Что такое молибден и где он используется. Молибден
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Молибден - сорок второй элемент Периодической таблицы. Обозначение - Mo от латинского «molybdaeum». Расположен в пятом периоде, VIB группе. Относится к металлам. Заряд ядра равен 42.
Главным природным соединением молибдена является молибденит, или молибденовый блеск, MoS 2 - минерал, очень похожий по внешнему виду на графит. Общее содержание молибдена в земной коре 0,001% (масс.).
В виде простого вещества молибден представляет собой серебристо-белый металл (рис. 1) плотностью 10,2 г/см 3 , плавящийся при 2620 o С. При комнатной температуре он не изменяется на воздухе, но при накаливании окисляется в белый триоксид MoO 3 . Соляная и разбавленная серная кислота при комнатной температуре не действуют на молибден; он растворяется в азотной или горячей концентрированной серной кислоте.
Рис. 1. Молибден. Внешний вид.
Атомная и молекулярная масса молибдена
Относительной молекулярная масса вещества (M r) - это число, показывающее, во сколько раз масса данной молекулы больше 1/12 массы атома углерода, а относительная атомная масса элемента (A r) — во сколько раз средняя масса атомов химического элемента больше 1/12 массы атома углерода.
Поскольку в свободном состоянии молибден существует в виде одноатомных молекул Мо, значения его атомной и молекулярной масс совпадают. Они равны 95,96.
Изотопы молибдена
Известно, что в природе молибден может находиться в виде пяти шести стабильных изотопов 92 Мо, 94 Мо, 95 Мо, 96 Мо, 97 Мо и 98 Мо. Их массовые числа равны 92, 94, 95, 96, 97 и 98 соответственно. Ядро атома изотопа молибдена 92 Мо содержит сорок два протона и пятьдесят нейтронов, а остальные изотопы отличаются от него только числом нейтронов.
Существуют искусственные нестабильные изотопы молибдена с массовыми числами от 83-х до 115-ти, а также восемь изомерных состояния ядер, среди которых наиболее долгоживущим является изотоп 93 Мо с периодом полураспада равным 4 тысячи лет.
Ионы молибдена
На внешнем энергетическом уровне атома молибдена имеется шесть электронов, которые являются валентными:
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 4 5s 2 .
В результате химического взаимодействия молибден отдает свои валентные электроны, т.е. является их донором, и превращается в положительно заряженный ион:
Мо o -2e → Мо 2+ ;
Мо o -3e → Мо 3+ ;
Мо o -4e → Мо 4+ ;
Мо o -5e → Мо 5+ ;
Мо o -6e → Мо 6+ .
Молекула и атом молибдена
В свободном состоянии молибден существует в виде одноатомных молекул Мо. Приведем некоторые свойства, характеризующие атом и молекулу молибдена:
Сплавы молибдена
Около 80% всего добываемого молибдена расходуется на производство специальных сортов стали. Он входит в состав многих нержавеющих сталей; кроме того, его введение способствует увеличению их жаропрочности.
Из сплава молибдена с танталом изготавливают лабораторную посуду, применяемую в химических лабораториях вместо платиновой.
Примеры решения задач
ПРИМЕР 1
| Задание | Рассчитайте массовые доли элементов, входящих в состав оксида молибдена, если его молекулярная формула имеет вид Мо 2 O 3 . |
| Решение | Массовая доля элемента в составе какой-либо молекулы определяется по формуле:
ω (Х) = n × Ar (X) / Mr (HX) × 100%. |
Молибден имеет важное значение для происходящих в организме человека процессов: этот металл входит в состав многих ферментов, без которых невозможен нормальный обмен веществ. Давайте разберемся, на что же он влияет и почему это так важно для нашего здоровья.
