MOLYBDÄN: STRUKTUR, EIGENSCHAFTEN, VALENZEN, FUNKTIONEN - CHEMIE - 2025

Das Molybdän (Mo) ist ein Übergangsmetall der Gruppe 6, Periode 5 des Periodensystems. Es hat elektronische Konfiguration (Kr) 4d ⁵ 5s ¹ ; Ordnungszahl 42 und durchschnittliche Atommasse von 95,94 g / mol. Es hat 7 stabile Isotope: ⁹² Mo, ⁹⁴ Mo, ⁹⁵ Mo, ⁹⁶ Mo, ⁹⁷ Mo, ⁹⁸ Mo und ¹⁰⁰ Mo; als Isotop ⁹⁸ Mo dasjenige, das in größerem Verhältnis ist.

Es ist ein Weißmetall mit einem silbernen Aussehen und ähnlichen chemischen Eigenschaften wie Chrom. Tatsächlich sind beide metallische Elemente derselben Gruppe, wobei sich Chrom über Molybdän befindet; Das heißt, Molybdän ist schwerer und hat ein höheres Energieniveau.

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Molybdän kommt in der Natur nicht frei vor, sondern ist Teil von Mineralien, wobei Molybdänit (MoS ₂ ) am häufigsten vorkommt . Darüber hinaus ist es mit anderen schwefelhaltigen Mineralien verbunden, aus denen auch Kupfer gewonnen wird.

Sein Einsatz nahm während des Ersten Weltkriegs zu, als er Wolfram ersetzte, das aufgrund seiner massiven Ausbeutung knapp war.

Eigenschaften

Molybdän zeichnet sich durch hohe Haltbarkeit, Korrosionsbeständigkeit, hohen Schmelzpunkt, Formbarkeit und hohe Temperaturen aus. Es wird als feuerfestes Metall angesehen, da es einen höheren Schmelzpunkt als Platin (1.772 ° C) aufweist.

Es hat auch eine Reihe zusätzlicher Eigenschaften: Die Bindungsenergie seiner Atome ist hoch, niedriger Dampfdruck, niedriger Wärmeausdehnungskoeffizient, hohe Wärmeleitfähigkeit und niedriger elektrischer Widerstand.

All diese Eigenschaften und Eigenschaften haben es Molybdän ermöglicht, zahlreiche Anwendungen und Anwendungen zu finden, von denen die Bildung von Legierungen mit Stahl am bemerkenswertesten ist.

Andererseits ist es ein wesentliches Spurenelement für das Leben. In Bakterien und Pflanzen ist Molybdän ein Cofaktor, der in zahlreichen Enzymen vorhanden ist, die an der Fixierung und Verwendung von Stickstoff beteiligt sind.

Molybdän ist ein Cofaktor für die Aktivität von Oxotransferaseenzymen, die Sauerstoffatome aus Wasser übertragen, während sie zwei Elektronen übertragen. Diese Enzyme umfassen Primaten-Xanthinoxidase, deren Funktion darin besteht, Xanthin zu Harnsäure zu oxidieren.

Es kann aus verschiedenen Lebensmitteln gewonnen werden, darunter: Blumenkohl, Spinat, Knoblauch, Vollkornprodukte, Buchweizen, Weizenkeime, Linsen, Sonnenblumenkerne und Milch.

Entdeckung

Molybdän ist in der Natur nicht isoliert, daher wurde es in vielen seiner Komplexe in der Antike mit Blei oder Kohlenstoff verwechselt.

1778 gelang es dem schwedischen Chemiker und Apotheker Carl Wilhelm, Molybdän als eigenständiges Element zu identifizieren. Wilhelm behandelte Molybdänit (MoS ₂ ) mit Salpetersäure und erhielt eine Verbindung saurer Natur, in der er Molybdän identifizierte.

Später, 1782, gelang es Peter Jacob Hjelm unter Verwendung der Wilhelm-Säureverbindung durch Reduktion mit Kohlenstoff, ein unreines Molybdän zu isolieren.

Struktur

Wie ist die Kristallstruktur von Molybdän? Seine Metallatome nehmen bei atmosphärischem Druck das körperzentrierte kubische Kristallsystem (bcc) an. Bei höheren Drücken verdichten sich Molybdänatome, um dichtere Strukturen zu bilden, wie z. B. flächenzentrierte kubische (fcc) und hexagonale (hcp).

