โมลิบดีนัม: โครงสร้างคุณสมบัติวาเลนซ์ฟังก์ชัน

โมลิบดีนัม (Mo) เป็นโลหะทรานซิชันซึ่งอยู่ในกลุ่ม 6 ระยะเวลา 5 ของตารางธาตุ มีการกำหนดค่าอิเล็กทรอนิกส์ (Kr) 4d55s1; เลขอะตอม 42 และมวลอะตอมเฉลี่ย 95.94 g / mol มีไอโซโทปที่เสถียร 7 ชนิด: 92Mo, 94Mo, 95Mo, 96Mo, 97Mo, 98Mo และ 100Mo; ไอโซโทป 98Mo เป็นหนึ่งในสัดส่วนที่ยิ่งใหญ่ที่สุด

มันเป็นโลหะสีขาวที่มีลักษณะสีเงินและมีคุณสมบัติทางเคมีคล้ายกับโครเมียม ในความเป็นจริงทั้งสองเป็นองค์ประกอบโลหะของกลุ่มเดียวกันโครเมียมที่อยู่เหนือโมลิบดีนัม; นั่นคือโมลิบดีนัมหนักและมีระดับพลังงานที่สูงขึ้น

โมลิบดีนัมไม่ได้ฟรีตามธรรมชาติ แต่เป็นส่วนหนึ่งของแร่ธาตุเป็นโมลิบดีนัมที่อุดมสมบูรณ์ที่สุด (MoS ₂ ) นอกจากนี้ยังมีความสัมพันธ์กับแร่ธาตุกำมะถันอื่น ๆ ซึ่งเป็นทองแดงที่ได้รับ

การใช้งานเพิ่มขึ้นในช่วงสงครามโลกครั้งที่หนึ่งเนื่องจากมันเข้ามาแทนที่ทังสเตนซึ่งหายากเนื่องจากมีการแสวงหาผลประโยชน์มหาศาล

คุณสมบัติ

โมลิบดีนัมนั้นมีความทนทานสูงทนต่อการกัดกร่อนจุดหลอมเหลวสูงทนต่ออุณหภูมิสูงได้ดี ถือเป็นโลหะทนไฟเพราะมีจุดหลอมเหลวสูงกว่าแพลตตินัม (1772 ° C)

นอกจากนี้ยังมีชุดของคุณสมบัติเพิ่มเติม: พลังงานการเกาะติดของอะตอมมีความดันสูงความดันไอต่ำสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำตัวนำความร้อนระดับสูงและความต้านทานไฟฟ้าต่ำ

คุณสมบัติและคุณลักษณะทั้งหมดเหล่านี้ทำให้โมลิบดีนัมมีประโยชน์และการใช้งานมากมายสิ่งที่มีชื่อเสียงที่สุดคือการก่อตัวของโลหะผสมกับเหล็ก

ในทางกลับกันมันเป็นองค์ประกอบที่จำเป็นสำหรับชีวิต โมลิบดีนัมในแบคทีเรียและพืชเป็นปัจจัยร่วมในเอนไซม์หลายชนิดที่เกี่ยวข้องกับการตรึงและการใช้ไนโตรเจน

โมลิบดีนัมเป็นปัจจัยร่วมสำหรับกิจกรรมของเอนไซม์ออกซาเทนเนเฟอเรสซึ่งถ่ายโอนอะตอมของออกซิเจนจากน้ำในขณะที่ถ่ายโอนอิเล็กตรอนสองตัว ในบรรดาเอนไซม์เหล่านี้คือ xanthine oxidase ของไพรเมตซึ่งทำหน้าที่ในการออกซิไดซ์ xanthine ไปยังกรดยูริค

มันสามารถหาได้จากอาหารต่าง ๆ รวมถึงต่อไปนี้: กะหล่ำดอก, ผักขม, กระเทียม, ธัญพืช, บัควีท, จมูกข้าวสาลี, ถั่ว, ถั่วเมล็ดทานตะวันและนม

การค้นพบ

โมลิบดีนัมไม่ได้แยกในธรรมชาติดังนั้นในหลายคอมเพล็กซ์ก็สับสนในสมัยโบราณด้วยตะกั่วหรือคาร์บอน

ในปี ค.ศ. 1778 คาร์ลวิลเฮล์มนักเคมีและเภสัชกรชาวสวีเดนได้ค้นพบโมลิบดีนัมเป็นองค์ประกอบที่แตกต่าง วิลเฮล์มทำการรักษาโมลิบดีนัม (MoS ₂ ) ด้วยกรดไนตริกเพื่อให้ได้สารประกอบของกรดตามธรรมชาติซึ่งเขาระบุโมลิบดีนัม

