Molybdän - Molybdenum

Molybdän,  42 Mo
Kristallines Molybdänfragment und 1cm3 Würfel.jpg
Molybdän
Aussprache / M ə l ɪ b d ə n əm / ( mə- LIB -də-nəm )
Aussehen grau metallic
Standardatomgewicht A r, std (Mo) 95,95(1)
Molybdän im Periodensystem
Wasserstoff Helium
Lithium Beryllium Bor Kohlenstoff Stickstoff Sauerstoff Fluor Neon
Natrium Magnesium Aluminium Silizium Phosphor Schwefel Chlor Argon
Kalium Kalzium Scandium Titan Vanadium Chrom Mangan Eisen Kobalt Nickel Kupfer Zink Gallium Germanium Arsen Selen Brom Krypton
Rubidium Strontium Yttrium Zirkonium Niob Molybdän Technetium Ruthenium Rhodium Palladium Silber Cadmium Indium Zinn Antimon Tellur Jod Xenon
Cäsium Barium Lanthan Cer Praseodym Neodym Promethium Samarium Europa Gadolinium Terbium Dysprosium Holmium Erbium Thulium Ytterbium Lutetium Hafnium Tantal Wolfram Rhenium Osmium Iridium Platin Gold Quecksilber (Element) Thallium Das Blei Wismut Polonium Astatin Radon
Francium Radium Aktinium Thorium Protactinium Uran Neptunium Plutonium Amerika Kurium Berkelium Kalifornien Einsteinium Fermium Mendelevium Nobelium Lawrencium Rutherfordium Dubnium Seaborgium Bohrium Hassium Meitnerium Darmstadtium Röntgenium Copernicium Nihonium Flerovium Moskau Lebermorium Tennessine Oganesson
Cr

Mo

W
NiobMolybdänTechnetium
Ordnungszahl ( Z ) 42
Gruppe Gruppe 6
Zeitraum Periode 5
Block   D-Block
Elektronenkonfiguration [ Kr ] 4d 5 5s 1
Elektronen pro Schale 2, 8, 18, 13, 1
Physikalische Eigenschaften
Phase bei  STP fest
Schmelzpunkt 2896  K ​(2623 °C, ​4753 °F)
Siedepunkt 4912 K ​(4639 °C, ​8382 °F)
Dichte (nahe  rt ) 10,28 g / cm 3
wenn flüssig (bei  mp ) 9,33 g / cm 3
Schmelzwärme 37,48  kJ/mol
Verdampfungswärme 598 kJ/mol
Molare Wärmekapazität 24,06 J/(mol·K)
Dampfdruck
P  (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
bei  T  (K) 2742 2994 3312 3707 4212 4879
Atomare Eigenschaften
Oxidationsstufen −4, −2, −1, 0, +1, +2, +3, +4 , +5, +6 (ein stark saures Oxid)
Elektronegativität Pauling-Skala: 2,16
Ionisierungsenergien
Atomradius empirisch: 139  pm
Kovalenter Radius 154 ± 17 Uhr
Farblinien in einem Spektralbereich
Spektrallinien von Molybdän
Andere Eigenschaften
Natürliches Vorkommen urtümlich
Kristallstruktur kubisch raumzentrierte (bcc)
Raumzentrierte kubische Kristallstruktur für Molybdän
Schallgeschwindigkeit dünner Stab 5400 m/s (bei  RT )
Wärmeausdehnung 4,8 µm/(m⋅K) (bei 25 °C)
Wärmeleitfähigkeit 138 W/(m⋅K)
Wärmeleitzahl 54,3 mm 2 /s (bei 300 K)
Elektrischer widerstand 53,4 nm (bei 20 °C)
Magnetische Bestellung paramagnetisch
Molare magnetische Suszeptibilität +89,0 × 10 –6  cm 3 /mol (298 K)
Elastizitätsmodul 329 GPa
Schubmodul 126 GPa
Schüttmodul 230 GPa
QUERKONTRAKTIONSZAHL 0,31
Mohs-Härte 5.5
Vickers-Härte 1400–2740 MPa
Brinellhärte 1370–2500 MPa
CAS-Nummer 7439-98-7
Geschichte
Entdeckung Carl-Wilhelm Scheele (1778)
Erste Isolierung Peter Jacob Hjelm (1781)
Haupt Isotope von Molybdän
Isotop Fülle Halbwertszeit ( t 1/2 ) Decay-Modus Produkt
92 Mo 14,65 % stabil
93 Monate syn 4 × 10 3  y ε 93 Nb
94 Monate 9,19% stabil
95 Mo 15,87% stabil
96 Monate 16,67% stabil
97 Monate 9,58% stabil
98 Monate 24,29 % stabil
99 Mo syn 65,94 Stunden β 99m Tc
γ
100 Mo 9,74% 7,8 × 10 18  y β β 100 Ru
Kategorie Kategorie: Molybdän
| Verweise

Molybdän ist ein chemisches Element mit dem Symbol Mo und der Ordnungszahl 42. Der Name stammt vom neulateinischen Molybdän , das auf dem altgriechischen Μόλυβδος molybdos , was Blei bedeutet , basiert , da seine Erze mit Bleierzen verwechselt wurden. Molybdänmineralien sind im Laufe der Geschichte bekannt, aber das Element wurde 1778 von Carl Wilhelm Scheele entdeckt (im Sinne einer Unterscheidung als neue Einheit von den Mineralsalzen anderer Metalle) . Das Metall wurde erstmals 1781 von Peter Jacob Hjelm isoliert .

