Своим названием металл молибден обязан внешнему сходству дисульфида молибдена со свинцовой рудой - галенитом (греческое название свинца - molybdos).
В Средние века в Европе молибденом называли три разных по составу, но почти схожих по цвету и структуре минерала - галенит (Pbs), молибденит (MoS 2) и графит (C). Кстати, минерал "молибденовый блеск" (еще одно название молибденита) использовали в качестве грифеля для карандашей, оставлявших на листе зеленовато-серый след.
Родиной металлического молибдена, 42 элемента периодической по праву считается Швеция. В 1758 году химик и минеролог из этой страны, первооткрыватель никеля Аксель Кронстедт предположил, что вышеперечисленные минералы имеют совершенно разную природу. Спустя два десятка лет его земляк химик-фармацевт из Чёпинга Карл Шееле получил молибденовую кислоту в виде белого осадка ("белой земли"), прокипятив молибденит в концентрированной азотной кислоте. Ученый интуитивно понимал, что если прокалить молибденовую кислоту с углем, то можно выделить металл. Не имея подходящей печи, он переслал образцы Петеру Гьельму, который и выделил в 1782 году новый металл с большим количеством примесей карбидов. Коллеги назвали элемент "молибден" (формула в периодической таблице - Mo).
Сравнительно чистый металл был получен только в 1817 году президентом Шведской академии наук Йенсом Берцелиусом.
Способ получения оказывает большое влияние на физические свойства молибдена и его внешний вид. Порошковый металл, заготовки и штабики до спекания - темно-серого цвета. Палитра обработанного проката гораздо насыщеннее - от почти черного до светло-серебристого. Плотность молибдена - 10,28 т/м 3 . Металл плавится при температуре 2623˚С, а при 4639˚С - закипает. Совершенно чистый молибден обладает замечательной ковкостью и пластичностью, что гарантирует легкую прокатку и штамповку. Заготовку диаметром до 12 мм даже в условиях комнатной температуры можно свободно завязать двойным узлом или раскатать до тонкой фольги. Металл обладает хорошей электропроводностью. Присутствие примесей повышает твердость и хрупкость и во многом определяет механические свойства молибдена.
В составе сложных веществ элемент проявляет различную степень окисления от +2 до высшей (последние соединения наиболее устойчивы), что и определяет химические свойства молибдена. Для этого металла характерны соединения с кислородом и галогенами (MoO 3 , MoCl5) и молибдаты (соли молибденовой кислоты). Реакции окисления возможны только при высоких температурах (от 600˚С). Дальнейшее повышение заставит молибден взаимодействовать с углеродом, фосфором, серой. Хорошо растворяется в азотной или нагретой серной кислоте.
Фосфорная, мышьяковая, борная и кремниевая кислоты образуют с молибденом комплексные соединения. Наиболее известна и распространена соль фосформолибдат аммония. Вещества, содержащие молибден, отличаются широкой цветовой палитрой и разнообразными оттенками.
Промышленная выработка абсолютно чистого молибдена была освоена только в XX веке. Химической переработке молибденовой руды предшествует ее обогащение: после измельчения в дробилках и шаровых мельницах основным методом выступает пяти- или шестикратная флотация. В результате достигается высокая концентрация (до 95 %) дисульфида молибдена в сырье.
Следующий и важнейший этап - обжиг. Здесь удаляются нежелательные примеси воды, серы, остатки реагентов флотации и дисульфид молибдена окисляется до триоксида. Дальнейшая очистка возможна несколькими способами, но наибольшей популярностью пользуются следующие:
Пропуская через очищенный триоксид молибдена водород (в лабораториях для восстановления нередко применяют углерод или углеродосодержащие газы, алюминий, кремний) получают порошковый металл. Процесс идет в специальных трубчатых печах с постепенным повышением температуры от 500 до 1000 ˚С.
Технологическая цепочка производства компактного металлического молибдена включает в себя:
Крупные заготовки весом до 3 тонн спекают в индукционных, электроннолучевых или дуговых печах. Завершается процесс механической обработкой спеченных изделий.
Молибден - достаточно редкий элемент в земной коре и во Вселенной в целом. Из двух десятков минералов, существующих в природе, существенное промышленное значение принадлежит пока только молибдениту (MoS 2). Ресурсы его не бесконечны и уже разработаны технологии извлечения металла из повеллитов, молибдатов. В зависимости от минерального состава и формы рудных тел, месторождения разделяют на жильные, прожилково-вкрапленные и скарновые.
Общемировые разведанные запасы элемента составляют 19 млн тонн, причем почти половина приходится на Китай. Крупнейшим месторождением молибдена с 1924 года считается рудник Клаймакс (США, штат Колорадо) со средним содержанием до 0,4 %. Нередко извлечение молибденовых руд ведется попутно с добычей меди и вольфрама.
В России запасы молибдена составляют 360 тыс. тонн. Из 10 разведанных месторождений промышленно освоены только 7:
Добыча производится и открытым, и закрытым способом.
На протяжении нескольких столетий европейские оружейники и ученые бились над загадкой остроты и прочности древних японских мечей начала второго тысячелетия, безуспешно пытаясь изготовить такое же качественное холодное оружие. Только в конце XΙX века, обнаружив в японской стали примеси молибдена, удалось разрешить эту загадку.