Молибден является катализатором окислительных реакций. Чтобы было более понятно, что он делает, приведем простую аналогию. Представим, что наша клетка - это двигатель внутреннего сгорания, в нее поступают питательные вещества и кислород, что, в целом, аналогично бензину и атмосферному воздуху для двигателя внутреннего сгорания. Но вы все, наверное, знаете, что если просто распылить бензин в воздухе, ничего не случится: нужна искра из свечи зажигания, чтобы смесь детонировала и отдала свою энергию двигателю. Так и в клетках нашего организма: окислительные ферменты, такие как например сульфитоксидаза, выполняют роль, аналогичную зажиганию в автомобильном двигателе. Они запускают процесс перехода питательных веществ и кислорода в энергию, необходимую для поддержания работы наших клеток и тканей. Как вы понимаете, машина без зажигания в двигателе никуда не уедет, а человек с неработающими окислительными ферментами никак не будет здоров.
И хотя участие молибдена в окислительно-восстановительных реакциях очень важно для организма, это не единственная его роль, которую он выполняет в теле человека. Молибден необходим для нормальной работы ксантооксидазы – фермента, который обеспечивает переработку азотистых соединений в нашем организме. Наше тело регулярно обновляет клеточный состав, в результате этого остается много шлаков и токсинов, содержащих избыток азота, который выводится с помощью мочевины через почки. Именно фермент ксантооксидаза позволяет превратить весь этот органический мусор, скапливающийся в нашем теле, в удобную для выделения форму. Если провести аналогию, то работу этого фермента можно сравнить с уборкой мусора в мусорный пакет, что позволяет вам выбросить сразу все, а не выносить пустые банки и обертки в мусорный ящик по одной.
Молибден попадает в организм с пищей и достаточно легко всасывается, в зависимости от формы поступления всасывается от 25 до 80% поступающего с пищей вещества. Всасывание происходит преимущественно в желудке и в начальных отделах тонкого кишечника. На поступление молибдена из пищеварительного тракта также сильно влияет количество соединений серы, содержащихся в пище, их дефицит значительно затрудняет всасывание молибдена. При попадании в кровь молибден с помощью специальных транспортных белков перемешается в печень, где используется для синтеза ферментов. Выводится молибден преимущественно почками, как следствие, в человеческом организме концентрация молибдена максимально высока в печени, где он используется на нужды организма, и в почках, через которые выводится его избыток. В крови молибден равномерно распределен между клеточной и жидкой частью крови. Организм человека не накапливает избыток молибдена и выводит его через почки и с желчью.
Суточная потребность
Человеку в сутки требуются 75-250 мкг молибдена, в зависимости от физической нагрузки и массы тела.Для людей старше 70 лет потребность в молибдене снижается примерно на 25% и не превышает 200 мкг .
По данным некоторых специалистов потребность в молибдене может быть несколько выше и достигать 300-400 мкг .
При обычном пищевом рационе в наш организм попадает от 50 до 100 мкг молибдена, то есть обычный рацион питания обеспечивает минимально необходимое потребление данного микроэлемента.
Наибольшее количества молибдена содержится в молочных продуктах, высушенных бобах, капусте, шпинате, крыжовнике, черной смородине, печени, почках, выпечке. Относительно мало молибдена в моркови, фруктах, сахаре, маслах, жирах, рыбе.
Передозировка
Молибден относительно нетоксичен. Для проявления его негативных эффектов необходимо получить в сутки дозу равную 5000 мкг , смертельная доза составляет 50 000 мкг . Создать передозировку молибдена довольно трудно: если вдыхать чистый металл или есть порошок, то он практически не будет всасываться. В случае же передозировки биологических соединений, содержащих молибден, их всасывание также практически прекращается. Потребление молибдена хорошо контролируется нашим организмом, и чем больше его поступает, тем меньше всасывается. Чтобы набрать токсическую дозу, нужно съесть в сотни раз большее, чем опасная доза, количество молибдена. Острые отравления молибденом практически не встречаются, хроническая передозировка молибдена во многом напоминает состояния, возникающие при дефиците меди. У такого человека происходит замедление роста, развивается анемия , начинает накапливаться в крови азотистые шлаки, возможно развитие подагры.Дефицит
Дефицит молибдена - довольно редкое состояние, но он вполне возможен в некоторых случаях. Обычно такие состояния развиваются у людей, получающих внутривенное питание в течение длительного времени, например, у лиц, находящихся в реанимации, или у больных с нарушением работы желудочно-кишечного тракта.Другими причинами дефицита молибдена может стать жесткая вегетарианская диета, не сбалансированная по микроэлементам, и генетические дефекты, нарушающие нормальное всасывание из кишечника. При дефиците молибдена страдает обмен азотистых оснований и адекватное связывание и выведение неорганических сульфатных соединений.