Molybdän kommt als freies Metall auf der Erde nicht natürlich vor ; es kommt nur in verschiedenen Oxidationsstufen in Mineralien vor. Das freie Element, ein silbriges Metall mit Graustich, hat den sechsthöchsten Schmelzpunkt aller Elemente. Es bildet leicht harte, stabile Karbide in Legierungen , und aus diesem Grunde der größten Teil der Weltproduktion des Elements (ca. 80%) wird in verwendete Stahllegierungen, einschließlich dem hochfesten Legierungen und Superlegierungen .

Die meisten Molybdänverbindungen haben eine geringe Löslichkeit in Wasser, aber wenn molybdänhaltige Mineralien mit Sauerstoff und Wasser in Kontakt kommen , entsteht das Molybdat- Ion MoO2−
4
ist ziemlich löslich. Industriell Molybdänverbindungen (etwa 14% der Weltproduktion des Elements) in verwendeten Hochdruck und Hochtemperaturanwendungen , wie Pigmente und Katalysatoren .

Molybdänhaltige Enzyme sind bei weitem die häufigsten bakteriellen Katalysatoren für das Aufbrechen der chemischen Bindung im atmosphärischen molekularen Stickstoff im Prozess der biologischen Stickstofffixierung . Mindestens 50 Molybdänenzyme sind heute in Bakterien, Pflanzen und Tieren bekannt, obwohl nur bakterielle und cyanobakterielle Enzyme an der Stickstofffixierung beteiligt sind. Diese Nitrogenasen enthalten einen Eisen-Molybdän-Cofaktor FeMoco , von dem angenommen wird, dass er entweder Mo(III) oder Mo(IV) enthält. Dies unterscheidet sich von dem vollständig oxidierten Mo(VI), das in allen anderen Molybdän-haltigen Enzymen komplexiert mit Molybdopterin gefunden wird , die eine Vielzahl von entscheidenden Funktionen erfüllen. Die Vielfalt der entscheidenden Reaktionen, die von diesen letztgenannten Enzymen katalysiert werden, macht Molybdän für alle höheren eukaryotischen Organismen, einschließlich des Menschen, ein essentielles Element .

Eigenschaften

Physikalische Eigenschaften

In seiner reinen Form ist Molybdän ein silbrig-graues Metall mit einer Mohs-Härte von 5,5 und einem Standardatomgewicht von 95,95 g/mol. Es hat einen Schmelzpunkt von 2.623 ° C (4.753 ° F); Von den natürlich vorkommenden Elementen haben nur Tantal , Osmium , Rhenium , Wolfram und Kohlenstoff höhere Schmelzpunkte. Es hat eine der niedrigsten Koeffizienten der thermischen Ausdehnung zwischen den kommerziell verwendeten Metalle.

Chemische Eigenschaften

Molybdän ist ein Übergangsmetall mit einer Elektronegativität von 2,16 auf der Pauling-Skala. Es reagiert bei Raumtemperatur nicht sichtbar mit Sauerstoff oder Wasser. Die schwache Oxidation von Molybdän beginnt bei 300 °C (572 °F); Bei Temperaturen über 600 °C findet eine Volumenoxidation statt, die zu Molybdäntrioxid führt . Wie viele schwerere Übergangsmetalle zeigt Molybdän in wässriger Lösung nur eine geringe Neigung zur Bildung eines Kations, obwohl das Mo 3+ -Kation unter sorgfältig kontrollierten Bedingungen bekannt ist.

Isotope

Es gibt 35 bekannte Isotope von Molybdän mit einer Atommasse von 83 bis 117 sowie vier metastabile Kernisomere . Sieben Isotope kommen natürlich vor, mit Atommassen von 92, 94, 95, 96, 97, 98 und 100. Von diesen natürlich vorkommenden Isotopen ist nur Molybdän-100 instabil.

Molybdän-98 ist das am häufigsten vorkommende Isotop, das 24,14% des gesamten Molybdäns ausmacht. Molybdän-100 hat eine Halbwertszeit von etwa 10 19  y und erfährt Doppelbetazerfall in ruthenium -100. Alle instabilen Isotope von Molybdän zerfallen in Isotope von Niob , Technetium und Ruthenium . Von den synthetischen Radioisotopen ist das stabilste 93 Mo mit einer Halbwertszeit von 4.000 Jahren.

Die häufigste isotopische Anwendung von Molybdän ist Molybdän-99 , ein Spaltprodukt . Es ist ein Eltern-Radioisotop des kurzlebigen Gamma-emittierenden Tochter-Radioisotops Technetium-99m , einem Kernisomer, das in verschiedenen bildgebenden Anwendungen in der Medizin verwendet wird. 2008 meldete die Technische Universität Delft ein Patent auf die Molybdän-98-basierte Produktion von Molybdän-99 an.

Verbindungen

Molybdän bildet chemische Verbindungen in Oxidationsstufen von -II bis +VI. Höhere Oxidationsstufen sind für sein terrestrisches Vorkommen und seine biologische Rolle relevanter, mittlere Oxidationsstufen werden oft mit Metallclustern in Verbindung gebracht und sehr niedrige Oxidationsstufen werden typischerweise mit Organomolybdänverbindungen in Verbindung gebracht . Die Chemie von Mo und W zeigt starke Ähnlichkeiten. Die relative Seltenheit von Molybdän(III) beispielsweise steht im Gegensatz zur Verbreitung der Chrom(III)-Verbindungen. Die höchste Oxidationsstufe wird in Molybdän(VI)-Oxid (MoO 3 ) beobachtet, während die normale Schwefelverbindung Molybdändisulfid MoS 2 ist .


