MOLYBDEEN: STRUCTUUR, EIGENSCHAPPEN, VALENTIES, FUNCTIES - CHEMIE - 2025

Het molybdeen (Mo) is een overgangsmetaal dat behoort tot groep 6, periode 5 van het Periodiek Systeem. Het heeft elektronische configuratie (Kr) 4d ⁵ 5s ¹ ; atoomnummer 42 en een gemiddelde atoommassa van 95,94 g / mol. Het heeft 7 stabiele isotopen: ⁹² Mo, ⁹⁴ Mo, ⁹⁵ Mo, ⁹⁶ Mo, ⁹⁷ Mo, ⁹⁸ Mo en ¹⁰⁰ Mo; zijnde de isotoop ⁹⁸ Mo degene die in grotere verhouding is.

Het is een wit metaal met een zilverachtige uitstraling en heeft chemische eigenschappen die vergelijkbaar zijn met chroom. In feite zijn beide metalen elementen van dezelfde groep, waarbij chroom zich boven molybdeen bevindt; dat wil zeggen, molybdeen is zwaarder en heeft een hoger energieniveau.

Bron: door hi-res afbeeldingen van chemische elementen (http://images-of-elements.com/molybdenum.php), via Wikimedia Commons

Molybdeen komt niet vrij in de natuur voor, maar als onderdeel van mineralen, waarvan molybdeniet de meest voorkomende is (MoS ₂ ). Bovendien wordt het geassocieerd met andere zwavelhoudende mineralen, waaruit ook koper wordt verkregen.

Het gebruik ervan nam toe tijdens de Eerste Wereldoorlog, omdat het wolfraam verving, dat schaars was vanwege de massale exploitatie ervan.

kenmerken

Molybdeen wordt gekenmerkt door zijn grote duurzaamheid, corrosiebestendigheid, hoog smeltpunt, vervormbaar en bestand tegen hoge temperaturen. Het wordt beschouwd als een vuurvast metaal omdat het een smeltpunt heeft dat hoger is dan platina (1.772 ° C).

Het heeft ook een aantal extra eigenschappen: de bindingsenergie van zijn atomen is hoog, lage dampdruk, lage thermische uitzettingscoëfficiënt, hoog niveau van thermische geleiding en lage elektrische weerstand.

Al deze eigenschappen en kenmerken hebben het mogelijk gemaakt dat molybdeen talloze toepassingen en toepassingen heeft, waarvan de meest opvallende de vorming van legeringen met staal is.

Aan de andere kant is het een essentieel sporenelement voor het leven. In bacteriën en planten is molybdeen een cofactor die aanwezig is in tal van enzymen die betrokken zijn bij de fixatie en het gebruik van stikstof.

Molybdeen is een cofactor voor de activiteit van oxotransferase-enzymen, die zuurstofatomen uit water overbrengen terwijl ze twee elektronen overdragen. Deze enzymen omvatten xanthine-oxidase van primaten, waarvan de functie is xanthine te oxideren tot urinezuur.

Het kan worden verkregen uit verschillende voedingsmiddelen, waaronder: bloemkool, spinazie, knoflook, volle granen, boekweit, tarwekiemen, linzen, zonnebloempitten en melk.

Ontdekking

Molybdeen is niet geïsoleerd in de natuur, dus in veel van zijn complexen werd het in de oudheid verward met lood of koolstof.

In 1778 slaagde Carl Wilhelm, een Zweedse chemicus en apotheker, erin molybdeen als een afzonderlijk element te identificeren. Wilhelm behandelde molybdeniet (MoS ₂ ) met salpeterzuur, waardoor een verbinding van zure aard werd verkregen waarin hij molybdeen identificeerde.

Later, in 1782, slaagde Peter Jacob Hjelm er met behulp van Wilhelm's zuurverbinding door reductie met koolstof in een onzuiver molybdeen te isoleren.

Structuur

Wat is de kristalstructuur van molybdeen? De metaalatomen nemen bij atmosferische druk het lichaamsgerichte kubieke kristalsysteem (bcc) aan. Bij hogere drukken verdichten molybdeenatomen zich tot dichtere structuren, zoals vlakgecentreerd kubisch (fcc) en hexagonaal (hcp).