При хроническом дефиците молибдена у детей развиваются тяжелые врожденные патологии. Нарушается нормальное развитие головного мозга, развивается умственная отсталость, страдает зрение. Также было доказано, что дефицит молибдена значимо повышает риск развития рака пищевода.
Подводя итоги
Можно сказать, что молибден являет значимым для нашего организма микроэлементом и его дефицит приводит к серьезным последствиям. Однако серьезно опасаться дефицита молибдена в обычных условиях не стоит. Наша пища содержит его в достаточном для обеспечения ежедневных потребностей количестве. Проблемы с его дефицитом могут возникнуть при относительно экзотических диетах и при тяжелых состояниях, при которых человек будет вынужден перейти на внутривенное питание.К дефициту молибдена может также привести отравление свинцом и ванадием.
Переизбытка молибдена опасаться не стоит: развивается он крайне редко, как правило, только у работников металлургических производств.
Включив в свой рацион молочные продукты, зерновые, выпечку, печень и почки крупного рогатого скота, вы без проблем обеспечите себя нужным уровнем молибдена для оптимальной работы вашего организма.
Этот достаточно распространенный микроэлемент не нуждается в специальном контроле уровня, и дополнительный прием препаратов, его содержащих, для относительно здорового человека, не имеющего отравления тяжелыми металлами, не нужен.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Молибден - светло-серый твердый металл (рис. 1), имеющий объемно-центрированную кубическую структуру. Парамагнитен. Хорошо проводит электрический ток, отличается высокой твердостью, царапает стекло.
На механические свойства молибдена сильно сильное влияние оказывает наличие примесей: чистый металл - пластичный, а содержащий даже небольшую долю примесей азота и кислорода - хрупкий и ломкий.
Рис. 1. Молибден. Внешний вид.
При комнатной температуре он не изменяется на воздухе, но при накаливании окисляется в белый триоксид MoO 3 . Соляная и разбавленная серная кислота при комнатной температуре не действуют на молибден; он растворяется в азотной или горячей концентрированной серной кислоте.
Основные константы молибдена приведены в таблице ниже.
Таблица 1. Физические свойства и плотность молибдена.
Нахождение молибдена в природе
Молибден относят к редким и рассеянным металлам: его содержание в земной коре составляет 3×10 -3 % (масс.). Основная форма нахождения молибдена в природе - полевые шпаты, пироксены. Из минералов молибдена наибольшее значение имеет молибденит MoS 2 , в основном благодаря тому, что не содержит значительных количеств других металлов, что существенно облегчает переработку руды. Продуктами его окисления в природных условиях являются вульфенит PbMoO 4 и повеллит CaMoO 4 .
Краткое описание химических свойств и плотность молибдена
Несмотря на то, что молибден в ряду напряжений стоит левее водорода, он подобно другим тяжелым переходным металлам не взаимодействует с кислотами-неокислителями. Однако, семь концентрированных азотной и плавиковой кислот переводит его в раствор:
Mo + 8HF + 2HNO 3 = H 2 MoF 8 + 2NO + 4H 2 O.
Молибден хорошо растворим и в горячих концентрированных растворах азотной или серной кислоты, а также в царской водке. Он устойчив в щелочных растворах, но в присутствии окислителей (KNO 3 , KClO 3) растворяется в расплавах щелочей:
Mo + 3KNO 3 + 2KOH = K 2 MoO 4 + 3KNO 2 + H 2 O (t, o C).
