Molibdeno: struttura, proprietà, valenze, funzioni
Il molibdeno (Mo) è un metallo di transizione, appartenente al gruppo 6, periodo 5 della tavola periodica. Ha configurazione elettronica (Kr) 4d55s1; numero atomico 42 e massa atomica media di 95, 94 g / mol. Ha 7 isotopi stabili: 92Mo, 94Mo, 95Mo, 96Mo, 97Mo, 98Mo e 100Mo; l'isotopo 98Mo è quello con la maggior proporzione.
È un metallo bianco con aspetto argento e ha proprietà chimiche simili al cromo. Infatti, entrambi sono elementi metallici dello stesso gruppo, il cromo è situato sopra il molibdeno; cioè, il molibdeno è più pesante e ha un livello di energia più elevato.
Il molibdeno non è libero in natura, ma fa parte dei minerali, essendo il molibdenite più abbondante (MoS 2 ). Inoltre, è associato ad altri minerali di zolfo, da cui si ottiene anche il rame.
Il suo uso aumentò durante la prima guerra mondiale, dal momento che sostituì il tungsteno, che era scarso a causa del suo massiccio sfruttamento.
lineamenti
Il molibdeno è caratterizzato dalla sua elevata durata, resistenza alla corrosione, alto punto di fusione, essendo malleabile e resistente alle alte temperature. È considerato un metallo refrattario perché ha un punto di fusione più alto del platino (1772 ° C).
Ha anche una serie di proprietà aggiuntive: l'energia di legame dei suoi atomi è alta, bassa pressione di vapore, basso coefficiente di espansione termica, alto livello di conduttanza termica e bassa resistenza elettrica.
Tutte queste proprietà e caratteristiche hanno permesso al molibdeno di avere numerosi usi e applicazioni, il più noto dei quali è la formazione di leghe con acciaio.
D'altra parte, è un elemento essenziale per la vita. Nei batteri e nelle piante il molibdeno è un cofattore presente in numerosi enzimi coinvolti nella fissazione e nell'uso di azoto.
Il molibdeno è un cofattore per l'attività degli enzimi di ossotransferasi, che trasferiscono gli atomi di ossigeno dall'acqua, mentre trasferiscono due elettroni. Tra questi enzimi c'è la xantina ossidasi dei primati, la cui funzione è quella di ossidare la xantina in acido urico.
Può essere ottenuto da vari alimenti, tra cui i seguenti: cavolfiore, spinaci, aglio, cereali integrali, grano saraceno, germe di grano, lenticchie, semi di girasole e latte.
scoperta
Il molibdeno non è isolato in natura, quindi in molti dei suoi complessi è stato confuso nei tempi antichi con piombo o carbonio.
Nel 1778, Carl Wilhelm, chimico e farmacista svedese, riuscì a identificare il molibdeno come elemento distinto. Wilhelm trattava la molibdenite (MoS 2 ) con acido nitrico, ottenendo un composto di natura acida in cui identificava il molibdeno.
Più tardi, nel 1782, Peter Jacob Hjelm, utilizzando il composto acido di Wilhelm, mediante riduzione del carbonio, fu in grado di isolare un molibdeno impuro.
struttura
Qual è la struttura cristallina del molibdeno? I suoi atomi metallici adottano il sistema cristallino cubico centrato nel corpo (Ccn, per il suo acronimo in inglese) a pressione atmosferica. A pressioni più elevate, gli atomi di molibdeno vengono compattati per originare strutture più dense, come il cubo centrato sulle facce (fcc) e l'esagonale (hcp).
Il suo legame metallico è forte e coincide con il fatto che è uno dei solidi con il punto di fusione più alto (2623 ° C). Questa forza strutturale è dovuta al fatto che il molibdeno è ricco di elettroni, la sua struttura cristallina è considerevolmente densa ed è più pesante del cromo. Questi tre fattori ti consentono di rafforzare le leghe di cui fai parte.
D'altra parte, più importante della struttura del molibdeno metallico, è quella dei suoi composti. Il molibdeno è caratterizzato dalla sua capacità di formare composti dinucleari (Mo-Mo) o polinucleari (Mo-Mo-Mo- ···).
Allo stesso modo, può essere coordinato con altre molecole per formare composti con formule da MoX 4 a MoX 8 . All'interno di questi composti è comune la presenza di ponti di ossigeno (Mo-O-Mo) o di zolfo (Mo-S-Mo).
proprietà
aspetto
Argento massiccio bianco.
Punto di fusione
2, 623 ºC (2, 896 K).
Punto di ebollizione
4, 639 ° C (4, 912 K).
Entalpia di fusione
32 kJ / mol.
Entalpia di vaporizzazione
598 kJ / mol.
Pressione del vapore
3, 47 Pa a 3, 000 K.
