Молибден: все, что нужно знать об элементе

Нахождение в природе

Содержание в земной коре — 3⋅10−4 % по массе. В свободном виде молибден не встречается. В земной коре молибден распространён относительно равномерно. Меньше всего содержат молибдена ультраосновные и карбонатные породы (0,4—0,5 г/т). Концентрация молибдена в породах повышается по мере увеличения SiO2.

Молибден находится также в морской и речной воде, в золе растений, в углях и нефти. Содержание молибдена в морской воде колеблется от 8,9 до 12,2 мкг/л для разных океанов и акваторий. Общим является то, что воды вблизи берега и верхние слои меньше обогащены молибденом, чем воды на глубине и вдали от берега.

Наиболее высокие концентрации молибдена в породах связаны с акцессорными минералами (магнетит, ильменит, сфен), однако основная масса его заключена в полевых шпатах и меньше в кварце. Молибден в породах находится в следующих формах: молибдатной и сульфидной в виде микроскопических и субмикроскопических выделений, изоморфной и рассеянной (в породообразующих минералах).

Молибден обладает большим сродством с серой, чем с кислородом, и в рудных телах образуется сульфид четырёхвалентного молибдена — молибденит. Для кристаллизации молибденита наиболее благоприятны восстановительная среда и повышенная кислотность. В поверхностных условиях образуются преимущественно кислородные соединения MO6 .

В первичных рудах молибденит встречается в ассоциации с вольфрамитом и висмутином, с минералами меди (медно-порфировые руды), а также с галенитом, сфалеритом и урановой смолкой (в низкотемпературных гидротермальных месторождениях). Хотя молибденит считается устойчивым сульфидом по отношению к кислым и щелочным растворителям, в природных условиях при длительном воздействии воды и кислорода воздуха молибденит окисляется, и молибден может интенсивно мигрировать с образованием вторичных минералов. Этим можно объяснить повышенные концентрации молибдена в осадочных отложениях — углистых и кремнисто-углистых сланцах и углях.

Известно около 20 минералов молибдена. Важнейшие из них: молибденит MoS2 (60 % Mo), повеллит CaMoO4 (48 % Mo), молибдит Fe(MoO4)3·nH2O (60 % Mo) и вульфенит PbMoO4.

Месторождения

Крупные месторождения молибдена известны в США, Мексике, Чили, Канаде, Австралии, Норвегии, России. В России молибден выпускают на Сорском ферромолибденовом заводе. Более 7 % от мировых запасов молибдена расположены в Армении, причем 90 % из них сосредоточены в Каджаранском медно-молибденовом месторождении.

В космосе

Аномально высокое содержание молибдена наблюдается в звёздных образованиях, состоящих из красного гиганта (или сверхгиганта), внутри которого находится нейтронная звезда — объектах Ландау — Торна — Житковой.

В земной коре находится 0,003 % молибдена в составе минералов. Он распространен относительно равномерно, более концентрирован в породах, в которых содержится диоксид кремния. Для кристаллизации металла необходимы высокая кислотность и восстановительная среда. Наименьшее содержание молибдена фиксируется в карбонатных и ультраосновных породах.

Металл также содержится в нефти, углях, золе растений и воде — речной и морской. Морские воды на глубине более обогащены молибденом, чем воды у берега. В космосе зафиксировано аномально высокое содержание молибдена внутри красных гигантов с нейтронными звездами.

Самые крупные месторождения металла находятся в США, России, Армении, Канаде, Мексике, Чили, Австралии и Норвегии.

История и происхождение названия

Открыт в 1778 году шведским химиком Карлом Шееле, который, прокаливая молибденовую кислоту, получил MoO3. В металлическом состоянии впервые получен П. Гьельмом в 1781 году восстановлением оксида углём: он получил молибден, загрязнённый углеродом и карбидом молибдена. Чистый молибден в 1817 году получил Й. Берцелиус восстановлением оксида водородом.

Название происходит от др.-греч. μόλυβδος, означающего «свинец». Оно дано из-за внешнего сходства молибденита (MoS2), минерала, из которого впервые удалось выделить оксид молибдена, со свинцовым блеском (PbS). Вплоть до XVIII века молибденит не отличали от графита из-за свинцового блеска, эти минералы носили общее название «молибден».

