Struktur
Kein Diagramm aus Punkten auf Schalen – eine Monte-Carlo-Stichprobe der tatsächlichen Wahrscheinlichkeitsdichte |ψ|² für jede besetzte Unterschale. Ziehen Sie, um zu drehen. Blau und Violett kennzeichnen entgegengesetzte Vorzeichen der Wellenfunktion, wodurch Bindungen möglich werden.
Gemessene Werte
Jeder Balken zeigt, wo molybdän bei dieser Eigenschaft unter allen 118 Elementen steht.
Quellen: IUPAC 2021 Standard-Atomgewichte · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. Mit ~ gekennzeichnete Werte sind vorhergesagt und nicht gemessen.
Größe, maßstabsgetreu
Radius 139 pm — that is 0.139 nm, so about 3597 million of them side by side would span a millimetre.
Temperaturbereich
Molybdän is liquid over a 2016 K window, from 2896 K to 4912 K.
Die Geschichte
The refractory workhorse: molybdenum keeps its strength at temperatures that soften almost everything else.
Die Entdeckungsgeschichte des Molybdäns beginnt mit jahrhundertelanger Verwirrung um ein mysteriöses schwarzes Mineral, das mittelalterliche Bergleute „Molybdän“ nannten. Diese weiche, graphitähnliche Substanz wurde in Bleiminen in ganz Europa gefunden, doch niemand verstand, worum es sich tatsächlich handelte.
Über mehr als 1.000 Jahre verwechselten Bergleute und Metallurgen Molybdänit (MoS2) mit Graphit und Galenit (Bleisulfid). Alle drei Minerale sehen ähnlich aus – dunkel, weich und metallisch glänzend –, was zu wiederholten Fehlidentifizierungen führte. Der Name „Molybdän“ stammt vom griechischen Wort „molybdos“ für Blei und spiegelt diese lang anhaltende Verwechslung wider.
Der schwedische Chemiker Carl Wilhelm Scheele, bereits berühmt für die Entdeckung von Chlor und Sauerstoff, nahm sich 1778 des Rätsels um das Molybdän an. In seinem Apothekenlabor in Köping, Schweden, vermutete Scheele, dass Molybdänit nicht einfach eine Form von Blei oder Graphit war.
Scheele erhitzte Molybdänit mit Salpetersäure und beobachtete etwas Bemerkenswertes: Statt sich wie Blei oder Graphit zu verhalten, erzeugte das Mineral ein weißes, saures Pulver. Weitere Versuche zeigten, dass dieses Pulver einzigartige Eigenschaften besaß, die sich von allen bekannten Stoffen unterschieden.
Durch sorgfältige chemische Analysen bewies Scheele, dass Molybdänit eine neue „Erde“ (ein Oxid) eines unbekannten Metalls enthielt. Er nannte das weiße Pulver „acidum molybdenae“ und sagte richtig voraus, dass es ein neues Element enthielt, obwohl er das reine Metall mit der Technologie des 18. Jahrhunderts nicht isolieren konnte.
Drei Jahre später isolierte Scheeles Kollege Peter Jacob Hjelm erfolgreich das erste metallische Molybdän. Hjelm erhitzte Scheeles „acidum molybdenae“ mit Holzkohle in einem geschlossenen Tiegel. Dabei reduzierte der Kohlenstoff das Oxid und erzeugte kleine Metallkörnchen.
Hjelms ursprüngliche Molybdänprobe war nach modernen Maßstäben weit von rein entfernt, aber sie war eindeutig metallisch und besaß Eigenschaften, die kein bekanntes Metall zeigte. Die Probe war hart, hatte einen hohen Schmelzpunkt und war bemerkenswert säurebeständig – Eigenschaften, die Molybdän später für industrielle Anwendungen unverzichtbar machen sollten.
Über ein Jahrhundert nach seiner Entdeckung blieb Molybdän eine Laborkuriosität ohne praktische Anwendungen. Der extrem hohe Schmelzpunkt des Metalls (2.623°C) machte die Verarbeitung mit der Technologie des 19. Jahrhunderts nahezu unmöglich.
