Молибден - это что такое? Молибден — свойства и область применения Взаимодействие с другими веществами
Главная » Монтаж » Молибден - это что такое? Молибден — свойства и область применения Взаимодействие с другими веществами

Молибден - это что такое? Молибден — свойства и область применения Взаимодействие с другими веществами

Крайне необходимая для человеческого организма поваренная соль как бы "поглотила" ядовитые свойства входящего в состав этой соли хлора и чрезвычайную химическую активность металлического натрия . В химии подобные явления не являются исключением. Молибденит - минерал, известный еще в древности, также представляет соединение, в котором составные части - молибден и сера - совершенно не имеют ничего сходного по свойствам с самим минералом.

Молибденитом можно писать как карандашом, сердечник которого состоит из графита, только графит на бумаге оставляет серо-черный след, а у молибденита черта на бумаге имеет зеленовато-серый отлив. Название минерала - молибденит происходит от греческого слова "молюбдос ", что значит "свинец". Оно намекает на малую твердости молибденита (равную почти твердости талька) и свинцово-серый цвет. От молибденита получил свое название и открытый в нем в 1778 г. Шееле элемент - молибден.

Впервые в сравнительно чистом виде металл молибден был выделен в 1783 г. шведским химиком П. Гьельмом . В химически чистом виде молибден - серовато-белый, тяжелый (плотность 10,3), тугоплавкий (плавится при 2625°С) металл, хорошо поддающийся механической обработке. Следует заметить, что свойства металлического молибдена еще в начале XX в. описывались иначе, чем в настоящее время. Дело в том, что такие свойства, как твердость, температура плавления, химическая активность, очень сильно зависят от чистоты металла. Даже небольшие примеси других элементов резко изменяют свойства металлического молибдена. Поэтому неудивительно, что в книгах, изданных в двадцатых годах, молибдену приписывают большую хрупкость, в то время как молибден легко прокатывается и куется.

Интерес к молибдену, как металлу, впервые проявился после того, как была разгадана тайна большой остроты самурайских мечей. Долгое время металлургам не удавалось изготовить сталь с такой степенью прочности, чтобы острие приготовленного из нее холодного оружия не тупилось, подобно старинным самурайским клинкам. Однако тайны старинных мастеров, начало разгадкам которых было положено великим русским металлургом П. П. Аносовым, в конце концов были раскрыты. Был раскрыт и "секрет" остроты самурайских мечей. Оказалось, что в состав их стали входил... молибден. Когда выяснилось благотворное влияние небольших добавок молибдена на качество стали , молибден стал объектом внимания многих специалистов. Вскоре установили, что добавка к стали молибдена вызывает повышение вязкости и твердости, тогда как обычно всякое увеличение твердости влекло за собой повышение хрупкости.

Когда на полях сражений в мировую войну 1914- 1918 гг. появились первые англо-французские "сухопутные дредноуты" - неуклюжие танки, то их 75-миллиметровую броню из твердой, но хрупкой марганцевой стали легко пробивали 75-миллиметровые снаряды немецкой артиллерии. Стоило добавить к броневой стали всего 1,5-2% молибдена, как те же снаряды стали бессильны перед броневым листом всего в 25 мм. Введение молибдена в состав сталей, особенно в сочетании с хромом и вольфрамом , необычайно повышает их твердость и химическую устойчивость. Сплавы молибдена с вольфрамом обладают такими свойствами теплового расширения, которые позволяют применять их вместо платины .

От брони и орудийных стволов вернемся ко всем знакомой электрической лампочке. Глядя на лампочку, как говорят шутливо, невооруженным глазом, можно заметить стеклянный баллон, а в нем проволочку, которая раскаляется электрическим током.

При более близком ознакомлении с веществами, из которых состоят составные элементы лампочки, выясняется, что ярко светящаяся нить лампочки сделана из вольфрама , а крючки, на которых подвешена вольфрамовая нить, - из молибдена.

В электронной лампе, составляющей основу современной радиотехники, тонкие нити, поддерживающие катод и анод, изготовлены из молибдена. Из сплава молибдена с цирконием изготовляются аноды электронных ламп. Антикатоды рентгеновских трубок, спирали мощных нагревательных печей также состоят из металлического молибдена.

Природа сравнительно богата молибденом. На долю молибдена приходится 0,0003% от общего числа атомов земной коры. Месторождения молибденовых соединений встречаются во многих местах земного шара. Они есть в США, Чили, Мексике, Норвегии, Африке.