ต่อมาในปี ค.ศ. 1782 Peter Jacob Hjelm ซึ่งใช้สารประกอบกรดของวิลเฮล์มโดยการลดคาร์บอนสามารถแยกโมลิบดีนัมที่ไม่บริสุทธิ์ออกมาได้

โครงสร้าง

โครงสร้างผลึกของโมลิบดีนัมคืออะไร? อะตอมโลหะของมันใช้ระบบลูกบาศก์ผลึกที่มีศูนย์กลางอยู่ที่ตัว (bcc สำหรับคำย่อเป็นภาษาอังกฤษ) ที่ความดันบรรยากาศ ที่ความดันสูงอะตอมโมลิบดีนัมจะถูกบีบอัดเพื่อสร้างโครงสร้างที่หนาแน่นมากขึ้นเช่นลูกบาศก์ที่มีศูนย์กลางอยู่ที่ใบหน้า (fcc) และหกเหลี่ยม (hcp)

พันธะโลหะของมันมีความแข็งแรงและตรงกับความจริงที่ว่ามันเป็นหนึ่งในของแข็งที่มีจุดหลอมเหลวสูงที่สุด (2623ºC) ความแข็งแรงของโครงสร้างนี้เกิดจากความจริงที่ว่าโมลิบดีนัมนั้นอุดมไปด้วยอิเล็กตรอนโครงสร้างผลึกของมันมีความหนาแน่นสูงมากและหนักกว่าโครเมียม ปัจจัยสามประการเหล่านี้ช่วยให้คุณสามารถเสริมความแข็งแกร่งให้กับโลหะผสมที่คุณเป็นส่วนหนึ่ง

ในทางกลับกันสำคัญกว่าโครงสร้างของโมลิบดีนัมโลหะเป็นของสารประกอบ โมลิบดีนัมมีความโดดเด่นด้วยความสามารถในการก่อตัวของไดนินิวเคลียร์ (Mo-Mo) หรือโพลินิวเคลียร์ (Mo-Mo-Mo- ···)

ในทำนองเดียวกันมันสามารถประสานงานกับโมเลกุลอื่น ๆ เพื่อสร้างสารประกอบที่มีสูตร MoX ₄ ถึง MoX ₈ ภายในสารประกอบเหล่านี้เป็นเรื่องธรรมดาที่มีสะพานออกซิเจน (Mo-O-Mo) หรือกำมะถัน (Mo-S-Mo)

สรรพคุณ

การปรากฏ

เงินสีขาวทึบ

จุดหลอมเหลว

2, 623 ºC (2, 896 K)

จุดเดือด

4.639 ºC (4.912 K)

เอนทัลปีของการหลอมรวม

32 kJ / mol

Enthalpy ของการกลายเป็นไอ

598 kJ / mol

แรงดันไอน้ำ

3.47 Pa ถึง 3.000 K.

ความแข็งในระดับ Mohs

5.5

การละลายในน้ำ

สารประกอบโมลิบดีนัมละลายได้ในน้ำเพียงเล็กน้อย อย่างไรก็ตามโมลิบดีนัมไอออน MoO ₄ -2 สามารถละลายได้

การกร่อน

ทนต่อการกัดกร่อนและเป็นโลหะที่ต้านทานการกระทำของกรดไฮโดรคลอริกได้ดีที่สุด

ออกซิเดชัน

ไม่ออกซิไดซ์ที่อุณหภูมิห้อง ในการออกซิไดซ์อย่างรวดเร็วต้องใช้อุณหภูมิสูงกว่า 600 ºC

valences

โมลิบดีนัมองค์ประกอบทางอิเล็กทรอนิกส์คือ [Kr] 4d55s1 ดังนั้นมันจึงมีอิเลคตรอนวาเลนซ์หกตัว โลหะสามารถสูญเสียอิเล็กตรอนทั้งหมดและมีความจุของ +6 (VI) ขึ้นอยู่กับว่าอะตอมใดเชื่อมโยงกัน ตัวอย่างเช่นหากคุณสร้างพันธะกับอะตอมฟลูออรีนอิเล็กตรอน (MoF ₆ )

