الموليبدينوم: هيكل ، خصائص ، التكافؤ ، وظائف
الموليبدينوم (M) هو معدن انتقالي ، ينتمي إلى المجموعة 6 ، الفترة 5 من الجدول الدوري. لديها التكوين الإلكتروني (Kr) 4d55s1 ؛ العدد الذري 42 ومتوسط الكتلة الذرية 95.94 جم / مول. لديها 7 نظائر مستقرة: 92Mo ، 94Mo ، 95Mo ، 96Mo ، 97Mo ، 98Mo و 100Mo ؛ النظير 98Mo هو واحد في أكبر نسبة.
إنه معدن أبيض ذو مظهر فضي وله خصائص كيميائية مماثلة للكروم. في الواقع ، كلاهما عناصر معدنية من نفس المجموعة ، والكروم يقع فوق الموليبدينوم ؛ وهذا هو ، الموليبدينوم أثقل ولها مستوى طاقة أعلى.
الموليبدينوم ليس حرا في الطبيعة ، لكنه جزء من المعادن ، كونه الموليبدينيت الأكثر وفرة (MoS 2 ). بالإضافة إلى ذلك ، يرتبط مع المعادن الأخرى للكبريت ، والتي يتم الحصول على النحاس منها أيضًا.
زاد استخدامه خلال الحرب العالمية الأولى ، لأنه حل محل التنغستن ، الذي كان نادرًا بسبب استغلاله على نطاق واسع.
ملامح
يتميز الموليبدينوم بمتانته العالية ومقاومته للتآكل ونقطة الانصهار العالية ، كما أنه مرن ويتحمل درجات الحرارة العالية. يعتبر معدن صهر لأنه يحتوي على نقطة انصهار أعلى من البلاتين (1772 درجة مئوية).
كما أن لديها مجموعة من الخصائص الإضافية: طاقة الربط في ذراتها عالية ، وضغط بخار منخفض ، ومعامل منخفض للتمدد الحراري ، ومستوى عالٍ من التوصيل الحراري ، ومقاومة كهربائية منخفضة.
كل هذه الخصائص والخصائص سمحت للموليبدينوم أن يكون له العديد من الاستخدامات والتطبيقات ، وأهمها تشكيل السبائك الفولاذية.
من ناحية أخرى ، يعد عنصر تتبع أساسيًا للحياة. في البكتيريا والنباتات الموليبدينوم هو عامل مساعد موجود في العديد من الإنزيمات المشاركة في تثبيت واستخدام النيتروجين.
الموليبدينوم هو عامل مساعد لنشاط إنزيمات أوكسي ترانسفيراز ، التي تنقل ذرات الأكسجين من الماء ، بينما تنقل إلكترونين. من بين هذه الأنزيمات ، أوكسيديز الزانثين من الرئيسات ، وظيفته هي أكسدة الزانثين إلى حمض اليوريك.
يمكن الحصول عليها من الأطعمة المختلفة ، بما في ذلك ما يلي: القرنبيط ، السبانخ ، الثوم ، الحبوب الكاملة ، الحنطة السوداء ، جرثومة القمح ، العدس ، بذور عباد الشمس والحليب.
اكتشاف
الموليبدينوم ليس معزولًا في الطبيعة ، لذلك في العديد من مجمعاته كان مرتبكًا في العصور القديمة بالرصاص أو الكربون.
في عام 1778 ، تمكن كارل فيلهلم ، الكيميائي والصيدلي السويدي ، من التعرف على الموليبدينوم كعنصر متميز. عالج ويلهيلم الموليبدينيت (MoS 2 ) بحمض النيتريك ، وحصل على مركب ذو طبيعة حمضية حدد فيه الموليبدينوم.
في وقت لاحق ، في عام 1782 ، تمكن بيتر جاكوب هيلم ، باستخدام مركب حمض فيلهلم ، عن طريق الحد من الكربون ، من عزل الموليبدينوم النجس.
هيكل
ما هو الهيكل البلوري للموليبدينوم؟ تعتمد ذراتها المعدنية على النظام البلوري التكعيبي المتمركز في الجسم (نسخة مخفية ، من أجل اختصاره باللغة الإنجليزية) عند الضغط الجوي. عند الضغط العالي ، يتم ضغط ذرات الموليبدينوم لتكوين هياكل أكثر كثافة ، مثل المكعب المتمركز على الوجوه (fcc) والسداسي (hcp).