Впервые промышленное применение молибдена в качестве легирующей добавки для улучшения качества стали (придания ей твердости и вязкости) освоила в 1891 году компания Schneider & Co из Франции.
Существенным стимулом для развития молибденовой металлургии послужила Первая мировая война. Показательно, что толщину лобовой брони запросто пробиваемую немецкими снарядами такого же калибра, удалось уменьшить с 75 мм до 25 мм, добавив в сталь броневых листов 1,5-2 % молибдена. При этом значительно повысилась прочность машины.
Более 80 % всего используемого в промышленности молибдена приходится на черную металлургию. Без него немыслимо производство жаростойкого чугуна, конструкционных и инструментальных сталей. Одна весовая часть элемента улучшает качество стали эквивалентно двум весовым частям вольфрама. Так как плотность молибдена в два раза меньше, его сплавы значительно превосходят по качеству вольфрамовые при эксплуатационных температурах ниже 1370 ˚С. Молибденовые стали лучше поддаются цементации.
Молибден востребован в радиоэлектронной, химической и лакокрасочной отраслях. В машиностроении используется как жаропрочный материал. В сельском хозяйстве слабые растворы соединений элемента значительно улучшают усвояемость растениями питательных веществ. Следует учитывать, что в больших дозах молибден оказывает токсическое воздействие на живые и растительные организмы, негативно влияет на окружающую среду.
В рационе питания человека и животных молибден - один из важнейших микроэлементов. В виде активной биологической формы - молибденовом коферменте - (Moco) он необходим для осуществления в живых тканях катаболических процессов.
Очень перспективными выглядят исследования в области антираковой активности молибдена. Высокий процент заболеваемости раком пищеварительного тракта среди населения местечка Лин Ксиан (провинция Хонан, КНР) удалось значительно снизить после внесения в почву минеральных удобрений с содержанием молибдена.
В редких случаях дефицита элемента в человеческом организме возможно развитие дезориентации в пространстве, пороков мозга, умственных отклонений и прочих тяжелых нервных заболеваний. Суточная доза молибдена для взрослого человека составляет от 100 до 300 мкг. При увеличении ее до 5-15 мг неизбежно токсическое отравление, до 50 мг - летальный исход. Наиболее богаты молибденом листовые овощи, зерновые, бобовые и ягодные (черная смородина, крыжовник) культуры, молочная продукция, яйца, печень и почки животных.
Биологические характеристики молибдена предъявляют повышенные требования к утилизации отходов переработки рудного материала, строгому соблюдению технологического процесса на предприятиях для предотвращения негативного влияния на здоровье работающего персонала и природу.
Следует предусмотреть все меры, исключающие попадание продуктов переработки в грунтовые воды. Необходимо учитывать, что растения обладают свойством усваивать и накапливать молибден, поэтому его содержание в побегах и листьях может превышать допустимые концентрации. Эта зеленая масса может быть опасна для животных. Для предотвращения распространения ветрами использованной породы отвалы укрывают слоем земли.
С началом глобального мирового финансового кризиса общемировое потребление молибдена снизилось на 9 %. Исключение составил Китай, где наблюдается рост до 5 %. Реакцией на резкое снижение потребительского спроса в 2009 году стало снижение объемов производства. К прежнему уровню выпуска удалось приблизиться лишь через четыре года, а в 2014 году установить новый максимум в 245 тыс. тонн. Основным потребителем и производителем молибдена и его продуктов по-прежнему остается Китай.
Плотность молибдена и его удивительные свойства сделали его незаменимым для стали и сплавов в конструкциях, где требуется сочетание небольшого веса, высокой прочности и коррозийной стойкости материалов. Прогнозируемый рост числа атомных электростанций, других энергетических и промышленных объектов, разработка новых месторождений нефти и газа в суровых условиях Крайнего Севера и Заполярья неизбежно приведут к росту спроса на молибден и его производные.
Оно произошло лишь в последней четверти прошлого века. В 1885 г. на Путиловском заводе выплавили сталь, в которой содержалось 0,52% углерода и 3,72% молибдена. Свойства ее оказались почти такими же, как у вольфрамовой стали; прежде всего привлекала ее большая твердость и как следствие - пригодность для изготовления металлорежущего инструмента. Всего 0,3% молибдена увеличивали твердость стали в такой же степени, как 1% вольфрама, но это узнали уже позже.
Влияет и на качество чугуна. Добавка молибдена позволяет получить мелкокристаллический чугун с повышенной прочностью и износоустойчивостью.
В 1900 г. на Всемирной промышленной выставке в Париже была выставлена сталь, содержавшая и обладавшая замечательным свойством: резцы из нее закалялись в процессе работы. А за 10 лет до этого, в год столетия со дня открытия элемента № 42, был разработан процесс выплавки ферромолибдена - сплава молибдена с железом. Добавляя в плавку определенные количества этого сплава, начали выпускать специальные сорта стали. наряду с хромом, никелем, кобальтом нашел широкое применение как легирующий элемент, причем сталь легируют обычно не техническим молибденом, а ферромолибденом - так выгоднее.
Тем временем приближалась первая мировая война. Военные ведомства европейских держав требовали от промышленности крепкой брони для кораблей и укреплений, особо прочной стали для пушек. Орудийные стволы начали изготовлять из хромомолибденовых и никельмолибдено-вых сталей, отличающихся высоким пределом упругости и в же время поддающихся токарной обработке с высокой степенью точности. Из хромомолибденовой делали бронебойные снаряды, судовые валы и другие важные детали.