Oxidationszustand
Beispiel
-1 N / A
2
[Mo
2
(CO)
10
]
0 Mo(CO)
6
+1 Na[C
6
h
6
Mo]
+2 MoCl
2
+3 MoBr
3
+4 MoS
2
+5 MoCl
5
+6 MoF
6
Keggin-Struktur des Phosphomolybdat-Anions (P[Mo 12 O 40 ] 3− ), ein Beispiel für ein Polyoxometallat

Aus Sicht des Handels sind die wichtigsten Verbindungen Molybdändisulfid ( MoS
2
) und Molybdäntrioxid ( MoO
3
). Das schwarze Disulfid ist das Hauptmineral. Es wird an der Luft geröstet, um das Trioxid zu ergeben:

2 MoS
2
+ 7 O
2
→ 2 MoO
3
+ 4 SO
2

Das bei hohen Temperaturen flüchtige Trioxid ist die Vorstufe praktisch aller anderen Mo-Verbindungen sowie Legierungen. Molybdän hat mehrere Oxidationsstufen , die stabilsten sind +4 und +6 (in der Tabelle links fett gedruckt).

Molybdän(VI)-oxid ist in stark alkalischem Wasser löslich und bildet Molybdate (MoO 4 2− ). Molybdate sind schwächere Oxidationsmittel als Chromate . Sie neigen dazu, durch Kondensation bei niedrigeren pH- Werten strukturell komplexe Oxyanionen zu bilden , wie [Mo 7 O 24 ] 6− und [Mo 8 O 26 ] 4− . Polymolybdate können andere Ionen aufnehmen und Polyoxometallate bilden . Für den spektroskopischen Nachweis von Phosphor wird das dunkelblaue phosphorhaltige Heteropolymolybdat P[Mo 12 O 40 ] 3− verwendet . Das breite Spektrum an Oxidationsstufen von Molybdän spiegelt sich in verschiedenen Molybdänchloriden wider:

  • Molybdän(II)-chlorid MoCl 2 , das als Hexamer Mo 6 Cl 12 und das verwandte Dianion [Mo 6 Cl 14 ] 2- vorliegt .
  • Molybdän(III)-chlorid MoCl 3 , ein dunkelroter Feststoff, der sich in den anionischen trianionischen Komplex [MoCl 6 ] 3- umwandelt .
  • Molybdän(IV)-chlorid MoCl 4 , ein schwarzer Feststoff, der eine polymere Struktur annimmt.
  • Molybdän(V)chlorid MoCl 5 dunkelgrüner Feststoff, der eine dimere Struktur annimmt.
  • Molybdän(VI)chlorid MoCl 6 ist ein schwarzer Feststoff, der monomer ist und sich bei Raumtemperatur langsam zu MoCl 5 und Cl 2 zersetzt .

Wie Chrom und einige andere Übergangsmetalle bildet Molybdän Vierfachbindungen , wie in Mo 2 (CH 3 COO) 4 und [Mo 2 Cl 8 ] 4− , das ebenfalls eine Vierfachbindung aufweist. Die Lewis-Säure- Eigenschaften der Butyrat- und Perfluorbutyrat-Dimere, Mo 2 (O 2 CR) 4 und Rh 2 (O 2 CR) 4 , wurden beschrieben.

Die Oxidationsstufe 0 ist mit Kohlenmonoxid als Ligand möglich, wie bei Molybdänhexacarbonyl , Mo(CO) 6 .

Geschichte

Molybdänit – das Haupterz, aus dem heute Molybdän gewonnen wird – war früher als Molybdän bekannt. Molybdän wurde mit Graphit verwechselt und oft so verwendet, als wäre es Graphit . Wie Graphit kann Molybdänit zum Schwärzen einer Oberfläche oder als Festschmierstoff verwendet werden. Selbst wenn Molybdänoxid aus Graphit unterscheidbar waren, wurde es noch mit dem gemeinsamen verwechselt Blei Erz PbS (heute Galenit ); der Name kommt aus dem Altgriechischen Μόλυβδος molybdos , was Blei bedeutet . (Das griechische Wort selbst wurde als Lehnwort aus den anatolischen Luvischen und Lydischen Sprachen vorgeschlagen).

Obwohl (angeblich) Molybdän in einem japanischen Schwert aus dem 14. Jahrhundert (mfd. ca. 1330) absichtlich mit Stahl legiert wurde, wurde diese Kunst nie weit verbreitet und ging später verloren. Im Westen untersuchte Bengt Andersson Qvist 1754 eine Probe von Molybdänit und stellte fest, dass es kein Blei enthielt und somit kein Bleiglanz war.

1778 stellte der schwedische Chemiker Carl Wilhelm Scheele fest, dass Molybdän (in der Tat) weder Bleiglanz noch Graphit sei. Stattdessen schlug Scheele richtigerweise vor, dass Molybdän ein Erz eines bestimmten neuen Elements sei, das Molybdän für das Mineral genannt wird, in dem es sich befand und von dem es isoliert werden könnte. Peter Jacob Hjelm isolierte 1781 erfolgreich Molybdän mit Kohlenstoff und Leinöl .