De metaalbinding is sterk en valt samen met het feit dat het een van de vaste stoffen is met het hoogste smeltpunt (2623 ° C). Deze structurele sterkte is te wijten aan het feit dat molybdeen rijk is aan elektronen, de kristallijne structuur aanzienlijk dicht is en zwaarder is dan chroom. Door deze drie factoren kan het de legeringen waarin het deel uitmaakt versterken.

Aan de andere kant, belangrijker dan de structuur van metallisch molybdeen, is die van de verbindingen. Molybdeen wordt gekenmerkt door zijn vermogen om dinucleaire (Mo-Mo) of polynucleaire (Mo-Mo-Mo- ···) verbindingen te vormen.

Het kan ook coördineren met andere moleculen om verbindingen te vormen met de formules MoX ₄ tot en met MoX ₈ . Binnen deze verbindingen is de aanwezigheid van zuurstofbruggen (Mo-O-Mo) of zwavel (Mo-S-Mo) gebruikelijk.

Eigendommen

Verschijning

Massief zilverwit.

Smeltpunt

2.623 ° C (2.896 K).

Kookpunt

4.639 ° C (4.912 K).

Enthalpie van fusie

32 kJ / mol.

Enthalpie van verdamping

598 kJ / mol.

Dampdruk

3,47 Pa bij 3.000 K.

Hardheid op de schaal van Mohs

5.5

Oplosbaarheid in water

Molybdeenverbindingen zijn slecht oplosbaar in water. De molybdaation MoO ₄ ^-2 oplosbaar.

Corrosie

Het is bestand tegen corrosie en is een van de metalen die het beste de werking van zoutzuur weerstaat.

Oxidatie

Het roest niet bij kamertemperatuur. Om snel te roesten zijn temperaturen van meer dan 600 ºC nodig.

Valencia

De elektronenconfiguratie van molybdeen is 4d ⁵ 5s ¹ , dus het heeft zes valentie-elektronen. Afhankelijk van aan welk atoom het bindt, kan het metaal al zijn elektronen verliezen en een valentie hebben van +6 (VI). Als het bijvoorbeeld bindingen vormt met het elektronegatieve fluoratoom (MoF ₆ ).

Het kan echter 1 tot 5 elektronen verliezen. De valenties omvatten dus het bereik van +1 (I) tot +5 (V). Wanneer het slechts één elektron verliest, verlaat het de 5s-orbitaal en wordt zijn configuratie 4d ⁵ . De vijf elektronen van de 4d-orbitaal vereisen zeer zure media en elektronachtige soorten om het Mo-atoom te verlaten.

Welke van de zes valenties zijn de meest voorkomende? De +4 (IV) en +6 (VI). Mo (IV) heeft een 4d ^2- configuratie , terwijl Mo (VI) ,.

Voor Mo ⁴⁺ is niet duidelijk waarom het stabieler is dan bijvoorbeeld Mo ³⁺ (zoals het geval is bij Cr ³⁺ ). Maar voor Mo ⁶⁺ is het mogelijk om deze zes elektronen te verliezen omdat het edelgas krypton iso-elektronisch wordt.

Molybdeenchloriden

Hieronder vindt u een reeks molybdeenchloriden met verschillende valenties of oxidatietoestanden, van (II) tot (VI):

-Molybdenum dichloride (MOCl ₂ ). Gele vaste stof.

-Molybdenum trichloride (MOCl ₃ ). Donkerrode vaste stof.

-Molybdenum tetrachloride (MOCl ₄ ). Effen zwart.

-Molybdeenpentachloride (MoCl ₅ ). Effen donkergroen.

-Molybdeenhexachloride (MoCl ₆ ). Effen bruin.

Functies in het lichaam

Molybdeen is een essentieel sporenelement voor het leven, aangezien het als cofactor in tal van enzymen aanwezig is. Oxotransferasen gebruiken molybdeen als cofactor om hun functie te vervullen: het transporteren van zuurstof uit water met een paar elektronen.

Onder de oxotransferasen zijn:

• Xanthine-oxidase.
• Aldehyde-oxidase, dat aldehyden oxideert.
• Aminen en sulfiden in de lever.
• Sulfietoxidase, dat sulfiet in de lever oxideert.
• Nitraatreductase.
• Nitrietreductase aanwezig in planten.

Xanthine-enzym

Het enzym xanthine-oxidase katalyseert de terminale stap in het katabolisme van purines bij primaten: de omzetting van xanthine in urinezuur, een verbinding die vervolgens wordt uitgescheiden.