Seine metallische Bindung ist stark und stimmt mit der Tatsache überein, dass es eines der Feststoffe mit dem höchsten Schmelzpunkt (2623 ° C) ist. Diese strukturelle Festigkeit beruht auf der Tatsache, dass Molybdän reich an Elektronen ist, seine kristalline Struktur beträchtlich dicht ist und schwerer als Chrom ist. Diese drei Faktoren ermöglichen es ihm, die Legierungen zu verstärken, zu denen es gehört.

Wichtiger als die Struktur von metallischem Molybdän ist dagegen die seiner Verbindungen. Molybdän zeichnet sich durch seine Fähigkeit aus, zweikernige (Mo-Mo) oder mehrkernige (Mo-Mo-Mo- ···) Verbindungen zu bilden.

Es kann auch mit anderen Molekülen koordinieren, um Verbindungen mit den Formeln MoX ₄ bis MoX _{8 zu bilden} . Innerhalb dieser Verbindungen ist das Vorhandensein von Sauerstoffbrücken (Mo-O-Mo) oder Schwefel (Mo-S-Mo) üblich.

Eigenschaften

Aussehen

Festes silbriges Weiß.

Schmelzpunkt

2,623 ° C (2,896 K).

Siedepunkt

4,639 ° C (4,912 K).

Fusionsenthalpie

32 kJ / mol.

Verdampfungsenthalpie

598 kJ / mol.

Dampfdruck

3,47 Pa bei 3.000 K.

Härte auf der Mohs-Skala

5.5

Wasserlöslichkeit

Molybdänverbindungen sind in Wasser schwer löslich. Das Molybdation MoO ₄ ^-2 ist jedoch löslich.

Korrosion

Es ist korrosionsbeständig und eines der Metalle, die der Einwirkung von Salzsäure am besten widerstehen.

Oxidation

Bei Raumtemperatur rostet es nicht. Um schnell zu rosten, sind Temperaturen über 600 ºC erforderlich.

Valencias

Die Elektronenkonfiguration von Molybdän beträgt 4d ⁵ 5s ¹ , es hat also sechs Valenzelektronen. Je nachdem, an welches Atom es bindet, kann das Metall alle seine Elektronen verlieren und eine Wertigkeit von +6 (VI) haben. Zum Beispiel, wenn es Bindungen mit dem elektronegativen Fluoratom (MoF ₆ ) bildet.

Es kann jedoch 1 bis 5 Elektronen verlieren. Somit erstrecken sich seine Valenzen über den Bereich von +1 (I) bis +5 (V). Wenn es nur ein Elektron verliert, verlässt es das 5s-Orbital und seine Konfiguration wird 4d ⁵ . Die fünf Elektronen des 4d-Orbitals benötigen stark saure Medien und elektronenähnliche Spezies, um das Mo-Atom zu verlassen.

Welche der sechs Valenzen sind die häufigsten? Die +4 (IV) und +6 (VI). Mo (IV) hat eine 4d ² -Konfiguration , während Mo (VI).

Für Mo ⁴⁺ ist nicht klar, warum es stabiler ist als beispielsweise Mo ³⁺ (wie dies bei Cr ³⁺ der Fall ist ). Für Mo ^{6+ ist es} jedoch möglich, diese sechs Elektronen zu verlieren, da das Edelgas Krypton isoelektronisch wird.

Molybdänchloride

Eine Reihe von Molybdänchloriden mit unterschiedlichen Valenzen oder Oxidationsstufen ist nachstehend von (II) bis (VI) aufgeführt:

-Molybdändichlorid (MoCl ₂ ). Gelber Feststoff.

-Molybdäntrichlorid (MoCl ₃ ). Dunkelroter Feststoff.

-Molybdingtetrachlorid (MoCl ₄ ). Vollkommen schwarz.

-Molybdänpentachlorid (MoCl ₅ ). Festes Dunkelgrün.

-Molybdänhexachlorid (MoCl ₆ ). Festes Braun.

Funktionen im Körper

Molybdän ist ein essentielles Spurenelement für das Leben, da es in zahlreichen Enzymen als Cofaktor vorhanden ist. Oxotransferasen verwenden Molybdän als Cofaktor, um ihre Funktion der Übertragung von Sauerstoff aus Wasser mit einem Elektronenpaar zu erfüllen.