อย่างไรก็ตามมันอาจสูญเสีย 1 ถึง 5 อิเล็กตรอน ดังนั้นความจุของมันจึงขยายช่วงจาก +1 (I) ถึง +5 (V) เมื่อมันสูญเสียอิเล็กตรอนเพียงตัวเดียวมันก็จะออกจากวงโคจร 5s และรูปร่างของมันจะยังคงเป็น [Kr] 4d5 อิเล็กตรอนทั้งห้าของวงโคจรสี่มิตินั้นต้องการสื่อที่เป็นกรดมากและสปีชี่ที่มีอิเล็กตรอนเหมือนกันมากจึงจะออกจากอะตอมโม

ในหกวาเลนซ์ซึ่งพบมากที่สุดคืออะไร +4 (IV) และ +6 (VI) Mo (IV) มีการกำหนดค่า [Kr] 4d2 ในขณะที่ Mo (VI), [Kr]

สำหรับ Mo4 + มันไม่ชัดเจนว่าทำไมมันจึงมีเสถียรภาพมากกว่าเช่น Mo3 + (เช่นเดียวกับ Cr3 +) แต่สำหรับ Mo6 + มันเป็นไปได้ที่จะสูญเสียอิเลคตรอนทั้งหกนี้เพราะมันจะกลายเป็นไอโซอิเล็กทรอนิกส์กับคริปทอนแก๊สอันสูงส่ง

โมลิบดีนัมคลอไรด์

ด้านล่างเป็นชุดของโมลิบดีนัมคลอไรด์ที่มีความแตกต่างกันหรือสถานะออกซิเดชันจาก (II) ถึง (VI):

- โมลิบดีนัมไดคลอไรด์ (MoCl ₂ ) สีเหลืองทึบ

- โมลิบดีนัมไตรคลอไรด์ (MoCl ₃ ) แดงเข้มทึบ

- โมลิบดีนัมเตตระคลอไรด์ (MoCl ₄ ) สีดำทึบ

- โมลิบดีนัมเพนตะคลอไรด์ (MoCl ₅ ) สีเขียวเข้มทึบ

โมลิบดีนัมเฮกซคลอไรด์ (MoCl ₆ ) น้ำตาลแข็ง

ฟังก์ชั่นในร่างกาย

โมลิบดีนัมเป็นองค์ประกอบสำคัญในการดำรงชีวิตตามที่ปรากฏในฐานะปัจจัยร่วมในเอนไซม์หลายชนิด Oxotransferase ใช้โมลิบดีนัมเป็นโคแฟคเตอร์เพื่อทำหน้าที่ในการถ่ายโอนออกซิเจนจากน้ำด้วยอิเลคตรอนคู่หนึ่ง

ท่ามกลาง oxotransferases คือ:

xanthine oxidase
อัลดีไฮด์ออกซิเดสซึ่งทำปฏิกิริยากับอัลดีไฮด์
เอมีนและซัลไฟด์ในตับ
Sulfite oxidase ซึ่งออกซิไดซ์ซัลไฟต์ในตับ
ไนเตรตรีดักเทส
ไนไตรต์รีดักเทสมีอยู่ในพืช

เอนไซม์ Xanthine

เอนไซม์ xanthine oxidase catalyses ขั้นตอนสุดท้ายใน catabolism ของ purines ในไพรเมต: การแปลงของ xanthine เป็นกรดยูริคซึ่งเป็นสารประกอบที่ถูกขับออกมา

Xanthine oxidase มีโคเอ็นไซม์เป็น FAD นอกจากนี้ธาตุเหล็กที่ไม่ใช่ heme และโมลิบดีนัมจะเข้าไปแทรกแซงในการเร่งปฏิกิริยา การทำงานของเอนไซม์สามารถอธิบายได้ด้วยสมการทางเคมีต่อไปนี้:

Xanthine + H ₂ O + O ₂ => กรดยูริค + H ₂ O ₂

โมลิบดีนัมจะเข้าไปแทรกตัวเป็น molibdopterin (Mo-co) Xanthine oxidase ส่วนใหญ่พบในตับและลำไส้เล็ก แต่การใช้เทคนิคภูมิคุ้มกันได้อนุญาตให้มีการตั้งอยู่ในต่อมน้ำนมกล้ามเนื้อโครงร่างและไต

เอนไซม์ xanthine oxidase ถูกยับยั้งโดยยา Alopurinol ซึ่งใช้ในการรักษาโรคเกาต์ ในปี 2008 การค้ายาเสพติด Febuxostat เริ่มต้นด้วยประสิทธิภาพที่ดีขึ้นในการรักษาโรค