Физические свойства

Молибден — светло-серый металл с кубической объёмноцентрированной решёткой типа α-Fe (a = 3,14 Å; z = 2; пространственная группа Im3m), парамагнитен, шкала Мооса определяет его твёрдость 4,5 баллами. Механические свойства, как и у большинства металлов, определяются чистотой металла и предшествующей механической и термической обработкой (чем чище металл, тем он мягче).

Изотопы

Основная статья: Изотопы молибдена

Предлагаем ознакомиться  Как приготовить ребрышки барбекю: секреты, советы и рецепты

Природный молибден состоит из семи изотопов: 92Mo (15,86 % по массе),94Mo (9,12 %), 95Mo (15,70 %), 96Mo (16,50 %), 97Mo (9,45 %), 98Mo (23,75 %) и 100Mo (9,62 %). Шесть из них стабильны, 100Mo слаборадиоактивен (период полураспада 8,5⋅1018 лет, что в миллиард раз больше возраста Вселенной). Из искусственных изотопов самым стабильным является 93Mo, с периодом полураспада 4 тысячи лет, период полураспада остальных изотопов не превышает 3 суток.

Свойство

Значение

Группа металлов

Тугоплавкий

Плотность при 20°С

10,2 г/cм3

Температура плавления

2610 °С

Температура кипения

4612 °С

Теплопроводность

142 Вт/(м*К)

Теплота плавления

28 кДж/моль

Теплота испарения

590 кДж/моль

Удельная теплоемкость

0,256 Дж/(г*К)

Электросопротивление

5,70 мкОм*см

Молярный объем

9,4 см3/моль

Модуль сдвига

122 ГПа

Твердость

125 НВ

Коэффициент линейного расширения

4,9 10-6 К-1

Химические свойства

Молибден устойчив при нормальных условиях. Окисление начинается, когда металл нагревается до температуры 400 ⁰С. После 600 ⁰С происходит быстрый переход в триоксид молибдена.

Свойство

Значение

Ковалентный радиус:

130 пм

Радиус иона

( 6e) 62 ( 4e) 70 пм

Электроотрицательность (по Полингу):

2,16

Электродный потенциал:

Степени окисления

6, 5, 4, 3, 2

При комнатной температуре на воздухе молибден устойчив. Начинает окисляться при 400 °C. Выше 600 °C быстро окисляется до триоксида MoO3. Этот оксид получают также окислением дисульфида молибдена MoS2 и термолизом молибдата аммония (NH4)6Mo7O24·4H2O.

Mo образует оксид молибдена (IV) MoO2 и ряд оксидов, промежуточных между MoO3 и MoO2.

С галогенами Mo образует ряд соединений в разных степенях окисления. При взаимодействии порошка молибдена или MoO3 с F2 получают гексафторид молибдена MoF6, бесцветную легкокипящую жидкость. Mo ( 4 и 5) образует твердые галогениды MoHal4 и MoHal5 (Hal = F, Cl, Br). С йодом известен только дийодид молибдена MoI2. Молибден образует оксигалогениды: MoOF4, MoOCl4, MoO2F2, MoO2Cl2, MoO2Br2, MoOBr3 и другие.

Молибден: все, что нужно знать об элементе

При нагревании молибдена с серой образуется дисульфид молибдена MoS2, с селеном — диселенид молибдена состава MoSe2. Известны карбиды молибдена Mo2C и MoC — кристаллические высокоплавкие вещества и силицид молибдена MoSi2.

Особая группа соединений молибдена — молибденовые сини. При действии восстановителей — сернистого газа, цинковой пыли, алюминия или других на слабокислые (pH=4) суспензии оксида молибдена образуются ярко-синие вещества переменного состава: Mo2O5·H2O, Mo4O11·H2O и Mo8O23·8H2O.

Mo образует молибдаты, соли не выделенных в свободном состоянии слабых молибденовых кислот, xH2O· MoO3 (парамолибдат аммония 3(NH4)2O·7MoO3·zH2O; CaMoO4, Fe2(MoO4)3 — встречаются в природе). Молибдаты металлов I и III групп содержат тетраэдрические группировки [MoO4].