Für das nächste Jahrhundert hatte Molybdän keine industrielle Verwendung. Es war relativ knapp, das reine Metall war schwer zu gewinnen und die notwendigen metallurgischen Techniken waren unausgereift. Frühe Molybdänstahllegierungen zeigten große Aussichten auf eine erhöhte Härte, aber Bemühungen, die Legierungen in großem Maßstab herzustellen, wurden durch inkonsistente Ergebnisse, eine Neigung zur Sprödigkeit und Rekristallisation behindert. Im Jahr 1906 reichte William D. Coolidge ein Patent ein, um Molybdän duktil zu machen , was zu Anwendungen als Heizelement für Hochtemperaturöfen und als Träger für Glühbirnen mit Wolframfaden führte; Oxidbildung und -abbau erfordern, dass Molybdän physikalisch versiegelt oder in einem Inertgas gehalten wird. 1913 entwickelte Frank E. Elmore ein Schaumflotationsverfahren zur Gewinnung von Molybdänit aus Erzen; Die Flotation bleibt der primäre Isolierungsprozess.

Während des Ersten Weltkriegs stieg die Nachfrage nach Molybdän in die Höhe; es wurde sowohl in der Panzerung als auch als Ersatz für Wolfram in Schnellarbeitsstählen verwendet . Einige britische Panzer wurden durch eine 75 mm (3 in) Manganstahlbeschichtung geschützt , aber dies erwies sich als unwirksam. Die Manganstahlplatten wurden durch viel leichtere 25 mm (1,0 Zoll) Molybdänstahlplatten ersetzt, die eine höhere Geschwindigkeit, größere Manövrierfähigkeit und besseren Schutz ermöglichen. Die Deutschen auch Molybdän dotiertem verwendet Stahl für schweres Geschütze, wie in der superschweren Haubitze Big Bertha , weil herkömmliche Stahlschmelzen bei den Temperaturen , die durch das Treibmittel der eine Tonne Shell. Nach dem Krieg sank die Nachfrage, bis metallurgische Fortschritte eine umfassende Entwicklung von Friedensanwendungen ermöglichten. Im Zweiten Weltkrieg erlangte Molybdän als Ersatz für Wolfram in Stahllegierungen wieder strategische Bedeutung.

Vorkommen und Produktion

Glänzende, silbrige, flache, sechseckige Kristalle in etwa parallelen Schichten sitzen blütenartig auf einem rauen, durchscheinenden kristallinen Quarzstück.
Molybdänit auf Quarz

Molybdän ist das 54. häufigste Element in der Erdkruste mit durchschnittlich 1,5 Teilen pro Million und das 25. häufigste Element in seinen Ozeanen mit durchschnittlich 10 Teilen pro Milliarde; es ist das 42. häufigste Element im Universum. Die russische Mission Luna 24 entdeckte ein molybdänhaltiges Korn (1 × 0,6 µm) in einem Pyroxenfragment , das vom Mare Crisium auf dem Mond entnommen wurde . Die vergleichsweise Seltenheit von Molybdän in der Erdkruste wird durch seine Konzentration in einer Reihe von wasserunlöslichen Erzen ausgeglichen, oft in Verbindung mit Schwefel wie Kupfer, mit dem es häufig vorkommt. Obwohl Molybdän in Mineralien wie Wulfenit (PbMoO 4 ) und Powellit (CaMoO 4 ) gefunden wird, ist die wichtigste kommerzielle Quelle Molybdänit (Mo S 2 ). Molybdän wird als Haupterz abgebaut und wird auch als Nebenprodukt des Kupfer- und Wolframabbaus gewonnen.

Die Weltproduktion von Molybdän betrug 2011 250.000 t, die größten Produzenten waren China (94.000 t), die USA (64.000 t), Chile (38.000 t), Peru (18.000 t) und Mexiko (12.000 t). Die Gesamtreserven werden auf 10 Millionen Tonnen geschätzt und konzentrieren sich hauptsächlich auf China (4,3 Millionen Tonnen), die USA (2,7 Millionen Tonnen) und Chile (1,2 Millionen Tonnen). Nach Kontinenten verteilen sich 93% der weltweiten Molybdänproduktion ungefähr zu gleichen Teilen auf Nordamerika, Südamerika (hauptsächlich in Chile) und China. Europa und das übrige Asien (hauptsächlich Armenien, Russland, Iran und Mongolei) produzieren den Rest.

Weltproduktionstrend

Bei der Molybdänit-Verarbeitung wird das Erz zunächst an der Luft bei einer Temperatur von 700 °C (1.292 °F) geröstet. Der Prozess liefert gasförmiges Schwefeldioxid und das Molybdän(VI)-Oxid :

2 MoS 2 + 7 O 2 → 2 MoO 3 + 4 SO 2

Das oxidierte Erz wird dann normalerweise mit wässrigem Ammoniak extrahiert, um Ammoniummolybdat zu erhalten:

MoO 3 + 2 NH 3 + H 2 O → (NH 4 ) 2 (MoO 4 )

Kupfer, eine Verunreinigung in Molybdänit, ist in Ammoniak weniger löslich. Um es vollständig aus der Lösung zu entfernen, wird es mit Schwefelwasserstoff ausgefällt . Ammoniummolybdat wandelt sich in Ammoniumdimolybdat um , das als Feststoff isoliert wird. Erhitzen dieses Feststoffs ergibt Molybdäntrioxid:

(NH 4 ) 2 Mo 2 O 7 → 2 MoO 3 + 2 NH 3 + H 2 O

Rohes Trioxid kann durch Sublimation bei 1.100 ° C (2.010 ° F) weiter gereinigt werden.

