Строение
Это не схема из точек на кольцах, а выборка методом Монте-Карло из фактической плотности вероятности |ψ|² для каждой занятой подоболочки. Перетаскивайте, чтобы вращать. Синий и фиолетовый цвета обозначают противоположные знаки волновой функции, благодаря чему возможно образование связей.
Измеренные значения
Каждая полоса показывает, какое место молибден занимает среди всех 118 элементов по этому свойству.
Источники: стандартные атомные массы IUPAC 2021 года · Справочник химии и физики CRC · NIST. Значения, отмеченные ~, являются расчётными, а не измеренными.
Размер в масштабе
Radius 139 pm — that is 0.139 nm, so about 3597 million of them side by side would span a millimetre.
Тепловой диапазон
Молибден is liquid over a 2016 K window, from 2896 K to 4912 K.
История
The refractory workhorse: molybdenum keeps its strength at temperatures that soften almost everything else.
История открытия молибдена начинается с многовековой путаницы вокруг загадочного чёрного минерала, который средневековые рудокопы называли «молибденой». Это мягкое, похожее на графит вещество находили в свинцовых рудниках по всей Европе, но никто не понимал, чем оно было на самом деле.
Более 1 000 лет рудокопы и металлурги принимали молибденит (MoS2) за графит и галенит (сульфид свинца). Все три минерала выглядят похоже — тёмные, мягкие и обладающие металлическим блеском, — что приводило к постоянной неправильной идентификации. Название «молибдена» происходит от греческого слова «molybdos», означающего «свинец», и отражает эту давнюю путаницу.
Шведский химик Карл Вильгельм Шееле, уже прославившийся открытием хлора и кислорода, занялся загадкой молибдены в 1778 году. Работая в своей аптечной лаборатории в Кёпинге, Швеция, Шееле предположил, что молибдена — не просто разновидность свинца или графита.
Шееле нагрел молибдену с азотной кислотой и заметил нечто удивительное: вместо того чтобы вести себя как свинец или графит, минерал образовал белый кислотный порошок. Дальнейшие эксперименты показали, что этот порошок обладает уникальными свойствами, нехарактерными ни для одного известного вещества.
Проведя тщательный химический анализ, Шееле доказал, что молибдена содержит новую «землю» (оксид) неизвестного металла. Он назвал этот белый порошок «acidum molybdenae» и правильно предположил, что в нём содержится новый элемент, хотя выделить чистый металл с помощью технологий XVIII века ему не удалось.
Три года спустя коллега Шееле Петер Якоб Хьельм успешно выделил первый металлический молибден. Хьельм нагрел acidum molybdenae Шееле с древесным углём в закрытом тигле, используя углерод для восстановления оксида и получения небольших металлических гранул.
Исходный образец молибдена Хьельма был далёк от современной чистоты, но он определённо был металлическим и обладал свойствами, нехарактерными ни для одного известного металла. Образец был твёрдым, имел высокую температуру плавления и демонстрировал замечательную устойчивость к кислотам — свойства, которые позднее сделали молибден бесценным для промышленного применения.
В течение более чем столетия после открытия молибден оставался лабораторной диковинкой без практического применения. Чрезвычайно высокая температура плавления металла (2 623°C) делала работу с ним почти невозможной при использовании технологий XIX века.
Промышленный прорыв для молибдена произошёл во время Первой мировой войны, когда металлурги обнаружили, что небольшие добавки к стали значительно повышают её прочность и вязкость. Немецкие производители артиллерии тайно использовали молибденовую сталь для стволов пушек, получив существенное военное преимущество.
Развитие электродуговых печей и методов порошковой металлургии в начале XX века наконец позволило получать молибден высокой чистоты. К 1930-м годам молибден стал незаменимым для высокотемпературных применений — от нитей накаливания до сопел ракет.
Тщательный химический анализ Шееле и успешное выделение элемента Хьельмом стали одним из первых триумфов химии в систематическом открытии элементов. Их работа заложила методы идентификации и выделения новых элементов, повлиявшие на химические исследования последующих поколений.
Применение
Молибден — незаменимая добавка для стали, превращающая обычную сталь в высокоэффективные сплавы, способные выдерживать экстремальные условия. Более 80% мирового производства молибдена используется в изготовлении стали, где даже небольшие количества (0,1–0,5%) значительно повышают прочность, твёрдость и коррозионную стойкость.
