MOLIBDENO: STRUTTURA, PROPRIETÀ, VALENZE, FUNZIONI - CHIMICA - 2026

Il molibdeno (Mo) è un metallo di transizione appartenente al gruppo 6, periodo 5 della tavola periodica. Ha configurazione elettronica (Kr) 4d ⁵ 5s ¹ ; numero atomico 42 e massa atomica media di 95,94 g / mol. Ha 7 isotopi stabili: ⁹² Mo, ⁹⁴ Mo, ⁹⁵ Mo, ⁹⁶ Mo, ⁹⁷ Mo, ⁹⁸ Mo e ¹⁰⁰ Mo; essendo l'isotopo ⁹⁸ Mo quello che è in proporzione maggiore.

È un metallo bianco con un aspetto argentato e ha proprietà chimiche simili al cromo. Entrambi sono infatti elementi metallici dello stesso gruppo, essendo il cromo situato al di sopra del molibdeno; cioè, il molibdeno è più pesante e ha un livello di energia più elevato.

Fonte: da immagini ad alta risoluzione di elementi chimici (http://images-of-elements.com/molybdenum.php), tramite Wikimedia Commons

Il molibdeno non si trova libero in natura, ma come parte dei minerali, il più abbondante è la molibdenite (MoS ₂ ). Inoltre, è associato ad altri minerali solforosi, da cui si ottiene anche il rame.

Il suo utilizzo è aumentato durante la prima guerra mondiale, in quanto ha sostituito il tungsteno, che era scarso a causa del suo massiccio sfruttamento.

caratteristiche

Il molibdeno si caratterizza per la sua grande durata, resistenza alla corrosione, alto punto di fusione, essere malleabile e resistere alle alte temperature. È considerato un metallo refrattario perché ha un punto di fusione superiore al platino (1.772 ° C).

Ha anche una serie di proprietà aggiuntive: l'energia di legame dei suoi atomi è alta, bassa pressione di vapore, basso coefficiente di espansione termica, alto livello di conduttanza termica e bassa resistenza elettrica.

Tutte queste proprietà e caratteristiche hanno permesso al molibdeno di avere numerosi usi e applicazioni, la più notevole delle quali è la formazione di leghe con l'acciaio.

D'altra parte, è un oligoelemento essenziale per la vita. Nei batteri e nelle piante, il molibdeno è un cofattore presente in numerosi enzimi coinvolti nella fissazione e nell'utilizzo dell'azoto.

Il molibdeno è un cofattore dell'attività degli enzimi ossotransferasi, che trasferiscono gli atomi di ossigeno dall'acqua mentre trasferiscono due elettroni. Questi enzimi includono la primata xantina ossidasi, la cui funzione è quella di ossidare la xantina in acido urico.

Può essere ottenuto da diversi alimenti, tra cui: cavolfiore, spinaci, aglio, cereali integrali, grano saraceno, germe di grano, lenticchie, semi di girasole e latte.

Scoperta

Il molibdeno non è isolato in natura, quindi in molti dei suoi complessi è stato confuso nell'antichità con il piombo o il carbonio.

Nel 1778, Carl Wilhelm, un chimico e farmacista svedese, riuscì a identificare il molibdeno come elemento distinto. Wilhelm trattò la molibdenite (MoS ₂ ) con acido nitrico, ottenendo un composto di natura acida in cui identificò il molibdeno.

Più tardi, nel 1782, Peter Jacob Hjelm, usando il composto acido di Wilhelm, per riduzione con carbonio, riuscì a isolare un molibdeno impuro.

Struttura

Qual è la struttura cristallina del molibdeno? I suoi atomi di metallo adottano il sistema di cristalli cubici centrato sul corpo (bcc) a pressione atmosferica. A pressioni più elevate, gli atomi di molibdeno si compattano per formare strutture più dense, come cubica centrata sulla faccia (fcc) ed esagonale (hcp).