Фирма «Винчестер» применила эту сталь для изготовления винтовочных стволов и ствольных коробок. Появлялось все больше тяжелых моторов. Для них нужны были крупные шариковые и роликовые подшипники, выдерживающие большую нагрузку. И для этой цели подошли хромомолибденовые и никельмолибденовые стали. В наше время, когда ежегодно добывают из недр Земли миллионы тонн молибденовых руд, 90% всего молибдена поглощает черная металлургия.
Когда самолеты перестали делать из дерева и парусины, понадобились не только мощные моторы и легкие металлические листы обшивки, но и жесткий каркас из металлических трубок. Вначале авиация довольствовалась трубами из углеродистой стали, но размеры самолетов все росли… Потребовались трубы значительно большего диаметра, но с малой толщиной стенки. Трубы из хромована-диевой стали в принципе могли бы подойти, но эта сталь не выдерживала протяжки до нужных размеров, а в местах сварки такие трубы при охлаждении «отпускались» и теряли прочность.
Выйти из этого тупика удалось благодаря хромомолибденовой стали. Трубы из нее хорошо протягивались, прекрасно сваривались и, что главное, в тонких сечениях не «отпускались» при сварке, а, наоборот, самозакалялись на воздухе. Количество молибдена в стали, из которой их протягивали, было крайне невелико: 0,15-0,30%.
Нити накаливания обычных электрических ламп делают из вольфрама, более тугоплавкого, чем все прочие , и дающего наибольшую светоотдачу. Но если впаять вольфрамовую нить в стеклянный стерженек в центре лампочки, он вскоре треснет из-за теплового расширения нити.
Когда исследовали физические свойства молибдена, обнаружили, что у него ничтожно малый коэффициент теплового расширения. При нагреве от 25 до 500° С размеры молибденовой детали увеличатся всего на 0,0000055 первоначальной величины. И даже при нагреве до 1200° С молибден почти не расширяется. Поэтому вольфрамовые нити накаливания стали подвешивать на молибденовых крючках, впаянных в . В дальнейшем молибден сыграл еще большую роль в электровакуумной технике. К вакуумным приборам электрический ток подводится через молибденовые прутки, впаянные в специальное , имеющее одинаковый с молибденом коэффициент теплового расширения (это носит название молибденового) .
Техника сверхскоростных и космических полетов ставит перед металлургами задачу получать все более жаростойкие материалы. Прочность при высоких температурах зависит прежде всего от типа кристаллической решетки и, конечно, от химической природы материала. Температурный предел эксплуатации титановых сплавов 550- 600° С, молибденовых - 860, а титано-молибденовых - 1500° С!
Чем объяснить столь значительный скачок? Его причина - в строении кристаллической решетки. В объемно-центрированную структуру молибдена внедряются посторонние атомы, на этот раз атомы титана. Получается так называемый твердый раствор внедрения, структуру которого можно представить так. Атомы молибдена, металла-основы, располагаются по углам куба, а атомы добавленного металла, титана,-в центрах этих кубов. Вместо объем-по-центрированной кристаллической решетки появляется гранецентрированная, в которой процессы разупрочнения под действием температур происходят намного менее ий-
В таком целенаправленном изменении кристаллической структуры металлов состоит один из основных принципов легирования.
Другая причина столь резкого увеличения жаропрочности кроется в том, что сплавляются очень непохожие - молибден и . Это общее правило: чем больше разница между атомами легирующего металла и металла-основы, тем прочнее образующиеся связи. Металлическая связь как бы дополняется химической.
Легирование, однако, вовсе не последнее слово в решении проблемы жаропрочных сплавов. Уже в наше время обнаружены необычайные свойства нитевидных кристаллов, или «усов». Прочность их по сравнению с металлами, обычно используемыми в технике, поразительно велика. Объясняется это тем, что кристаллическая структура усов практически лишена дефектов, и техника сверхскоростных полетов берет на вооружение усы, создавая с их помощью композиционные жаропрочные материалы. Один из таких материалов - это окись алюминия, армированная молибденовыми усами, другой представляет собой начиненный топ же арматурой технический . По сравнению с обычным титаном этот материал может работать в жестких условиях в 1000 раз дольше.
Что можно противопоставить огненному смерчу, обрушивающемуся на космический корабль при входе в плотные слои атмосферы? Прежде всего теплозащитную обмазку и охлаждение. Да, охлаждение, подобное в принципе охлаждению автомобильных двигателей с помощью радиаторов. Только работать здесь должны более энергоемкие процессы. Много тепла нужно на испарение веществ, но еще больше на сублимацию - перевод из твердого состояния непосредственно в газообразное. При высоких температурах сублимировать способны молибден,
История открытия молибдена началась в 1778 году, когда химик из Швеции Карл Шееле получил минеральный молибденит в результате прокаливания молибденовой кислоты (calorizator). Через несколько лет, в 1781 году П.Гьельм получил молибден в виде металла, чистый же молибден был получен только в 1817 году Й. Берцелиусом.
По причине схожести внешнего вида минерального молибдена со свинцовым блеском, сначала их называли одинаково - от древнегреческого μόλυβδος, что означает свинец.
Молибден является элементом VI группы V периода периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, имеет атомный номер 42 и атомную массу 95,94. Принятое обозначение - Mo (от латинского Molybdaenum ).