Получение молибдена и ныне представляет серьезные затруднения. Во всяком случае, технология получения молибдена включает очень много химических операций, в результате которых получают трехокись молибдена. Но на этом процесс не заканчивается: нужно восстановить трехокись - молибдена до чистого металла, а это не так просто. Углеродом восстанавливать нельзя, в этом случае получается не чистый молибден, а молибден с примесью карбидов - очень твердых и хрупких веществ, которые пригодны лишь для получения твердых сплавов. Поэтому трехокись молибдена восстанавливают водородом или алюминотермическим путем. Молибден благодаря высокой температуре его плавления получается в виде порошка. Для того чтобы превратить порошок в компактный металл, необходимо осуществить ряд операций так называемой порошковой металлургии- прессование порошка, спекание, волочение в проволоку.

Наличие молибдена необходимо для нормального развития растений, с другой, - установлено, что избыточное содержание молибдена в корме рогатого скота вызывает серьезные расстройства деятельности желудочно-кишечного тракта у животных.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Молибден расположен в пятом периоде VI группе побочной (В) подгруппе Периодической таблицы. Молибден расположен в пятом периоде VI группе побочной (В) подгруппе Периодической таблицы.

Относится к элементам d -семейства. Металл. Обозначение - Mo. Порядковый номер - 42. Относительная атомная масса - 95,94 а.е.м.

Электронное строение атома молибдена

Атом молибдена состоит из положительно заряженного ядра (+42), внутри которого есть 42 протона и 54 нейтрона, а вокруг, по пяти орбитам движутся 42 электрона.

Рис.1. Схематическое строение атома молибдена.

Распределение электронов по орбиталям выглядит следующим образом:

42Mo) 2) 8) 18) 13) 1 ;

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 5 5s 1 .

Внешний энергетический уровень атома молибдена содержит 6 электронов, которые являются валентными. Энергетическая диаграмма основного состояния принимает следующий вид:

Валентные электроны атома молибдена можно охарактеризовать набором из четырех квантовых чисел: n (главное квантовое), l (орбитальное), m l (магнитное) и s (спиновое):

Подуровень

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

ПРИМЕР 2

Задание Назовите р-элементы (с указанием символа, порядкового номера, группы и периода), атомы которых имеют следующие электронные формулы:

а) 1s 2 2s 2 2p 2 ;

б) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 ;

в) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 4 .

Ответ Чтобы определить порядковый номер элемента, нужно сложить все электроны, находящиеся на электронной оболочке.

а) Количество электронов равно 6-ти, следовательно, этот элемент углерод. Символ -С. Углерод расположен во втором периоде IVA группе;

б) Количество электронов равно 13-ти, следовательно, этот элемент алюминий. Символ -Al. Алюминий расположен в третьем периоде IIIA группе;

в) Количество электронов равно 34, следовательно, этот элемент селен. Символ -Se. Селен расположен в пятом периоде VIA группе.

Mo 42

Молибден

t o кип. (o С) 4630 Степ.окис. от +2 до +6
95,94 t o плав.(o С) 2620 Плотность 10230
4d 5 5s 1 ОЭО 1,30 в зем. коре 0,0003 %

Чтобы приготовить вкусное блюдо, кулинар добавляет к нему различные специи. Чтобы выплавить сталь с ценными свойствами, сталевар вводит в нее различные легирующие элементы.

У каждой приправы своя цель. Одни улучшают вкусовые качества кушанья, другие делают его ароматным и аппетитным, третьи придают ему остроту, четвертые... Трудно сосчитать все назначения специй. Но еще труднее перечислить все те замечательные свойства, которые приобретает сталь при добавке хрома, титана, никеля, вольфрама, молибдена, ванадия, циркония и других элементов.

Одному из верных союзников железа — молибдену — и посвящен этот рассказ.

Молибден был открыт в 1778 году шведским химиком Карлом Вильгельмом Шееле. Название элемента происходит от греческого слова “молибдос”. В том, что новорожденный был окрещен греческим именем, нет ничего удивительного — многие химики, перед тем как наречь открытые ими элементы, заглядывали в греческие “святцы”. Удивительно другое: в переводе на русский язык “молибдос” означает... “свинец”. Что же заставило этот элемент “скрываться” под чужим именем? Почему именно свинцу молибден обязан своим названием?

Ларчик открывается просто. Дело в том, что еще древним грекам был известен минерал свинца галенит, который они называли “молибдена”. В природе существует другой минерал — молибденит, как две капли воды похожий на галенит. Это сходство и ввело греков в заблуждение: они считали, что имеют дело с одним и тем же минералом — молибденой. Такого же мнения придерживались химики других стран. И потому, когда Шееле обнаружил в этом минерале не известный ранее элемент, ученый без долгих размышлений и колебаний назвал новичка молибденом.

