MOLYBDEN: STRUKTURA, VLASTNOSTI, VALENCE, FUNKCE - CHEMIE - 2025

Molybdenu (Mo) je přechodný kov náležející do skupiny 6, doba 5 periodické tabulky prvků. Má elektronickou konfiguraci (Kr) 4d ⁵ 5s ¹; atomové číslo 42 a průměrná atomová hmotnost 95,94 g / mol. Má 7 stabilních izotopů: ⁹² Mo, ⁹⁴ Mo, ⁹⁵ Mo, ⁹⁶ Mo, ⁹⁷ Mo, ⁹⁸ Mo a ¹⁰⁰ Mo; je izotop ⁹⁸ Mo, který je ve větším poměru.

Je to bílý kov se stříbrným vzhledem a má chemické vlastnosti podobné chrómu. Ve skutečnosti jsou oba kovové prvky stejné skupiny, přičemž chrom je umístěn nad molybdenem; to znamená, že molybden je těžší a má vyšší energetickou hladinu.

Zdroj: Snímky chemických prvků Hi-Res (http://images-of-elements.com/molybdenum.php), přes Wikimedia Commons

Molybden není v přírodě nalezen volný, ale jako součást minerálů, nejhojnější je molybdenit (MoS ₂). Kromě toho je spojován s dalšími sirnými minerály, ze kterých se také získává měď.

Jeho používání se zvýšilo během první světové války, protože to nahradilo wolfram, který byl vzácný kvůli jeho masivnímu vykořisťování.

vlastnosti

Molybden se vyznačuje velkou trvanlivostí, odolností proti korozi, vysokou teplotou tání, tvárností a odolností vůči vysokým teplotám. Je považován za žáruvzdorný kov, protože má teplotu tání vyšší než platina (1 772 ° C).

Má také řadu dalších vlastností: vazebná energie atomů je vysoká, nízký tlak par, nízký koeficient tepelné roztažnosti, vysoká úroveň tepelné vodivosti a nízký elektrický odpor.

Všechny tyto vlastnosti a vlastnosti umožnily molybdenu mít četná použití a aplikace, z nichž nejpozoruhodnější je tvorba slitin s ocelí.

Na druhou stranu je to nezbytný stopový prvek pro život. V bakteriích a rostlinách je molybden kofaktorem přítomným v mnoha enzymech podílejících se na fixaci a využití dusíku.

Molybden je kofaktorem aktivity oxotransferázových enzymů, které přenášejí atomy kyslíku z vody, zatímco přenášejí dva elektrony. Mezi tyto enzymy patří primát xantin oxidáza, jejíž funkcí je oxidovat xantin na kyselinu močovou.

Lze jej získat z několika potravin, včetně následujících: květák, špenát, česnek, celá zrna, pohanka, pšeničné klíčky, čočka, slunečnicová semínka a mléko.

Objev

Molybden není v přírodě izolován, takže v mnoha jeho komplexech byl ve starověku zaměňován s olovem nebo uhlíkem.

V roce 1778 dokázal Carl Wilhelm, švédský chemik a lékárník, identifikovat molybden jako samostatný prvek. Wilhelm ošetřil molybdenit (MoS ₂) kyselinou dusičnou, čímž se získala sloučenina kyselé povahy, ve které identifikoval molybden.

Později v roce 1782 se Peteru Jacobovi Hjelmovi za použití Wilhelmovy kyselé sloučeniny, redukcí uhlíkem, podařilo izolovat nečistý molybden.

Struktura

Jaká je krystalová struktura molybdenu? Jeho kovové atomy přijímají kubický krystalický systém (bcc) zaměřený na tělo za atmosférického tlaku. Při vyšších tlacích jsou atomy molybdenu kompaktní a vytvářejí hustší struktury, jako je krychlová plocha (fcc) a hexagonální (hcp).