Metallisches Molybdän wird durch Reduktion des Oxids mit Wasserstoff hergestellt:

MoO 3 + 3 H 2 → Mo + 3 H 2 O

Das Molybdän für die Stahlherstellung wird durch die aluminothermische Reaktion unter Zugabe von Eisen zu Ferromolybdän reduziert . Eine gängige Form von Ferromolybdän enthält 60 % Molybdän.

Molybdän hatte im August 2009 einen Wert von ungefähr 30.000 US-Dollar pro Tonne. Von 1997 bis 2003 hielt es einen Preis von 10.000 US-Dollar pro Tonne oder fast und erreichte im Juni 2005 einen Höchststand von 103.000 US-Dollar pro Tonne. Im Jahr 2008 gab die London Metal Exchange bekannt, dass Molybdän würde als Ware gehandelt werden.

Geschichte des Molybdänbergbaus

Historisch gesehen war die 1885 eröffnete Mine Knaben in Südnorwegen die erste dedizierte Molybdänmine. Es wurde 1973 geschlossen, aber 2007 wiedereröffnet. Heute produziert es 100.000 Kilogramm (98 Tonnen lang; 110 Tonnen lang) Molybdändisulfid pro Jahr. Große Minen in Colorado (wie die Mine Henderson und die Mine Climax ) und in British Columbia liefern Molybdänit als Hauptprodukt, während viele Porphyr-Kupfer- Lagerstätten wie die Mine Bingham Canyon in Utah und die Mine Chuquicamata im Norden Chiles Molybdän als a Nebenprodukt des Kupferbergbaus.

Anwendungen

Legierungen

Eine Platte aus Molybdän-Kupfer-Legierung

Etwa 86% des produzierten Molybdäns wird in der Metallurgie verwendet , der Rest in chemischen Anwendungen. Die geschätzte weltweite Verwendung ist Baustahl 35 %, Edelstahl 25 %, Chemikalien 14 %, Werkzeug- und Schnellarbeitsstähle 9 %, Gusseisen 6 %, Molybdän-Elementarmetalle 6 % und Superlegierungen 5 %.

Molybdän kann extremen Temperaturen standhalten, ohne sich signifikant auszudehnen oder zu erweichen, was es in Umgebungen mit intensiver Hitze nützlich macht, einschließlich Militärpanzerungen, Flugzeugteilen, elektrischen Kontakten, Industriemotoren und Halterungen für Glühfäden in Glühbirnen .

Die meisten hochfesten Stahllegierungen (z. B. 41xx-Stähle ) enthalten 0,25 % bis 8 % Molybdän. Selbst in diesen kleinen Portionen werden jährlich mehr als 43.000 Tonnen Molybdän in Edelstählen , Werkzeugstählen , Gusseisen und hochwarmfesten Superlegierungen verwendet .

Molybdän wird auch in Stahllegierungen wegen seiner hohen Korrosionsbeständigkeit und Schweißbarkeit geschätzt . Molybdän trägt Korrosionsbeständigkeit Typ-300 - rostfreien Stählen (insbesondere Typ-316) und vor allem so in den sogenannten Super austenitische nichtrostende Stähle (wie Alloy AL-6XN , 254SMO und 1925hMo). Molybdän erhöht die Gitterspannung und erhöht damit die Energie, die benötigt wird, um Eisenatome von der Oberfläche zu lösen. Molybdän wird auch verwendet, um die Korrosionsbeständigkeit von ferritischen (zB Sorte 444) und martensitischen (zB 1.4122 und 1.4418) nichtrostenden Stählen zu verbessern.

Aufgrund seiner geringeren Dichte und seines stabileren Preises wird Molybdän manchmal anstelle von Wolfram verwendet. Ein Beispiel ist die „M“-Reihe von Schnellarbeitsstählen wie M2, M4 und M42 als Ersatz für die „T“-Stahlreihe, die Wolfram enthält. Molybdän kann auch als Flammschutzbeschichtung für andere Metalle verwendet werden. Obwohl sein Schmelzpunkt 2.623 ° C (4.753 ° F) beträgt, oxidiert Molybdän schnell bei Temperaturen über 760 ° C (1.400 ° F), wodurch es besser für den Einsatz in Vakuumumgebungen geeignet ist.

TZM (Mo (~99%), Ti (~0,5%), Zr (~0,08%) und etwas C) ist eine korrosionsbeständige Molybdän-Superlegierung, die geschmolzenen Fluoridsalzen bei Temperaturen über 1.300 °C (2.370 °F) widersteht. Es hat etwa die doppelte Festigkeit von reinem Mo und ist duktiler und besser schweißbar, jedoch widerstand es in Tests der Korrosion eines standardmäßigen eutektischen Salzes ( FLiBe ) und Salzdämpfen, die in Schmelzsalzreaktoren 1100 Stunden lang verwendet wurden, mit so geringer Korrosion, dass es schwer zu messen.

Andere Legierungen auf Molybdänbasis, die kein Eisen enthalten, haben nur begrenzte Anwendungen. Für Rohrleitungen, Rührwerke und Pumpenlaufräder, die mit Zinkschmelze in Berührung kommen, werden zum Beispiel wegen ihrer Beständigkeit gegen geschmolzenes Zink sowohl reine Molybdän- als auch Molybdän- Wolfram- Legierungen (70%/30%) verwendet.

