What is 钼?
钼 (symbol Mo) is element 42 on the periodic table, a 过渡金属 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.
结构
这不是环上点阵的示意图,而是对每个已占据子层实际概率密度|ψ|²进行蒙特卡洛采样的结果。拖动即可旋转。蓝色和紫色表示波函数的相反符号,这正是成键成为可能的原因。
测量值
每个条形图都显示钼在全部118种元素中该性质的排名位置。
来源:IUPAC 2021 标准原子量 ·《CRC 化学与物理手册》· NIST。标有 ~ 的数值是预测值,而非测量值。
按比例显示的大小
Radius 139 pm — that is 0.139 nm, so about 3597 million of them side by side would span a millimetre.
热范围
钼 is liquid over a 2016 K window, from 2896 K to 4912 K.
故事
The refractory workhorse: molybdenum keeps its strength at temperatures that soften almost everything else.
钼的发现故事始于几个世纪以来人们对一种神秘黑色矿物的混淆,中世纪矿工称其为“molybdena”。这种质地柔软、类似石墨的物质在欧洲各地的铅矿中被发现,但没有人了解它究竟是什么。
一千多年来,矿工和冶金学家一直将辉钼矿(MoS2)与石墨和方铅矿(硫化铅)混淆。这三种矿物外观相似——颜色深、质地软且具有金属光泽——导致人们长期误认。“molybdena”这一名称来自希腊语“molybdos”,意思是铅,反映了这种持续已久的混淆。
瑞典化学家Carl Wilhelm Scheele此前已因发现氯和氧而闻名,他于1778年着手破解molybdena之谜。在瑞典Köping的药房实验室工作时,Scheele怀疑molybdena并不只是铅或石墨的一种形式。
Scheele用硝酸加热molybdena,并观察到一个非同寻常的现象:这种矿物没有表现得像铅或石墨,而是产生了一种白色酸性粉末。进一步实验显示,这种粉末具有不同于任何已知物质的独特性质。
通过细致的化学分析,Scheele证明molybdena含有一种未知金属的新“土”(氧化物)。他将这种白色粉末命名为“acidum molybdenae”,并正确预测其中含有一种新元素,尽管18世纪的技术无法分离出纯金属。
三年后,Scheele的同事Peter Jacob Hjelm成功分离出第一批金属钼。Hjelm在密闭坩埚中用木炭加热Scheele的acidum molybdenae,利用碳还原氧化物并生成少量金属颗粒。
按现代标准来看,Hjelm最初的钼样品远非纯净,但它确实是金属,并且具有不同于任何已知金属的性质。该样品质地坚硬、熔点高,并且表现出非凡的耐酸性——这些性质后来使钼成为工业应用中不可或缺的材料。
在发现后的一百多年里,钼一直是没有实际用途的实验室奇物。钼极高的熔点(2,623°C)使得19世纪的技术几乎无法加工这种金属。
钼的工业突破发生在第一次世界大战期间,当时冶金学家发现,向钢中加入少量钼可以显著提高其强度和韧性。德国火炮制造商秘密使用钼钢制造炮管,从而获得了显著的军事优势。
20世纪初电弧炉和粉末冶金技术的发展,最终使高纯度钼的生产成为可能。到20世纪30年代,钼已成为高温应用不可或缺的材料,应用范围从灯泡灯丝到火箭喷嘴。
Scheele细致的化学分析和Hjelm成功的分离,是化学史上系统发现元素的早期成就之一。他们的工作建立了识别和分离新元素的方法,并影响了后来几代人的化学研究。
应用
钼是终极钢材增强剂,可将普通钢转变为能够承受极端条件的高性能合金。全球钼产量中超过80%用于钢铁制造,即使加入极少量钼(0.1-0.5%),也能显著提高强度、硬度和耐腐蚀性。
含5-10%钼的高速钢工具能够以足以熔化普通钢工具的速度切削金属。这些“超级钢”在超过600°C的温度下仍能保持切削刃,彻底改变了从汽车生产到精密加工的制造业。
全球能源行业依靠钼完成最具挑战性的作业。炼油厂使用二硫化钼催化剂从原油中去除硫,生产驱动现代交通运输的清洁燃烧燃料。
在超过3,000米深处作业的海上钻井平台依靠钼增强钻杆和套管。这些部件必须承受巨大的海水压力、腐蚀性盐水,以及钻穿海床下数英里岩层时产生的机械应力。
军用飞机发动机含有钼超合金,可在达到其熔点85%的温度下运行,同时以15,000 RPM的转速旋转。F-35闪电II战斗机在其Pratt & Whitney F135发动机中使用了钼部件,这是迄今制造的功率最强的战斗机发动机。
NASA的火星车使用钼隔热板和结构部件,以承受火星上-80°C的冬季。James Webb太空望远镜的镜面镀有钼,用于反射来自宇宙中最遥远星系的红外光。
钼在核能发电中发挥关键作用,应用范围从反应堆部件到医用同位素生产。钼的高熔点(2,623°C)和低中子吸收率使其非常适合核能应用。