Молибден в свободном виде в природе не распространён. Имеется в виде нескольких десятков известных минералов в земной коре, морской и речной воде, в нефти, углях, мизерное количество в воздухе. Основные месторождения молибдена находятся на территории США, Мексики, Чили, Канаде, России и Армении.
Молибден является переходным мягким металлом светло-серого цвета с характерным металлическим блеском. Устойчив во время нахождения на воздухе при комнатной температуре, процесс окисления начинается при температуре выше 400˚с.
Суточная потребность в молибдене меняется в зависимости от возраста, на неё влияют также физическая нагрузка и масса тела. Норма для детей с рождения и до 10-летнего возраста составляет 15-150 мкг в день, для взрослых - 75-250 мкг, после 70-ти лет потребность в молибдене снижается и не должна превышать 200 мкг в сутки. Обычно необходимое количество данного микроэлемента человек получает с пищей, поэтому дополнительный приём не требуется.
Молибден важен для:
Молибден является важной частью фермента, отвечающего за утилизацию . При избытке молибдена нарушается утилизация и синтез витамина .
Главными поставщиками молибдена в организм человека являются зелёные листовые овощи ( , ), злаки, крупы ( , ) и бобовые ( , ). Присутствует молибден в , рыбе, орехах и ягодах.
Основное применение молибдена - металлургическая промышленность, также используется при производстве ламп накаливания.
Чрезмерное количество молибдена случается у работников металлургической сферы промышленности, проявляется так называемой молибденовой подагрой, которая обусловлена повышением мочевой кислоты в крови.
Недостаточное количество молибдена (дефицит) встречается крайне редко, как правило, в регионах, где в почвах не хватает минерала или у людей со скудным рационом питания. Признаками нехватки молибдена являются: замедление роста, выпадение волос, возникновение отёков, дряблость кожи и мышц, дерматиты и грибковые поражения кожных покровов.
Молибденом называется химический элемент с атомным номером 42 в периодической системе Менделеева, где он является близким соседом с вольфрамом и хромом. Молибден характеризуется светло-серым цветом и металлическим блеском. К наиболее важным свойствам, присущим данному элементу, следует отнести его тугоплавкость. Кроме этого, элемент №42, а также сплавы, в которых он присутствует, обладают жаропрочностью, терморасширением, высокой электропроводностью и механической прочностью, что, несомненно, является преимуществами. Стоит отметить, что молибден занимает второе место по прочности, уступив место лидера вольфраму, но опередив его в доступности обработки давлением.
В большинстве случаев, молибден выступает связующей добавкой к другим металлам и их сплавам благодаря своим антикоррозионным свойствам.
Однако, у этого материала есть несколько серьезных минусов, из-за которых использование молибдена в чистом виде не представляется возможным. Первый заключается в его быстром окислении. Второй минус исключает влияние высоких температур, т.е. если на данный химический элемент воздействовать температурами, превышающими 700 0 С, то его прочность снижается.
Стоит отметить, что нахождение металла в природе в чистом виде отсутствует. Масса его содержания в недрах Земли составляет 3*10 -4 %. Его распространение в земной коре можно назвать относительно равномерным. Минимальное содержание вещества зафиксировано в ультраосновных и карбонатных породах. Кроме этого, металл можно также встретить в воде, золе растений, углях и нефти. Сегодня существует свыше 30-ти изотопов молибдена, однако, в природе можно встретить всего лишь 6 из них.
Крупнейшие месторождения металла расположены на территории Америки, Мексики, Чили, Канады, Австралии, Норвегии, а также России. Свыше 7% от всех существующих запасов молибдена в мире находится в Армении, из которых 90% локализированы в Каджаранском медно-молибденовом месторождении.
Основным сырьем для получения молибдена являются руды, в составе которых находится порядка 50% самого вещества, 30% серы, 9% кремния, а также другие элементы, процентное содержание которых несущественное. По факту, при процессе получения молибдена, руда используется в качестве концентрата, который подвергается обжигу при температуре от 570 0 С до 600 0 С, в результате чего на выходе получается огарок, в котором содержится оксид молибдена и примеси. Для этого используются специальные печи. На этом процесс получения молибдена не заканчивается. Существует два своеобразных метода, позволяющих получить чистый оксид молибдена, не загрязненный примесями. К таким способам относится возгонка и последовательные химические воздействия.
Так, при первом способе вещество преобразуется сразу в газообразное состояние, обходя жидкую фазу. Второй способ начинается с воздействия на вещество аммиачной водой, после чего огарок приобретает жидкое состояние. Именно в жидкой фазе происходит очистка от примесей. При этом, осуществляется процесс выпаривания, в результате которого вещество кристаллизируется и получаются полимолибдаты. Они подвергаются воздействию температур в диапазоне 450-500 0 С, что и приводит к получению конечного продукта - чистого оксида молибдена. В составе конечного продукта допустимое максимальное содержание примесей составляет 0,05% от массы.
Чтобы получить компактный металл, чистый оксид вещества обрабатывается в два этапа водородом, а полученное в результате вещество, - плавится.
Молибденовая промышленность зародилась в конце позапрошлого века. Ее началом стала выплавка молибденовой стали, которую осуществили на российском Путиловском предприятии. А в начале 20 века была разработана технология, позволяющая получить молибден в компактном виде с помощью порошковой металлургии. С этого момента считается начало промышленного производства металла.