الرابطة المعدنية قوية ، وتتزامن مع كونها واحدة من المواد الصلبة ذات أعلى نقطة انصهار (2623 درجة مئوية). ترجع هذه القوة الهيكلية إلى حقيقة أن الموليبدينوم غني بالإلكترونات ، وبنيته البلورية كثيفة بدرجة كبيرة ، وأثقل من الكروم. هذه العوامل الثلاثة تسمح لك بتقوية السبائك التي أنت جزء منها.
من ناحية أخرى ، أكثر أهمية من هيكل الموليبدينوم المعدني ، هو أن مركباته. يتميز الموليبدينوم بقدرته على تكوين مركبات مفاعل نو نووي (Mo-Mo) أو متعدد النوى (Mo-Mo-Mo- ···).
وبالمثل ، يمكن تنسيقه مع جزيئات أخرى لتكوين مركبات مع صيغ MoX 4 إلى MoX 8 . ضمن هذه المركبات من الشائع وجود جسور الأكسجين (Mo-O-Mo) أو الكبريت (Mo-S-Mo).
خصائص
مظهر
الفضة البيضاء الصلبة.
نقطة انصهار
2623 درجة مئوية (2،896 كلفن).
نقطة الغليان
4.639 درجة مئوية (4.912 كلفن).
انثالبي من الانصهار
32 كيلوجول / مول.
المحتوى الحراري من التبخير
598 كيلو جول / مول.
ضغط البخار
3.47 Pa إلى 3.000 K.
صلابة على نطاق موس
5.5
الذوبان في الماء
مركبات الموليبدينوم قليلة الذوبان في الماء. ومع ذلك ، فإن الموليبدات أيون MoO 4 -2 قابل للذوبان.
تآكل
إنه مقاوم للتآكل وهو أفضل مقاومة لمقاومة حمض الهيدروكلوريك.
أكسدة
لا تتأكسد في درجة حرارة الغرفة. يتطلب التأكسد بسرعة درجات حرارة أعلى من 600 درجة مئوية.
التكافؤ
التكوين الإلكتروني للموليبدينوم هو [Kr] 4d55s1 ، لذلك لديه ستة إلكترونات التكافؤ. اعتمادًا على أي ذرة مرتبطة ، يمكن أن يفقد المعدن جميع إلكتروناته ويحصل على تكافؤ +6 (VI). على سبيل المثال ، إذا قمت بتكوين روابط مع ذرة الفلور الإلكترونية (MoF 6 ).
ومع ذلك ، يمكن أن تفقد 1 إلى 5 إلكترونات. وبالتالي ، تمتد قيم التكافؤ من الفاصل الزمني من +1 (I) إلى +5 (V). عندما يفقد إلكترونًا واحدًا فقط ، فإنه يترك المداري 5s ، ويظل تكوينه كـ [Kr] 4d5. تتطلب الإلكترونات الخمسة في المدار رباعي الأبعاد وسائط حمضية للغاية وأنواع شبيهة بالإلكترون للغاية لتترك ذرة Mo.
من ستة التكافؤ ، والتي هي الأكثر شيوعا؟ +4 (IV) و +6 (VI). يحتوي Mo (IV) على التكوين [Kr] 4d2 ، بينما Mo (VI) ، [Kr].
بالنسبة إلى Mo4 + ، ليس من الواضح سبب ثباته أكثر من ، على سبيل المثال ، Mo3 + (كما في Cr3 +). لكن بالنسبة إلى Mo6 + ، من الممكن أن تفقد هذه الإلكترونات الستة لأنها تصبح غير إلكترونية للكريبتون بالغاز النبيل.
كلوريد الموليبدينوم
يوجد أدناه سلسلة من كلوريد الموليبدينوم ذات أبعاد مختلفة أو حالات أكسدة ، من (II) إلى (VI):
- ثنائي كلوريد الموليبدينوم (MoCl 2 ). أصفر صلب.
- ثلاثي كلوريد الموليبدينوم (MoCl 3 ). الأحمر الداكن الصلبة.
- رباعي كلوريد الموليبدينوم (MoCl 4 ). أسود صلب.
- الموليبدينوم خماسي كلوريد (MoCl 5 ). الأخضر الداكن الصلبة.
الموليبدينوم سداسي كلوريد (MoCl 6 ). بني صلب.
وظائف في الجسم
الموليبدينوم هو عنصر أساسي للحياة ، لأنه موجود كعامل مساعد في العديد من الإنزيمات. تستخدم مركبات النقل المؤكسدة الموليبدينوم كعامل مساعد لتحقيق وظيفتها المتمثلة في نقل الأكسجين من الماء باستخدام زوج من الإلكترونات.
من بين الناقلات oxot:
- أوكسيديز الزانثين.