Xanthine-oxidase heeft FAD als co-enzym. Bovendien zijn non-heem-ijzer en molybdeen betrokken bij de katalytische werking. De werking van het enzym kan worden beschreven door de volgende chemische vergelijking:

Xanthine + H ₂ O + O ₂ => Urinezuur + H ₂ O ₂

Molybdeen fungeert als de cofactor molybdopterine (Mo-co). Xanthine-oxidase wordt voornamelijk aangetroffen in de lever en de dunne darm, maar het gebruik van immunologische technieken heeft de locatie ervan mogelijk gemaakt in de borstklieren, skeletspieren en de nieren.

Het enzym xanthine-oxidase wordt geremd door het medicijn Allopurinol, dat wordt gebruikt bij de behandeling van jicht. In 2008 begon de commercialisering van het medicijn Febuxostat met betere prestaties bij de behandeling van de ziekte.

Aldehyde-oxidase-enzym

Het enzym aldehydeoxidase bevindt zich in het celcytoplasma en wordt zowel in het plantenrijk als in het dierenrijk aangetroffen. Het enzym katalyseert de oxidatie van het aldehyde tot carbonzuur.

Cytochroom P ₄₅₀ en de tussenproducten van het enzym monoamineoxidase (MAO) katalyseren ook oxidatie .

Vanwege zijn brede specificiteit kan het enzym aldehydeoxidase veel geneesmiddelen oxideren, waarbij het zijn functie voornamelijk in de lever vervult. De werking van het enzym op het aldehyde kan op de volgende manier worden geschetst:

Aldehyde + H ₂ O + O ₂ => Carboxylzuur + H ₂ O ₂

Sulfietoxidase-enzym

Het enzym sulfietoxidase is betrokken bij de omzetting van sulfiet in sulfaat. Dit is de laatste stap in de afbraak van zwavelhoudende verbindingen. De reactie die door het enzym wordt gekatalyseerd, verloopt volgens het volgende schema:

SO ₃ ^-2 + H ₂ O + 2 (Cytochroom C) geoxideerd => SO ₄ ^-2 + 2 (Cytochroom C) gereduceerd + 2 H ⁺

Een tekort aan het enzym als gevolg van een genetische mutatie bij de mens kan leiden tot vroegtijdig overlijden.

Sulfiet is een neurotoxische verbinding, dus een lage activiteit van het enzym sulfietoxidase kan leiden tot psychische aandoeningen, mentale retardatie, mentale achteruitgang en uiteindelijk de dood.

Bij de ijzermetabolisme en als onderdeel van tanden

Molybdeen is betrokken bij het metabolisme van ijzer, waardoor de opname in de darmen en de vorming van erytrocyten wordt vergemakkelijkt. Bovendien maakt het deel uit van het glazuur van de tanden en helpt het samen met fluoride bij het voorkomen van gaatjes.

Tekort

Een tekort aan molybdeeninname is in verband gebracht met een hogere incidentie van slokdarmkanker in regio's van China en Iran, vergeleken met regio's in de Verenigde Staten met een hoog molybdeengehalte.

Belang in planten

Nitraatreductase is een enzym dat een vitale functie vervult in planten, omdat het samen met het enzym nitrietreductase een rol speelt bij de omzetting van nitraat in ammonium.

De twee enzymen hebben de cofactor (Mo-co) nodig voor hun werking. De reactie gekatalyseerd door het enzym nitraatreductase kan als volgt worden geschetst:

Nitraat + elektronendonor + H ₂ O => Nitriet + geoxideerde elektronendonor

Het oxidatie-reductieproces van nitraat vindt plaats in het cytoplasma van plantencellen. Nitriet, het product van de vorige reactie, wordt overgebracht naar het plastide. Het enzym nitrietreductase werkt in op nitriet en veroorzaakt ammoniak.

Ammonium wordt gebruikt om aminozuren te synthetiseren. Bovendien gebruiken planten molybdeen bij de omzetting van anorganische fosfor in organische fosfor.

Organische fosfor komt voor in tal van biologische functiemoleculen, zoals: ATP, glucose-6-fosfaat, nucleïnezuren, pholipiden, enz.

Een tekort aan molybdeen treft vooral de groep kruisbloemigen, peulvruchten, kerststerren en primula's.