Стоит отметить, что в России молибденовая промышленность зарождается только после революции - в 30-х годах. Пик ее развития приходится на середину столетия. Этому способствовало открытие и разработка молибденовых месторождений.
Изначально металл считался побочным продуктом, который извлекался из сложных руд. Как правило, основным материалом для этого служили молибдено-вольфрамовые и молибдено-висмутовые руды. Однако в 1933 году, когда в производство был внедрен новый метод получения металла, все кардинально поменялось. Данный метод заключался в выделении молибдена в концентрат из медно-порфировых руд. Кроме того, открытие нового способа существенно увеличило добычу молибдена, которая к 80-м годам составила более 40%.
| Страна | Запасы разрабатываемых месторождений, тысячи тонн | Общие разведанные запасы, тысячи тонн |
| Китай | 3300 | 8300 |
| США | 2700 | 5400 |
| Чили | 1100 | 2500 |
| Канада | 450 | 910 |
| Армения | 200 | 400 |
| Россия | 240 | 360 |
| Мексика | 90 | 230 |
| Перу | 140 | 230 |
| Казахстан | 130 | 200 |
| Киргизия | 100 | 180 |
| Узбекистан | 60 | 150 |
| Иран | 50 | 140 |
| Монголия | 30 | 50 |
| Всего в мире | 8600 | 19 000 |
В истории самое первое применение молибдена было зафиксировано в Японии еще в 10-13 ст. Существует вероятность, что в те далекие времена, данный металл служил материалом для изготовления холодного оружия.
Сегодня молибденовая промышленность является достаточно развитой отраслью. И, кроме того, что в настоящее время продолжают производить чистый молибден и его сплавы, также существует множество его марок, каждая из которых предназначена для определенных целей. Самые известные марки молибдена:
Таким образом, спустя целые столетия, молибден стал незаменимым компонентом во многих промышленных отраслях. Он применяется:
Литой и плотно спеченный молибден при комнатной и слегка повышенной температуре стоек против действия воздуха и кислорода. При нагревании до темно-красного каления поверхность металла быстро тускнеет и около 600°С молибден загорается, выделяя белый дым - возгон МоО3. Налет окисла легко разрушается и при длительном нагревании происходит полное сгорание металла до МоО3. Молибденовый порошок окисляется при еще более низкой температуре, а наиболее мелкий порошок способен самовозгораться на воздухе. При нагревании во влажной атмосфере, в среде восстановительного или инертного газа, не очищенных тщательно от кислорода и паров воды, наблюдается постепенное более или менее полное окисление металла по реакции:
При нагревании молибдена в токе SO2 образуется смесь окислов и дисульфида молибдена, в токе НСl - летучие хлориды (МоСІ3) и оксихлориды молибдена.
В растворах, содержащих окислитель (кислород, HNO3, НС1О3 и др.), молибден окисляется. Растворы при недостатке окислителя окрашиваются в синий цвет. Азотная кислота, одна и в смеси с соляной и серной - окисляет и растворяет металл:
При избытке кислоты из бесцветного раствора выпадает белый или слегка желтоватый осадок молибденовой кислоты Н2МоО4. Концентрированная HNO3 задерживает растворение, создавая пассивирующую пленку окислов. Разбавленная НС1 довольно хорошо растворяет компактный металл: за 18 ч потеря массы 20-30%. В концентрированной НС1 растворение более медленное: за 18 ч при 110°С потеря массы 0,34%
Фтористый водород и плавиковая кислота быстро действуют на молибден, переводя его во фториды. Разбавленная H2SO4 (d=l,3 г/мл) слабо действует на молибден даже при 110°. Концентрированная H2SO4 (d= 1,82 г/мл) на холоду действует слабо: за 18 ч потеря массы 0,24%. При 200 - 250°С растворение идет быстрее. Фосфорная и органические кислоты воздействуют на металл слабо, но в присутствии окислителей (в том числе воздуха) растворимость заметно увеличивается.
Растворы щелочей и аммиака действуют на молибден медленно, но их действие усиливается окислителями с повышением температуры. При растворении молибдена в щелочах получаем молибдаты щелочных метал лов, реакция будет ускоряться при использовании расплавов щелочей:
Молибден стоек к действию влаги без аэрации, при аэрации молибден будет окисляться при условии, что он находится в контакте с другим менее активным металлом и есть гальванический элемент. В таком гальваническом элементе будет окисляться более активный металл.
Рассмотрим реакции взаимодействия молибдена с неметаллами. Молибден довольно активно реагирует с неметаллами (кремнием, бором, галогенами, серой и т. п.), учитывая то что молибден имеет несколько степеней окисления то получается в таких реакциях несколько продуктов.
С водородом
Молибден не реагирует с водородом с получением химических соединений. Имеет место только физическое растворение водорода в молибдене с образованием нестойких связей. Растворимость водорода в молибдене растет с повышением температуры до 0,5 см3 в 100 граммах металла.
С галогенами
С молибденом фтор образует летучие фториды. Хлор и бром ре6агируют с ним при температуре красного каления. Йод реагирует с молибденом очень медленно. В присутствии влаги реакция с галогенами ускоряется и она становится возможной даже на холоду.