В 1783 году шведскому химику Гьельму удалось выделить элемент в виде металлического порошка, который, однако, был загрязнен карбидами. Чтобы получить чистый молибден, понадобилось еще целое столетие.

Подобно многим своим “собратьям” по Периодической системе, молибден совершенно нетерпимо относится к посторонним примесям и, словно в знак протеста, в корне меняет свойства. Тысячные и даже десятитысячные доли процента кислорода или азота придают молибдену большую хрупкость. Вот почему во многих руководствах по химии, изданных в начале XX века, утверждалось, что молибден почти не поддается механической обработке. На самом же деле, чистый молибден, несмотря на высокую твердость, — достаточно пластичный материал, который сравнительно легко прокатывается и куется.

Первая запись в “трудовой книжке” молибдена появилась несколько столетий назад, когда минерал молибденит начали использовать в качестве грифелей. (Любопытно, что по гречески карандаш и сейчас называется “молибдос”.) Как и графит, молибденит состоит из множест чешуек, размеры которых настолько малы, что если уложить их одна на другую, то высота “небоскреба” из 1600 этажей-чешуек окажется равной... 1 микрону. Именно благодаря этим чешуйкам молибденит “умеет” писать и рисовать: на бумаге он оставляет зеленовато-серый след.

В наши дни уже не встретишь молибденитовых грифелей: карандашной промышленностью монопольно завладел графит. Но дисульфид молибдена (химическое название молибденита) нашел себе другое применение. Впрочем, прежде чем рассказать об этом, поведаем вам небольшую историю.

Случилось это более тридцати лет назад. На Симферопольском шоссе проходили испытания опытной партии автомобилей “Запорожец”. Все шло благополучно, но вдруг на полном ходу одна из машин перевернулась на совершенно ровном месте. К счастью, сидевшие в машине люди отделались, как говорится, легким испугом. Причина аварии была загадкой до тех пор, пока машину не разобрали “по косточкам”. Выяснилось, что одна из шестерен коробки передач, которая должна была свободно вращаться на стальной втулке, намертво приварилась к ней. Разумеется, такой “тормоз” сработал мгновенно.

Чтобы подобные аварии не повторялись в дальнейшем, нужно было подобрать подходящую смазку. Вот тут и вспомнили о молибдените, вернее, о его способности расслаиваться на отдельные микроскопические чешуйки. Они-то и должны были послужить надежной смазкой для трущихся деталей коробки передач.

Стоит на мгновенье опустить стальную деталь в жидкость, содержащую лишь 2% дисульфида молибдена, и поверхность детали покрывается тонким слоем отличной твердой смазки. Однако у такой смазки есть коварный враг — высокая температура. При нагреве дисульфид молибдена начинает превращаться в молибденовый ангидрид, который, хоть и не причиняет вреда поверхностям деталей, но и не обладает, к сожалению, смазочными свойствами. Как же избежать этого?

Оказалось, что перед нанесением дисульфидного слоя деталь необходимо обработать в горячей фосфатной ванне. В этом случае частицы дисульфида проникают в мельчайшие поры фосфатного покрытия и на поверхности детали образуется тончайшая смазочная пленка, которая способна выдерживать колоссальные нагрузки — несколько тонн на квадратный сантиметр. Втулки, покрытые этой пленкой, испытывали при тяжелейших режимах работы—и ни одного случая сварки. С тех пор “Запорожцы” исколесили нашу страну вдоль и поперек, но злополучный узел передач не подводил больше ни разу.

Созданием смазочной пленки не исчерпывается благотворное влияние дисульфида молибдена на стальную поверхность: если обработать молиб денитом режущий инструмент, то он станет более стойким, более долговечным. Когда об этом чудесном свойстве молибденита узнали парикмахеры, они с завидной оперативностью поспешили внедрить его в практику.

Но вернемся к молибдену. Благодаря тугоплавкости и низкому коэффициенту теплового расширения этот металл широко применяют в электротехнике, радиоэлектронике, технике высоких температур. Крючки, на которых подвешена вольфрамовая нить в обыкновенной электрической лампочке, сделаны из молибдена. Из него же изготовляют многие детали радиоламп, рентгеновских трубок. Молибденовые спирали служат нагревателями в мощных вакуумных электропечах сопротивления, где развиваются весьма высокие температуры.

