Molybdän: Struktur, Eigenschaften, Valenzen, Funktionen
Molybdän (Mo) ist ein Übergangsmetall der Gruppe 6, Periode 5 des Periodensystems. Es hat elektronische Konfiguration (Kr) 4d55s1; Ordnungszahl 42 und durchschnittliche Atommasse von 95, 94 g / mol. Es hat 7 stabile Isotope: 92Mo, 94Mo, 95Mo, 96Mo, 97Mo, 98Mo und 100Mo; Das Isotop 98Mo ist dasjenige mit dem größten Anteil.
Es ist ein weißes Metall mit einem silbernen Aussehen und hat ähnliche chemische Eigenschaften wie Chrom. Tatsächlich sind beide metallische Elemente der gleichen Gruppe, wobei sich das Chrom oberhalb des Molybdäns befindet; Das heißt, Molybdän ist schwerer und hat ein höheres Energieniveau.
Molybdän ist in der Natur nicht frei, sondern Teil von Mineralien, da es das am häufigsten vorkommende Molybdänit (MoS 2 ) ist. Darüber hinaus ist es mit anderen Schwefelmineralien verbunden, aus denen auch Kupfer gewonnen wird.
Sein Einsatz nahm während des Ersten Weltkriegs zu, da er das Wolfram ersetzte, das aufgrund seiner massiven Ausbeutung knapp war.
Eigenschaften
Molybdän zeichnet sich durch hohe Beständigkeit, Korrosionsbeständigkeit, hohen Schmelzpunkt, Formbarkeit und hohe Temperaturbeständigkeit aus. Es wird als hochschmelzendes Metall angesehen, da es einen höheren Schmelzpunkt als Platin (1772 ° C) aufweist.
Es hat auch eine Reihe zusätzlicher Eigenschaften: Die Bindungsenergie seiner Atome ist hoch, der Dampfdruck niedrig, der Wärmeausdehnungskoeffizient niedrig, die Wärmeleitfähigkeit hoch und der elektrische Widerstand niedrig.
All diese Eigenschaften und Charakteristika haben es Molybdän ermöglicht, zahlreiche Verwendungen und Anwendungen zu finden, von denen die Bildung von Legierungen mit Stahl am bekanntesten ist.
Andererseits ist es ein essentielles Spurenelement für das Leben. In Bakterien und Pflanzen ist Molybdän ein Cofaktor, der in zahlreichen Enzymen enthalten 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 zwei Elektronen übertragen werden. Unter diesen Enzymen befindet sich die Xanthinoxidase von Primaten, deren Funktion darin besteht, Xanthin zu Harnsäure zu oxidieren.
Es kann aus verschiedenen Lebensmitteln wie Blumenkohl, Spinat, Knoblauch, Vollkornprodukten, Buchweizen, Weizenkeimen, Linsen, Sonnenblumenkernen und Milch gewonnen werden.
Entdeckung
Molybdän ist in der Natur nicht isoliert, so dass in vielen seiner Komplexe in der Antike mit Blei oder Kohlenstoff verwechselt wurde.
Im Jahr 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.
1782 gelang es Peter Jacob Hjelm, unter Verwendung von Wilhelmsäureverbindung durch Kohlenstoffreduktion ein unreines Molybdän zu isolieren.
Struktur
Was ist die Kristallstruktur von Molybdän? Seine metallischen Atome nehmen bei atmosphärischem Druck das im Körper zentrierte kubische Kristallsystem (bcc) an. Bei höheren Drücken werden die Molybdänatome verdichtet, um dichtere Strukturen zu erzeugen, wie z. B. die auf den Flächen zentrierte kubische Struktur (fcc) und die hexagonale Struktur (hcp).
Seine metallische Bindung ist stark und fällt mit der Tatsache zusammen, dass es einer der Feststoffe mit dem höchsten Schmelzpunkt (2623ºC) ist. Diese strukturelle Festigkeit beruht auf der Tatsache, dass Molybdän reich an Elektronen ist, dass seine Kristallstruktur erheblich dicht ist und dass es schwerer als Chrom ist. Mit diesen drei Faktoren können Sie die Legierungen, an denen Sie beteiligt sind, festigen.
Wichtiger als die Struktur von metallischem Molybdän ist jedoch die seiner Verbindungen. Molybdän zeichnet sich durch seine Fähigkeit aus, zweikernige (Mo-Mo) oder mehrkernige (Mo-Mo-Mo- ···) Verbindungen zu bilden.
Ebenso kann es mit anderen Molekülen koordiniert werden, um Verbindungen mit den Formeln MoX 4 bis MoX 8 zu bilden. In diesen Verbindungen sind häufig Sauerstoffbrücken (Mo-O-Mo) oder Schwefel (Mo-S-Mo) vorhanden.
Eigenschaften
Aussehen
Festes weißes Silber.
Schmelzpunkt
2.623 ºC (2.896 K).
Siedepunkt
4, 639 ºC (4, 912 K).
Fusionsenthalpie
32 kJ / mol.
Verdampfungsenthalpie
598 kJ / mol.
Dampfdruck
3, 47 Pa bis 3.000 K.