Молибден образует гексафторид MoF6, пентафторид MoF5, тетрафторид MоF4 и трифторид MоF3; гексахлорид МоС16, пентахлорид МоС15, тетрахлорид МоС13, трихлорид МоС13 и комплексный псевдодихлорид [Мо6(С1)8]С14; тетрабромид МоВг4, трибромид МоВг3 и комплексный псевдодибромид [Мо6Вг8]Вг4. С иодом достоверно известно лишь два соединения - дииодид МоІ2 и трииодид МоІ3. Помимо этих соединений, известен ряд оксигалогенидов и несколько менее достоверных соединений.
Гексафторид молибдена получается действием сухого фтора в смеси с азотом на металл (в платиновой трубке), трифторида брома на металл при 250°, безводного HF на MoCl5:
2МоС15 + 12HF = 2MoF6 + 10НС1 + Н2
Гексафторид конденсируется при -70°С в виде белых кристаллов и отгоняется под вакуумом при 40°. Плавится при 17,5°С и кипит при 35°С. Молекула имеет октаэдрическую структуру с атомом металла в центре октаэдра и атомами фтора в вершинах его. Устойчив в сухом воздухе, хлоре, двуокиси серы. Гидролизуется:
MoF6 + 4Н2О = Н2МоО4 + 6HF
Образует с фторидами щелочных металлов комплексные соли типа Me2(MоF8).
Трифторид молибдена получается нагреванием МоВг3 в токе безводного HF. При нормальных условиях твердый. При нагревании во влажном воздухе диссоциирует:
4MoF3 + 6Н2О + 3O2 = 4МоО3 + 12HF
В сухом воздухе устойчив до 800°. При действии водорода восстанавливается до металла. Водой на холоду медленно разлагается.
У молибдена (VI) выделены два оксифторида - MoOF4 и MоO2F2. Это твердые, белые, тяжелые кристаллические вещества, получающиеся фторированием молибдена в присутствии кислорода или обменными реакциями МоО3 с фторидами.
MoCl6 термически очень неустойчив и чувствителен к малейшим следам влаги. Получен недавно длительным кипячением тионилхлорида с МоО3. МоС15 получается хлорированием молибдена в отсутствие воды и воздуха при 600 - 750°С. Кристаллизуется в виде темно-зеленых тригональных бипирамид. Температура плавления 194°С, температура кипения 238°С. Плотность МоС15 2,9275. Он растворяется в безводном эфире,спиртах, углеводородах, кетонах, альдегидах, сероуглероде, аминах с образованием комплексов. При нагревании в отсутствии кислорода разлагается:
МоС15 = МоС13 + С12
Водород при 900°С восстанавливает его до металла:
2МоС15 + 5Н2 > 10НС1 + 2Мо
Восстанавливать можно над накаленной металлической нитью в токе его пара в смеси с водородом. В этом случае на нити осаждается плотный слой молибдена, но при 250° образуется трихлорид:
МоС15 + Н2 > МоСІ3 + 2НС1
При нагревании МоС15 в сухом воздухе образуется оксихлорид МоО2С12. При нагревании во влажном воздухе МоС15 полностью разлагается, образуя окси - и гидроксихлориды. В воде полностью гидролизируется с большим выделением тепла.
Тетрахлорид молибдена получается хлорированием МоО3 смесью СІ2 и ССІ4. При нагревании без доступа влаги и кислорода МоСІ4 диспропорционирует на MoCl5 и MoCl3. При нагревании в присутствии влаги и кислорода образуются оксихлориды и гидроксихлориды. С рядом веществ, в том числе органических, тетрахлорид образует продукты присоединения.
Трихлорид МоС13 получается в виде твердого красного вещества частичным восстановлением MoCl5 водородом при 250°, а также пропусканием смеси паров МоС15 с инертным газом над молибденом.
Трихлорид разлагается, не плавясь. Сублимирует в токе инертного газа. Устойчив в сухом воздухе при нормальной температуре, а при нагревании переходит в оксихлориды. При нагревании в инертном газе разлагается на МоСІ4 и комплексные нелетучие хлориды. Водой и водными растворами щелочей разлагается соответственно при нагревании и на холоду. С аммиаком образует комплексы. Окислителями окисляется до Н2МоО4. В соляной кислоте не растворяется. Растворяется в солянокислых растворах МоО3, образуя комплексы.
Все бромиды получаются действием Вг2 на Мо в среде СО. Так, черно-зеленые иглы тетрабромида получаются около 600°С при атмосферном давлении, тетрабромид - преимущественно при 350 - 500°С. При более низком давлении или несколько более высокой температуре получается смесь бромидов, в том числе комплексных. Известны также красно-оранжевые кристаллы диоксибромида МоО2Вг2 и желтые игольчатые кристаллы бромомолибденовой кислоты H3(MoO3Br3).
Достоверно известен лишь диодид молибдена Mol2. Получается он взаимодействием паров йода с металлом выше 1000°С:
Другие йодиды молибдена неизвестны.
Сера не реагирует с молибденом до температуры 400 - 450°С, при более высокой температуре образуется дисульфид молибдена MoS2:
Сероводород реагирует с молибденом при высокой температуре, образуя MoS2. В парах хлоридов серы образуются сульфохлориды молибдена.
Непрямыми методами были получены сульфиды молибдена MoS3, Mo2S5, Mo2S3. Первые два диссоциируют при температурах выше 400°С.