При нагревании молибден вступает в реакции с неметаллами: в большинстве случаев молибден окисляется до степени окисления +6. Так, порошок металла при нагревании в кислороде примерно до 800 o С воспламеняется сгорая до оксида MoO 3 . В атмосфере фтора молибден превращается в высший фторид MoF 6 , при хлорировании образуется MoCl 5 . Серой молибден окисляется до дисульфида MoS 2 . С азотом и углеродом он образует высокотвердые и жаропрочные нитриды (Mo 2 N, Mo 5 N 2 , MoN и др.) и карбиды (Mo 2 C, MoC и т.д.).
Mo + 3F 2 = MoF 6 ;
2Mo + 5Cl 2 = 2MoCl 5 ;
2Mo + 3O 2 = 2MoO 3 ;
Mo + 2S = MoS 2 .
Примеры решения задач
ПРИМЕР 1
ПРИМЕР 2
| Задание | Плотность простого вещества газа азота по воздуху равна 0,9655. Вычислите молярную массу азота и его формулу. |
| Решение | Отношение массы данного газа к массе другого газа, взятого в том же объеме, при той же температуре и том же давлении, называется относительной плотностью первого газа по второму. Данная величина показывает, во сколько раз первый газ тяжелее или легче второго газа.
Молярная масса газа равна его плотности по отношению к другому газу, умноженной на молярную массу второго газа: Относительную молекулярную массу воздуха принимают равной 29 (с учетом содержания в воздухе азота, кислорода и других газов). Следует отметить, что понятие «относительная молекулярная масса воздуха» употребляется условно, так как воздух - это смесь газов. Тогда, молярная масса газа азота будет равна: M gas = D air × M(air) = 0,9655× 29 = 28г/моль. Относительная атомная масса азота равна 14,0067а.е.м. Тогда, в состав молекулы азота входит M gas /A r (N) атомов азота: M gas / A r (N) = 28 / 14,0067= 2. Значит формула молекулы азота N 2 . |
| Ответ | Молярная масса азота равна 28 г/моль, а формула молекулы азота N 2 |
Молибден находит широкое применение в металлургической промышленности в качестве легирующего элемента при производстве специальных сталей.
Молибден применяется также как главная составляющая жаропрочных сплавов, особенно в последние годы в связи с развитием газотурбостроения (газовые турбины, ракеты, реактивные двигатели и т.д.).
Добавки молибдена повышают прочность, предел упругости, сопротивление ползучести при повышенных температурах, а также коррозионную стойкость стали.
Чистый молибден в виде ленты и проволоки используется для нагревателей в печах электросопротивления и в виде жести в электровакуумной и радиотехнической промышленности. Карбид молибдена используется при изготовлении твердых сплавов.
В химической промышленности молибден используется для производства красителей и специальных составов, повышающих огнестойкость пропитываемых ими тканей и дерева, а также при изготовлении удобрений для сельского хозяйства (кристаллы, содержащие 97% дигидрата молибдена), катализаторов и смазочных веществ (дисульфит молибдена).
Молибден поддается прокатке, штамповке и ковке.
Молибденовый порошок, получаемый восстановлением трехокиси молибдена или аммониевого соединения молибдена в атмосфере водорода, служит исходным материалом для получения металлических штабиков, которые используются для изготовления сплавов или производства прутков, проволоки, листов, труб и других изделий из чистого молибдена.
Молибден, предназначенный для производства специальных сплавов, выпускается по техническим условиям ЦМТУ 4787-56 высокой чистоты с содержанием молибдена 99,98%; примеси олова, свинца, кадмия, висмута и сурьмы не должны превышать 0,0001% каждого; меди, цинка, магния, алюминия, кремния, мышьяка, серы и фосфора - 0,001% и железа - 0,005%, а всего примесей должно быть менее 0,02%.
В настоящее время в полупромышленном масштабе получают молибден чистоты 99,99%.
Молибден высокой чистоты выпускается в виде порошка или штабиков квадратного сечения размерами от 10х10 до 25х25 мм и длиной 350-460 мм.
