מוליבדן: מבנה, תכונות, ערכיות, פונקציות - כִּימִיָה - 2025

מוליבדן (Mo) הוא מתכת מעבר השייכים לקבוצה 6, פרק 5 של הטבלה המחזורית. יש לו תצורה אלקטרונית (Kr) 4d ⁵ 5s ¹ ; מספר אטומי 42 ומסה אטומית ממוצעת של 95.94 גרם למול. יש לו 7 איזוטופים יציבים: ⁹² Mo, ⁹⁴ Mo, ⁹⁵ Mo, ⁹⁶ Mo, ⁹⁷ Mo, ⁹⁸ Mo ו- ¹⁰⁰ Mo; בהיותו האיזוטופ ⁹⁸ מו זה שנמצא בפרופורציה גדולה יותר.

זוהי מתכת לבנה בעלת מראה כסוף ובעלת תכונות כימיות הדומות לכרום. למעשה, שניהם הם אלמנטים מתכתיים מאותה קבוצה, כאשר הכרום ממוקם מעל מוליבדן; כלומר מוליבדן כבד יותר ורמת אנרגיה גבוהה יותר.

מקור: על ידי תמונות Hi-Res של אלמנטים כימיים (http://images-of-elements.com/molybdenum.php), באמצעות Wikimedia Commons

מוליבדן אינו נמצא חופשי בטבע, אך כחלק ממינרלים, כאשר השכיח ביותר הוא מוליבדן (MoS ₂ ). בנוסף, הוא קשור למינרלים גופרתיים אחרים, מהם מתקבל גם נחושת.

השימוש בו גבר במהלך מלחמת העולם הראשונה, כשהחליף את טונגסטן, שהיה נדיר בגלל ניצולו העצום.

מאפיינים

מוליבדן מאופיין בעמידותו הרבה, עמידות בפני קורוזיה, נקודת התכה גבוהה, היותה ניתנת לעיצוב ועמידה בטמפרטורות גבוהות. היא נחשבת למתכת עקשן מכיוון שיש לה נקודת התכה גבוהה יותר מפלטינה (1,772 מעלות צלזיוס).

יש לו גם מערך של תכונות נוספות: האנרגיה המחייבת של האטומים שלה היא גבוהה, לחץ אדי נמוך, מקדם התפשטות תרמי נמוך, רמת מוליכות תרמית גבוהה ועמידות חשמלית נמוכה.

כל המאפיינים והתכונות הללו אפשרו למוליבדן שימושים ויישומים רבים, שהבולט בהם הוא היווצרות של סגסוגות עם פלדה.

מצד שני, זהו מרכיב חיוני לחיים. בחיידקים וצמחים, מוליבדן הוא קופקטור הקיים באנזימים רבים המעורבים בקיבוע ובניצול החנקן.

מוליבדן הוא קופקטור לפעילותם של אנזימי אוקסוטרנספרז, המעבירים אטומי חמצן מהמים תוך העברת שני אלקטרונים. אנזימים אלה כוללים ראשית קסנטין אוקסידאז, שתפקידם לחמצן את קסנטין לחומצת שתן.

ניתן להשיג אותו ממספר מזונות, ביניהם: כרובית, תרד, שום, דגנים מלאים, כוסמת, נבט חיטה, עדשים, גרעיני חמנייה וחלב.

תַגלִית

מוליבדן אינו מבודד בטבעו, ולכן ברבים ממתחמיו הוא התבלבל בימי קדם עם עופרת או פחמן.

בשנת 1778 הצליח קרל וילהלם, כימאי ורוקח שוודי, לזהות מוליבדן כאלמנט מובחן. וילהלם טיפל במוליבדן (MoS ₂ ) בחומצה חנקתית, והשיג תרכובת בעלת אופי חומצי בו זיהה מוליבדן.

מאוחר יותר, בשנת 1782, הצליח פיטר ג'ייקוב הלם, באמצעות תרכובת החומצה של וילהלם, על ידי הפחתה בפחמן, לבודד מוליבדן טמא.

מִבְנֶה

מהו מבנה הגביש של מוליבדן? אטומי המתכת שלו מאמצים את מערכת הגביש המעוקבת שבמרכז הגוף (bcc) בלחץ אטמוספרי. בלחצים גבוהים יותר, אטומי מוליבדן דחוסים ויוצרים מבנים צפופים יותר, כגון מעוקב פנים מעוקב (fcc) ומשושה (hcp).