Очень ценные материалы получены в Институте проблем материаловедения. Основой их служат пластичные металлы (алюминий, медь, никель, кобальт, титан и др.), а высокопрочные металлы, такие как вольфрам или молибден, используемые в виде нитей, играют роль арматуры, принимая на себя главную растягивающую нагрузку. Прочность, например, никеля и кобальта, армированных вольфрамовой и молибденовой проволокой, повышается почти в три раза. Титан, армированный молибденом, имеет прочность, вдвое большую, чем тот же металл в обычном состоянии.

В США было создано оригинальное стекло, изменяющее свой цвет в зависимости от... времени дня. Под действием солнечного света стекло становится синим, а с наступлением темноты — вновь прозрачным. Этот эффект обусловлен добавками молибдена, который либо вводят в расплавленное стекло, либо в виде тонкой прозрачной пленки вклеивают между двумя слоями стекла.

Разнообразное применение нашли соединения молибдена. Благодаря ему эмали приобретают высокую кроющую способность. Молибденовые красители используют в производстве керамики и пластических масс, в кожевенной, меховой и текстильной промышленности. Трехокись молибдена служит катализатором при крекинге нефти и других химических процессах.

Как видите, работы у молибдена хватает. А ведь мы пока говорили лишь о побочных занятиях этого металла и ни словом не обмолвились о его важнейшей профессии. Помните, в начале очерка молибден был назван верным союзником железа? Вот об этой дружбе железа с молибденом мы и расскажем подробнее—ведь свыше 90% добываемого на земле молибдена потребляет металлургия специальных сталей. В нашей стране сталь, содержащая молибден (3,7%), была выплавлена впервые в 1886 году на Путиловском заводе. Однако применение этого элемента для улучшения свойств стали имеет гораздо более древнюю историю.

Долгое время никто не мог раскрыть тайну большой остроты самурайских мечей. Многие поколения металлургов безуспешно пытались выплавить сталь, подобную той, из которой в далекие времена изготовляли холодное оружие в стране Восходящего Солнца. Первые удачные попытки разгадать эту тайну были сделаны великим металлургом П. П. Аносовым (1797—1851). В конце концов секрет удалось раскрыть: загадочная сталь, наряду с другими элементами, содержала молибден, который “ухитрялся” одновременно повышать и твердость, и вязкость металла, в то время как обычно увеличение твердости сопровождается ростом хрупкости.

Сочетание высокой твердости с вязкостью крайне необходимо для броневой стали. Броня первых англо-французских танков, появившихся в 1916 году на полях сражений мировой войны, была выполнена из твердой, но хрупкой марганцевой стали. Увы, этот массивный панцирь толщиной 75 миллиметров снаряды немецкой артиллерии прошивали, как масло. Но стоило добавить к стали лишь 1,5—2% молибдена, как танки оказались неуязвимыми несмотря на то, что толщина броневого листа была уменьшена втрое.

Чем же объяснить такое поистине чудодейственное перерождение брони? Дело в том, что молибден задерживает рост зерна в процессе кристаллизации стали и тем самым придает ей мелкую однородную структуру, обеспечивающую высокие свойства металла. Большинству легированных сталей присуща так называемая “хрупкость после отпуска”. Стали же, содержащие молибден, не боятся этого “заболевания”, благодаря чему их можно подвергать термической обработке, не опасаясь возникновения внутренних напряжений. Молибден заметно повышает прокаливаемость стали. Легированная этим элементом сталь характеризуется также значительной прочностью при высоких температурах и большим сопротивлением ползучести. Сходное влияние на свойства стали оказывает и вольфрам, но действие молибдена, например, на прочность металла значительно эффективнее: 0,3% молибдена могут заменить 1% вольфрама—металла более дефицитного.

Молибденовая сталь—это не только броня. Стволы орудий и ружей, детали самолетов и автомобилей, паровые котлы и турбины, режущие инструменты и бритвенные лезвия—все это молибденовая сталь. Благотворно влияет молибден и на свойства чугуна: повышается прочность металла, увеличивается его износостойкость.

Высокая легирующая способность молибдена обусловлена тем, что он имеет такую же кристаллическую решетку, как и железо. Радиусы их атомов также очень близки между собой. Ну, а “родственным душам” легко найти общий язык. Впрочем, молибден дружен не только с железом. Сплавы молибдена с хромом, кобальтом, никелем обладают отличной кислотоупорностью и применяются для производства химической аппаратуры. Для некоторых сплавов тех же элементов характерно большое сопротивление истиранию. Сплавы молибдена с вольфрамом могут заменять платину. Для изготовления электротехнических контактов используют сплавы этого элемента с медью и серебром.