Молибденовые штабики, предназначенные для производства проволоки, прутков, листов, труб и других изделий, изготовляются по техническим условиям ТУОР 7-53 сечением не менее 14,5х14,5 мм и длиной более 450 мм. Химический состав таких штабиков должен быть (% к металлу): не более 0,03 R2O3 (сумма окислов трехвалентных металлов), 0,03Si02, 0,005 никеля и 0,008 окиси магния и кальция; остальное молибден.
Так как металлический молибден получается металлокерамическим способом, то свойства молибдена зависят от предварительной его обработки
Механические свойства молибдена в зависимости от состояния приведены в табл. 39.
Основным недостатком молибдена является большая скорость окисления его при высоких температурах (в потоке воздуха при 1000° скорость окисления 0,5-1,25 мм/час), уже при температуре порядка 800° на поверхности металла образуется окисел молибдена М0О3, который испаряется со значительной скоростью. В сухом воздухе при 500° молибден почти не окисляется. Для защиты поверхности молибдена от окисления его плакируют другими металлами (никелем, сплавом платины с родием и др.) или легируют некоторыми элементами, предотвращающими образование М0О3.
Кислород является вредной примесью в молибдене и допускается не более 0,003%. При большем содержании кислорода выделяющаяся при охлаждении металла и распологающаяся по границам зерен окись молибдена сообщает ему хрупкость и делает не пригодным для обработки давлением.
Развитие высокотемпературной техники потребовало создать молибденовые сплавы с высокой температурой рекристаллизации, высокой твердостью и прочностью при повышенной температуре и хорошей коррозионной стойкостью. Легирующие добавки позволили значительно улучшить свойства молибдена при высоких температурах.
Влияние различных добавок при комнатной температуре на твердость молибдена приведено на рис. 43, а при повышенных температурах - на рис. 44.
Предел прочности и удлинение некоторых молибденовых сплавов в зависимости от температуры отжига приведены на рис. 45.
Установлено, что в твердых растворах легирующие добавки с большим атомным радиусом, чем у молибдена, сильно тормозят рекристаллизацию, а с меньшим атомным радусом - мало влияют на рекристаллизацию. Например цирконий (атомный радиус 1,55 А) значительно повышает температуру рекристаллизации при незначительном его добавлении в молибден, а ниобий (атомный радиус 1,43 А) начинает влиять на рекристаллизацию при добавках его выше 1%. Сильно повышают температуру рекристаллизации молибдена добавки бериллия, марганца, ванадия и хрома.
Легирующие добавки значительно улучшают механические свойства сплавов молибдена, повышают их коррозионную стойкость, прочность и твердость при высоких температурах. Сплавы молибдена с кремнием обладают высокой жаростойкостью при высоких температурах (1500°).
Молибден с добавкой 0,5% титана обладает более удовлетворительной прочностью при температурах выше 800°, чем другие сплавы.
Хром в количестве 1,2% несколько уменьшает окисляемость молибдена при высоких температурах, но делает молибден хрупким, уменьшая его способность к ковке. Молибден, содержащий 0,1% бериллия, хорошо поддается термообработке.
01.04.2019
Все мы знаем, что транспортерная лента выступает в качестве тяговой и несущей части конвейера ленточного типа. Такие изделия производят из разнообразных полимерных...
01.04.2019
Современные утюги очень практичные и удобные. Однако и они требуют регулярного ухода. От состояния утюга зависит качество глажки одежды. Важно, чтобы он был всегда...
01.04.2019
Из нашего материала вы узнаете, что делать, если забился унитаз, как можно прочистить его самостоятельно без вантуза и троса, и почему он засоряется....
01.04.2019
Известная корпорация из Черногории под названием Uniprom, под контролем которой находится алюминиевое предприятие Kombinat Aluminijuma Podgorica, сделала заявление о...
01.04.2019
В наше время, сдавая металлолом, вы имеете уникальную возможность получить максимально быстро неплохой доход, при этом у владельца лома отсутствуют какие-либо...