Der industrielle Durchbruch des Molybdäns kam während des Ersten Weltkriegs, als Metallurgen entdeckten, dass geringe Zusätze seine Festigkeit und Zähigkeit deutlich verbesserten. Deutsche Artilleriehersteller verwendeten heimlich Molybdänstahl für Kanonenrohre und verschafften sich dadurch einen erheblichen militärischen Vorteil.
Die Entwicklung von Lichtbogenöfen und pulvermetallurgischen Verfahren zu Beginn des 20. Jahrhunderts ermöglichte schließlich die Herstellung hochreinen Molybdäns. In den 1930er-Jahren war Molybdän für Hochtemperaturanwendungen unverzichtbar geworden – von Glühbirnenwendeln bis zu Raketendüsen.
Scheeles sorgfältige chemische Analyse und Hjelms erfolgreiche Isolierung stellen einen frühen Triumph der Chemie bei der systematischen Entdeckung von Elementen dar. Ihre Arbeit begründete Methoden zur Identifizierung und Isolierung neuer Elemente, die die chemische Forschung über Generationen hinweg beeinflussten.
Anwendungen
Molybdän ist der ultimative Stahlveredler und verwandelt gewöhnlichen Stahl in Hochleistungslegierungen, die extremen Bedingungen standhalten. Über 80 % der weltweiten Molybdänproduktion fließen in die Stahlherstellung, wo bereits geringe Mengen (0,1–0,5 %) Festigkeit, Härte und Korrosionsbeständigkeit deutlich verbessern.
Schnellarbeitsstahlwerkzeuge mit 5–10 % Molybdän können Metall mit Geschwindigkeiten schneiden, bei denen herkömmliche Stahlwerkzeuge schmelzen würden. Diese „Superstähle“ behalten ihre Schneide bei Temperaturen von über 600°C und revolutionieren die Fertigung – von der Automobilproduktion bis zur Präzisionsbearbeitung.
Die globale Energiewirtschaft ist bei ihren anspruchsvollsten Verfahren auf Molybdän angewiesen. Erdölraffinerien verwenden Molybdändisulfid-Katalysatoren, um Schwefel aus Rohöl zu entfernen und sauber verbrennende Kraftstoffe herzustellen, die den modernen Verkehr antreiben.
Offshore-Bohrplattformen, die in Tiefen von über 3.000 Metern arbeiten, sind auf molybdänverstärkte Bohrrohre und Verrohrungen angewiesen. Diese Komponenten müssen dem enormen Druck des Ozeans, korrosivem Salzwasser und der mechanischen Belastung beim Durchbohren von Gesteinsformationen kilometerweit unter dem Meeresboden standhalten.
Triebwerke von Militärflugzeugen enthalten Molybdän-Superlegierungen, die bei 85 % ihres Schmelzpunkts arbeiten und sich mit 15.000 U/min drehen. Das Kampfflugzeug F-35 Lightning II verwendet Molybdänkomponenten in seinem Pratt & Whitney F135-Triebwerk, dem leistungsstärksten je gebauten Kampfflugzeugtriebwerk.
Die Marsrover der NASA verwenden Hitzeschilde und Strukturbauteile aus Molybdän, um die marsianischen Winter bei -80°C zu überstehen. Die Spiegel des James-Webb-Weltraumteleskops sind mit Molybdän beschichtet, um Infrarotlicht aus den entferntesten Galaxien des Universums zu reflektieren.
Molybdän spielt eine entscheidende Rolle bei der Kernenergieerzeugung – von Reaktorkomponenten bis zur Herstellung medizinischer Isotope. Der hohe Schmelzpunkt des Metalls (2.623°C) und die geringe Neutronenabsorption machen es ideal für nukleare Anwendungen.
Molybdän-99 ist das Mutternuklid von Technetium-99m, das weltweit bei 85 % der nuklearmedizinischen Untersuchungen eingesetzt wird. Über 40 Millionen medizinische Untersuchungen pro Jahr sind für die Krebsdiagnostik, Herzbildgebung und Knochenscans auf aus Molybdän gewonnene Isotope angewiesen.