В холодильной технике широко применяют сжиженные газы, в частности азот. Чтобы сохранить его в жидком состоянии, нужен ужасный мороз — почти 200 градусов ниже нуля. При такой температуре обычная сталь становится хрупкой, как стекло. Контейнеры для хранения жидкого азота делают из особой хладостойкой стали, но и она долгое время “страдала” одним существенным недостатком: сварные швы на ней имели низкую прочность. Устранить этот недостаток помог молибден. Прежде в состав присадочных материалов, применяемых при сварке, входил хром, который как оказалось, приводил к растрескиванию кромок шва. Исследования позволили установить. что молибден, наоборот, предотвращает образование трещин. После многочисленных опытов был найден оптимальный состав присадки: она должна содержать 20% молибдена. А сварные швы теперь так же легко переносят двухсотградусный мороз, как и сама сталь.

Совсем недавно металлургам удалось создать замечательный сплав “комохром”, состоящий из кобальта, молибдена и хрома. Этот сплав служит прекрасным материалом для “запчастей”... человека. Да-да, не удивляйтесь! Комохром совершенно безвреден для организма и поэтому весьма успешно применяется хирургами для замены поврежденных суставов.

Добросовестно и плодотворно трудится молибден и на сельскохозяйственной ниве. В 1965 году группе советских ученых была присуждена Ленинская премия за исследование биологической роли микроэлементов и применение их в сельском хозяйстве. Введенные в микроскопических количествах в почву или в пищу животных некоторые элементы буквально творят чудеса. Один из таких кудесников — молибден. Ничтожно малые дозы этого микроэлемента существенно повышают урожай многих культур, улучшают их качество. Особенно неравнодушны к молибдену бобовые растения. Семена гороха, обработанные молибдатом аммония, дали на обычном поле урожай почти на треть выше обычного. Концентрируясь в клубеньках бобовых, молибден способствует усвоению ими атмосферного азота, крайне необходимого для развития растений. Благодаря молибдену возрастает содержание белковых веществ, хлорофилла и витаминов в растительных тканях. Интересно отметить, что на некоторые сорняки элемент действует губительным образом.

Любопытные исследования были проведены японскими учеными из университета в Осаке. Анализируя с помощью самых современных средств остатки сожженных волос, они пришли к выводу, что цвет волос зависит от наличия в них микродоз тех или иных металлов. Так, светлые волосы, например, оказались богаты никелем, золотистые — титаном. Если владельцы огненно-рыжей шевелюры недовольны ею, то все претензии они должны предъявлять молибдену: именно он, по мнению японских пигментоло-гов, и придает волосам такую окраску. Стало быть, если бы действительно существовал разоблаченный Шерлоком Холмсом “Союз рыжих”, то на его эмблеме с полным правом мог бы красоваться символ молибдена.

К сожалению, иногда этот элемент оказывается втянутым в дела, которые благотворными отнюдь не назовешь. О “негативной” стороне его деятельности рассказали исследования советских ученых, проведенные в одной дальней морской экспедиции.

В конце 1966 года от причалов Владивостока отошел “Михаил Ломоносов”. Этот специальный научный корабль должен был обследовать различные участки мирового океана и определить степень зараженности их радиоактивными веществами. Не один месяц судно бороздило океан, и все это время на его борту, словно пограничники, несли “вахту” чуткие приборы — счетчики Гейгера, в любой момент готовые обнаружить появление радиоактивных гостей.

В один из дней корабль готовился пересечь экватор в самой пустынной части Тихого океана. Круглые сутки на палубе судна с большой скоростью вертелись лопасти вентилятора, заглатывая тысячи кубометров морского воздуха и направляя его в фильтры, которые могли задерживать пылинки размером даже в сотые доли микрона. Периодически фильтры вместе с накопившейся пылью сжигали и с помощью чувствительных приборов определяли радиоактивность образовавшегося пепла. Внезапно счетчики Гейгера “взволновались не на шутку”: в пепле оказались радиоактивные изотопы молиб-ден-99 и неодим-147. Эти изотопы живут очень непродолжительное время. Так, период полураспада молибдена-99 всего 67 часов. Замерами и расчетами ученые установили точную дату появления “непрошенных гостей” — 28 декабря 1966 года. И действительно, как сообщило агентство Синьхуа, в этот день Китай испытывал свое ядерное оружие. За несколько суток ветер разнес образовавшиеся радиоактивные “осколки” на тысячи миль.

Справедливости ради, следует отметить, что в этой опасной игре с огнем молибден исполняет весьма скромную роль. В ближайшие же годы, как мы вправе надеяться, силы мира добьются полного запрещения ядерных испытаний — тогда он вовсе перестанет выступать в столь неблаговидном амплуа и будет заниматься лишь полезной для человека деятельностью. Ну, а в том, что молибден нужен людям для самых различных целей, а значит, и в достаточно больших количествах, вы уже убедились. Каковы же запасы этого элемента на нашей планете?