Il suo legame metallico è forte e coincide con il fatto che è uno dei solidi con il punto di fusione più alto (2623 ° C). Questa forza strutturale è dovuta al fatto che il molibdeno è ricco di elettroni, la sua struttura cristallina è notevolmente densa ed è più pesante del cromo. Questi tre fattori gli consentono di rafforzare le leghe di cui fa parte.

D'altra parte, più importante della struttura del molibdeno metallico è quella dei suoi composti. Il molibdeno è caratterizzato dalla sua capacità di formare composti dinucleari (Mo-Mo) o polinucleari (Mo-Mo-Mo- ···).

Può anche coordinarsi con altre molecole per formare composti con le formule da MoX ₄ a MoX ₈ . All'interno di questi composti è comune la presenza di ponti di ossigeno (Mo-O-Mo) o di zolfo (Mo-S-Mo).

Proprietà

Aspetto

Solido bianco argenteo.

Punto di fusione

2.623 ° C (2.896 K).

Punto di ebollizione

4.639 ° C (4.912 K).

Entalpia di fusione

32 kJ / mol.

Entalpia di vaporizzazione

598 kJ / mol.

Pressione del vapore

3,47 Pa a 3.000 K.

Durezza sulla scala di Mohs

5.5

Solubilità dell'acqua

I composti di molibdeno sono scarsamente solubili in acqua. Tuttavia, lo ione molibdato MoO ₄ ^-2 è solubile.

Corrosione

È resistente alla corrosione ed è uno dei metalli che meglio resiste all'azione dell'acido cloridrico.

Ossidazione

Non arrugginisce a temperatura ambiente. Per arrugginire rapidamente richiede temperature superiori a 600 ºC.

Valencia

La configurazione elettronica del molibdeno è 4d ⁵ 5s ¹ , quindi ha sei elettroni di valenza. A seconda dell'atomo a cui si lega, il metallo può perdere tutti i suoi elettroni e avere una valenza di +6 (VI). Ad esempio, se forma legami con l'atomo di fluoro elettronegativo (MoF ₆ ).

Tuttavia, può perdere da 1 a 5 elettroni. Pertanto, le sue valenze coprono l'intervallo da +1 (I) a +5 (V). Quando perde un solo elettrone, lascia l'orbitale 5s e la sua configurazione diventa 4d ⁵ . I cinque elettroni dell'orbitale 4d richiedono mezzi altamente acidi e specie simili a elettroni per lasciare l'atomo di Mo.

Delle sue sei valenze, quali sono le più comuni? Il +4 (IV) e il +6 (VI). Mo (IV) ha una configurazione 4d ² , mentre Mo (VI) ,.

Per Mo ⁴⁺ non è chiaro perché sia ​​più stabile rispetto, ad esempio, a Mo ³⁺ (come nel caso di Cr ³⁺ ). Ma per Mo ⁶⁺ è possibile perdere questi sei elettroni perché il gas nobile krypton diventa isoelettronico.

Cloruri di molibdeno

Di seguito è elencata una serie di cloruri di molibdeno con valenze o stati di ossidazione differenti, da (II) a (VI):

-Molibdeno dicloruro (MoCl ₂ ). Giallo solido.

-Molibdeno tricloruro (MoCl ₃ ). Rosso scuro solido.

-Molibdeno tetracloruro (MoCl ₄ ). Nero solido.

-Molibdeno pentacloruro (MoCl ₅ ). Verde scuro fisso.

-Molibdeno esacloruro (MoCl ₆ ). Marrone solido.

Funzioni nel corpo

Il molibdeno è un oligoelemento essenziale per la vita, poiché è presente come cofattore in numerosi enzimi. Le oxotransferasi usano il molibdeno come cofattore per svolgere la loro funzione di trasferire l'ossigeno dall'acqua con una coppia di elettroni.