Durezza sulla scala di Mohs
5.5
Solubilità in acqua
I composti di molibdeno sono pochi solubili in acqua. Tuttavia, lo ione molibdato MoO 4 -2 è solubile.
corrosione
È resistente alla corrosione ed è il metallo che meglio resiste all'azione dell'acido cloridrico.
ossidazione
Non si ossida a temperatura ambiente. Ossidare rapidamente richiede temperature superiori a 600 ºC.
valenze
La configurazione elettronica del molibdeno è [Kr] 4d55s1, quindi ha sei elettroni di valenza. A seconda di quale atomo è collegato, il metallo può perdere tutti i suoi elettroni e avere una valenza di +6 (VI). Ad esempio, se si formano legami con l'atomo di fluoro elettronegativo (MoF 6 ).
Tuttavia, può perdere da 1 a 5 elettroni. Pertanto, le sue valenze coprono l'intervallo da +1 (I) a +5 (V). Quando perde un solo elettrone, lascia l'orbitale 5s, e la sua configurazione rimane come [Kr] 4d5. I cinque elettroni dell'orbitale 4d richiedono mezzi molto acidi e specie molto simili agli elettroni per lasciare l'atomo di Mo.
Delle sue sei valenze, quali sono le più comuni? Il +4 (IV) e +6 (VI). Il Mo (IV) ha configurazione [Kr] 4d2, mentre il Mo (VI), [Kr].
Per il Mo4 + non è chiaro il motivo per cui è più stabile rispetto, ad esempio, al Mo3 + (come con Cr3 +). Ma per il Mo6 + è possibile perdere questi sei elettroni perché diventa isoelettronico al nobile gas krypton.
Cloruri di molibdeno
Di seguito una serie di cloruri di molibdeno con diverse valenze o stati di ossidazione, da (II) a (VI):
- Dicloruro di molibdeno (MoCl 2 ). Giallo solido
- Tricloruro di molibdeno (MoCl 3 ). Solido rosso scuro.
- Tetracloruro di molibdeno (MoCl 4 ). Nero solido.
- Pentacloruro di molibdeno (MoCl 5 ). Solido verde scuro.
Esacloruro di molibdeno (MoCl 6 ). Marrone scuro.
Funzioni nel corpo
Il molibdeno è un oligoelemento essenziale per la vita, in quanto è presente come cofattore in numerosi enzimi. Gli ossotransferasi usano il molibdeno come cofattore per adempiere alla sua funzione di trasferire ossigeno dall'acqua con una coppia di elettroni.
Tra gli ossotransferasi sono:
- La xantina ossidasi.
- L'aldeide ossidasi, che ossida le aldeidi.
- Ammine e solfuri nel fegato.
- Il solfito ossidasi, che ossida il solfito nel fegato.
- Nitrato riduttasi.
- Il nitrito reduttasi presente nelle piante.
Enzima xantinico
L'enzima xantina ossidasi catalizza la fase terminale nel catabolismo delle purine nei primati: la conversione della xantina in acido urico, un composto che viene poi escreto.
La xantina ossidasi ha un coenzima alla FAD. Inoltre, ferro e molibdeno non eme intervengono nell'azione catalitica. L'azione dell'enzima può essere descritta con la seguente equazione chimica:
Xanthine + H 2 O + O 2 => Acido urico + H 2 O 2
Il molibdeno interviene come cofattore molibdopterin (Mo-co). La xantina ossidasi si trova principalmente nel fegato e nel piccolo intestino, ma l'uso di tecniche immunologiche ha permesso la sua localizzazione nelle ghiandole mammarie, nei muscoli scheletrici e nei reni.
L'enzima xantina ossidasi è inibito dal farmaco Alopurinolo, utilizzato nel trattamento della gotta. Nel 2008, la commercializzazione del farmaco Febuxostat è iniziata con una migliore performance nel trattamento della malattia.
Enzima aldeide ossidasi
L'enzima aldeide ossidasi si trova nel citoplasma cellulare, presente sia nel regno vegetale che nel regno animale. L'enzima catalizza l'ossidazione dell'aldeide nell'acido carbossilico.
Inoltre catalizza l'ossidazione del citocromo P 450 e dei prodotti intermedi dell'enzima monoammina ossidasi (MAO).
A causa della sua ampia specificità, l'enzima aldeide ossidasi può ossidare molti farmaci, svolgendo la sua funzione principalmente nel fegato. L'azione dell'enzima sull'aldeide può essere schematizzata nel modo seguente:
Aldeide + H 2 O + O 2 => Acido carbossilico + H 2 O 2
Enzima solfito ossidasi
L'enzima solfito ossidasi è coinvolto nella conversione di solfito in solfato. Questa è la fase terminale della degradazione dei composti contenenti zolfo. La reazione catalizzata dall'enzima avviene secondo lo schema seguente:
SO 3 -2 + H 2 O + 2 (citocromo C) ossidato => SO 4 -2 + 2 (citocromo C) ridotto + 2 H +
Una deficienza dell'enzima da parte di una mutazione genetica nell'uomo può portare a morte prematura.
Il solfito è un composto neurotossico, quindi una bassa attività dell'enzima solfito ossidasi può causare malattia mentale, ritardo mentale, degradazione mentale e, infine, morte.