На долю молибдена приходится 0,0003% от всех атомов земной коры. По распространенности в природе он занимает в ряду элементов таблицы Д. И. Менделеева довольно скромное место — в четвертом десятке, однако месторождения этого металла встречаются во многих местах земного шара.

Если в начале нашего века добыча молибдена составляла всего несколько тонн, то уже в годы первой мировой войны производство этого металла возросло почти в 50 раз (броня-то ведь нужна была!). В послевоенный период добыча молибденовых руд резко упала, но затем, начиная примерно с 1925 года, наблюдался новый рост производства молибдена, достигший максимума (30 тысяч тонн) в 1943 году, т. е. во время второй мировой войны. Не случайно поэтому молибден иногда называют “военным” металлом.

Молибденовые руды перерабатывают главным образом в ферромолибден, который и используют в металлургии качественных сталей и специальных сплавов. Первые промышленные опыты по получению ферромолибдена относятся к концу прошлого столетия. В 1890 году был разработан способ получения сплава восстановлением окислов молибдена. Но этими опытами практически и ограничилось производство ферромолибдена в царской России. В 1929 году С. С. Штейнберг и П. С. Кусакин силикотер-мическим методом выплавили сплав, содержащий 50—65% молибдена. Успешные опыты В. П. Елютина, проведенные в 1930—1931 годах, позволили в дальнейшем внедрить этот метод в металлургическую промышленность.

Но технике нужны не только молибденовые стали, но и- изделия из чистого молибдена. А вот их-то долгое время и не удавалось изготовить. Но почему? Ведь сравнительно чистый порошок из этого металла научились получать давным-давно? Виной всему была тугоплавкость молибдена— она “не разрешала” превращать порошок в монолитный металл путем сплавления. Пришлось искать иные пути. В 1907 году в лабораторных условиях, впервые была получена молибденовая нить. Для этого порошок молибдена перемешали с клейким органическим веществом и приготовленную массу продавили через матричное отверстие. Образовавшуюся при этом клейкую нить поместили в атмосферу водорода и пропустили через нить электрический ток. Как и следовало ожидать, нить разогрелась, органическое вещество выгорело, а металл сумел проплавиться и осесть на проволоке (водород же пригодился для того, чтобы молибден при нагреве не окислился).

Спустя три года был выдан патент на получение тугоплавких металлов, в частности молибдена, методом порошковой металлургии, которым пользуются и в наше время. Металлический порошок прессуют, спекают, затем подвергают прокатке либо волочению — лента или проволока готова к использованию в технике.

В России молибденовую проволоку начали выпускать в 1928 году, а уже спустя три года ее производство на Московском электрозаводе составило 20 миллионов метров.

В последние годы к производству молибдена удалось “подключить” дуговой вакуумный переплав, зонную и электроннолучевую плавку— с такими помощниками дела пошли еще веселее.

Мы уже говорили о том, что запасы молибденовых руд в земное коре ограничены. Так, быть может, через какое-нибудь время они будут исчерпаны и перед человечеством встанет проблема, где раздобыть столь нужный металл?

Нет, пока мы можем быть спокойны за судьбу своих потомков. Ведь, помимо земной коры, громадные количества самых различных элементов содержатся в водах океанов и морей. Если морские богатства разделить поровну между всеми жителями нашей планеты, то каждый из нас станет обладателем несметных сокровищ. Достаточно сказать, что одного только золота Нептун может выдать из своих кладовых примерно тонны по три на душу населения. Вот уже действительно “золотое дно”! А что касается молибдена, то его мы бы получили тонн по сто на брата.

Люди пока еще только пытаются подобрать ключи к голубым “сундукам” Нептуна. Но подберут. Обязательно подберут.

Молибден (лат. molybdaenum), mo, химический элемент vi группы периодической системы Менделеева; атомный номер 42, атомная масса 95,94; светло-серый тугоплавкий металл. В природе элемент представлен семью стабильными изотопами с массовыми числами 92, 94-98 и 100, из которых наиболее распространён 98 mo (23,75 %). Вплоть до 18 в. основной минерал М. молибденовый блеск (молибденит) не отличали от графита и свинцового блеска, т. к. они очень схожи по внешнему виду. Эти минералы носили общее название «молибден» (от греч. molybdos - свинец).

Элемент М. открыл в 1778 шведский химик К. Шееле, выделивший при обработке молибденита азотной кислотой молибденовую кислоту. Шведский химик П. Гьельм в 1782 впервые получил металлический М. восстановлением moo 3 углеродом.