При подкислении водных растворов нормальных молибдатов образуются ионы MoO3OH−, затем ионы полимолибдатов: гепта-, (пара-) Mo7O266−, тетра-(мета-) Mo4O132−, окта- Mo8O264− и другие. Безводные полимолибдаты синтезируют спеканием MoO3 с оксидами металлов.

Существуют двойные молибдаты, в состав которых входят сразу два катиона, например, M 1M 3(MoO4)2, M 15M 3(MoO4)4. Оксидные соединения, содержащие молибден в низших степенях окисления — молибденовые бронзы, например, красная K0,26MoO3 и синяя K0,28MoO3. Эти соединения обладают металлической проводимостью и полупроводниковыми свойствами.

Добыча

Залежи молибдена и его добыча по странам
Страна Залежи (тыс. т) 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2014
 США 2700 37,6 32,3 29,9 41,5 58,0 59,8 59,4 68,2
 Китай 3000 28,2 30,33 32,22 29,0 40,0 43,94 46,0 103,0
 Чили 1905 33,5 29,5 33,4 41,48 47,75 43,28 41,1 48,8
 Перу 850 8,35 8,32 9,63 9,6 17,32 17,21 17,25 17,0
 Канада 95 8,56 7,95 8,89 5,7 7,91 7,27 8,0 9,7
 Россия 360 3,93 4,29 3,57 3,11 3,84 3,94 4,16 4,8
 Мексика 135 5,52 3,43 3,52 3,7 4,25 2,52 4,0 14,4
 Армения 635 3,4 3,6 3,5 3,0 2,75 3,0 3,0 7,1
 Иран 120 2,6 2,4 2,4 1,5 2,0 2,0 2,5 4,0
 Монголия 294 1,42 1,59 1,6 1,7 1,19 1,2 1,5 2,0
 Узбекистан 203 0,58 0,5 0,5 0,5 0,57 0,6 0,5 0,5
 Болгария 10 0,4 0,4 0,2 0,2 0,2 0,4 0,4 ?
 Казахстан 130 0,09 0,05 0,05 0,23 0,23 0,25 0,4
 Киргизия 100 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 ?
Прочие 1002
Итого 11539 134,4 124,91 129,63 141,47 186,26 185,66 188,71
Предлагаем ознакомиться  Дуб черешчатый лист описание фото

Молибден: все, что нужно знать об элементе

1. Контактово-метасоматические (скарновые).

2. Гидротермальные.

А. Высокотемпературные (грейзеновые).
Б. Среднетемпературные.
а. кварц-молибденитовые.
б. кварц-сфалерит-галенит-молибденитовые.
в. кварц-халькопирит-молибденитовые (меднопорфировые руды).
г. настуран-молибденитовые.

Получение

 2MoS2 7O2 ⟶ 2MoO3 4SO2 ,
 MoO3 3H2 ⟶ Mo 3H2O

Полученные заготовки обрабатывают давлением (ковка, прокатка, протяжка).

Достоинства и недостатки молибдена

Достоинства

Недостатки

Благодаря низкой плотности молибдена сплавы на его основе имеют большую удельную прочность.

Высокий модуль упругости.

Термостойкость.

Жаропрочность.

Высокая коррозионная устойчивость. Молибден не реагирует с плавиковой, соляной, серной кислотами и с большей частью щелочных растворов.

Металл имеет малый температурный коэффициент расширения.

При использовании молибденовых сплавов сварные швы отличаются хрупкостью.

При низких температурах обладает малой пластичностью.

При нагартовке можно упрочнять металл только до температуры 800 ⁰С. При дальнейшем нагревании происходит образный эффект — металл разупрочняется.

Низкий уровень окалийности.

Применение

Молибден используется для легирования сталей как компонент жаропрочных и коррозионностойких сплавов. Молибденовая проволока (лента) служит для изготовления высокотемпературных печей, вводов электрического тока в лампах накаливания. Соединения молибдена — сульфид, оксиды, молибдаты — являются катализаторами химических реакций, пигментами красителей, компонентами глазурей.

Молибден — один из немногих легирующих элементов, способных одновременно повысить прочностные, вязкие свойства стали и коррозионную стойкость. Обычно при легировании одновременно с увеличением твёрдости растёт и хрупкость металла. Известны случаи использования молибдена при изготовлении в Японии холодного оружия в XI—XIII веках.