Härte nach Mohs
5.5
Löslichkeit in Wasser
Molybdänverbindungen sind in Wasser nur wenig löslich. Das Molybdation MoO 4 -2 ist jedoch löslich.
Korrosion
Es ist korrosionsbeständig und die Metalle, die der Einwirkung von Salzsäure am besten widerstehen.
Oxidation
Bei Raumtemperatur oxidiert es nicht. Um schnell zu oxidieren, sind Temperaturen über 600 ºC erforderlich.
Valencia
Die elektronische Konfiguration von Molybdän ist [Kr] 4d55s1, es hat also sechs Valenzelektronen. Je nachdem, welches Atom verbunden ist, kann das Metall alle Elektronen verlieren und eine Wertigkeit von +6 (VI) haben. Zum Beispiel, wenn Sie Bindungen mit dem elektronegativen Fluoratom (MoF 6 ) eingehen.
Es können jedoch 1 bis 5 Elektronen verloren gehen. Somit erstrecken sich seine Valenzen über das Intervall von +1 (I) bis +5 (V). Wenn es nur ein Elektron verliert, verlässt es das 5s-Orbital und seine Konfiguration bleibt wie [Kr] 4d5. Die fünf Elektronen des 4d-Orbitals benötigen sehr saure Medien und sehr elektronenähnliche Spezies, um das Mo-Atom zu verlassen.
Welche der sechs Valenzen kommt am häufigsten vor? Die +4 (IV) und +6 (VI). Das Mo (IV) hat die Konfiguration [Kr] 4d2, während das Mo (VI) [Kr].
Für das Mo4 + ist nicht klar, warum es stabiler ist als zum Beispiel das Mo3 + (wie beim Cr3 +). Für das Mo6 + ist es jedoch möglich, diese sechs Elektronen zu verlieren, da es für das Edelgas Krypton isoelektronisch wird.
Molybdänchloride
Nachfolgend finden Sie eine Reihe von Molybdänchloriden mit unterschiedlichen Valenzen oder Oxidationsstufen von (II) bis (VI):
- Molybdändichlorid (MoCl 2 ). Durchgehend gelb.
- Molybdändichlorid (MoCl 3 ). Durchgehend dunkelrot.
- Molybdändetrachlorid (MoCl 4 ). Durchgehend schwarz.
- Molybdänpentachlorid (MoCl 5 ). Fest dunkelgrün.
Molybdänhexachlorid (MoCl 6 ). Festes Braun.
Funktionen im Körper
Molybdän ist ein essentielles Spurenelement für das Leben, da es in zahlreichen Enzymen als Cofaktor vorkommt. Oxotransferasen verwenden Molybdän als Cofaktor, um die Funktion der Übertragung von Sauerstoff aus Wasser mit einem Elektronenpaar zu erfüllen.
Unter den Oxotransferasen sind:
- Die Xanthinoxidase.
- Die Aldehydoxidase, die die Aldehyde oxidiert.
- Amine und Sulfide in der Leber.
- Sulfitoxidase, die Sulfit in der Leber oxidiert.
- Nitratreduktase.
- Die in Pflanzen vorhandene Nitritreduktase.
Xanthin-Enzym
Das Enzym Xanthinoxidase katalysiert den Endschritt beim Abbau von Purinen in Primaten: die Umwandlung von Xanthin in Harnsäure, eine Verbindung, die dann ausgeschieden wird.
Xanthinoxidase hat ein Coenzym zu FAD. Zusätzlich greifen Nicht-Häm-Eisen und Molybdän in die katalytische Wirkung ein. Die Wirkung des Enzyms kann mit der folgenden chemischen Gleichung beschrieben werden:
Xanthin + H 2 O + O 2 => Harnsäure + H 2 O 2
Molybdän interveniert als Cofaktor Molibdopterin (Mo-Co). Xanthinoxidase kommt hauptsächlich in der Leber und im Dünndarm vor. Durch immunologische Techniken konnte sie jedoch in den Brustdrüsen, im Skelettmuskel und in der Niere lokalisiert werden.
Das Enzym Xanthinoxidase wird durch das Medikament Alopurinol, das bei der Behandlung von Gicht eingesetzt wird, gehemmt. Im Jahr 2008 begann die Vermarktung des Arzneimittels Febuxostat mit einer besseren Leistung bei der Behandlung der Krankheit.
Enzym Aldehydoxidase
Das Enzym Aldehydoxidase befindet sich im zellulären Zytoplasma, das sowohl im Pflanzenreich als auch im Tierreich vorkommt. Das Enzym katalysiert die Oxidation des Aldehyds in Carbonsäure.
Es katalysiert auch die Oxidation von Cytochrom P 450 und der Zwischenprodukte des Enzyms Monoaminoxidase (MAO).
