عنصر مولیبدن (Molybdenum) با نماد شیمیایی Mo، یکی از عناصر شیمیایی جدول مندلیف است که عدد اتمی آن ۴۲ است. این عنصر در حقیقت چهل و دومین عنصر جدول تناوبی بوده که در گروه VIB و دوره پنجم جدول تناوبی قرار دارد. در واقع عنصر مولیبدن یک فلز واسطه (Transition Metals) نرم به رنگ سفید متمایل به خاکستری یا سفید- نقره ای است. این فلز با عناصر کروم (Cr)، تنگستن (W) و سیبورگیوم (Sg) در گروه شش واسطه جدول تناوبی مندلیف قرار گرفته است. در ادامه این مقاله در نشریه جهان شیمی فیزیک به بررسی عنصر مولیبدن پرداخته می شود. لطفا با ما همراه باشید.
فهرست مطالب این مقاله
۱- تاریخچه کشف عنصر مولیبدن
۲- پیدایش و منابع عنصر شماره ۴۲ جدول تناوبی
۳- ویژگی های فیزیکی و شیمیایی عنصر مولیبدن
۴- ایزوتوپ های عنصر مولیبدن
۵- کاربرد های عنصر مولیبدن
۶- ترکیبات عنصر مولیبدن
۷- خطرات مولیبدن بر روی سلامتی انسان
تاریخچه کشف عنصر مولیبدن
واژه مولیبدن از کلمه یونانی مولیبدوس (molybdos) به معنای شبیه سرب گرفته شده است. زیرا در طی سال ها سنگ معدن این عنصر با سنگ معدن سرب اشتباه گرفته شده بود. به همین دلیل آن را با این اسم نام گذاری کرده بودند. این عنصر برای اولین بار در سال ۱۷۷۸ میلادی، توسط ویلیام شیله (Wilhem Scheele) کشف شد. اما این فلز در سال ۱۷۸۱ میلادی برای اولین بار توسط پیتر جیکوب (Peter Jacob) جدا شد.
پیدایش و منابع عنصر شماره ۴۱ جدول تناوبی
عنصر مولیبدن به عنوان پنجاه و چهارمین عنصر رایج در پوسته زمین شناخته می شود. این عنصر در طبیعت به عنوان یک عنصر آزاد پیدا نمی شود. در واقع آن را می توان در حالات مختلف اکسیداسیون در مواد معدنی پیدا کرد. به عنوان مثال به صورت MoS۲ در کانی مولیبدنیت، به صورت PbMoO۴ در کانی ولفنیت، به صورت CaMoO۴ در کانی پوولیت، به صورت FeMOP۱۲. ۸ H۲O در کانی فری مولیبدیت، به صورت MoO۳ در کانی مولیبدیت. سایر کانی های مولیبدن عبارتند از : آکرماتیت، چیلاژیت، بلونزیت، ایلسمانیت، ائوسیت، ژوردیسیت، کواک و نییت، لیندگرنیت و پانریت. لازم به ذکر است که کانی اصلی مولیبدن همان مولیبدنیت (MoS۲) می باشد. کشور های چین، آمریکا، کانادا، شیلی، کلمبیا، ارمنستان و روسیه بیشترین مقدار ذخایر دنیا را به خود اختصاص داده اند.
ویژگی های فیزیکی و شیمیایی عنصر مولیبدن
خصوصیات ویژه مولیبدن از ساختار اتمی ([۳۶Kr] ۴d۵۵s۱) آن ناشی می شود. همانطور که از آرایش الکترونی مشخص است، اوربیتال d لایه ماقبل آخر در این عنصر در حال پر شدن است. در این عنصر، اوربیتال های s و d لایه ظرفیت نیمه پر است. بر این اساس، عنصر مولیبدن عنصری پایدار می باشد. این عنصر به واسطه آرایش الکترونی که دارد، در دسته فلزات واسطه قرار گرفته است. فلزات واسطه در حقیقت بین گروه فلزات قلیایی خاکی (گروه دوم) و عناصر گروه بور در جدول تناوبی قرار دارند. به عناصر واسطه، عناصر گروه B نیز گفته می شود.