Unter den Oxotransferasen sind:

• Xanthinoxidase.
• Aldehydoxidase, die Aldehyde oxidiert.
• Amine und Sulfide in der Leber.
• Sulfitoxidase, die Sulfit in der Leber oxidiert.
• Nitratreduktase.
• In Pflanzen vorhandene Nitritreduktase.

Xanthin-Enzym

Das Enzym Xanthinoxidase katalysiert den Endschritt des Katabolismus von Purinen in Primaten: die Umwandlung von Xanthin in Harnsäure, eine Verbindung, die dann ausgeschieden wird.

Xanthinoxidase hat FAD als Coenzym. Zusätzlich sind Nicht-Häm-Eisen und Molybdän an der katalytischen Wirkung beteiligt. Die Wirkung des Enzyms kann durch die folgende chemische Gleichung beschrieben werden:

Xanthin + H ₂ O + O ₂ => Harnsäure + H ₂ O ₂

Molybdän wirkt als Cofaktor Molybdopterin (Mo-co). Xanthinoxidase kommt hauptsächlich in der Leber und im Dünndarm vor, aber die Verwendung immunologischer Techniken hat ihre Lokalisierung in den Brustdrüsen, im Skelettmuskel und in der Niere ermöglicht.

Das Enzym Xanthinoxidase wird durch das Medikament Allopurinol gehemmt, das bei der Behandlung von Gicht verwendet wird. Im Jahr 2008 begann die Vermarktung des Arzneimittels Febuxostat mit einer besseren Leistung bei der Behandlung der Krankheit.

Aldehydoxidaseenzym

Das Enzym Aldehydoxidase befindet sich im Zellzytoplasma und kommt sowohl im Pflanzenreich als auch im Tierreich vor. Das Enzym katalysiert die Oxidation des Aldehyds zu Carbonsäure.

Cytochrom P ₄₅₀ und die Zwischenprodukte des Enzyms Monoaminoxidase (MAO) katalysieren ebenfalls die Oxidation .

Aufgrund seiner breiten Spezifität kann das Enzym Aldehydoxidase viele Arzneimittel oxidieren und seine Funktion hauptsächlich in der Leber ausüben. Die Wirkung des Enzyms auf den Aldehyd kann folgendermaßen beschrieben werden:

Aldehyd + H ₂ O + O ₂ => Carbonsäure + H ₂ O ₂

Sulfitoxidaseenzym

Das Enzym Sulfitoxidase ist an der Umwandlung von Sulfit zu Sulfat beteiligt. Dies ist der letzte Schritt beim Abbau schwefelhaltiger Verbindungen. Die durch das Enzym katalysierte Reaktion erfolgt nach folgendem Schema:

SO ₃ ^-2 + H ₂ O + 2 (Cytochrom C) oxidiert => SO ₄ ^-2 + 2 (Cytochrom C) reduziert + 2 H ⁺

Ein Mangel des Enzyms aufgrund einer genetischen Mutation beim Menschen kann zum vorzeitigen Tod führen.

Sulfit ist eine neurotoxische Verbindung, daher kann eine geringe Aktivität des Enzyms Sulfitoxidase zu psychischen Erkrankungen, geistiger Behinderung, geistigem Abbau und letztendlich zum Tod führen.

Im Eisenstoffwechsel und als Bestandteil der Zähne

Molybdän ist am Stoffwechsel von Eisen beteiligt und erleichtert dessen intestinale Absorption und die Bildung von Erythrozyten. Darüber hinaus ist es Teil des Zahnschmelzes und hilft zusammen mit Fluorid bei der Vorbeugung von Hohlräumen.

Mangel

Ein Mangel an Molybdänaufnahme wurde mit einer höheren Inzidenz von Speiseröhrenkrebs in Regionen Chinas und Irans im Vergleich zu Regionen der Vereinigten Staaten mit hohen Molybdänspiegeln in Verbindung gebracht.

Bedeutung in Pflanzen

Nitratreduktase ist ein Enzym, das in Pflanzen eine wichtige Rolle spielt, da es zusammen mit dem Enzym Nitritreduktase in die Umwandlung von Nitrat in Ammonium eingreift.

Die beiden Enzyme benötigen für ihren Betrieb den Cofaktor (Mo-co). Die durch das Enzym Nitratreduktase katalysierte Reaktion kann wie folgt umrissen werden:

Nitrat + Elektronendonor + H ₂ O => Nitrit + oxidierter Elektronendonor

Der Nitratoxidations-Reduktionsprozess findet im Zytoplasma von Pflanzenzellen statt. Nitrit, Produkt der vorherigen Reaktion, wird auf das Plastid übertragen. Das Enzym Nitritreduktase wirkt auf Nitrit und verursacht Ammoniak.