Инструменты из быстрорежущей стали, содержащей 5–10% молибдена, могут резать металл на скоростях, при которых обычные стальные инструменты расплавились бы. Эти «сверхстали» сохраняют режущую кромку при температурах выше 600°C, преобразив производство — от автомобилестроения до высокоточной обработки.
Глобальная энергетическая отрасль использует молибден в самых сложных операциях. На нефтеперерабатывающих заводах катализаторы на основе дисульфида молибдена удаляют серу из сырой нефти, производя чисто сгорающее топливо для современного транспорта.
Морские буровые платформы, работающие на глубинах более 3 000 метров, используют бурильные трубы и обсадные колонны, усиленные молибденом. Эти компоненты должны выдерживать раздавливающее давление океана, коррозионное воздействие солёной воды и механические нагрузки при бурении горных пород на многие километры ниже морского дна.
Двигатели военных самолётов содержат суперсплавы молибдена, работающие при температуре, равной 85% температуры плавления, и вращающиеся со скоростью 15 000 об/мин. Истребитель F-35 Lightning II использует компоненты из молибдена в двигателе Pratt & Whitney F135 — самом мощном из когда-либо созданных истребительных двигателей.
Марсоходы NASA используют теплозащитные экраны и конструкционные компоненты из молибдена, чтобы выдерживать марсианские зимы при температуре −80°C. Зеркала космического телескопа James Webb покрыты молибденом для отражения инфракрасного света самых далёких галактик Вселенной.
Молибден играет важную роль в производстве ядерной энергии — от компонентов реакторов до получения медицинских изотопов. Высокая температура плавления металла (2 623°C) и низкое поглощение нейтронов делают его идеальным для ядерных применений.
Молибден-99 — родительский изотоп технеция-99m, используемого в 85% процедур ядерной медицины по всему миру. Более 40 миллионов медицинских сканирований ежегодно зависят от изотопов, получаемых из молибдена, для выявления рака, визуализации сердца и сканирования костей.
Молибден — необходимый микроэлемент для азотфиксирующих бактерий в корнях растений. Удобрения на основе молибдена позволяют бобовым культурам превращать атмосферный азот в соединения, доступные растениям, сокращая потребность в синтетических азотных удобрениях и поддерживая устойчивое сельское хозяйство.
Ваш автомобиль содержит молибден во множестве важных компонентов, хотя вы никогда его не увидите. Блоки двигателей, шестерни трансмиссии и выхлопные системы получают преимущества от упрочняющих свойств молибдена. В высокопроизводительных автомобилях используются усиленные молибденом тормозные диски, устойчивые к деформации при экстремальном нагреве.
Профессиональные мастерские и заводы используют усиленные молибденом инструменты для тяжёлых работ. Режущие инструменты, свёрла и пильные полотна, содержащие молибден, дольше сохраняют остроту и работают быстрее обычных аналогов.
Дисульфид молибдена (MoS2) — самое скользкое в природе твёрдое вещество, используемое в бесчисленных случаях, когда обычные масла не справляются. Эта смазка, которую называют «моли», работает при температурах от −180°C до +400°C, что делает её незаменимой в экстремальных условиях.
Генераторы молибдена-99 в больницах по всему миру производят технеций-99m для медицинской визуализации. Эти «технециевые коровы» обеспечивают стабильные поставки наиболее широко используемого медицинского радиоизотопа, позволяя ежегодно проводить миллионы диагностических процедур.
Современные небоскрёбы, мосты и промышленные объекты используют молибденовую сталь, отличающуюся высокой прочностью и долговечностью. В Willis Tower (ранее Sears Tower) в Чикаго применяются балки из молибденовой стали, которые на 25% прочнее обычных стальных балок при таком же весе.
Откуда он берётся
1.2 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 51% of elements
Молибден занимает 54-е место по распространённости среди элементов Земли; его средняя концентрация в земной коре составляет 1,2 части на миллион. Несмотря на относительную редкость, месторождения молибдена встречаются на всех континентах и часто связаны с рудами меди и вольфрама.