با توجه به آرایش الکترونی پایدار این فلز می توان نتیجه گرفت که تمایلی به واکنش با اکسیژن یا آب در دمای اتاق نشان نمی دهد. حتی اکسایش ضعیف آن نیز از دمای ۳۰۰ درجه سلسیوس آغاز می شود. اکسایش توده آن حتی در دمای بالاتر از ۶۰۰ درجه سلسیوس انجام می شود. در این صورت تری اکسید مولیبدن تشکیل می گردد. بنابراین برای شروع اکسایش به دما احتیاج دارد. همانند بسیاری از فلزات واسطه سنگین تر از خود، این فلز نیز تمایل کمی برای تشکیل کاتیون در محلول های آبی دارد. با این حال، کاتیون سه بار مثبت (+Mo ۳) در شرایط کنترل شده دقیق، ایجاد شده است. عنصر مولیبدن (عنصر شماره ۴۲ جدول تناوبی)، در واقع فلزی است که در حالت توده ای به رنگ سفید نقره ای درخشنده دیده می شود. درحالیکه در هنگام پودری به رنگ خاکستری تیره مشاهده می شود.
جالب است بدانید که
در میان تمامی فلزات تجاری موجود در بازار، مولیبدن یکی از پایین ترین ضرایب انبساط حرارتی را دارد. به علاوه بیشتر ترکیبات آن حلالیت کمی در آب دارند. این عنصر به شکل های پودری، شمش، میله، سیم، ورقه های بسیار شکل پذیر، ورقه های فشرده و همچنین به شکل بلور های بزرگ منفرد قابل دسترس است. این عنصر از عناصر تانتالیوم و نیوبیوم ارزان تر می باشد. این فلز همچنین نصف وزن و چگالی اتمی فلز تنگستن را دارد، بنابراین در اغلب آلیاژ های فولادی می تواند جایگزین تنگستن شود. در این صورت همان اثرات متالورژی را تنها با مصرف نصف فلز خواهید داشت. از دیگر ویژگی های عنصر مولیبدن می توان به موارد زیر اشاره کرد.
- حالت فیزیکی آن در دمای ۲۵ درجه سلسیوس و فشار ۱ اتمسفر به صورت جامد است.
- دمای ذوب و دمای جوش این عنصر به ترتیب ۲۶۱۰ و ۴۶۳۹ درجه سانتی گراد است.
- عنصر مولیبدن در هوا به سرعت اکسید نمی شود.
- ساختار بلوری آن به شکل مکعبی مرکز پر (bcc)است.
- این عنصر آلوتروپ ندارد.
- جرم اتمی مولیبدن برابر با ۹۵.۹۵ g/mol است.
- چگالی آن نیز برابر با ۱۰.۲۲ g/cm۳ می باشد.
- یون های مولیبدن معمولا عدد اکسایش برابر با اعداد -۱، -۲، -۴، ۰، +۱، +۲، +۳، +۴، +۵ و +۶ را دارند. در حقیقت یک اکسید اسیدی قوی محسوب می شود. اعداد اکسایش +۴ و +۶ متداول تر می باشند.
- اولین انرژی یونیزاسیون آن برابر با ۶۸۴.۳ kJ/mol است.
ایزوتوپ های عنصر مولیبدن
همانطور که می دانید، ایزوتوپ های یک عنصر، تنها در تعداد نوترون ها با یکدیگر متفاوتند. سی و پنج ایزوتوپ شناخته شده مولیبدن وجود دارد. این ایزوتوپ ها در محدوده جرم اتمی ۸۳ تا ۱۱۷ قرار گرفته اند. مولیبدن طبیعی از هفت ایزوتوپ ۹۲Mo (14.84 %) ،۹۴Mo (9.25 %) ،۹۵Mo (15.92 %)، ۹۶Mo (16.68 %)، ۹۷Mo (9.55 %)، ۹۸Mo (24.13 %) و ۱۰۰Mo (9.63 %) تشکیل شده است. دقت داشته باشید که از بین این ایزوتوپ های طبیعی، فقط ۱۰۰Mo غیر پایدار است. این ایزوتوپ دارای نیمه عمری تقریبی برابر با ۱۰۱۹ سال است. لازم به ذکر است که نیمه عمر تقریبی ایزوتوپ های مولیبدن ۱۱۱ تا ۱۱۷ برابر با ۱۵۰ نانو ثانیه می باشد.
کاربرد های عنصر مولیبدن
مقادیر کم عنصر ملیبدن را می توان در محصولات زیادی یافت. از جمله این موارد می توان به قسمت های مختلف موتور موشک ها، هواپیما ها، رآکتور ها، پره های توربین، مته ها، تیغه اره، انواع باتری های خاص و ویژه، رشته های بخاری برقی، مواد افزودنی روان کننده، ریخته گری مس، تولید آلیاژ استنلس استیل برای انواع لوله ها و ورق ها و و پوشش های محافظ در دیگ های بخار اشاره کرد. به علاوه، به عنوان آنتی کاتد در لامپ اشعه ایکس دستگاه های رادیولوژی (مانند دستگاه های MRI، سی تی اسکن، ماموگرافی و…) بکار می رود. از طرفی دیگر، از مولیبدن در آنالیز های NO، NO۲، NOX در نیروگاه ها جهت کنترل آلودگی استفاده می شود. فلز مولیبدن در صنایع مختلف کاربرد های بسیار زیادی دارد که در ادامه مقاله به بررسی مصارف عمده و مهم آن خواهیم پرداخت.