הקשר המתכתי שלו חזק, ועולה בקנה אחד עם העובדה שהוא אחד המוצקים עם נקודת ההתכה הגבוהה ביותר (2623ºC). חוזק מבני זה נובע מהעובדה שמוליבדן עשיר באלקטרונים, המבנה הגבישי שלו צפוף במידה ניכרת והוא כבד מכרום. שלושת הגורמים הללו מאפשרים לו לחזק את הסגסוגות בהן הוא חלק.

מצד שני, חשוב יותר ממבנה המוליבדן המתכתי הוא זה של תרכובותיו. מוליבדן מאופיין ביכולתו ליצור תרכובות דינוקליריות (Mo-Mo) או פולינוקריות (Mo-Mo-Mo- ···).

זה יכול גם לתאם עם מולקולות אחרות ליצירת תרכובות עם הנוסחאות MoX ₄ עד MoX ₈ . בתוך תרכובות אלה נפוצה נוכחותם של גשרי חמצן (Mo-O-Mo) או גופרית (Mo-S-Mo).

נכסים

מראה חיצוני

לבן כסוף מלא.

נקודת המסה

2,623 מעלות צלזיוס (2,896 K).

נקודת רתיחה

4,639 מעלות צלזיוס (4,912 K).

אנטלפיה של איחוי

32 ק"ג / מול.

אנטלפיה של אידוי

598 ק"ג / מול.

לחץ אדים

3.47 פא 'בגובה 3,000 ק'.

קשיות בסולם מוהס

5.5

מסיסות במים

תרכובות מוליבדן מסיסות במים בצורה נמוכה. עם זאת, יון המוליבדאט MoO ₄ ^-2 מסיס.

קורוזיה

הוא עמיד בפני קורוזיה והיא אחת המתכות המתנגדות בצורה הטובה ביותר לפעולה של חומצה הידרוכלורית.

חִמצוּן

זה לא מחליד בטמפרטורת החדר. כדי להחליד במהירות זה דורש טמפרטורות הגבוהות מ -600 מעלות צלזיוס.

ולנסיאס

תצורת האלקטרונים של מוליבדן היא 4d ⁵ 5s ¹ , כך שיש לה שישה אלקטרונים ערכיים. תלוי לאיזה אטום הוא נקשר, המתכת יכולה לאבד את כל האלקטרונים שלה ובעלת ערך של +6 (VI). לדוגמה, אם הוא יוצר קשרים עם אטום הפלואור האלקטרוניטיבי (MoF ₆ ).

עם זאת, הוא יכול לאבד 1 עד 5 אלקטרונים. לפיכך, הערכים שלו נעים בין +1 (I) ל- +5 (V). כאשר הוא מאבד אלקטרון אחד בלבד, הוא עוזב את מסלול ה ^-5 S, והתצורה שלו הופכת ל- 4d ⁵ . חמשת האלקטרונים של מסלול ה- 4d דורשים אמצעי תקשורת חומציים ומינים דמויי אלקטרונים לעזוב את אטום Mo.

מבין ששת האוורציות שלה, מהן הנפוצות ביותר? ה- +4 (IV) ו- +6 (VI). Mo (IV) יש תצורת 4d ² , ואילו Mo (VI),.

עבור Mo ⁴⁺ לא ברור מדוע הוא יציב יותר מאשר למשל Mo ³⁺ (כפי שקורה ל- Cr ³⁺ ). אבל עבור Mo ⁶⁺ אפשר לאבד את ששת האלקטרונים האלה מכיוון שקריפטון הגז האצילי הופך להיות איזואלקטרוני.

כלורידים מוליבדן

להלן סדרה של כלורידים מוליבדן עם חלפים או מצבי חמצון שונים, בין (II) ל- (VI):

דיקלוריד מולקולין (MoCl ₂ ). מוצק צהוב.

-מולבדן טריכלוריד (MoCl ₃ ). אדום כהה מוצק.

-מולבדן טטרכלוריד (MoCl ₄ ). שחור מוצק.

-מנטבולוריד מולקולין (MoCl ₅ ). ירוק כהה מוצק.

-הקסכולוריד מולקולין (MoCl ₆ ). חום מוצק.

פונקציות בגוף

מוליבדן הוא יסוד קורט חיוני לחיים, שכן הוא קיים כקופקטור במספר אנזימים. אוקסוטרנספרסים משתמשים במוליבדן כקופקטור כדי למלא את תפקידם של העברת חמצן ממים בעזרת זוג אלקטרונים.

בין אוקסוטרנספרסות הם:

• קסנטין אוקסידאז.
• אלדהיד אוקסידאז, המחמצן אלדהידים.
• אמינים וסולפידים בכבד.
• סולפיט אוקסידאז, המחמצן סולפיט בכבד.
• צמצום חנקתי.
• ניטריט רדוקטאז שנמצא בצמחים.