Распространение в природе. М. - типичный редкий элемент, его содержание в земной коре 1,1 ? 10 -4 % (по массе). Общее число минералов М. 15, большая часть их (различные молибдаты) образуется в биосфере. В магматических процессах М. связан преимущественно с кислой магмой, с гранитоидами. В мантии М. мало, в ультраосновных породах лишь 2 ? 10 -5 %. Накопление М. связано с глубинными горячими водами, из которых он осаждается в форме молибденита mos 2 (главный промышленный минерал М.), образуя гидротермальные месторождения. Важнейшим осадителем М. из вод служит h 2 s.

Геохимия М. в биосфере тесно связана с живым веществом и продуктами его распада; среднее содержание М. в организмах 1 ? 10 -5 %. На земной поверхности, особенно в щелочных условиях, mo (iv) легко окисляется до молибдатов, многие из которых сравнительно растворимы. В ландшафтах сухого климата М. легко мигрирует, накапливаясь при испарении в соляных озёрах (до 1 ? 10 -3 %) и солончаках. Во влажном климате, в кислых почвах М. часто малоподвижен; здесь требуются удобрения, содержащие М. (например, для бобовых).

В речных водах М. мало (10 -7 -10 -8 %). Поступая со стоком в океан, М. частично накапливается в морской воде (в результате её испарения М. здесь 1 ? 10 -6 %), частично осаждается, концентрируясь в глинистых илах, богатых органическим веществом и h 2 s.

Помимо молибденовых руд, источником М. служат также некоторые молибденосодержащие медные и медно-свинцово-цинковые руды. Добыча М. быстро растет.

Физические и химические свойства. М. кристаллизуется в кубической объёмно-центрированной решётке с периодом а = 3,14 å. Атомный радиус 1,4 å, ионные радиусы mo 4+ 0,68 å, mo 6+ 0,62 å. Плотность 10,2 г/см 3 (20 °С); t пл 2620 ± 10 °С; t kип около 4800 °С. Удельная теплоёмкость при 20-100 °С 0,272 кдж/ (кг ? К), т. е. 0,065 кал/ (г ? град ) . Теплопроводность при 20 °С 146,65 вт/ (см ? К), т. е. 0,35 кал/ (см ? сек ? град ) . Термический коэффициент линейного расширения (5,8-6,2) ? 10 -6 при 25-700 °С. Удельное электрическое сопротивление 5,2 ? 10 -8 ом ? м, т. е. 5,2 ? 10 -6 ом ? см; работа выхода электронов 4,37 эв. М. парамагнитен; атомная магнитная восприимчивость ~ 90 ? 10 -6 (20 °С).

Механические свойства М. зависят от чистоты металла и предшествующей механической и термической его обработки. Так, твёрдость по Бринеллю 1500-1600 Мн/м 2 , т. е. 150-160 кгс/мм 2 (для спечённого штабика), 2000-2300 Мн/м 2 (для кованого прутка) и 1400-1850 Мн/м 2 (для отожжённой проволоки); предел прочности для отожжённой проволоки при растяжении 800-1200 Мн/м 2 . Модуль упругости М. 285-300 Гн/м 2 . mo более пластичен, чем w. Рекристаллизующий отжиг не приводит к хрупкости металла.

На воздухе при обычной температуре М. устойчив. Начало окисления (цвета побежалости) наблюдается при 400 °С. Начиная с 600 °С металл быстро окисляется с образованием moo 3 . Пары воды при температурах выше 700 °С интенсивно окисляют М. до moo 2 . С водородом М. химически не реагирует вплоть до плавления. Фтор действует на М. при обычной температуре, хлор при 250 °С, образуя mof 6 и mocl 5 . При действии паров серы и сероводорода соответственно выше 440 и 800 °С образуется дисульфид mos 2 . С азотом М. выше 1500 °С образует нитрид (вероятно, mo 2 n). Твёрдый углерод и углеводороды, а также окись углерода при 1100-1200 °С взаимодействуют с металлом с образованием карбида mo 2 c (плавится с разложением при 2400 °С). Выше 1200 °С М. реагирует с кремнием, образуя силицид mosi 2 , обладающий высокой устойчивостью на воздухе вплоть до 1500-1600 °С (его микротвёрдость 14 100 Мн/м 2).

В соляной и серной кислотах М. несколько растворим лишь при 80-100 °С. Азотная кислота, царская водка и перекись водорода медленно растворяют металл на холоду, быстро - при нагревании. Хорошим растворителем М. служит смесь азотной и серной кислот. Вольфрам в смеси этих кислот не растворяется. В холодных растворах щелочей М. устойчив, но несколько корродирует при нагревании. Конфигурация внешних электронов атома mo4d 5 5s 1 , наиболее характерная валентность 6. Известны также соединения 5-, 4-, 3- и 2-валентиого М.