钼-99是锝-99m的母体同位素,锝-99m用于全球85%的核医学操作。每年超过4,000万次医学扫描依靠钼衍生同位素来进行癌症检测、心脏成像和骨骼扫描。
钼是植物根部固氮细菌必需的微量营养元素。钼基肥料使豆科作物能够将大气中的氮转化为植物可利用的化合物,从而减少对合成氮肥的需求,支持可持续农业。
你的汽车中含有钼,存在于许多关键部件中,尽管你永远看不到它。发动机缸体、变速箱齿轮和排气系统都受益于钼的强化性质。高性能车辆使用钼增强制动盘,可在极端高温下抗变形。
专业车间和工厂依靠钼增强工具完成重型作业。含钼的切削工具、钻头和锯片比普通替代品保持锋利的时间更长,工作速度也更快。
二硫化钼(MoS2)是自然界中最滑的固态物质,用于传统油品失效的无数场合。这种“钼”润滑剂可在-180°C至+400°C的温度范围内工作,因此对于极端环境应用不可或缺。
全球各地医院中的钼-99发生器可生产用于医学成像的锝-99m。这些“锝牛”能够稳定供应使用最广泛的医用放射性同位素,每年支持数百万次诊断操作。
现代摩天大楼、桥梁和工业设施采用钼钢,以获得更高的强度和耐久性。芝加哥的Willis Tower(原Sears Tower)使用钼钢梁,在重量相同的情况下,其强度比普通钢高25%。
来源
1.2 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 51% of elements
在地球元素的丰度中,钼排名第54位,地壳平均浓度为每百万份中含1.2份。尽管相对稀少,钼矿床遍布各大洲,通常与铜矿和钨矿伴生。
中国领先全球生产,约占世界产量的40%,其次是智利(20%)和美国(15%)。科罗拉多州的Climax矿历史上曾是世界最大的钼生产矿,运营时间为1918年至1987年。
大多数商业钼来自辉钼矿(MoS2),这是一种质地柔软、呈深灰色并具有金属光泽的矿物。辉钼矿矿床形成于高温环境中,富钼流体在地球地壳深处与含硫岩石发生作用。
大部分钼作为铜矿开采的副产品,从大型斑岩矿床中回收。这些巨大的地质构造同时含有铜矿物和钼矿物,并分散在整个岩体中,需要进行大规模露天开采。
钼矿床通过发生在地球地壳深处的复杂热液过程形成。当花岗岩岩浆在地下缓慢冷却时,会释放富含金属的流体,这些流体向上迁移,并在裂隙和接触带中沉积钼矿物。
一些钼矿床形成于炽热的花岗岩侵入体与石灰岩或其他碳酸盐岩接触时。热量和化学作用会形成独特的变质岩,称为矽卡岩,其中可能含有高浓度的钼矿物。
地球海洋中约含有100亿吨溶解态钼,浓度为每十亿份中含10份。虽然浓度过低,无法进行商业提取,但这一海洋储库代表了地球上最大的钼储量。
富含有机物的古代海洋沉积物被称为黑色页岩,通常含有较高浓度的钼。这些遍布世界各地的地层既是古代海洋化学成分的地质档案,也可能成为未来的钼资源。
钼通过慢中子俘获过程在大质量恒星的核心中形成。当这些恒星以超新星形式爆炸时,会将钼散布到整个星系。太阳系中的钼储量来自数十亿年间多代恒星爆炸所留下的物质。
对陨石进行同位素分析显示,地球上的钼至少来自两种不同的恒星来源,这为研究早期太阳系的形成以及塑造地球成分的宇宙事件提供了线索。
处理
与某些过渡金属不同,钼具有中等健康风险,需要采取适当的处理程序。钼虽然没有急性毒性,但长期接触钼化合物可能导致健康问题,尤其会影响呼吸系统和关节。
吸入粉尘的风险:长期接触钼粉尘可能导致“钼尘肺”,这是一种类似矽肺的肺部疾病。钼加工设施的工作人员必须使用适当的呼吸防护设备,并定期接受健康监测。
可燃性:钼粉末可能在空气中点燃,尤其是在粉末颗粒很细时。钼燃烧会产生有毒的三氧化钼烟雾,需要立即疏散并通风。
环境毒性:土壤中的高浓度钼会导致放牧动物缺铜,使牛和羊患上一种称为“钼中毒”的疾病。采矿作业必须监测土壤和水中的钼污染。
饮用水标准:EPA规定的最大污染物含量为每十亿份中含40份。应定期监测采矿地附近地下水中的天然钼浓度。
快速回答
钼 (symbol Mo) is element 42 on the periodic table, a 过渡金属 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.钼 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 钼 is 95.95 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.
钼 has a density of 10.28 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of 钼 is about 10.3× heavier.
钼 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.
钼 was discovered in 1781 by Peter Jacob Hjelm. It is named after greek molybdos, "lead".
钼 makes up about 1.2 mg/kg of the Earth's crust — uncommon, but not rare.