Tra le oxotransferasi ci sono:

• Xantina ossidasi.
• Aldeide ossidasi, che ossida le aldeidi.
• Ammine e solfuri nel fegato.
• Solfito ossidasi, che ossida il solfito nel fegato.
• Nitrato riduttasi.
• Nitrito reduttasi presente nelle piante.

Enzima xantina

L'enzima xantina ossidasi catalizza la fase terminale del catabolismo delle purine nei primati: la conversione della xantina in acido urico, un composto che viene poi escreto.

La xantina ossidasi ha FAD come coenzima. Inoltre, il ferro non eme e il molibdeno sono coinvolti nell'azione catalitica. L'azione dell'enzima può essere descritta dalla seguente equazione chimica:

Xantina + H ₂ O + O ₂ => Acido urico + H ₂ O ₂

Il molibdeno funge da cofattore molibdopterina (Mo-co). La xantina ossidasi si trova principalmente nel fegato e nell'intestino tenue, ma l'uso di tecniche immunologiche ne ha consentito la localizzazione nelle ghiandole mammarie, nei muscoli scheletrici e nei reni.

L'enzima xantina ossidasi è inibito dal farmaco allopurinolo, utilizzato nel trattamento della gotta. Nel 2008 è iniziata la commercializzazione del farmaco Febuxostat con una migliore performance nel trattamento della malattia.

Enzima aldeide ossidasi

L'enzima aldeide ossidasi si trova nel citoplasma cellulare, trovandosi sia nel regno vegetale che nel regno animale. L'enzima catalizza l'ossidazione dell'aldeide ad acido carbossilico.

Anche il citocromo P ₄₅₀ e gli intermedi dell'enzima monoamino ossidasi (MAO) catalizzano l'ossidazione .

Per la sua ampia specificità, l'enzima aldeide ossidasi può ossidare molti farmaci, svolgendo la sua funzione principalmente nel fegato. L'azione dell'enzima sull'aldeide può essere delineata nel modo seguente:

Aldeide + H ₂ O + O ₂ => Acido carbossilico + H ₂ O ₂

Enzima solfito ossidasi

L'enzima solfito ossidasi è coinvolto nella conversione del solfito in solfato. Questa è la fase terminale nella degradazione dei composti contenenti zolfo. La reazione catalizzata dall'enzima avviene secondo il seguente schema:

SO ₃ ^-2 + H ₂ O + 2 (Citocromo C) ossidato => SO ₄ ^-2 + 2 (Citocromo C) ridotto + 2 H ⁺

Una carenza dell'enzima dovuta a una mutazione genetica nell'uomo può portare alla morte prematura.

Il solfito è un composto neurotossico, quindi una bassa attività dell'enzima solfito ossidasi può portare a malattie mentali, ritardo mentale, degrado mentale e infine morte.

Nel metabolismo del ferro e come componente dei denti

Il molibdeno è coinvolto nel metabolismo del ferro, facilitando il suo assorbimento intestinale e la formazione di eritrociti. Inoltre, fa parte dello smalto dei denti e insieme al fluoro aiuta nella prevenzione delle carie.

carenza

Una carenza nell'assunzione di molibdeno è stata collegata a una maggiore incidenza di cancro esofageo nelle regioni della Cina e dell'Iran, rispetto alle regioni degli Stati Uniti con alti livelli di molibdeno.

Importanza nelle piante

La nitrato reduttasi è un enzima che svolge un ruolo fondamentale nelle piante, poiché insieme all'enzima nitrito reduttasi interviene nella trasformazione del nitrato in ammonio.

I due enzimi richiedono il cofattore (Mo-co) per il loro funzionamento. La reazione catalizzata dall'enzima nitrato riduttasi può essere delineata come segue:

Nitrato + Electron Donor + H ₂ O => Nitrito + ossidato Electron Donor

Il processo di riduzione dell'ossidazione dei nitrati avviene nel citoplasma delle cellule vegetali. Il nitrito, prodotto della reazione precedente, viene trasferito al plastide. L'enzima nitrito reduttasi agisce sui nitriti, provocando l'ammoniaca.