Помимо этих простых сульфидов известны также и полисульфид Mo(S2)2, тиомолибдаты Ме2MoS4. Высший сульфид MoS3 образуется при пропускании сероводорода через растворы молибдатов щелочных металлов:
Дисульфид молибдена - важнейший минерал молибдена. Он образуется в земной коре в высотемпературных условиях. Имеет сложную слоистую гексагональную кристаллическую решетку. Пары воды окисляют при красном калении. Кислоты-окислители разлагают, переводя его в, неокисляющие кислоты не действуют на него. Сульфиды щелочных металлов и щелочи разлагают при сплавлении.
С азотом молибден не реагирует, азот незначительно растворяется в молибдене. Нитриды молибдена добыты другим путем.
При температуре 400 - 745°С порошок молибдена реагирует с аммиаком с получением нитридов молибдена: МоN, Mo2N, в-фаза, содержащая 28% азота. Во всех трех фазах были установлены определенные кристаллические структуры. В вакууме при нагревании они легко разлагаются.
Нитриды, как и карбид Мо2С и бориды, являются соединениями, в которых валентные соотношения не сохранены. Мо3N и Mo2N относятся к так называемым фазам внедрения, в которых атом неметалла внедряется между атомами металла, при этом сохраняется кристаллическая структура последнего. МоN имеет более сложную структуру и не может быть отнесен к фазам внедрения.
С углеродом
Молибден с углеродом образует два карбида: Мо2С и МоС. Это очень твердые, тяжелые, тугоплавкие металлоподобные соединения. Они близки по свойствам к фазам внедрения, имеющим металлический характер (проводимость, внешний вид и т. п.), обусловливаемый особенностями их атомно-кристаллической структуры. Мо2С образуется при 2400°С. Это темно-серый порошок, получаемый обычно науглероживанием в твердой фазе смеси молибденового порошка и сажи при 1400- 1500°С. Может быть также получен науглероживанием накаленной молибденовой проволоки из газовой фазы или взаимодействием МоО3 с СО и углеводородами. МоС плавится при 2650°С. Карбиды молибдена, благодаря своей твердости и тугоплавкости, играют важную роль в инструментальной и других отраслях современной техники.
Молибден образует с окисью углерода под высоким давлением гексакарбонил Мо (СО)6. Он диссоциирует при 150°С. Это ромбоэдрические белые кристаллы, возгоняющиеся при пониженном давлении и комнатной температуре, растворимые в эфире и бензоле. С органическими основаниями образует комплексы. При разложении Мо(СО)6 в зависимости от условий образуется металлическое зеркало или порошок из мелких гранул молибдена.
С кислородом
Литой и плотно спеченный слиток молибдена при нормальной и несколько повышенной температуре стоек к действию кислорода и воздуха. При нагревании до темно-красного каления поверхность металла быстро тускнеет и при 600°С молибден загорается выделяя дым - возгон МоО3. Налет окисла легко разрушается и при длительном нагревании происходит полное сгорание металла до МоО3.
Молибденовый порошок окисляется при более низкой температуре, а мелкодисперсный порошок молибдена может самовозгораться на воздухе или в токе кислорода.
Рассмотрим ряд оксидов молибдена. Для молибдена были идентифицированы оксиды с химической формулой МоО3, и МоО2. Ковалентность молибдена в оксидах равна 3 и 2. Кроме того, получены оксиды промежуточного между МоО3 и МоО2 состава: Мо8О23, Мо9О26, Мо4О11, Мо17О47. характер связи в оксидах в основном ионный, частично ковалентный.
МоО и Мо2О3 не выделены в свободном состоянии, хотя ранее в литературе и упоминалось о их выделении. Рентгенографически идентифицирована фаза, содержащая кислород в количестве, соответствующему составу Мо3О. оксид МоО2 более тугоплавок и термодинамически устойчив чем оксид МоО3.
Поскольку молибден относится к металлам, то его оксиды должны проявлять основные свойства. Но оксиды МоО3, и МоО2 проявляют не основные свойства, а кислотные. Они дают ряд соединений общей формулой Н2МоО4 и Н2МоО3. основные свойства проявляет оксид Мо2О3.
МоО3 характерен гидрат состава Н2МоО4 и Н2МоО4 ЧН2О. Н2МоО4 - белые мелкие кристаллы гексагональной формы. Дигидрат Н2МоО4 Ч Н2О образуется при стоянии подкисленного раствора молибдатов в течении нескольких недель, а также при внесении затравки Н2МоО4 Ч Н2О в сильно подкисленный раствор парамолибдата аммония. Н2МоО4 - молибденовая кислота, кислота средней силы, например, она более сильная чем угольная кислота и вытесняет ее из ее солей:
Гидраты окислов с валентностью металла между VI и IV получены в виде соединений МоО(ОН)3 и Мо(ОН)5. сила этих электролитов очень слабая, они малорастворимы в воде.
МоО2 характерен гидрат состава Н2МоО3, который в свободном состоянии не выделен, выделен только в растворах, также получены его соединения состава Ме2МоО3. слабый электролит.
Также при действии аммиака на растворы молибдатов получен Мо(ОН)3 - аморфный порошок черного цвета, не растворим в воде и растворах щелочей, легко растворяется в минеральных кислотах и при отсутствии окислителей дает ионы Мо+3.
Рассмотрим свойства Н2МоО4
Молибденовая кислота реагирует при повышенной температуре с оксидами, гидроксидами, карбонатами щелочных и щелочноземельных металлов давая соответствующие молибдаты.