- أوكسيديز الألدهيد ، الذي يؤكسد الألدهيدات.
- الأمينات والكبريتيدات في الكبد.
- أوكسيديز الكبريتيت ، الذي يؤكسد الكبريتيت في الكبد.
- نترات اختزال.
- النتريت اختزال موجودة في النباتات.
انزيم الزانثين
يحفز إنزيم أكسيد الزانثين أوكسيديز الخطوة النهائية في هدم البيورينات في الرئيسيات: تحويل الزانثين إلى حمض اليوريك ، وهو مركب يتم إفرازه بعد ذلك.
أوكسيديز الزانثين لديه أنزيم إلى FAD. بالإضافة إلى ذلك ، يتدخل الحديد غير الهيم والموليبدينوم في النشاط الحفاز. يمكن وصف عمل الإنزيم بالمعادلة الكيميائية التالية:
Xanthine + H 2 O + O 2 => حمض اليوريك + H 2 O 2
يتدخل الموليبدينوم كعامل مساعد molibdopterin (Mo-co). يوجد أكسيد الزانثين بشكل رئيسي في الكبد والأمعاء الدقيقة ، لكن استخدام التقنيات المناعية قد سمح لموقعه في الغدد الثديية والعضلات الهيكلية والكلى.
يحول دون استخدام إنزيم الزانثين أوكسيديز بواسطة عقار Alopurinol ، المستخدم في علاج النقرس. في عام 2008 ، بدأ تسويق عقار Febuxostat بأداء أفضل في علاج المرض.
إنزيم الألدهيد أوكسيديز
يوجد إنزيم الألدهيد أوكسيديز في السيتوبلازم الخلوي ، الموجود في المملكة النباتية وفي المملكة الحيوانية. يحفز الإنزيم أكسدة الألدهيد في حمض الكربوكسيل.
كما أنه يحفز أكسدة السيتوكروم P 450 والمنتجات الوسيطة لإنزيم أحادي الأمين أوكسيديز (MAO).
بسبب خصوصياته الواسعة ، يمكن لأكسيداز إنزيم الألدهيد أن يؤكسد العديد من الأدوية ، يؤدي وظيفته بشكل رئيسي في الكبد. يمكن تخطيط عمل الإنزيم على الألدهيد بالطريقة التالية:
الألدهيد + H 2 O + O 2 => حمض الكربوكسيل + H 2 O 2
انزيم أوكسيديز كبريتيت
يشارك إنزيم أوكسيديز الكبريت في تحويل الكبريتيت إلى كبريتات. هذه هي الخطوة النهائية لتدهور المركبات المحتوية على الكبريت. يحدث التفاعل المحفز بواسطة الإنزيم وفقًا للمخطط التالي:
SO 3 -2 + H 2 O + 2 (Cytochrome C) المؤكسد => SO 4 -2 + 2 (Cytochrome C) مخفض + 2 H +
يمكن أن يؤدي نقص الإنزيم بسبب طفرة جينية في الإنسان إلى الوفاة المبكرة.
الكبريتيت مركب سام للسمية العصبية ، لذا فإن النشاط المنخفض لإنزيم أوكسيديز الكبريت يمكن أن يسبب مرض عقلي ، والتخلف العقلي ، والتدهور العقلي ، وفي النهاية الموت.
في عملية التمثيل الغذائي للحديد وكمكون من الأسنان
يتدخل الموليبدينوم في استقلاب الحديد ، مما يسهل امتصاصه في الأمعاء وتكوين كريات الدم الحمراء. بالإضافة إلى ذلك ، فهو جزء من مينا الأسنان ، ويساعد مع الفلوريد في الوقاية من تسوس الأسنان.
نقص
تم ربط نقص في الموليبدينوم بزيادة حدوث سرطان المريء في مناطق الصين وإيران ، مقارنة بمناطق الولايات المتحدة ذات مستويات الموليبدينوم العالية.
الأهمية في النباتات
إن إنزيم اختزال النترات هو إنزيم يلعب دورًا حيويًا في النباتات ، لأنه إلى جانب إنزيم نيتريت الإنزيم يتدخل في تحويل النترات إلى أمونيوم.
يحتاج الإنزيمان إلى عامل مساعد (Mo-co). يمكن تخطيط التفاعل الذي يحفز بواسطة اختزال نترات الإنزيم على النحو التالي:
متبرع نترات + إلكترون + H 2 O => متبرع نيتريت + مؤكسد
تحدث عملية الحد من أكسدة النترات في السيتوبلازم في الخلايا النباتية. يتم نقل النتريت ، نتاج رد الفعل السابق ، إلى البلاستيد. يعمل إنزيم النتريت المختزل على النتريت ، الأمونيوم الأصلي.