01.04.2019
На сегодняшний день промышленный демонтаж является весьма популярной услугой, которую необходимо заказывать для сноса строения и х модернизации. Вся процедура состоит из...
31.03.2019
Любая отрасль производства развивается и растёт. Технологии, бывшие прорывными десять лет, уже не кажутся чем-то необычным, что нередко ведёт к потери прибыли, как...
29.03.2019
На территории Объединённых Арабских Эмиратов корпорация United Iron & Steel Company передала в использование комплекс, который состоит из двухтактного агрегата...
29.03.2019
На сегодняшний день электрические лебедки являются не просто востребованными конструкциями, а попросту необходимыми изделиями для подъёма грузов. В таких агрегатах...
Химия является фундаментом нашей жизни. Все предметы обихода состоят из соединений элементов таблицы Менделеева. Ежеминутно в организме человека происходят сложнейшие превращения, в которых участвуют химические вещества. В этой статье будет рассказано о таком металле, как молибден: где применяется, его свойства и роль в организме человека.
Углубимся в историю
Минералы, имеющие в своём составе молибден, были известны ещё в Древней Греции. Эти природные соединения имели структуру, подобную графиту. Поэтому часто использовались наряду с ним для создания грифелей. Молибденит MoS₂ обладал серо-зелёным оттенком при письме на бумаге. За характерный блеск ему было дано название molybdaena - «подобный свинцу».
Карл Вильгельм Шееле проводил исследования, благодаря которым синтезировал трехокись MoO₃, но из-за отсутствия соответствующей печи не смог выделить металл в чистом виде. Йёнсу Якобу Берцелиусу удалось в 1817 году получить молибден путём восстановления оксида не с углём, а с водородом. Синтезированный химический элемент был тщательно исследован и описан в трудах учёного.
Физические свойства
Благодаря тугоплавкости молибдена из него создают пресс-формы для отливки деталей из меди, алюминия и цинка. Высокая прочность металла позволяет проводить процессы под большим давлением.
Прокат и штамповка, применение
Из заготовок, получаемых при выплавке порошка, создают прокатные изделия - прутки и проволоку. Они состоят из чистого металла под названием молибден. Где применяется такая продукция? Наиболее часто её используют в изготовлении термопар, которые служат для измерения температур свыше 2000 ⁰C. Крючки и керны для навивки вольфрамовой нити в лампе накаливания также делают из молибденовой проволоки. Вводы катодов и фокусирующие электроды в и генераторных ламп должны быть надёжными и отвечать требованиям высокой тугоплавкости металла. Для этих целей отлично подходит прокат молибдена.
Прутки и пластины используются вместо электродов в высокотемпературных плавильных печах. Они должны находиться в специальной среде, состоящей из аргона, водорода либо вакуума. Благодаря тому, что молибден не вступает со стеклом в химические реакции, он применяется для изготовления деталей плавильной печи.
Применение в других отраслях промышленности
Молибден нашёл применение в нефтяной промышленности. Там его используют в качестве катализатора, способного очистить продукцию от примеси серы. На основе дисульфида алюминия изготавливают смазочные материалы. Они стабилизируют работу различных аппаратов и защищают поверхности от механического воздействия при высоких температурах. Обладает такая смазка и антикоррозионными свойствами.
При изготовлении лакокрасочных материалов, где применяется молибден и его оксиды, получают стойкие пигменты жёлто-оранжевых тонов. Синтез искусственных волокон также не проходит без этого вещества. Для повышения содержания азота в почве используют микроудобрения, в состав которых входит молибден.
Роль молибдена в организме
Молибдену отводится немалая роль в организме человека. Он участвует в синтезе гемоглобина, азотистом и пуриновом обмене. Отвечает за усвоение железа и витамина C, является мощным антиоксидантом. Микроэлемент оказывает онкопротекторное, омолаживающее действие.
Продукты, богатые молибденом, - это бобовые и злаковые культуры, листовые овощи. Необходимое количество микроэлемента ежедневно поступает в организм, если вы правильно питаетесь. Его нехватку можно восполнить, используя минеральные комплексы.