Ammonium wird zur Synthese von Aminosäuren verwendet. Darüber hinaus verwenden Pflanzen Molybdän bei der Umwandlung von anorganischem Phosphor in organischen Phosphor.

Organischer Phosphor kommt in zahlreichen biologischen Funktionsmolekülen vor, wie ATP, Glucose-6-phosphat, Nukleinsäuren, Pholipiden usw.

Ein Molybdänmangel betrifft hauptsächlich die Gruppe der Kreuzblütler, Hülsenfrüchte, Weihnachtssterne und Primeln.

Bei Blumenkohl führt ein Molybdänmangel zu einer Einschränkung der Breite der Blattspreite, einer Verringerung des Pflanzenwachstums und der Blütenbildung.

Verwendungen und Anwendungen

Katalysator

-Es ist ein Katalysator für die Entschwefelung von Erdöl, Petrochemikalien und Flüssigkeiten aus Kohle. Der Katalysatorkomplex umfasst MoS _2, das an Aluminiumoxid fixiert und durch Kobalt und Nickel aktiviert ist.

-Molybdat bildet mit Wismut einen Komplex zur selektiven Oxidation von Propen, Ammoniak und Luft. So bilden sie Acrylnitril, Acetonitril und andere Chemikalien, die Rohstoffe für die Kunststoff- und Faserindustrie sind.

In ähnlicher Weise katalysiert Eisenmolybdat die selektive Oxidation von Methanol zu Formaldehyd.

Pigmente

-Molybdän ist an der Bildung von Pigmenten beteiligt. Beispielsweise wird Molybdänorange durch die gleichzeitige Ausfällung von Bleichromat, Bleimolybdat und Bleisulfat gebildet.

Dies ist ein leichtes Pigment, das bei verschiedenen Temperaturen stabil ist und in leuchtend roten, orangefarbenen oder rotgelben Farben erscheint. Es wird zur Herstellung von Farben und Kunststoffen sowie in Gummi- und Keramikprodukten verwendet.

Molybdat

-Molybdat ist ein Korrosionsinhibitor. Natriummolybdat wurde als Ersatz für Chromat verwendet, um die Korrosion von angelassenen Stählen in einem weiten pH-Bereich zu verhindern.

-Es wird in Wasserkühlern, Klimaanlagen und Heizsystemen verwendet. Molybdaten werden auch verwendet, um Korrosion in Hydrauliksystemen und im Automobilbau zu verhindern. In Farben werden auch korrosionshemmende Pigmente verwendet.

-Molybdat wird aufgrund seiner Eigenschaften eines hohen Schmelzpunkts, eines niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten und einer hohen Wärmeleitfähigkeit zur Herstellung von Bändern und Fäden verwendet, die von der Beleuchtungsindustrie verwendet werden.

-Verwendet in Motherboards für Halbleiter; in der Leistungselektronik; Elektroden zum Glasschmelzen; Kammern für Hochtemperaturöfen und Kathoden zur Beschichtung von Solarzellen und Flachbildschirmen.

-Und Molybdat wird auch zur Herstellung von Tiegeln für alle üblichen Prozesse auf dem Gebiet der Saphirverarbeitung verwendet.

Legierungen mit Stahl

-Molybdän wird in Legierungen mit Stahl verwendet, die hohen Temperaturen und Drücken standhalten. Diese Legierungen werden in der Bauindustrie und bei der Herstellung von Teilen für Flugzeuge und Automobile verwendet.

-Molybdat verleiht seiner Legierung mit Stahl bereits bei Konzentrationen von nur 2% eine hohe Korrosionsbeständigkeit.

Andere Verwendungen

-Molybdat wird in der Luft- und Raumfahrtindustrie verwendet; bei der Herstellung von LCD-Bildschirmen; bei der Wasseraufbereitung und sogar bei der Anwendung des Laserstrahls.

-Molybdatdisulfid ist an sich ein gutes Schmiermittel und bietet extreme Drucktoleranzeigenschaften bei der Wechselwirkung von Schmiermitteln mit Metallen.

Schmiermittel bilden eine kristalline Schicht auf der Oberfläche von Metallen. Dadurch wird die Metall-Metall-Reibung auch bei hohen Temperaturen auf ein Minimum reduziert.

Verweise

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