Andere Anwendungen als reines Element

  • Molybdänpulver wird als Dünger für einige Pflanzen wie Blumenkohl verwendet
  • Elementares Molybdän wird in NO-, NO 2 - , NO x -Analysatoren in Kraftwerken zur Schadstoffkontrolle verwendet. Bei 350 °C (662 °F) wirkt das Element als Katalysator für NO 2 /NO x , um NO-Moleküle für den Nachweis durch Infrarotlicht zu bilden.
  • Molybdänanoden ersetzen Wolfram in bestimmten Niederspannungs-Röntgenquellen für spezielle Anwendungen wie die Mammographie .
  • Das radioaktive Isotop Molybdän-99 wird zur Herstellung von Technetium-99m verwendet , das für die medizinische Bildgebung verwendet wird. Das Isotop wird als Molybdat behandelt und gelagert.

Verbindungen (14 % des weltweiten Verbrauchs)

  • Molybdändisulfid (MoS 2 ) wird als Festschmierstoff und als Hochdruck-Hochtemperatur-(HPHT)-Verschleißschutzmittel verwendet. Es bildet starke Filme auf metallischen Oberflächen und ist ein üblicher Zusatz zu HPHT-Schmierfetten – im Falle eines katastrophalen Fettversagens verhindert eine dünne Molybdänschicht den Kontakt der geschmierten Teile. Es hat auch halbleitende Eigenschaften mit deutlichen Vorteilen gegenüber herkömmlichem Silizium oder Graphen in elektronischen Anwendungen. MoS 2 wird auch als Katalysator beim Hydrocracken von Erdölfraktionen verwendet, die Stickstoff, Schwefel und Sauerstoff enthalten.
  • Molybdändisilizid (MoSi 2 ) ist eine elektrisch leitende Keramik, die hauptsächlich in Heizelementen verwendet wird, die bei Temperaturen über 1500 °C in Luft betrieben werden.
  • Molybdäntrioxid (MoO 3 ) wird als Klebstoff zwischen Emails und Metallen verwendet.
  • Bleimolybdat (Wulfenit), co-präzipitiert mit Bleichromat und Bleisulfat, ist ein leuchtend oranges Pigment, das bei Keramiken und Kunststoffen verwendet wird.
  • Die Mischoxide auf Molybdänbasis sind vielseitige Katalysatoren in der chemischen Industrie. Einige Beispiele sind die Katalysatoren für die selektive Oxidation von Propylen zu Acrolein und Acrylsäure, die Ammonoxidation von Propylen zu Acrylnitril. Geeignete Katalysatoren und Verfahren zur direkten selektiven Oxidation von Propan zu Acrylsäure werden erforscht.
  • Ammoniumheptamolybdat wird in der biologischen Färbung verwendet.
  • Molybdänbeschichtetes Natronkalkglas wird in CIGS- Solarzellen ( Kupfer-Indium-Gallium-Selenid ) verwendet , die als CIGS-Solarzellen bezeichnet werden .
  • Phosphomolybdänsäure ist ein Farbstoff, der in der Dünnschichtchromatographie verwendet wird .

Biologische Rolle

Mo-haltige Enzyme

Molybdän ist in den meisten Organismen ein wesentliches Element; In einem Forschungspapier aus dem Jahr 2008 wurde spekuliert, dass eine Knappheit von Molybdän in den frühen Ozeanen der Erde die Evolution des eukaryotischen Lebens (das alle Pflanzen und Tiere umfasst) stark beeinflusst haben könnte .

Mindestens 50 molybdänhaltige Enzyme wurden identifiziert, meist in Bakterien. Diese Enzyme umfassen Aldehydoxidase , Sulfitoxidase und Xanthinoxidase . Mit einer Ausnahme wird Mo in Proteinen von Molybdopterin zum Molybdän-Cofaktor gebunden . Die einzige bekannte Ausnahme ist Nitrogenase , die den Cofaktor FeMoco verwendet , der die Formel Fe 7 MoS 9 C hat.

Funktionell katalysieren Molybdoenzyme die Oxidation und manchmal auch die Reduktion bestimmter kleiner Moleküle bei der Regulierung von Stickstoff , Schwefel und Kohlenstoff . Bei einigen Tieren und bei Menschen, die Oxidation von Xanthin zu Harnsäure , ein Prozess von Purin - Katabolismus ist durch katalysierte Xanthinoxidase , ein molybdänhaltigen Enzym. Die Aktivität der Xanthinoxidase ist direkt proportional zur Molybdänmenge im Körper. Eine extrem hohe Molybdänkonzentration kehrt jedoch den Trend um und kann sowohl beim Purinkatabolismus als auch bei anderen Prozessen als Inhibitor wirken. Die Molybdänkonzentration beeinflusst auch die Proteinsynthese , den Stoffwechsel und das Wachstum.

Mo ist ein Bestandteil der meisten Nitrogenasen . Unter den Molybdoenzymen sind Nitrogenasen einzigartig, da ihnen das Molybdopterin fehlt. Nitrogenasen katalysieren die Produktion von Ammoniak aus Luftstickstoff:

Die Biosynthese des aktiven Zentrums von FeMoco ist hochkomplex.

