- molibdeno tetrachloridas (MoCl ₄ ). Kietas juodas.

- molibdeno pentachloridas (MoCl ₅ ). Tamsiai žalios spalvos.

Molibdeno heksachloridas (MoCl ₆ ). Kieta ruda.

Funkcijos organizme

Molibdenas yra gyvybiškai svarbus mikroelementas, nes jis yra kofaktorius daugelyje fermentų. Oksotransferazės naudoja molibdeną kaip kofaktorių, kad atliktų savo funkciją perduoti deguonį iš vandens elektronų poromis.

Tarp oksotransferazių yra:

Ksantino oksidazė.
Aldehido oksidazė, kuri oksiduoja aldehidus.
Aminai ir sulfidai kepenyse.
Sulfito oksidazė, kuri oksiduoja sulfitą kepenyse.
Nitrato reduktazė.
Nitritų reduktazė, esanti augaluose.

Ksantino fermentas

Fermentas ksantino oksidazė katalizuoja purinų katabolizmo galinį žingsnį primatuose: ksantino konversija į šlapimo rūgštį, o tada junginys išsiskiria.

Ksantino oksidazė turi koenzimą į FAD. Be to, ne heminis geležis ir molibdenas įsikiša į katalizinį poveikį. Fermento veikimą galima apibūdinti naudojant tokią cheminę lygtį:

Ksantinas + H20 + O2 => Uric Acid + H ₂ O ₂

Molibdenas veikia kaip kofaktorius molibdopterinas (Mo-co). Ksantino oksidazė daugiausia randama kepenyse ir plonojoje žarnoje, tačiau imunologinių metodų naudojimas leido jo vietą pieno liaukose, skeleto raumenyse ir inkstuose.

Fermentą, naudojamą podagros gydymui, slopina fermentas ksantino oksidazė. 2008 m. Vaistinio preparato „Febuxostat“ komercializacija prasidėjo geresnei ligos gydymui.

Fermento aldehido oksidazė

Aldehido oksidazės fermentas yra ląstelių citoplazmoje, aptinkamas tiek augalų karalystėje, tiek gyvūnų karalystėje. Fermentas katalizuoja aldehido oksidaciją karboksirūgštyje.

Jis taip pat katalizuoja citochromo P ₄₅₀ ir tarpinių produktų fermento monoamino oksidazės (MAO) oksidaciją.

Dėl savo plataus specifiškumo aldehido oksidazės fermentas gali oksiduoti daugelį vaistų, daugiausia veikdamas kepenyse. Fermento poveikį aldehidui galima schematizuoti taip:

Aldehidas + H20 + O2 => Karboksirūgštis + H202

Sulfito oksidazės fermentas

Sulfito oksidazės fermentas yra susijęs su sulfito konversija į sulfatą. Tai yra galutinis sieros turinčių junginių degradacijos etapas. Reakcija, kurią katalizuoja fermentas, vyksta pagal šią schemą:

SO3-2 + H20 + 2 (citochromo C) oksiduotas => SO4-2 + 2 (citochromo C) sumažintas + 2 H +

Fermento trūkumas genetinėje mutacijoje gali sukelti ankstyvą mirtį.

Sulfitas yra neurotoksinis junginys, todėl mažas sulfito oksidazės fermento aktyvumas gali sukelti psichinę ligą, protinį atsilikimą, protinį degradaciją ir galiausiai mirtį.

Geležies metabolizme ir dantų sudėtyje

Molibdenas įsikiša į geležies metabolizmą, palengvina jo žarnyno absorbciją ir eritrocitų susidarymą. Be to, tai yra dantų emalio dalis ir kartu su fluoridu padeda išvengti ėduonies.

Trūkumas

Molibdeno vartojimo trūkumas susijęs su padidėjusiu stemplės vėžio paplitimu Kinijos ir Irano regionuose, palyginti su Jungtinių Valstijų regionais, kuriuose yra didelis molibdeno kiekis.