Jeho kovová vazba je silná a shoduje se s tím, že se jedná o jednu z pevných látek s nejvyšší teplotou tání (2623 ° C). Tato strukturální síla je způsobena skutečností, že molybden je bohatý na elektrony, jeho krystalická struktura je značně hustá a je těžší než chrom. Tyto tři faktory mu umožňují posílit slitiny, ve kterých je součástí.

Na druhé straně, důležitější než struktura kovového molybdenu je struktura jeho sloučenin. Molybden je charakterizován svou schopností tvořit dinukleární (Mo-Mo) nebo polynukleární (Mo-Mo-Mo- ···) sloučeniny.

Může také koordinovat s jinými molekulami a vytvářet sloučeniny se vzorci MoX ₄ až MoX ₈. V těchto sloučeninách je běžná přítomnost kyslíkových můstků (Mo-O-Mo) nebo síry (Mo-S-Mo).

Vlastnosti

Vzhled

Masivní stříbrná bílá.

Bod tání

2 623 ° C (2 896 K).

Bod varu

4,639 ° C (4,912 K).

Entalpie fúze

32 kJ / mol.

Entalpie odpařování

598 kJ / mol.

Tlak páry

3,47 Pa při 3 000 K.

Tvrdost na Mohsově stupnici

5.5

Rozpustnost ve vodě

Sloučeniny molybdenu jsou ve vodě špatně rozpustné. Nicméně, molybdenan ion MoO ₄ ^-2 je rozpustný.

Koroze

Je odolný vůči korozi a je jedním z kovů, který nejlépe odolává působení kyseliny chlorovodíkové.

Oxidace

Při pokojové teplotě nehrdzaví. Chcete-li rychle rezavit, vyžaduje teploty vyšší než 600 ° C.

Valencie

Elektronová konfigurace molybdenu je 4d ⁵ 5s ¹, takže má šest valenčních elektronů. V závislosti na atomu, ke kterému se váže, může kov ztratit všechny své elektrony a mít valenci +6 (VI). Například pokud tvoří vazby s elektronegativním atomem fluoru (MoF ₆).

Může však ztratit 1 až 5 elektronů. Jeho valence se tak pohybují v rozmezí od +1 (I) do +5 (V). Když ztratí pouze jeden elektron, opustí 5s orbitál a jeho konfigurace se stane 4d ⁵. Pět elektronů 4d orbitalu vyžaduje vysoce kyselá média a elektrony podobné druhy, aby opustily atom Mo.

Z jeho šesti valencí, které jsou nejběžnější? +4 (IV) a +6 (VI). Mo (IV) má 4d ² konfiguraci, zatímco Mo (VI),.

U Mo ⁴⁺ není jasné, proč je stabilnější než například Mo ³⁺ (jako je tomu u Cr ³⁺). Ale pro Mo ⁶⁺ je možné ztratit těchto šest elektronů, protože krypton ušlechtilého plynu se stává isoelektronickým.

Chloridy molybdenu

Níže je uvedena řada chloridů molybdenu s různými valenčními nebo oxidačními stavy, od (II) do (VI):

-Molybdenum dichlorid (Mocl ₂). Žlutá pevná látka.

-Molybdenum chlorid (Mocl ₃). Tmavě červená pevná látka.

-Molybdenum chlorid (Mocl ₄). Plná černá.

- chlorid chlorid molybdenový (MoCl ₅). Pevné tmavě zelené.

-Molybdenum hexachloride (Mocl ₆). Masivní hnědá.

Funkce v těle

Molybden je nezbytným stopovým prvkem pro život, protože je přítomen jako kofaktor v mnoha enzymech. Oxotransferázy používají molybden jako kofaktor k plnění své funkce přenosu kyslíku z vody pomocí pár elektronů.

Mezi oxotransferázy patří:

• Xantin oxidáza.
• Aldehyd oxidáza, která oxiduje aldehydy.
• Aminy a sulfidy v játrech.
• Sulfit oxidáza, která oxiduje siřičitany v játrech.
• Dusičnan reduktáza.
• Dusitan reduktáza přítomná v rostlinách.