آلیاژ ها
بیشترین میزان مصرف مولیبدن برای ساخت آلياژ ها است. این فلز در آلیاژ های فولادی به منظور افزایش شدت و مقاومت در برابر خوردگی، سختی پذیری، مقاومت، رسانایی الکتریکی و سایش استفاده می شود. به بیان دیگر، به دلیل مقاومت زیاد مولیبدن در برابر گرما و خوردگی، از آن بیشتر به عنوان فلز آلیاژی در فولاد (به ویژه فولاد ضد زنگ)، صنایع هوایی، فضاپیما و آهن ریخته گری استفاده می شود. در واقع این عنصر به سادگی در آلیاژ ها می تواند کاربید های سخت و پایدار تشکیل دهد. از این رو بیشترین مقدار تولید جهانی این عنصر (یعنی حدود هشتاد درصد) درآلیاژ های فولاد من جمله آلیاژ هایی با مقاومت بالا، آلیاژ های مخصوص و ابر آلیاژ ها و مصرف می شود.
به عبارت دیگر می توان گفت که حدود هشتاد و شش درصد از فلز مولیبدن تولید شده در فرآیند فلز سازی مصرف می شود. مابقی آن در سایر کاربرد های شیمیایی بکار می رود. کاربرد جهانی تخمین زده شده مصرف این فلز را می توان به این صورت که برای فولاد ساختاری (۳۵ %)، فولاد ضد زنگ (۲۵ %)، مواد شیمیایی (۱۴ %)، فولاد های ابزاری و پر سرعت (۹ %)، چدن (۶ %)، فلز اصلی مولیبدن (۴ %) و ابر آلیاژ ها (۵ %) بیان کرد.
کاتالیزور
از مولیبدن در کاتالیزور ها استفاده می شود. به عنوان مثال در صنعت نفت از آن به عنوان کاتالیزور (به ویژه در کاتالیزور هایی که جهت جابجایی سولفور های آلی از محصولات نفتی) بهره می برند. به علاوه، آنزیم های دارای مولیبدن در حقیقت متداول ترین کاتالیزور های باکتریایی به منظور شکستن پیوند شیمیایی در مولکول های نیتروژن جو در طی فرآیند تثبیت بیولوژیکی نیتروژن محشوب می شوند.به عبارت دیگر، باکتری ها نمی توانند بدون حضور مولیبدن، نیتروژن جو را به شکل مفید آن برای موجودات زنده تبدیل کنند.
کاربرد شیمیایی
این عنصر به عنوان رنگدانه قرمز، قرمز روشن، نارنجی و زرد می تواند در صنایع مختلفی مانند صنایع جوهر، رنگ سازی، سرامیک، صنایع لاستیک و پلاستیک ها کاربرد داشته باشد. علاوه بر آن، دی سولفید مولیبدن یک روغن مناسب در دما های بالا است (به دلیل نقطه ذوب بالای مولیبدن). از دیگر کاربرد های آن می توان به ساختن دواجات شیمیایی مثل مولیبدات آمونیاک اشاره کرد.
شیشه سازی
عنصر مولیبدن به عنوان ماده الکترودی در کوره های ذوب شیشه بکار می رود. زیرا این عنصر در برابر خوردگی به وسیله اغلب شیشه ها مقاوم می باشد. توجه داشته باشید که محصولاتی که در این چنین کوره ها تولید می شوند، نسبت به شیشه های تولید شده در کوره های سوختی، از کیفیت بالاتری برخوردار هستند. به علاوه فرآیند های تولید شیشه با استفاده از عنصر مولیبدن ضرر کمتری برای محیط زیست دارند.
ورق استیل
ورق استیل ۳۱۶ شامل سه درصد عنصر مولیبدن است. وجود این عنصر در ورق استیل باعث بهبود ویژگی های مکانیکی آن می گردد. از جمله ای این ویژگی ها می توان به مقاومت در مقابل سایش، مقاومت در مقابل درجه حرارت بالا، مقاومت در مقابل خوردگی های حفره ای و سطحی، جوش پذیری بهتر و همچنین جذب بهتر پوشش هایی مثل پوشش تنگستن اشاره کرد.