אנזים קסנטין

האנזים קסנטין אוקסידאז מזרז את הצעד הסופי בקטבוליזם של פורינים בפרימטים: המרת קסנטין לחומצה אורית, תרכובת המופרשת אז.

ל- Xanthine oxidase יש FAD כקואנזים. בנוסף, ברזל שאינו חמור ומוליבדן מעורבים בפעולה הקטליטית. ניתן לתאר את פעולת האנזים על ידי המשוואה הכימית הבאה:

קסנטין + H ₂ O + O ₂ => חומצת שתן + H ₂ O ₂

מוליבדן פועל כמוליפ-דופטרן קופקטור (Mo-co). קסנטין אוקסידאז נמצא בעיקר בכבד ובמעי הדק, אך השימוש בטכניקות אימונולוגיות איפשר את מיקומו בבלוטות החלב, בשרירי השלד ובכליות.

האנזים קסנטין אוקסידאז מעכב על ידי התרופה Allopurinol, המשמשת לטיפול בצנית. בשנת 2008 המסחור של התרופה Febuxostat החל עם ביצועים טובים יותר לטיפול במחלה.

אנזים אלדהיד אוקסידאז

האנזים אלדהיד אוקסידאז נמצא בציטופלסמה של התא, נמצא גם בממלכת הירקות וגם בממלכת החיות. האנזים מזרז את חמצון האלדהיד לחומצה קרבוקסילית.

ציטוכרום P ₄₅₀ וחומרי ביניים של האנזים monoamine oxidase (MAO) מזרזים גם הם את החמצון .

בשל הספציפיות הרחבה שלו, האנזים אלדהיד אוקסידאז יכול לחמצן תרופות רבות, ולבצע את תפקידו בעיקר בכבד. ניתן לתאר את פעולת האנזים על האלדהיד באופן הבא:

אלדהיד + H ₂ O + O ₂ => חומצה קרבוקסילית + H ₂ O ₂

אנזים סולפיט אוקסידאז

האנזים סולפיט אוקסידאז מעורב בהמרה של סולפיט לסולפט. זהו השלב הסופי בשפלת תרכובות המכילות גופרית. התגובה שמזרז את האנזים מתרחשת על פי הסכימה הבאה:

SO ₃ ^-2 + H ₂ O + 2 (ציטוכרום C) מחומצן => SO ₄ ^-2 + 2 (ציטוכרום C) מופחת + 2 H ⁺

מחסור באנזים עקב מוטציה גנטית אצל האדם יכול להוביל למוות בטרם עת.

סולפייט הוא תרכובת נוירוטוקסית, כך שפעילות נמוכה של האנזים סולפיט אוקסידזה יכולה להוביל למחלות נפש, פיגור שכלי, השפלה נפשית ובסופו של דבר למוות.

במטבוליזם של ברזל וכמרכיב בשיניים

מוליבדן מעורב במטבוליזם של ברזל, ומאפשר את ספיגת המעיים שלו ויצירת אריתרוציטים. בנוסף, זהו חלק מאמייל השיניים, ויחד עם פלואוריד הוא מסייע במניעת חללים.

מחסור ב

מחסור בצריכת מוליבדן נקשר לשכיחות גבוהה יותר של סרטן הושט באזורים של סין ואיראן, בהשוואה לאזורים בארצות הברית עם רמות גבוהות של מוליבדן.

החשיבות בצמחים

ניטראט רדוקטאז הוא אנזים הממלא תפקיד חיוני בצמחים שכן יחד עם האנזים ניטריט רדוקטאז הוא מתערב בהפיכת החנקה לאמוניה.

שני האנזימים זקוקים לקופקטור (Mo-co) לצורך פעולתם. ניתן לתאר את התגובה שמסוללת על ידי האנזים חנקה רדוקטאז כדלקמן:

ניטרט + תורם אלקטרונים + H ₂ O => ניטריט + תורם אלקטרונים מחומצן

תהליך הפחתת החמצון של החנקה מתרחש בציטופלסמה של תאי צמחים. ניטריט, תוצר של התגובה הקודמת, מועבר לפלסטיד. האנזים ניטריט רדוקטז פועל על ניטריט וגורם לאמוניה.

אמוניום משמש לסינתזה של חומצות אמינו. בנוסף, צמחים משתמשים במוליבדן בהמרת זרחן אורגני לזרחן אורגני.

זרחן אורגני קיים במספר רב של מולקולות תפקודיות ביולוגיות, כמו: ATP, גלוקוז-6-פוספט, חומצות גרעין, פוליפידים וכו '.