เอนไซม์แอลดีไฮด์ออกซิเดส

เอนไซม์แอลดีไฮด์ออกซิเดสตั้งอยู่ในไซโตพลาสซึมของเซลซึ่งพบได้ทั้งในอาณาจักรพืชและในอาณาจักรสัตว์ เอนไซม์เร่งปฏิกิริยาออกซิเดชันของอัลดีไฮด์ในกรดคาร์บอกซิลิก

นอกจากนี้ยังเร่งปฏิกิริยาออกซิเดชั่นของไซโตโครมพี ₄₅₀ และผลิตภัณฑ์ขั้นกลางของเอนไซม์ monoamine oxidase (MAO)

เนื่องจากความเฉพาะเจาะจงในวงกว้างเอนไซม์อัลดีไฮด์ออกซิเดสสามารถออกซิไดซ์ยาได้หลายชนิดโดยทำหน้าที่ในตับเป็นหลัก การกระทำของเอนไซม์ในอัลดีไฮด์สามารถทำให้เป็นเลือดได้ด้วยวิธีต่อไปนี้:

อัลดีไฮด์ + H ₂ O + O ₂ => กรดคาร์บอกซิลิก + H ₂ O ₂

เอนไซม์ซัลไฟต์ออกซิเดส

เอนไซม์ซัลไฟต์ออกซิเดสเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนซัลไฟต์เป็นซัลเฟต นี่คือขั้นตอนสุดท้ายของการสลายตัวของสารประกอบที่ประกอบด้วยซัลเฟอร์ ปฏิกิริยาที่เร่งปฏิกิริยาโดยเอนไซม์เกิดขึ้นตามรูปแบบต่อไปนี้:

SO ₃ -2 + H ₂ O + 2 (Cytochrome C) ออกซิไดซ์ => SO ₄ -2 + 2 (Cytochrome C) ลดลง + 2 H +

การขาดเอนไซม์โดยการกลายพันธุ์ทางพันธุกรรมในมนุษย์สามารถนำไปสู่การเสียชีวิตก่อนวัยอันควร

ซัลไฟต์เป็นสารพิษต่อระบบประสาทดังนั้นการทำงานของเอนไซม์ซัลไฟต์ออกซิเดสในระดับต่ำอาจทำให้เกิดอาการป่วยทางจิตปัญญาอ่อนการเสื่อมสภาพของจิตใจและความตายในที่สุด

ในการเผาผลาญธาตุเหล็กและเป็นองค์ประกอบของฟัน

โมลิบดีนัมแทรกแซงในการเผาผลาญธาตุเหล็กช่วยในการดูดซึมในลำไส้และการก่อตัวของเม็ดเลือดแดง นอกจากนี้ยังเป็นส่วนหนึ่งของการเคลือบฟันและฟลูออไรด์ช่วยในการป้องกันการเกิดฟันผุ

ข้อบกพร่อง

ข้อบกพร่องในการบริโภคโมลิบดีนัมได้รับการเชื่อมโยงกับอุบัติการณ์ที่เพิ่มขึ้นของโรคมะเร็งหลอดอาหารในภูมิภาคของจีนและอิหร่านเมื่อเทียบกับภูมิภาคของสหรัฐอเมริกาที่มีระดับโมลิบดีนัมสูง

ความสำคัญในพืช

ไนเตรทเรดเทสเป็นเอนไซม์ที่มีบทบาทสำคัญในพืชเนื่องจากร่วมกับเอนไซม์ไนไตรท์รีดักเทสมันจะเข้าไปแทรกแซงในการเปลี่ยนไนเตรตเป็นแอมโมเนียม

เอนไซม์ทั้งสองต้องการการทำงานของโคแฟคเตอร์ (Mo-co) ปฏิกิริยาที่เร่งปฏิกิริยาโดยเอนไซม์ไนเตรตรีดัคเทสสามารถทำปฏิกิริยาได้ดังต่อไปนี้:

ไนเตรต + ผู้บริจาคอิเล็กตรอน + H ₂ O => ไนไตรท์ + ผู้บริจาคอิเล็กตรอนที่ออกซิไดซ์

กระบวนการลดออกซิเดชันของไนเตรตเกิดขึ้นในไซโตพลาสซึมของเซลล์พืช ไนไตรต์ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยาก่อนหน้านี้จะถูกถ่ายโอนไปยังพลาสมิด เอนไซม์ไนไตรต์รีดักเทสทำหน้าที่กับไนไตรต์ซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดของแอมโมเนียม

แอมโมเนียมใช้ในการสังเคราะห์กรดอะมิโน นอกจากนี้พืชใช้โมลิบดีนัมในการแปลงฟอสฟอรัสอนินทรีย์เป็นฟอสฟอรัสอินทรีย์