الکترونیک
به دلیل مقاومت دمایی بالا و همچنین ضریب انبساط گرمایی پایینی که مولیبدن دارد، از اهمیت بالایی در صنعت الکترونیک برخوردار است. این عنصر در هدایت لایه های فلزی در ترانزیستور کاربرد دارد. در گذشته حتی در صنعت لامپ نیز از آن استفاده می شد. از دیگر کاربرد های آن در صنایع الکترونیک می توان به ساخت المنت های گرمایشی، محافظ های تشعشع حرارتی و ابزارهای انواع مختلف کوره اشاره نمود.
کاربرد مولیبدن برای گیاهان
مولیبدن در حقیقت یکی از هشت عنصر ریز مغذی و ضروری برای رشد گیاهان می باشد. هفت عنصر دیگر عبارتند از : روی، مس، بور، نیکل، آهن، منگنز و کبالت. این عنصر جز ضروری درون دو آنزیمی محسوب می شود که نیترات را به نیتریت و سپس به آمونیوم تبدیل می کنند. در واقع در سنتز آمینواسید ها در گیاهان کاربرد دارد. به علاوه این عنصر برای تعدادی از باکتری های تثبیت کننده نیتروژن اتمسفر ضروری است. گیاهان همچنین به منظور تبدیل شکل معدنی فسفر به فرم آلی، از مولیبدن استفاده می کنند.
به عبارت دیگر، برای تضمین سلامت گیاهان و برداشت حداکثری محصول به این عنصر نیاز است. مولیبدن می تواند از طریق کود های شیمیایی به خاک اضافه شود. غلظت عنصر مولیبدن در کود های نیترات آمونیوم ۵۶، در کود های فسفاتی ۴۵ و در کلرور پتاسیم ۲۶ میلی گرم در کیلوگرم گزارش شده است. لازم به ذکر است که پودر مولیبدن می تواند به عنوان کود برای برخی گیاهان بکار رود، مانند گل کلم.
ترکیبات عنصر مولیبدن
همانطور که بیان شد اکسید های مولیبدن از مهمترین ترکیبات فلز مولیبدن هستند. از دیگر ترکیبات مهم آن می توان به موارد زیر اشاره کرد.
- اکسید مولیبدن (IV) (MoO۲)
- مولیبدن تری اکسید (MoO۳)
- مولیبدن دی سولفید (MoS۲)
- مولیبدن دی سیلیسید (MoSi۲)
- مولیبدات سرب (PbMoO۴)
- آمونیوم هپتامولیبدات (۶(۴ NH)Mo۷O۲۴)
- اسید فسفومولیبدیک (H۳PMo۱۲O۴۰)
- مولیبدیک اسید (H۲MoO۴)
- دی کلرید مولیبدن (MoCl۲)
- پنتا کلرید مولیبدن (MoCl۵)
- هگزا فلورئید مولیبدن (MoF۶)
- مولیبدن هگزاکربونیل (Mo(CO)۶)
خطرات مولیبدن بر روی سلامتی انسان
بدن انسان به مقدار بسیار کمی از مولیبدن نیاز دارد. اما دقت کنید که این ماده معدنی در بسیاری از فعالیت های اصلی بدن انسان نقش بسیار مهمی را ایفا می کند. مثلا این عنصر به عنوان کاتالیزور در پنجاه آنزیم مختلف در بدن انسان فعالیت دارد. به عبارت دیگر می توان گفت بدون آن، بسیاری سم های کشنده و یا سولفیت ها در بدن بوجود می آید. در این صورت برای سلامتی انسان تا حد زیادی خطر ساز است. بهبود گردش خون، بالا بردن جریان آن، تعادل اسید اوریک بدن، کمک به افزایش طول عمر، یک ریز مغذی ضد سرطان مؤثر و قوی، مانع از پوسیدگی دندان، ترمیم حفره های دندان و دهانی و پیشگیری از یکسری بیماری مزمن از جمله خواص مولیبدن هستند. مولیبدن به مقدار فراوان در بسیاری از غذا ها و خوراکی ها وجود دارد.
در مقابل، میزان زیاد این ماده معدنی نیز دارای اثرات سمی است. بنابراین می تواند آسیب های شدید و جبران ناپذیری داشته باشد. وجود مقادیر خیلی زیاد از این عنصر می تواند باعث تشنج و بیماری های روانی گردد. از جمله سایر عوارض می توان به ایجاد نقرس و ورم در بدن، منجر به کمبود مس در بدن، ضعیف شدن استخوان ها، کم شدن قدرت باروری، ناراحتی معده، اسهال و یا بی اثر کردن داروهایی مانند استامینوفن اشاره کرد.
عنصر مولیبدن