Bij bloemkool veroorzaakt een molybdeentekort een beperking van de breedte van het blad, een vermindering van plantengroei en bloemvorming.

Toepassingen en toepassingen

Katalysator

-Het is een katalysator voor de ontzwaveling van aardolie, petrochemicaliën en vloeistoffen uit steenkool. Het katalysatorcomplex omvat MoS ₂ gefixeerd op aluminiumoxide en geactiveerd door kobalt en nikkel.

-Molybdaat vormt een complex met bismut voor de selectieve oxidatie van propeen, ammoniak en lucht. Zo vormen ze acrylonitril, acetonitril en andere chemicaliën, die grondstoffen zijn voor de kunststof- en vezelindustrie.

Evenzo katalyseert ijzermolybdaat de selectieve oxidatie van methanol tot formaldehyde.

Pigmenten

-Molybdeen is betrokken bij de vorming van pigmenten. Molybdeen-sinaasappel wordt bijvoorbeeld gevormd door de co-precipitatie van loodchromaat, loodmolybdaat en loodsulfaat.

Dit is een licht pigment dat stabiel is bij verschillende temperaturen en verschijnt in felrode, oranje of roodgele kleuren. Het wordt gebruikt bij de bereiding van verven en kunststoffen, maar ook in rubber en keramische producten.

Molybdaat

-Molybdaat is een corrosieremmer. Natriummolybdaat is gebruikt als vervanging voor chromaat om corrosie van gehard staal bij een breed pH-bereik te remmen.

-Het wordt gebruikt in waterkoelers, airconditioners en verwarmingssystemen. Molybdaten worden ook gebruikt om corrosie te remmen in hydraulische systemen en in de automobieltechniek. Ook worden in verven pigmenten gebruikt die corrosie remmen.

-Molybdaat, vanwege zijn eigenschappen van hoog smeltpunt, lage thermische uitzettingscoëfficiënt en hoge thermische geleidbaarheid, wordt gebruikt om tapes en draden te produceren die worden gebruikt door de verlichtingsindustrie.

-Gebruikt in moederborden voor halfgeleiders; in vermogenselektronica; elektroden voor het smelten van glas; kamers voor hoge temperatuur ovens en kathodes voor het coaten van zonnecellen en platte schermen.

-En ook wordt molybdaat gebruikt bij de productie van smeltkroezen voor alle gangbare processen op het gebied van saffierverwerking.

Legeringen met staal

-Molybdeen wordt gebruikt in legeringen met staal die bestand zijn tegen hoge temperaturen en drukken. Deze legeringen worden gebruikt in de bouwsector en bij de fabricage van onderdelen voor vliegtuigen en auto's.

-Molybdaat, zelfs bij concentraties van slechts 2%, geeft zijn legering met staal een hoge corrosiebestendigheid.

Andere gebruiken

-Molybdaat wordt gebruikt in de lucht- en ruimtevaartindustrie; bij de vervaardiging van LCD-schermen; bij waterbehandeling en zelfs bij de toepassing van de laserstraal.

-Molybdaatdisulfide is op zichzelf een goed smeermiddel en biedt extreme druktolerantie-eigenschappen bij de interactie van smeermiddelen met metalen.

Smeermiddelen vormen een kristallijne laag op het oppervlak van metalen. Hierdoor wordt de metaal-metaalwrijving tot een minimum beperkt, zelfs bij hoge temperaturen.

Referenties

1. Wikipedia. (2018). Molybdeen. Hersteld van: en.wikipedia.org
2. R. Schip. (2016). Molybdeen. Hersteld van: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
3. International Molybdeen Association (IMOA). (2018). Molybdeen. Genomen uit: imoa.info
4. V Jona en PM Marcus. (2005). De kristalstructuur en stabiliteit van molybdeen bij ultrahoge drukken. J. Phys.: Condens. Materie 17 1049.
5. Plansee. (sf). Molybdeen. Hersteld van: plansee.com
6. Lenntech. (2018). Molybdeen - Mo. Teruggeplaatst van: lenntech.com
7. Curiosoando.com (18 oktober 2016). Wat zijn de symptomen van een tekort aan molybdeen? Hersteld van: curiosoando.com
8. Ed Bloodnick. (21 maart 2018). Rol van molybdeen in de plantenteelt. Hersteld van: pthorticulture.com