ฟอสฟอรัสอินทรีย์มีอยู่ในโมเลกุลของการทำงานทางชีวภาพมากมายเช่น: ATP, กลูโคส -6- ฟอสเฟต, กรดนิวคลีอิก, ฟอร์โฟนิปิด ฯลฯ

การขาดโมลิบดีนัมมีผลต่อกลุ่มไม้ตระกูลกะหล่ำผักผักเซ็ทและพริมโรส

ในกะหล่ำดอก, การขาดโมลิบดีนัมผลิตข้อ จำกัด ของความกว้างของกิ่งใบ, ลดการเจริญเติบโตของพืชและการก่อตัวของดอกไม้

การใช้งานและการใช้งาน

ตัวเร่ง

- เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับการกำจัดกำมะถันของปิโตรเลียมปิโตรเคมีและของเหลวที่ได้จากถ่านหิน ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ซับซ้อนประกอบด้วย MoS _{2 จับ} จ้องอยู่ที่อลูมินาและถูกเปิดใช้งานโดยโคบอลต์และนิกเกิล

- โมลิบดีนัมเกิดเป็นสารประกอบเชิงซ้อนกับบิสมัทสำหรับการเลือกออกซิเดชันของโพรพีนแอมโมเนียมและอากาศ ดังนั้นพวกเขาจึงสร้าง acrylonitrile, acetonitrile และสารเคมีอื่น ๆ ซึ่งเป็นวัตถุดิบสำหรับอุตสาหกรรมพลาสติกและไฟเบอร์

ในทำนองเดียวกัน molybdate iron เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาการออกซิเดชั่นแบบเลือกของเมทานอลกับฟอร์มัลดีไฮด์

เม็ดสี

โมลิบดีนัม - แทรกแซงในการก่อตัวของเม็ดสี ตัวอย่างเช่นสีส้มโมลิบดีนัมเกิดจากการตกตะกอนร่วมของโครเมทตะกั่ว, โมลิบดีนัมตะกั่วและตะกั่วซัลเฟต

นี่คือเม็ดสีที่มีน้ำหนักเบาและเสถียรที่อุณหภูมิต่างกันโดยจะมีสีแดงสดส้มหรือแดงเหลือง มันถูกใช้ในการเตรียมสีและพลาสติกเช่นเดียวกับในยางและผลิตภัณฑ์เซรามิก

โมลิบ

- Molybdate เป็นตัวยับยั้งการกัดกร่อน โซเดียมโมลิบเดตถูกใช้ในการทดแทนโครเมตเพื่อยับยั้งการกัดกร่อนของเหล็กชุบแข็งในช่วงค่า pH ที่กว้าง

- มันถูกใช้ในเครื่องทำน้ำเย็นเครื่องปรับอากาศและระบบทำความร้อน โมลิบดีนัมยังใช้ในการยับยั้งการกัดกร่อนในระบบไฮดรอลิกและวิศวกรรมยานยนต์ นอกจากนี้ยังใช้เม็ดสีที่ยับยั้งการกัดกร่อนในสี

- โมลิบดีนัมเนื่องจากคุณสมบัติของจุดหลอมเหลวสูงสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำและการนำความร้อนสูงมีวัตถุประสงค์เพื่อผลิตเทปและด้ายที่ใช้ในอุตสาหกรรมแสงสว่าง

- มันถูกใช้ในเมนบอร์ดเซมิคอนดักเตอร์ ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลัง ขั้วไฟฟ้าสำหรับการหลอมรวมของแว่นตา; ห้องสำหรับเตาอบที่มีอุณหภูมิสูงและแคโทดสำหรับการเคลือบเซลล์แสงอาทิตย์และจอแบน

- นอกจากนี้ molybdate ยังใช้ในการผลิตเบ้าหลอมสำหรับกระบวนการปกติทั้งหมดในด้านการประมวลผลไพลิน

โลหะผสมกับเหล็ก

- โมลิบดีนัมถูกใช้ในโลหะผสมกับเหล็กที่ทนต่ออุณหภูมิและความดันสูง โลหะผสมเหล่านี้ใช้ในอุตสาหกรรมการก่อสร้างและในการผลิตชิ้นส่วนสำหรับเครื่องบินและรถยนต์

- โมลิบดีนัมแม้ที่ความเข้มข้นต่ำถึง 2% ให้โลหะผสมกับเหล็กต้านทานการกัดกร่อนสูง