מחסור במוליבדן משפיע בעיקר על קבוצת המצליבים, הקטניות, הפוינטטיאס והכוכבים.

בכרובית, מחסור במוליבדן גורם להגבלה ברוחב הלהב, להפחתת גידול הצמח ויצירת הפרחים.

שימושים ויישומים

זָרָז

זה זרז לפירוק נפט, פטרוכימיה ונוזלים שמקורם בפחם. מתחם הזרז מורכב מ- MoS ₂ קבוע על אלומינה, ומופעל על ידי קובלט וניקל.

-מולבדת מהווה קומפלקס עם ביסמוט לחמצון סלקטיבי של פרופאן, אמוניה ואוויר. כך הם יוצרים אקרילוניטריל, אצטוניטריל וכימיקלים אחרים המהווים חומרי גלם לתעשיית הפלסטיק והסיבים.

באופן דומה, מוליבדאט מברזל מזרז את החמצון הסלקטיבי של מתנול לפורמלדהיד.

פיגמנטים

-מולבדן מעורב ביצירת פיגמנטים. לדוגמא, כתום מוליבדן נוצר על ידי משקעים משותפים של כרומט עופרת, מוליבדת עופרת וסולפט עופרת.

זהו פיגמנט בהיר שיציב בטמפרטורות שונות ומופיע בצבעים אדום בוהק, כתום או אדום-צהוב. הוא משמש להכנת צבעים ופלסטיק וכן למוצרי גומי וקרמיקה.

מוליבת

-Molybdate הוא מעכב קורוזיה. נתרן מוליבד שימש כתחליף לכרומאט כדי לעכב קורוזיה של פלדות מחוסמות בטווח pH רחב.

-משמש במקררי מים, מזגנים ומערכות חימום. מולית-דאטים משמשים גם לעיכוב קורוזיה במערכות הידראוליות ובהנדסת רכב. כמו כן, פיגמנטים המעכבים קורוזיה משמשים בצבעים.

-Molybdate, בשל תכונותיו של נקודת התכה גבוהה, מקדם התפשטות תרמי נמוך ומוליכות תרמית גבוהה, משמש לייצור קלטות וחוטים המשמשים את תעשיית התאורה.

-משמש בלוחות אם למוליכים למחצה; במוצרי אלקטרוניקה; אלקטרודות להמיס זכוכית; תאים לתנורים וטמפרטורות גבוהות לציפוי תאים סולריים ומסכים שטוחים.

וכן, מוליבדת משמשת לייצור כור היתוך לכל התהליכים הרגילים בתחום עיבוד ספיר.

סגסוגות עם פלדה

-מולבדן משמש בסגסוגות עם פלדה העומדות בטמפרטורות ולחצים גבוהים. סגסוגות אלה משמשות בענף הבנייה וייצור חלקים לכלי טיס וכלי רכב.

-Molybdate, אפילו בריכוזים נמוכים כמו 2%, מעניק לסגסוגת שלו עם פלדה עמידות גבוהה בפני קורוזיה.

שימושים אחרים

-Molybdate משמש בתעשייה האווירית; בייצור מסכי LCD; בטיפול במים ואפילו ביישום קרן הלייזר.

-מולבדת דיסולפיד הוא כשלעצמו חומר סיכה טוב ומספק תכונות סובלנות לחץ קיצוניות באינטראקציה של חומרי סיכה עם מתכות.

חומרי סיכה יוצרים שכבה גבישית על פני מתכות. הודות לכך, חיכוך מתכת-מתכת מצטמצם למינימום, אפילו בטמפרטורות גבוהות.

הפניות

1. ויקיפדיה. (2018). מוליבדן. התאושש מ: en.wikipedia.org
2. ר 'ספינה. (2016). מוליבדן. התאושש מ: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
3. איגוד מוליבדן בינלאומי (IMOA). (2018). מוליבדן. נלקח מ: imoa.info
4. יונה וממשלת מרקוס. (2005). מבנה הגביש והיציבות של מוליבדן בלחצים אולטרה-גבוהים. ג'יי פיז .: קונדנס. עניין 17 1049.
5. מתכנן. (sf). מוליבדן. התאושש מ: plansee.com
6. Lenntech. (2018). מוליבדן - התאושש ב. מ: lenntech.com
7. Curiosoando.com (18 באוקטובר 2016). מהם התסמינים של מחסור במוליבדן? התאושש מ: curiosoando.com
8. אד בלאדניק. (21 במרץ, 2018). תפקיד מוליבדן בגידול צמחים. התאושש מ: pthorticulture.com