Молибден-99 используется для получения технеция-99, который используется в медицине при диагностике онкологических и некоторых других заболеваний. Общее мировое производство молибдена-99 составляет около 12 000 кюри в неделю (из расчёта активности на шестой день), стоимость молибдена-99 — 46 млн долларов за 1 грамм (470 долларов за 1 Ки).

В 2005 году мировые поставки молибдена (в пересчёте на чистый молибден) составили, по данным «Sojitz Alloy Division», 172,2 тыс. тонн (в 2003 году — 144,2 тыс. тонн). Чистый монокристаллический молибден используется для производства зеркал для мощных газодинамических лазеров. Теллурид молибдена является очень хорошим термоэлектрическим материалом для производства термоэлектрогенераторов (термо-ЭДС 780 мкВ/К). Трёхокись молибдена (молибденовый ангидрид) широко применяется в качестве положительного электрода в литиевых источниках тока.

Молибден применяется в высокотемпературных вакуумных печах сопротивления в качестве нагревательных элементов и теплоизоляции. Дисилицид молибдена применяется в качестве нагревателей в печах с окислительной атмосферой, работающих до 1800 °C.

Из молибдена изготовляются крючки-держатели тела накала ламп накаливания, в том числе ламп накаливания общего назначения.

Молибденовая проволока диаметром 0,05—0,2 мм используется в проволочных электроэрозионных станках для резки металлов с очень высокой точностью (до 0,01 мм), в том числе и заготовок большой толщины (до 500 мм). В отличие от медной и латунной проволоки, которые используются однократно в подобных станках, молибденовая — многоразовая (~300—500 метров хватает на 30—80 часов непрерывной работы), что несколько уменьшает точность обработки, но повышает её скорость и снижает её стоимость.

Биологическая роль

Физиологическое значение молибдена для организма животных и человека было впервые показано в 1953 году, с открытием влияния этого элемента на активность фермента ксантиноксидазы. Молибден промотирует (делает более эффективной) работу антиокислителей, в том числе витамина С. Важный компонент системы тканевого дыхания.

Усиливает синтез аминокислот, улучшает накопление азота. Молибден входит в состав ряда ферментов (альдегидоксидаза, сульфитоксидаза, ксантиноксидаза и др.), выполняющих важные физиологические функции, в частности, регуляцию обмена мочевой кислоты. Молибденоэнзимы катализируют гидроксилирование различных субстратов.

Недостаток молибдена в организме сопровождается уменьшением содержания в тканях ксантиноксидазы. При недостатке молибдена страдают анаболические процессы, наблюдается ослабление иммунной системы. Тиомолибдат аммония (растворимая соль молибдена), является антагонистом меди и нарушает её утилизацию в организме.

Круговорот азота

Молибден входит в состав активного центра нитрогеназы — фермента для связывания атмосферного азота (распространён у бактерий и архей).

Микроэлемент

Применение Молибдена

Микроколичества молибдена необходимы для нормального развития организмов, используется в составе микроэлементной подкормки, в частности, под ягодные культуры.

Предлагаем ознакомиться  Самый вкусный творожный пирог в мультиварке

Влияет на размножение (у растений).

Сплавы молибдена

Используется два сплава на основе данного металла: с вольфрамом (МВ) и рением (МР).

Сплавы молибдена с вольфрамом необходимы для повышения жаропрочности первого. При этом ухудшается деформируемость и повышается удельный вес. В таких сплавах содержится от 48 % вольфрама и от 49 до 51 % молибдена, остальное — примеси. МВ является тугоплавким, отличается высокой прочностью и устойчивостью к коррозии. Используется для изготовления тонкой проволоки, которая сворачивается в катушки или бухты.

Рений необходим для повышения пластичности молибдена. Сплавы МР содержат более 50 % рения и около 47 % молибдена. Они также используются для производства тонкой проволоки, которая применяется в специальном приборостроении.

Физиологическое действие

Пыль молибдена и его соединений раздражает дыхательные пути, при длительном вдыхании — неизлечимое и необратимое заболевание (пневмокониоз). Также могут развиться полиартралгии, артрозы, гипотония, в крови может снизиться концентрация гемоглобина, число эритроцитов и лейкоцитов.

Оцените статью
Дачник
Adblock detector