L'ammonio è usato per sintetizzare gli amminoacidi. Inoltre, le piante utilizzano il molibdeno nella conversione del fosforo inorganico in fosforo organico.

Il fosforo organico esiste in numerose molecole a funzione biologica, come: ATP, glucosio-6-fosfato, acidi nucleici, pholipids, ecc.

Una carenza di molibdeno colpisce principalmente il gruppo di crocifere, legumi, stelle di Natale e primule.

Nel cavolfiore, una carenza di molibdeno provoca una limitazione della larghezza della lamina fogliare, una riduzione della crescita delle piante e della formazione dei fiori.

Usi e applicazioni

Catalizzatore

-È un catalizzatore per la desolforazione di petrolio, prodotti petrolchimici e liquidi derivati ​​dal carbone. Il complesso catalitico comprende MoS ₂ fissato su allumina e attivato da cobalto e nichel.

-Molibdato forma un complesso con bismuto per l'ossidazione selettiva di propene, ammoniaca e aria. Pertanto, formano acrilonitrile, acetonitrile e altri prodotti chimici, che sono materie prime per le industrie della plastica e delle fibre.

Allo stesso modo, il molibdato di ferro catalizza l'ossidazione selettiva del metanolo in formaldeide.

pigmenti

-Il molibdeno è coinvolto nella formazione dei pigmenti. Ad esempio, l'arancio di molibdeno è formato dalla co-precipitazione di cromato di piombo, molibdato di piombo e solfato di piombo.

Questo è un pigmento leggero che è stabile a varie temperature, che appare nei colori rosso vivo, arancione o rosso-giallo. È utilizzato nella preparazione di vernici e materie plastiche, nonché in prodotti in gomma e ceramica.

molibdato

-Il molibdato è un inibitore della corrosione. Il molibdato di sodio è stato utilizzato in sostituzione del cromato per inibire la corrosione degli acciai temprati in un ampio intervallo di pH.

-Viene utilizzato in refrigeratori d'acqua, condizionatori d'aria e sistemi di riscaldamento. I molibdati sono anche usati per inibire la corrosione nei sistemi idraulici e nell'ingegneria automobilistica. Inoltre, nelle vernici vengono utilizzati pigmenti che inibiscono la corrosione.

-Il molibdato, grazie alle sue proprietà di alto punto di fusione, basso coefficiente di espansione termica e alta conducibilità termica, viene utilizzato per produrre nastri e fili utilizzati dall'industria dell'illuminazione.

-Utilizzato nelle schede madri per semiconduttori; nell'elettronica di potenza; elettrodi per la fusione del vetro; camere per forni ad alta temperatura e catodi per il rivestimento di celle solari e schermi piatti.

-Inoltre, il molibdato viene utilizzato nella produzione di crogioli per tutti i processi usuali nel campo della lavorazione dello zaffiro.

Leghe con acciaio

-Il molibdeno è utilizzato in leghe con acciaio che resistono a temperature e pressioni elevate. Queste leghe sono utilizzate nell'industria edile e nella produzione di parti per aeromobili e automobili.

-Il molibdato, anche a concentrazioni fino al 2%, conferisce alla sua lega con l'acciaio un'elevata resistenza alla corrosione.

Altri usi

-Molibdato è utilizzato nell'industria aerospaziale; nella produzione di schermi LCD; nel trattamento delle acque e anche nell'applicazione del raggio laser.

-Il molibdato disolfuro è di per sé un buon lubrificante e fornisce proprietà di tolleranza alla pressione estrema nell'interazione dei lubrificanti con i metalli.

I lubrificanti formano uno strato cristallino sulla superficie dei metalli. Grazie a ciò, l'attrito metallo-metallo è ridotto al minimo, anche a temperature elevate.

Riferimenti

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