Состояние молибденовой кислоты в растворах зависит от кислотности и разбавлености последних. При большом разбавлении (<10-4 моль/л, РН>6,5) молибденовая кислота находится в растворе в виде простых молекул. В более концентрированных растворах и при РН меньше шести: РН<6 происходит полимеризация молекул. Степень сложности образованных комплексов также зависит от температуры.
Рассмотрим свойства Мо(ОН)3
Сухой Мо(ОН)3 - это аморфный порошок, не растворимый в воде и растворах щелочей. Он проявляет основные свойства. Легко растворяется в растворах минеральных кислот, при этом образуются соли Мо3+.
Экологическое влияние отходов молибденовой промышленности
При переработке молибденовых руд большое количество молибдена теряется на разных этапах переработки сырья. При этом возможно как отравление персонала работающего на предприятии так и негативное влияние на природу.
Токсичность молибдена проявляется при поступлении молибдена более 15 мг в сутки. При поступлении таких количеств молибдена наблюдаются следующие симптомы:
· истощение, токсикоз;
· подагра (при сопутствующем дефиците кальция);
· нарушение функций иммунитета;
· изменение функций костного мозга, тимуса, селезенки;
· хронический профессиональный молибденоз (повышение содержания мочевой кислоты и молибдена в сыворотке крови, артрозы, гипотония, анемия и лейкопения, желудочно-кишечные заболевания, атаксия, резкие нарушения обмена веществ).
«молибденовая подагра» (болезнь Ковальского), которая часто встречается в Армении.
При поступлении молибдена в больших количествах он усваивается растениями, растения содержат молибден в листьях и побегах. При этом они становятся токсичны. Растения имеют свойство извлекать и концентрировать молибден в зеленой массе, поэтому его содержание в ней будет выше, чем в почве. Это приведет к отравлению молибденом животных. Поэтому отвалы после переработки молибденовых руд следует покрывать слоем земли для упреждения разноса ветром породы. Также такие отвалы следует изолировать от грунтовых вод, поскольку молибден может просачиваться в грунтовые воды и отравлять их.
Гидроксиды d-металлов получали химическим осаждением из 0,5 М и растворов соответствующих хлоридов металлов и 1,5 М растворов гидроксида натрия, при этом протекала реакция MeCln + nNaOH = Me(OH)nv + nNaCl...
Влияние соединений d-металлов на скорость диссоциации молекулы воды в биполярной мембране
Для выделения частиц гидроксидов переходных металлов из полидисперсного порошка, полученного измельчением в фарфоровой ступке, использовалась разработанная при выполнении данной работы лабораторная установка (рисунок 4)...
Влияние соединений d-металлов на скорость диссоциации молекулы воды в биполярной мембране
Использование разработанной в данной работе лабораторной установки для фракционирования частиц гидроксидов позволяет выделять фракции частиц с диаметром менее 5 мкм (рисунок 10...
Задача осуществления прививочной полимеризации тетрафторэтилена
На палладиевом катализаторе тетрафторэтилен присоединяет водород с образованием 1,1,1,2 -- тетрафторэтана. При освещении актиничным светом тетрафторэтилен подвергается галогенированию...
Получение фосфорнокислого цинка
Цинк - химически активный металл, обладает выраженными восстановительными свойствами, по активности уступает щелочно-земельным металлам. Проявляет амфотерные свойства. Стандартный электродный потенциал - 0,76 В...
Практическое применение и свойства неодима
Неодим - активный металл, по своему поведению при реакциях похож на лантан. Во влажном воздухе он покрывается оксидно-гидроксидной пленкой. 4Nd + 6H2O + 3O2 > 4Nd(OH)3. Неодим пассивируется в холодной воде, не реагирует со щелочами и этанолом...
Расчет процесса электролиза цинка из сульфатного раствора
Цинк является довольно активным металлом. Он легко взаимодействует с кислородом, галогенами, серой и фосфором: 2 Zn + О2 = 2 ZnО (оксид цинка); (1) Zn + Сl2 = ZnСl2 (хлорид цинка); (2) Zn + S = ZnS (сульфид цинка); (3) 3 Zn + 2 Р = Zn3Р2 (фосфид цинка)...
При плавлении разлагается (tпл = 1450?С). Растворимость CaSO4 повышается в присутствии MgCl2, NaCl, HNO3, HCl. Реагирует с концентрированной серной кислотой, восстанавливается углеродом при спекании...
Тригалогениды галлия
Химические свойства и область применения полиэтилентерефталата
Полиэтилентерефталат имеет высокую химическую стойкость к бензину, маслам, жирам, спиртам, эфиру, разбавленным кислотам и щелочам. Полиэтилентерефталат не растворим в воде и многих органических растворителях...
Химические свойства простых циклических эфиров на примере этилоксирана
Благодаря особенностям молекулярной структуры, окись этилена является весьма реакционноспособным соединением и легко вступает в реакции с различными соединениями с разрывом C-O связи и раскрытием цикла...
Химия элементов: молибден
МОЛИБДЕН - (Molybdenum), Mo - химический элемент 6 (VI Б) группы периодической системы, атомный номер 42, атомная масса 95,94. Известен 31 изотоп молибдена с 83Мо по 113Мо. Из них стабильные: 92Мо, 94Мо - 98Мо. Шесть этих изотопов и 100Мо (ТЅ = 1...