Svarba augaluose

Nitrato reduktazė yra fermentas, kuris vaidina gyvybiškai svarbų vaidmenį augaluose, nes kartu su fermento nitrito reduktaze jis vykdo nitratų transformavimą į amonį.

Du fermentai reikalauja, kad veiktų kofaktorius (Mo-co). Reakciją, katalizuotą fermento nitrato reduktazės, galima schematizuoti taip:

Nitratas + elektronų donoras + H ₂ O => Nitritas + oksiduotas elektronų donoras

Nitratų oksidacijos-redukcijos procesas vyksta augalų ląstelių citoplazmoje. Nitritas, ankstesnės reakcijos produktas, perkeliamas į plastidą. Nitrito reduktazės fermentas veikia nitritą, kurio kilmės šalis yra amonis.

Amonio rūgštis naudojama amino rūgščių sintezei. Be to, augalai naudoja molibdeną konvertuodami neorganinį fosforą į organinį fosforą.

Organinių fosforų yra daugelyje biologinės funkcijos molekulių, tokių kaip: ATP, gliukozės-6-fosfatas, nukleino rūgštys, forfolipidai ir tt

Molibdeno trūkumas daugiausia paveikia kryžminę grupę, daržoves, poinsettias ir primroses.

Žiedinių kopūstų molibdeno trūkumas riboja lapų galūnių plotį, sumažina augalų augimą ir formuoja gėles.

Naudojimas ir taikymas

Katalizatorius

- Tai katalizatorius, skirtas naftos, naftos chemijos ir anglies dvideginio išvalymui. Katalizatoriaus kompleksas apima aliuminio oksidą sujungtą MoS2 ir aktyvuoja kobalto ir nikelio.

- Molibdatas sudaro bismuto kompleksą selektyviam propeno, amonio ir oro oksidavimui. Taigi jie sudaro akrilnitrilą, acetonitrilą ir kitas chemines medžiagas, kurios yra žaliavos plastikų ir pluošto pramonei.

Panašiai, molibdato geležis katalizuoja selektyvų metanolio oksidavimą formaldehidu.

Pigmentai

- Molibdenas įsikiša į pigmentų susidarymą. Pavyzdžiui, molibdeno apelsinas yra susidaręs kartu su švino chromatu, švino molibdatu ir švino sulfatu.

Tai lengvas ir stabilus pigmentas skirtingose temperatūrose, pasirodantis ryškiai raudonai, oranžinei arba raudonai geltonai. Jis naudojamas dažams ir plastikams, taip pat gumos ir keramikos gaminiams gaminti.

Molibdatas

- Molibdatas yra korozijos inhibitorius. Natrio molibdatas buvo naudojamas pakeičiant chromatą, kad slopintų sukietėjusio plieno koroziją plačiame pH diapazone.

-Jis naudojamas vandens aušintuvuose, oro kondicionieriuose ir šildymo sistemose. Molibdatai taip pat naudojami hidraulinių sistemų ir automobilių inžinerijos korozijai slopinti. Be to, dažuose naudojami pigmentai, slopinantys koroziją.

- Molibdatas, turintis aukštą lydymosi temperatūrą, žemą šiluminio plėtimosi koeficientą ir didelį šilumos laidumą, skirtas gaminti apšvietimo pramonės naudojamas juosteles ir siūlus.

-Jis naudojamas puslaidininkinėse plokštėse; galios elektronikoje; Elektrodai stiklų suliejimui; Aukštos temperatūros krosnių ir katodų kameros saulės elementų ir plokščių ekranų dengimui.

- Taip pat molibdatas naudojamas tiglių gamybai visiems įprastiems safyro apdorojimo procesams.

Lydiniai su plienu

- molibdenas naudojamas lydiniuose su plienu, atspariu aukštai temperatūrai ir slėgiui. Šie lydiniai naudojami statybos pramonėje ir orlaivių bei automobilių dalių gamyboje.

- Molibdatas net esant 2% koncentracijai suteikia savo lydinio plienui didelį atsparumą korozijai.