يستخدم الأمونيوم لتركيب الأحماض الأمينية. بالإضافة إلى ذلك ، تستخدم النباتات الموليبدينوم في تحويل الفسفور غير العضوي إلى فسفور عضوي.
يوجد الفسفور العضوي في العديد من جزيئات الوظيفة البيولوجية ، مثل: ATP ، الجلوكوز - 6 - الفوسفات ، والأحماض النووية ، و forfolipids ، إلخ.
يؤثر نقص الموليبدينوم بشكل أساسي على المجموعة الصليبية والخضروات والبونسيتات والأبواس.
في القرنبيط ، يؤدي نقص الموليبدينوم إلى تقييد عرض طرف الورقة ، وانخفاض في نمو النبات وتكوين الزهور.
يستخدم والتطبيقات
الحفاز
- إنه محفز لإزالة الكبريت من البترول والبتروكيماويات والسوائل المشتقة من الفحم. يشتمل مجمع المحفز على MoS 2 المثبت على الألومينا ، ويتم تنشيطه بواسطة الكوبالت والنيكل.
- يشكل الموليبدات مجمعًا يحتوي على البزموت للأكسدة الانتقائية للبروبين والأمونيوم والهواء. وبالتالي ، فإنها تشكل أكريلونيتريل ، أسيتونيتريل وغيرها من المواد الكيميائية ، والتي هي المواد الخام للصناعات البلاستيكية والألياف.
وبالمثل ، يحفز الحديد الموليبدات الأكسدة الانتقائية للميثانول إلى الفورمالديهايد.
أصباغ
الموليبدينوم يتدخل في تكوين الأصباغ. على سبيل المثال ، يتكون الموليبدينوم البرتقالي عن طريق الترسيب المشترك لكرومات الرصاص ، وموليبدات الرصاص وكبريتات الرصاص.
هذا هو صبغة خفيفة ومستقرة في درجات حرارة مختلفة ، ويبدو أحمر مشرق أو برتقالي أو أحمر أصفر. يستخدم في تحضير الدهانات والبلاستيك وكذلك في منتجات المطاط والسيراميك.
مولبيدات
- الموليبدات مثبط للتآكل. تم استخدام موليبدات الصوديوم كبديل للكرومات لمنع تآكل الفولاذ المتصلب في نطاق واسع من الأس الهيدروجيني.
- يستخدم في مبردات المياه وأجهزة التكييف وأنظمة التدفئة. موليبدات تستخدم أيضا لمنع التآكل في النظم الهيدروليكية وهندسة السيارات. أيضا ، يتم استخدام أصباغ تمنع التآكل في الدهانات.
- الموليبدات ، بسبب خواصها في درجة انصهار عالية ، معامل منخفض للتمدد الحراري والتوصيل الحراري العالي ، يهدف إلى إنتاج الأشرطة والخيوط المستخدمة في صناعة الإضاءة.
- يستخدم في اللوحات الأم لأشباه الموصلات. في إلكترونيات الطاقة ؛ أقطاب الانصهار من النظارات. غرف للأفران عالية الحرارة والكاثودات لطلاء الخلايا الشمسية والشاشات المسطحة.
-أيضا ، يتم استخدام الموليبدات في إنتاج البوتقات لجميع العمليات المعتادة في مجال معالجة الياقوت.
سبائك مع الصلب
يستخدم الموليبدينوم في السبائك المصنوعة من الصلب الذي يتحمل درجات الحرارة العالية والضغوط. تستخدم هذه السبائك في صناعة البناء وفي تصنيع قطع غيار للطائرات والسيارات.
- الموليبدات حتى بتركيزات منخفضة تصل إلى 2٪ ، يمنح السبائك المصنوعة من الصلب مقاومة عالية للتآكل.
استخدامات أخرى
- موليبدات يستخدم في صناعة الطيران ؛ في صناعة شاشات الكريستال السائل ؛ في معالجة المياه وحتى في تطبيق شعاع الليزر.
- ثاني كبريتيد الموليبدات هو ، في حد ذاته ، مادة تشحيم جيدة ويوفر خصائص التسامح للضغوط الشديدة في تفاعل مواد التشحيم مع المعادن.
مواد التشحيم تشكل طبقة بلورية على سطح المعادن. بفضل هذا ، يتم تقليل الاحتكاك المعدني إلى الحد الأدنى ، حتى في درجات الحرارة العالية.