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 schematisiert werden:
Aldehyd + H 2 O + O 2 => Carbonsäure + H 2 O 2
Sulfitoxidase-Enzym
Das Enzym Sulfitoxidase ist an der Umwandlung von Sulfit zu Sulfat beteiligt. Dies ist der Endschritt des Abbaus schwefelhaltiger Verbindungen. Die durch das Enzym katalysierte Reaktion läuft nach folgendem Schema ab:
SO 3 -2 + H 2 O + 2 (Cytochrom C) oxidiert => SO 4 -2 + 2 (Cytochrom C) reduziert + 2 H +
Ein Mangel des Enzyms durch eine genetische Mutation beim Menschen kann zum vorzeitigen Tod führen.
Sulfit ist eine neurotoxische Verbindung, daher kann eine geringe Aktivität des Sulfitoxidase-Enzyms zu psychischen Erkrankungen, geistiger Behinderung, geistiger Degradation und letztendlich zum Tod führen.
Im Metabolismus von Eisen und als Bestandteil von Zähnen
Molybdän greift in den Metabolismus von Eisen ein 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 Karies.
Mangel
Ein Mangel an Molybdän-Aufnahme wurde mit einer erhöhten Inzidenz von Speiseröhrenkrebs in Regionen von China und Iran 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 an der Umwandlung von Nitrat in Ammonium beteiligt ist.
Die beiden Enzyme benötigen für ihre Funktion den Cofaktor (Mo-Co). Die durch das Enzym Nitratreduktase katalysierte Reaktion kann wie folgt schematisiert werden:
Nitrat + Elektronendonor + H 2 O => Nitrit + oxidierter Elektronendonor
Der Oxidations-Reduktions-Prozess von Nitrat findet im Zytoplasma von Pflanzenzellen statt. Das Nitrit, Produkt der vorherigen Reaktion, wird auf das Plastid übertragen. Das Enzym Nitritreduktase wirkt auf das aus Ammonium stammende Nitrit.
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 Molekülen mit biologischer Funktion vor, wie z. B. ATP, Glucose-6-phosphat, Nukleinsäuren, Forfolipiden usw.
Ein Mangel an Molybdän betrifft vor allem die Kreuzblütlergruppe, das Gemüse, den Weihnachtsstern und die Primeln.
Beim Blumenkohl führt ein Mangel an Molybdän zu einer Einschränkung der Breite der Blattglieder, 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 das auf Aluminiumoxid fixierte und durch Kobalt und Nickel aktivierte MoS 2 .
-Das Molybdat bildet mit Wismut einen Komplex zur selektiven Oxidation von Propen, Ammonium und Luft. So bilden sie Acrylnitril, Acetonitril und andere Chemikalien, die Rohstoffe für die Kunststoff- und Faserindustrie sind.
In ähnlicher Weise katalysiert Molybdateisen die selektive Oxidation von Methanol zu Formaldehyd.
Pigmente
-Das Molybdän greift in die Pigmentbildung ein. Zum Beispiel wird Molybdänorange durch die gemeinsame Ausfällung von Bleichromat, Bleimolybdat und Bleisulfat gebildet.
Dies ist ein helles und stabiles Pigment bei verschiedenen Temperaturen, das hellrot, orange oder rotgelb erscheint. Es wird zur Herstellung von Farben und Kunststoffen sowie für Gummi und Keramik verwendet.
Molybdat
- Molybdat ist ein Korrosionsinhibitor. Natriummolybdat wurde anstelle von Chromat verwendet, um die Korrosion von gehärteten Stählen in einem weiten pH-Bereich zu hemmen.
-Es wird in Wasserkühlern, Klimaanlagen und Heizungssystemen verwendet. Molybdate werden auch zur Verhinderung von Korrosion in Hydrauliksystemen und im Automobilbau eingesetzt. Auch Pigmente, die die Korrosion hemmen, werden in Farben verwendet.
-Das Molybdat dient aufgrund seines hohen Schmelzpunkts, seines niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten und seiner hohen Wärmeleitfähigkeit zur Herstellung von Bändern und Fäden, die in der Beleuchtungsindustrie verwendet werden.
-Es wird in Halbleiter-Motherboards verwendet; in der Leistungselektronik; Elektroden zum Verschmelzen von Gläsern; Kammern für Hochtemperaturöfen und Kathoden zur Beschichtung von Solarzellen und Flachbildschirmen.
-Molybdat wird auch bei der Herstellung von Tiegeln für alle auf dem Gebiet der Saphirverarbeitung üblichen Verfahren verwendet.
Legierungen mit Stahl
-Das 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.
-Das Molybdat verleiht seiner Legierung mit Stahl bereits bei Konzentrationen von 2% eine hohe Korrosionsbeständigkeit.
Andere Verwendungen
- Molybdat wird in der Luft- und Raumfahrtindustrie verwendet. bei der Herstellung von LCD-Bildschirmen; bei der Behandlung von Wasser und sogar bei der Anwendung des Laserstrahls.
-Das Molybdatdisulfid ist an sich ein gutes Schmiermittel und bietet Toleranzeigenschaften gegenüber extremen Drücken bei der Wechselwirkung von Schmiermitteln mit Metallen.
Schmierstoffe bilden eine kristalline Schicht auf der Oberfläche von Metallen. Dadurch wird die Metall-Metall-Reibung auch bei hohen Temperaturen auf ein Minimum reduziert.