Китай лидирует в мировом производстве, обеспечивая примерно 40% мирового объёма, за ним следуют Чили (20%) и США (15%). Рудник Climax в Колорадо исторически был крупнейшим в мире производителем молибдена и работал с 1918 по 1987 год.
Большая часть промышленного молибдена производится из молибденита (MoS2) — мягкого минерала тёмно-серого цвета с металлическим блеском. Месторождения молибденита формируются в высокотемпературных условиях, где богатые молибденом флюиды взаимодействуют с содержащими серу породами глубоко в земной коре.
Большая часть молибдена извлекается как побочный продукт добычи меди из крупных порфировых месторождений. Эти массивные геологические образования содержат минералы меди и молибдена, рассеянные по всей породе, поэтому требуют масштабной открытой разработки.
Месторождения молибдена формируются в результате сложных гидротермальных процессов, происходящих глубоко в земной коре. Когда гранитная магма медленно остывает под землёй, она выделяет богатые металлами флюиды, которые поднимаются вверх и откладывают минералы молибдена в трещинах и контактных зонах.
Некоторые месторождения молибдена образуются, когда горячие гранитные интрузии соприкасаются с известняком или другими карбонатными породами. Тепло и химическое взаимодействие создают уникальные метаморфические породы, называемые скарнами, которые могут содержать высокие концентрации минералов молибдена.
В океанах Земли содержится примерно 10 миллиардов тонн растворённого молибдена, его концентрация составляет 10 частей на миллиард. Хотя такая концентрация слишком мала для промышленного извлечения, этот океанический резервуар представляет собой крупнейший запас молибдена на нашей планете.
Древние океанические отложения, богатые органическим веществом и известные как чёрные сланцы, часто содержат повышенные концентрации молибдена. Эти образования, встречающиеся по всему миру, служат одновременно геологическими архивами химического состава древних океанов и потенциальными ресурсами молибдена в будущем.
Молибден образуется в ядрах массивных звёзд в результате процессов медленного захвата нейтронов. Когда эти звёзды взрываются как сверхновые, они рассеивают молибден по галактике. Запас молибдена в нашей Солнечной системе унаследован от нескольких поколений звёздных взрывов, происходивших на протяжении миллиардов лет.
Изотопный анализ метеоритов показывает, что земной молибден происходит по меньшей мере из двух различных звёздных источников, раскрывая сведения о формировании ранней Солнечной системы и космических событиях, определивших состав нашей планеты.
Обращение
В отличие от некоторых переходных металлов, молибден представляет умеренный риск для здоровья и требует соблюдения правил обращения. Хотя он не обладает острой токсичностью, хроническое воздействие соединений молибдена может вызывать проблемы со здоровьем, особенно затрагивая дыхательную систему и суставы.
Риск вдыхания пыли: Длительное воздействие молибденовой пыли может вызвать «молибденовый пневмокониоз» — заболевание лёгких, подобное силикозу. Работники предприятий по переработке молибдена должны использовать надлежащую защиту органов дыхания и регулярно проходить медицинский контроль.
Горючесть: Молибденовый порошок может воспламениться на воздухе, особенно в мелкодисперсном состоянии. При горении молибдена образуются токсичные пары триоксида молибдена, требующие немедленной эвакуации и вентиляции.
Экологическая токсичность: Высокие концентрации молибдена в почве могут вызвать дефицит меди у пасущихся животных, приводя к заболеванию под названием «молибденоз» у крупного рогатого скота и овец. Горнодобывающие предприятия должны контролировать содержание молибдена в почве и воде.
Стандарты питьевой воды: Максимально допустимый уровень загрязнителя по EPA составляет 40 частей на миллиард. Природные концентрации молибдена в грунтовых водах вблизи горнодобывающих объектов следует регулярно контролировать.
Краткие ответы
Молибден (symbol Mo) is element 42 on the periodic table, a переходный металл 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.Молибден 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 Молибден is 95.95 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.
Молибден has a density of 10.28 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of молибден is about 10.3× heavier.
Молибден 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.
Молибден was discovered in 1781 by Peter Jacob Hjelm. It is named after greek molybdos, "lead".
Молибден makes up about 1.2 mg/kg of the Earth's crust — uncommon, but not rare.