Xantinový enzym

Enzym xantin oxidáza katalyzuje konečný krok v katabolismu purinů u primátů: přeměna xanthinu na kyselinu močovou, což je sloučenina, která se poté vylučuje.

Xantin oxidáza má jako koenzym FAD. Kromě toho se na katalytickém působení podílí nehemové železo a molybden. Působení enzymu lze popsat pomocí následující chemické rovnice:

Xanthin + H ₂ O + O ₂ => kyselina močová + H ₂ O ₂

Molybden působí jako kofaktor molybdopterinu (Mo-co). Xantin oxidáza se nachází primárně v játrech a tenkém střevě, ale použití imunologických technik umožnilo její umístění v mléčných žlázách, kosterním svalu a ledvinách.

Enzym xantin oxidáza je inhibována lékem Allopurinol, který se používá při léčbě dny. V roce 2008 začala komercializace léčiva Febuxostat s lepším výkonem při léčbě nemoci.

Enzym aldehyd oxidázy

Enzym aldehyd oxidáza se nachází v buněčné cytoplazmě a nachází se v rostlinném království i v živočišném království. Enzym katalyzuje oxidaci aldehydu na karboxylovou kyselinu.

Cytochrom P ₄₅₀ a meziprodukty enzymu monoamin oxidáza (MAO) také katalyzují oxidaci.

Díky své široké specificitě může enzym aldehyd oxidáza oxidovat mnoho léčiv a vykonávat svou funkci hlavně v játrech. Účinek enzymu na aldehyd může být naznačen následujícím způsobem:

Aldehyd + H ₂ O + O ₂ => karboxylových kyselin + H ₂ O ₂

Enzym siričitan oxidázy

Enzym sulfit oxidáza se podílí na přeměně siřičitanu na síran. Toto je konečný krok při degradaci sloučenin obsahujících síru. Reakce katalyzovaná enzymem probíhá podle následujícího schématu:

SO ₃ ^-2 + H ₂ O + 2 (cytochrom C) oxidovaný => SO ₄ ^-2 + 2 (cytochrom C) redukovaný + 2 H ⁺

Nedostatek enzymu způsobený genetickou mutací u člověka může vést k předčasné smrti.

Sulfit je neurotoxická sloučenina, takže nízká aktivita enzymu sulfit oxidázy může vést k duševním onemocněním, mentální retardaci, mentální degradaci a nakonec ke smrti.

Při metabolismu železa a jako součást zubů

Molybden se podílí na metabolismu železa, což usnadňuje jeho střevní absorpci a tvorbu erytrocytů. Kromě toho je součástí zubní skloviny a spolu s fluoridem pomáhá při prevenci dutin.

Nedostatek

Nedostatek v příjmu molybdenu je spojen s vyšším výskytem rakoviny jícnu v regionech Číny a Íránu ve srovnání s regiony Spojených států s vysokou hladinou molybdenu.

Význam v rostlinách

Dusičnan reduktáza je enzym, který hraje zásadní roli v rostlinách, protože spolu s enzymem dusitan reduktáza zasahuje do přeměny dusičnanu na amonium.

Oba enzymy vyžadují ke své činnosti kofaktor (Mo-co). Reakce katalyzovaná enzymem nitrát reduktáza může být nastíněna takto:

Dusičnan + donor elektronů + H ₂ O => Dusitan + oxidovaný donor elektronů

Proces redukce oxidace dusičnanů probíhá v cytoplazmě rostlinných buněk. Dusitan, produkt předchozí reakce, se převádí na plastid. Enzym nitrit reduktáza působí na dusitan a způsobuje amoniak.

Amonium se používá k syntéze aminokyselin. Kromě toho rostliny používají molybden při přeměně anorganického fosforu na organický fosfor.

Organický fosfor existuje v mnoha molekulách biologických funkcí, jako jsou: ATP, glukóza-6-fosfát, nukleové kyseliny, pholipidy atd.