Molybdän ist ein essenzieller Mikronährstoff für stickstofffixierende Bakterien in Pflanzenwurzeln. Molybdänhaltige Düngemittel ermöglichen es Leguminosen, atmosphärischen Stickstoff in pflanzenverfügbare Verbindungen umzuwandeln. Dadurch sinkt der Bedarf an synthetischen Stickstoffdüngern und eine nachhaltige Landwirtschaft wird unterstützt.
Ihr Auto enthält Molybdän in zahlreichen wichtigen Komponenten, auch wenn Sie es nie sehen werden. Motorblöcke, Getriebezahnräder und Abgasanlagen profitieren von den festigkeitssteigernden Eigenschaften des Molybdäns. Hochleistungsfahrzeuge verwenden molybdänverstärkte Bremsscheiben, die sich unter extremer Hitze nicht verziehen.
Professionelle Werkstätten und Fabriken verlassen sich bei Schwerlastanwendungen auf molybdänverstärkte Werkzeuge. Schneidwerkzeuge, Bohrer und Sägeblätter mit Molybdän bleiben länger scharf und arbeiten schneller als herkömmliche Alternativen.
Molybdändisulfid (MoS2) ist der gleitfähigste Feststoff der Natur und wird in unzähligen Anwendungen eingesetzt, bei denen herkömmliche Öle versagen. Dieses „Moly“-Schmiermittel funktioniert bei Temperaturen von -180°C bis +400°C und ist daher für Anwendungen unter extremen Bedingungen unverzichtbar.
Molybdän-99-Generatoren in Krankenhäusern weltweit erzeugen Technetium-99m für die medizinische Bildgebung. Diese „Technetiumkühe“ liefern kontinuierlich das am häufigsten verwendete medizinische Radioisotop und ermöglichen jährlich Millionen diagnostischer Untersuchungen.
Moderne Wolkenkratzer, Brücken und Industrieanlagen verwenden Molybdänstahl für überlegene Festigkeit und Haltbarkeit. Der Willis Tower (ehemals Sears Tower) in Chicago verwendet Molybdänstahlträger, die bei gleichem Gewicht 25 % stärker sind als herkömmlicher Stahl.
Woher es stammt
1.2 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 51% of elements
Molybdän steht bei der Häufigkeit unter den Elementen der Erde an 54. Stelle; seine durchschnittliche Konzentration in der Erdkruste beträgt 1,2 Teile pro Million. Trotz seiner relativen Seltenheit kommen Molybdänvorkommen auf jedem Kontinent vor und sind häufig mit Kupfer- und Wolframerzen verbunden.
China führt die weltweite Produktion an und liefert etwa 40 % der Weltproduktion, gefolgt von Chile (20 %) und den Vereinigten Staaten (15 %). Die Climax-Mine in Colorado war historisch der größte Molybdänproduzent der Welt und war von 1918 bis 1987 in Betrieb.
Der größte Teil des kommerziellen Molybdäns stammt aus Molybdänit (MoS2), einem weichen, dunkelgrauen Mineral mit metallischem Glanz. Molybdänitvorkommen entstehen in Hochtemperaturumgebungen, in denen molybdänreiche Flüssigkeiten tief in der Erdkruste mit schwefelhaltigem Gestein reagieren.
Der größte Teil des Molybdäns wird als Nebenprodukt des Kupferbergbaus aus großen porphyrischen Vorkommen gewonnen. Diese gewaltigen geologischen Formationen enthalten sowohl Kupfer- als auch Molybdänminerale, die im gesamten Gestein verteilt sind, und erfordern großflächigen Tagebau.
Molybdänvorkommen entstehen durch komplexe hydrothermale Prozesse tief in der Erdkruste. Wenn Granitmagma unterirdisch langsam abkühlt, setzt es metallreiche Flüssigkeiten frei, die nach oben wandern und Molybdänminerale in Spalten und Kontaktzonen ablagern.
Einige Molybdänvorkommen entstehen, wenn heiße Granitintrusionen mit Kalkstein oder anderen Karbonatgesteinen in Kontakt kommen. Die Hitze und die chemische Wechselwirkung erzeugen einzigartige metamorphe Gesteine, sogenannte Skarne, die hohe Konzentrationen von Molybdänmineralen enthalten können.