Struktur des aktiven Zentrums von FeMoco der Nitrogenase .
Skelettstruktur eines Molybdopterins mit einem einzelnen Molybdänatom, das an beide Thiolatgruppen gebunden ist
Der Molybdän-Cofaktor (im Bild) besteht aus einem molybdänfreien organischen Komplex namens Molybdopterin , der ein oxidiertes Molybdän(VI)-Atom durch benachbarte Schwefel- (oder gelegentlich Selen-) Atome gebunden hat. Mit Ausnahme der alten Nitrogenasen verwenden alle bekannten Mo-verwendenden Enzyme diesen Cofaktor.

Molybdat wird im Körper als MoO 4 2− transportiert .

Menschlicher Stoffwechsel und Mangel

Molybdän ist ein essentielles Spurenelement in der Nahrung . Es sind vier Mo-abhängige Enzyme von Säugetieren bekannt, die alle einen Pterin- basierten Molybdän-Cofaktor (Moco) in ihrem aktiven Zentrum beherbergen : Sulfitoxidase , Xanthinoxidoreduktase , Aldehydoxidase und mitochondriale Amidoximreduktase. Menschen mit schwerem Molybdänmangel haben eine schlecht funktionierende Sulfitoxidase und neigen zu toxischen Reaktionen auf Sulfite in Lebensmitteln. Der menschliche Körper enthält etwa 0,07 mg Molybdän pro Kilogramm Körpergewicht, mit höheren Konzentrationen in Leber und Niere und niedriger in den Wirbeln. Molybdän ist auch im menschlichen Zahnschmelz vorhanden und kann dazu beitragen, Karies zu verhindern.

Akute Toxizität wurde beim Menschen nicht beobachtet und die Toxizität hängt stark vom chemischen Zustand ab. Studien an Ratten zeigen für einige Mo-Verbindungen eine mittlere letale Dosis (LD 50 ) von nur 180 mg/kg. Obwohl keine Daten zur Humantoxizität verfügbar sind, haben Tierstudien gezeigt, dass die chronische Einnahme von mehr als 10 mg Molybdän pro Tag zu Durchfall, Wachstumsverzögerung, Unfruchtbarkeit , niedrigem Geburtsgewicht und Gicht führen kann ; es kann auch die Lunge, die Nieren und die Leber betreffen. Natriumwolframat ist ein kompetitiver Inhibitor von Molybdän. Wolfram in der Nahrung reduziert die Molybdänkonzentration im Gewebe.

Eine niedrige Molybdänkonzentration im Boden in einem geografischen Band von Nordchina bis zum Iran führt zu einem allgemeinen Molybdänmangel in der Nahrung und ist mit einer erhöhten Rate an Speiseröhrenkrebs verbunden . Im Vergleich zu den Vereinigten Staaten, die einen größeren Molybdänvorrat im Boden haben, haben die Menschen, die in diesen Gebieten leben, ein etwa 16-mal höheres Risiko für Plattenepithelkarzinome der Speiseröhre .

Molybdänmangel wurde auch als Folge einer nicht mit Molybdän ergänzten parenteralen Ernährung (vollständige intravenöse Ernährung) über einen längeren Zeitraum berichtet. Es führt zu hohen Sulfit- und Uratspiegeln im Blut , ähnlich wie ein Mangel an Molybdän-Kofaktor . Allerdings (vermutlich da reiner Molybdänmangel aus dieser Ursache vor allem bei Erwachsenen auftritt) sind die neurologischen Folgen nicht so ausgeprägt wie bei angeborenem Kofaktormangel.

Ausscheidung

Das meiste Molybdän wird als Molybdat aus dem Körper mit dem Urin ausgeschieden. Darüber hinaus nimmt die Ausscheidung von Molybdän über den Urin mit steigender Molybdänaufnahme über die Nahrung zu. Kleine Mengen Molybdän werden mit dem Kot über die Galle aus dem Körper ausgeschieden; geringe Mengen können auch durch Schweiß und Haare verloren gehen.

Verwandte Krankheiten

Eine angeborene Molybdän-Kofaktor-Mangelkrankheit , die bei Säuglingen beobachtet wird, ist die Unfähigkeit, Molybdän-Kofaktor zu synthetisieren , das oben diskutierte heterozyklische Molekül, das Molybdän an der aktiven Stelle in allen bekannten menschlichen Enzymen, die Molybdän verwenden, bindet. Der daraus resultierende Mangel führt zu hohen Sulfit- und Uratwerten sowie zu neurologischen Schäden.

Kupfer-Molybdän-Antagonismus

Hohe Molybdänspiegel können die Aufnahme von Kupfer durch den Körper beeinträchtigen und zu einem Kupfermangel führen . Molybdän verhindert die Bindung von Plasmaproteinen an Kupfer und erhöht auch die Kupferausscheidung im Urin . Wiederkäuer , die viel Molybdän konsumieren, leiden unter Durchfall , Wachstumsstörungen, Anämie und Achromotrichie (Verlust des Fellpigments ). Diese Symptome können durch Kupferergänzungen, entweder diätetisch oder als Injektion, gelindert werden. Der effektive Kupfermangel kann durch überschüssigen Schwefel verschlimmert werden .