Nedostatek molybdenu postihuje hlavně skupinu kříženců, luštěnin, vánočních hvězd a petrklíčů.

V květáku způsobuje nedostatek molybdenu omezení šířky listu listu, snížení růstu rostlin a tvorby květů.

Použití a aplikace

Katalyzátor

-Je to katalyzátor pro odsiřování ropy, petrochemikálií a kapalin získaných z uhlí. Katalyzátorový komplex obsahuje MoS ₂ fixovaný na alumině a aktivovaný kobaltem a niklem.

- Molybdenan tvoří komplex s bizmutem pro selektivní oxidaci propenu, amoniaku a vzduchu. Tvoří tedy akrylonitril, acetonitril a další chemikálie, které jsou surovinami pro průmysl plastů a vláken.

Podobně molybdenan železa katalyzuje selektivní oxidaci methanolu na formaldehyd.

Pigmenty

- Molybden se podílí na tvorbě pigmentů. Například molybdenová oranžová je tvořena společným vysrážením chromanu olovnatého, molybdenanu olovnatého a síranu olovnatého.

Jedná se o světlý pigment, který je stabilní při různých teplotách a objevuje se v jasně červené, oranžové nebo červeno-žluté barvě. Používá se při přípravě barev a plastů, jakož i v pryžových a keramických výrobcích.

Molybdát

-Molybdenan je inhibitor koroze. Molybdenan sodný se používá jako náhrada chromanu k inhibici koroze temperovaných ocelí v širokém rozmezí pH.

- Používá se ve vodních chladičích, klimatizacích a topných systémech. Molybdenany se také používají k inhibici koroze v hydraulických systémech a v automobilovém inženýrství. V barvách se také používají pigmenty, které inhibují korozi.

- Molybdát se díky svým vlastnostem s vysokou teplotou tání, nízkým koeficientem tepelné roztažnosti a vysokou tepelnou vodivostí používá k výrobě pásek a nití používaných v odvětví osvětlení.

-Použití v základních deskách pro polovodiče; v výkonové elektronice; elektrody pro tavení skla; komory pro vysokoteplotní pece a katody pro povlakování solárních článků a plochých obrazovek.

- Molybdenan se také používá při výrobě kelímků pro všechny obvyklé procesy v oblasti zpracování safíru.

Slitiny s ocelí

-Molybden se používá ve slitinách s ocelí, které vydrží vysoké teploty a tlaky. Tyto slitiny se používají ve stavebnictví a při výrobě dílů pro letadla a automobily.

-Molybdenát, i při koncentracích pouhých 2%, dává slitině s ocelí vysokou odolnost proti korozi.

Další použití

-Molybdenát se používá v leteckém průmyslu; při výrobě LCD obrazovek; při úpravě vody a dokonce i při aplikaci laserového paprsku.

- Disulfid molybdenanu je sám o sobě dobrým lubrikantem a poskytuje vlastnosti při extrémní toleranci tlaku při interakci lubrikantů s kovy.

Maziva tvoří krystalickou vrstvu na povrchu kovů. Díky tomu je tření kov-kov sníženo na minimum, dokonce i při vysokých teplotách.

Reference

1. Wikipedia. (2018). Molybden. Obnoveno z: en.wikipedia.org
2. R. Loď. (2016). Molybden. Obnoveno z: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
3. Mezinárodní asociace molybdenu (IMOA). (2018). Molybden. Převzato z: imoa.info
4. F Jona a PM Marcus. (2005). Krystalová struktura a stabilita molybdenu při ultravysokém tlaku. J. Phys.: Condens. Věc 17 1049.
5. Plansee. (sf). Molybden. Obnoveno z: plansee.com
6. Lenntech. (2018). Molybden - Mo. Obnoveno z: lenntech.com
7. Curiosoando.com (18. října 2016). Jaké jsou příznaky nedostatku molybdenu? Obnoveno z: curiosoando.com
8. Ed Bloodnick. (21. března 2018). Role molybdenu v pěstování rostlin. Obnoveno z: pthorticulture.com