Nel metabolismo del ferro e come componente dei denti
Il molibdeno interviene nel metabolismo del ferro, facilitando il suo assorbimento intestinale e la formazione di eritrociti. Inoltre, fa parte dello smalto dei denti e, insieme al fluoro, aiuta a prevenire la carie.
carenza
Una carenza di assunzione di molibdeno è stata collegata a un aumento dell'incidenza di cancro esofageo nelle regioni della Cina e dell'Iran, rispetto alle regioni degli Stati Uniti con alti livelli di molibdeno.
Importanza nelle piante
La nitrotiduttasi è un enzima che svolge un ruolo vitale nelle piante, poiché insieme all'enzima nitrito reduttasi interviene nella trasformazione del nitrato in ammonio.
I due enzimi richiedono per il suo funzionamento il cofattore (Mo-co). La reazione catalizzata dall'enzima nitrato reduttasi può essere schematizzata come segue:
Nitrato + donatore di elettroni + H 2 O => Nitrito + donatore di elettroni ossidati
Il processo di riduzione dell'ossidazione del nitrato si verifica nel citoplasma delle cellule vegetali. Il nitrito, prodotto della reazione precedente, viene trasferito al plastidio. L'enzima nitrito reduttasi agisce sul nitrito, originando ammonio.
L'ammonio è usato per sintetizzare gli amminoacidi. Inoltre, le piante usano il molibdeno nella conversione del fosforo inorganico in fosforo organico.
Il fosforo organico esiste in numerose molecole di funzione biologica, quali: ATP, glucosio-6-fosfato, acidi nucleici, forfolipidi, ecc.
Una carenza di molibdeno colpisce principalmente il gruppo crocifere, le verdure, le stelle di Natale e le primule.
Nel cavolfiore, una carenza di molibdeno produce una restrizione della larghezza dell'arto fogliare, una riduzione della crescita della pianta e la formazione dei fiori.
Usi e applicazioni
catalizzatore
-E 'un catalizzatore per la desolforazione di petrolio, prodotti petrolchimici e liquidi derivati dal carbone. Il complesso di catalizzatore comprende il MoS 2 fissato su allumina e attivato da cobalto e nichel.
-Il molibdato forma un complesso con bismuto per l'ossidazione selettiva di propene, ammonio e aria. Pertanto, formano acrilonitrile, acetonitrile e altre sostanze chimiche, che sono materie prime per l'industria delle materie plastiche e delle fibre.
Allo stesso modo, il ferro molibdato catalizza l'ossidazione selettiva del metanolo in formaldeide.
pigmenti
-Il molibdeno interviene nella formazione dei pigmenti. Per esempio, l'arancio di molibdeno è formato dalla co-precipitazione del cromato di piombo, del molibdato di piombo e del solfato di piombo.
Questo è un pigmento leggero e stabile a diverse temperature, che appare rosso brillante, arancione o rosso-giallo. È utilizzato nella preparazione di vernici e materie plastiche, nonché in gomma e prodotti ceramici.
molibdato
- Il molibdato è un inibitore della corrosione. Il molibdato di sodio è stato utilizzato in sostituzione del cromato per inibire la corrosione degli acciai temprati in un ampio intervallo di pH.
-È utilizzato in refrigeratori d'acqua, condizionatori d'aria e sistemi di riscaldamento. I molibdati sono anche usati per inibire la corrosione nei sistemi idraulici e nell'ingegneria automobilistica. Inoltre, i pigmenti che inibiscono la corrosione vengono utilizzati nelle vernici.
-Il molibdato, grazie alle sue proprietà di alto punto di fusione, basso coefficiente di dilatazione termica e alta conducibilità termica, è destinato a produrre nastri e fili utilizzati dall'industria dell'illuminazione.
-È usato nelle schede madri dei semiconduttori; nell'elettronica di potenza; elettrodi per la fusione di occhiali; Camere per forni ad alta temperatura e catodi per il rivestimento di celle solari e schermi piatti.
-Inoltre, il molibdato viene utilizzato nella produzione di crogioli per tutti i processi usuali nel campo della lavorazione dello zaffiro.
Leghe con acciaio
-Il molibdeno è utilizzato in leghe con acciaio che sopportano alte temperature e pressioni. Queste leghe sono utilizzate nell'industria delle costruzioni e nella produzione di componenti per aerei e automobili.
-Il molibdato anche a concentrazioni fino al 2%, conferisce alla lega con acciaio un'elevata resistenza alla corrosione.
Altri usi
- Il molibdato è utilizzato nell'industria aerospaziale; nella produzione di schermi LCD; nel trattamento dell'acqua e persino nell'applicazione del raggio laser.
-Il disolfuro di molibdato è di per sé un buon lubrificante e fornisce proprietà di tolleranza a pressioni estreme nell'interazione di lubrificanti con metalli.
I lubrificanti formano uno strato cristallino sulla superficie dei metalli. Grazie a questo, l'attrito metallo-metallo è ridotto al minimo, anche a temperature elevate.