Auch durch die Verbindung Ammoniumtetrathiomolybdat , in der das hellrote Anion Tetrathiomolybdat der Kupferchelatbildner ist, kann zu therapeutischen Zwecken gezielt eine Kupferreduktion oder ein -mangel herbeigeführt werden . Tetrathiomolybdat wurde erstmals therapeutisch zur Behandlung der Kupfertoxikose bei Tieren eingesetzt. Es wurde dann als Behandlung bei Morbus Wilson eingeführt , einer erblichen Kupferstoffwechselstörung beim Menschen; es wirkt sowohl, indem es mit der Kupferaufnahme im Darm konkurriert als auch die Ausscheidung erhöht. Es wurde auch festgestellt, dass es eine hemmende Wirkung auf die Angiogenese hat , möglicherweise durch Hemmung des von Kupferionen abhängigen Membrantranslokationsprozesses. Dies ist ein vielversprechender Weg zur Untersuchung von Behandlungen für Krebs , altersbedingte Makuladegeneration und andere Krankheiten, die eine pathologische Proliferation von Blutgefäßen beinhalten.

Ernährungsempfehlungen

Im Jahr 2000 aktualisierte das damalige US-amerikanische Institute of Medicine (jetzt National Academy of Medicine , NAM) seine geschätzten durchschnittlichen Anforderungen (EARs) und empfohlenen Dietary Allowances (RDAs) für Molybdän. Liegen keine ausreichenden Informationen zur Festlegung von EARs und RDAs vor, wird stattdessen eine Schätzung mit der Bezeichnung Adequate Intake (AI) verwendet.

Ein AI von 2  Mikrogramm (μg) Molybdän pro Tag wurde für Säuglinge bis zum Alter von 6 Monaten und 3 μg/Tag von 7 bis 12 Monaten sowohl für Männer als auch für Frauen festgelegt. Für ältere Kinder und Erwachsene wurden folgende tägliche RDAs für Molybdän festgelegt: 17 µg von 1 bis 3 Jahren, 22 µg von 4 bis 8 Jahren, 34 µg von 9 bis 13 Jahren, 43 µg von 14 bis 18 Jahren, und 45 μg für Personen ab 19 Jahren. Alle diese RDAs gelten für beide Geschlechter. Schwangere oder stillende Frauen im Alter von 14 bis 50 Jahren haben eine höhere tägliche RDA von 50 µg Molybdän.

Was die Sicherheit angeht, legt die NAM tolerierbare obere Aufnahmemengen (ULs) für Vitamine und Mineralstoffe fest, wenn der Nachweis ausreichend ist. Bei Molybdän beträgt der UL 2000 µg/Tag. Zusammen werden die EARs, RDAs, AIs und ULs als Dietary Reference Intakes (DRIs) bezeichnet.

Die Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA) bezeichnet die kollektiven Informationen als Ernährungsreferenzwerte, mit Population Reference Intake (PRI) anstelle von RDA und Average Requirement anstelle von EAR. AI und UL haben dasselbe wie in den Vereinigten Staaten definiert. Für Frauen und Männer ab 15 Jahren wird der AI auf 65 µg/Tag festgelegt. Schwangere und stillende Frauen haben die gleiche KI. Bei Kindern im Alter von 1 bis 14 Jahren steigen die AIs mit dem Alter von 15 auf 45 µg/Tag an. Die erwachsenen AIs sind höher als die US-RDAs, aber andererseits hat die Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit dieselbe Sicherheitsfrage überprüft und ihren UL auf 600 μg/Tag festgelegt, was viel niedriger ist als der US-Wert.

Für die Kennzeichnung von Lebensmitteln und Nahrungsergänzungsmitteln in den USA wird die Menge in einer Portion als Prozentsatz des Tageswertes (%DV) ausgedrückt. Für Molybdän-Kennzeichnungszwecke betrug 100 % des Tageswerts 75 μg, aber am 27. Mai 2016 wurde er auf 45 μg revidiert. Die Einhaltung der aktualisierten Kennzeichnungsvorschriften war bis zum 1. Januar 2020 für Hersteller mit einem jährlichen Lebensmittelumsatz von 10 Millionen US-Dollar oder mehr und bis zum 1. Januar 2021 für Hersteller mit einem geringeren Lebensmittelumsatz erforderlich . Eine Tabelle mit den alten und neuen Tageswerten für Erwachsene finden Sie unter Reference Daily Intake .

Nahrungsquellen

Die durchschnittliche tägliche Aufnahme variiert zwischen 120 und 240 μg/Tag und liegt damit über den Ernährungsempfehlungen. Schwein, Lamm und Rindfleisch Leber jeweils etwa 1,5 Teile pro Million von Molybdän. Andere wichtige Nahrungsquellen sind grüne Bohnen, Eier, Sonnenblumenkerne, Weizenmehl, Linsen, Gurken und Getreidekörner.

Vorsichtsmaßnahmen

Molybdänstäube und -dämpfe, die durch Bergbau oder Metallverarbeitung erzeugt werden, können giftig sein, insbesondere wenn sie aufgenommen werden (einschließlich Staub, der in den Nebenhöhlen eingeschlossen und später verschluckt wird). Niedrige Konzentrationen bei längerer Exposition können Reizungen der Augen und der Haut verursachen. Direktes Einatmen oder Verschlucken von Molybdän und seinen Oxiden sollte vermieden werden. Die OSHA- Vorschriften legen die maximal zulässige Molybdän-Exposition an einem 8-Stunden-Tag mit 5 mg/m 3 fest . Eine chronische Exposition gegenüber 60 bis 600 mg/m 3 kann Symptome wie Müdigkeit, Kopf- und Gelenkschmerzen verursachen. Molybdän ist ab 5000 mg/m 3 unmittelbar gefährlich für Leben und Gesundheit .

Siehe auch

Verweise

Literaturverzeichnis

Externe Links