Die Ozeane der Erde enthalten etwa 10 Milliarden Tonnen gelöstes Molybdän mit Konzentrationen von 10 Teilen pro Milliarde. Obwohl es für die kommerzielle Gewinnung zu stark verdünnt ist, stellt dieses ozeanische Reservoir das größte Molybdänvorkommen unseres Planeten dar.
Alte, an organischer Materie reiche Meeressedimente, bekannt als Schwarzschiefer, enthalten häufig erhöhte Molybdänkonzentrationen. Diese weltweit vorkommenden Formationen dienen sowohl als geologische Archive der Chemie früherer Ozeane als auch als potenzielle zukünftige Molybdänressourcen.
Molybdän entsteht in den Kernen massereicher Sterne durch langsame Neutroneneinfangprozesse. Wenn diese Sterne als Supernovae explodieren, verteilen sie Molybdän in der Galaxie. Der Molybdänbestand unseres Sonnensystems stammt aus mehreren Generationen stellarer Explosionen im Verlauf von Milliarden Jahren.
Die Isotopenanalyse von Meteoriten zeigt, dass das Molybdän der Erde aus mindestens zwei verschiedenen stellaren Quellen stammt. Dies liefert Hinweise auf die Entstehung des frühen Sonnensystems und die kosmischen Ereignisse, die die Zusammensetzung unseres Planeten geprägt haben.
Handhabung
Im Gegensatz zu einigen Übergangsmetallen birgt Molybdän mäßige Gesundheitsrisiken, die geeignete Handhabungsverfahren erfordern. Obwohl es nicht akut giftig ist, kann eine chronische Exposition gegenüber Molybdänverbindungen gesundheitliche Probleme verursachen, insbesondere das Atmungssystem und die Gelenke beeinträchtigen.
Risiken durch Staubinhalation: Eine längere Exposition gegenüber Molybdänstaub kann eine „Molybdän-Pneumokoniose“ verursachen, eine Lungenerkrankung ähnlich der Silikose. Beschäftigte in Molybdänverarbeitungsanlagen müssen geeigneten Atemschutz verwenden und regelmäßig gesundheitlich überwacht werden.
Brennbarkeit: Molybdänpulver kann sich an der Luft entzünden, insbesondere bei feiner Verteilung. Beim Verbrennen von Molybdän entstehen giftige Molybdäntrioxid-Dämpfe, die eine sofortige Evakuierung und Belüftung erfordern.
Umwelttoxizität: Hohe Molybdänkonzentrationen im Boden können bei Weidetieren Kupfermangel verursachen und bei Rindern und Schafen zu einer als „Molybdänose“ bezeichneten Erkrankung führen. Bergbaubetriebe müssen Boden und Wasser auf eine Verunreinigung mit Molybdän überwachen.
Trinkwasserstandards: Der maximale Schadstoffgrenzwert der EPA beträgt 40 Teile pro Milliarde. Die natürlichen Molybdänkonzentrationen im Grundwasser in der Nähe von Bergbaustandorten sollten regelmäßig überwacht werden.
Schnelle Antworten
Molybdän (symbol Mo) is element 42 on the periodic table, a übergangsmetall in period 5, group 6. The refractory workhorse: molybdenum keeps its strength at temperatures that soften almost everything else. At room temperature it is a solid.
[Kr] 4d⁵ 5s¹, giving 5 occupied shells holding 2, 8, 18, 13, 1 electrons respectively.Molybdän melts at 2896 K (2622.9 °C) and boils at 4912 K (4638.9 °C). That puts it among the most refractory elements — it stays solid at temperatures that vaporise most metals.
The standard atomic weight of Molybdän is 95.95 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.
Molybdän has a density of 10.28 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of molybdän is about 10.3× heavier.
Molybdän has a Pauling electronegativity of 2.16. The scale runs from 0.70 (francium, the least greedy for electrons) to 3.98 (fluorine, the most). Values in this middle band tend to form covalent rather than strongly ionic bonds.
Molybdän was discovered in 1781 by Peter Jacob Hjelm. It is named after greek molybdos, "lead".
Molybdän makes up about 1.2 mg/kg of the Earth's crust — uncommon, but not rare.