М. образует два устойчивых окисла - трёхокись moo 3 (белые кристаллы с зеленоватым оттенком, t пл 795 °С, t kип 1155 °С) и двуокись moo 2 (тёмно-коричневого цвета). Кроме того, известны промежуточные окислы, соответствующие по составу гомологическому ряду mo n o 3n-1 (mo 9 o 26 , mo 8 o 23 , mo 4 o 11); все они термически неустойчивы и выше 700 °С разлагаются с образованием moo 3 и moo 2 . Трёхокись moo 3 образует простые (или нормальные) кислоты М. - моногидрат h 2 moo 4 , дигидрат h 2 moo 4 ? h 2 o и изополикислоты - h 6 mo 7 o 24 , h 4 mo 6 o 24 , h 4 mo 8 o 26 и др. Соли нормальной кислоты называются нормальными молибдатами, а поликислот - полимолибдатами. Кроме названных выше, известно несколько надкислот М. - h 2 moo x ; (x - от 5 до 8) и комплексных гетерополисоедипений с фосфорной, мышьяковой и борной кислотами. Одна из распространённых солей гетерополикислот - фосфоромолибдат аммония (mh 4) 3 [Р (mo 3 o 10) 4 ] ? 6h 2 o. Из галогенидов и оксигалогенидов М. наибольшее значение имеют фторид mof 6 (t пл 17,5 °С, t kип 35°c) и хлорид moci, (t пл 194 °С, t kип 268 °С). Они могут быть легко очищены перегонкой и используются для получения М. высокой чистоты.

Достоверно установлено существование трёх сульфидов М. - mos 3 , mos 2 и mo 2 s 3 . Практическое значение имеют первые два. Дисульфид mos 2 встречается в природе в виде минерала молибденита; может быть получен действием серы на М. или при сплавлении moo 3 с содой и серой. Дисульфид практически нерастворим в воде, hcl, разбавленной h 2 so 4 . Распадается выше 1200 °С с образованием mo 2 s 3 .

При пропускании сероводорода в нагретые подкисленные растворы молибдатов осаждается mos 3 .

Получение. Основным сырьём для производства М., его сплавов и соединений служат стандартные молибденитовые концентраты, содержащие 47-50 % mo, 28-32 % s, 1-9 % sio 2 и примеси др. элементов. Концентрат подвергают окислительному обжигу при 570-600 °С в многоподовых печах или печах кипящего слоя. Продукт обжига - огарок содержит moo 3 , загрязнённую примесями. Чистую moo 3 , необходимую для производства металлического М., получают из огарка двумя путями: 1) возгонкой при 950-1100 °С; 2) химическим методом, который состоит в следующем: огарок выщелачивают аммиачной водой, переводя М. в раствор; из раствора молибдата аммония (после очистки его от примесей cu, fe) выделяют полимолибдаты аммония (главным образом парамолибдат 3(nh 4) 2 o ? 7moo 3 ? n h 2 o) методом нейтрализации или выпарки с последующей кристаллизацией; прокаливанием парамолибдата при 450-500 °С получают чистую moo 3 , содержащую не более 0,05 % примесей.

Металлический М. получают (сначала в виде порошка) восстановлением moo 3 в токе сухого водорода. Процесс ведут в трубчатых печах в две стадии: первая - при 550-700 °С, вторая - при 900-1000 °С. Молибденовый порошок превращают в компактный металл методом порошковой металлургии или методом плавки. В первом случае получают сравнительно небольшие заготовки (сечением 2-9 см 2 при длине 450-600 мм ) . Порошок М. прессуют в стальных пресс-формах под давлением 200-300 Мн/м 2 (2-3 мс/см 2) . После предварительного спекания (при 1000-1200 °С) в атмосфере водорода заготовки (штабики) подвергают высокотемпературному спеканию при 2200-2400 °С. Спечённый штабик обрабатывают давлением (ковка, протяжка, прокатка). Более крупные спечённые заготовки (100-200 кг ) получают при гидростатическом прессовании в эластичных оболочках. Заготовки в 500-2000 кг производят дуговой плавкой в печах с охлаждаемым медным тиглем и расходуемым электродом, которым служит пакет спечённых штабиков. Кроме того, используют электроннолучевую плавку М. Для производства ферромолибдена (сплав; 55-70 % mo, остальное fe), служащего для введения присадок М. в сталь, применяют восстановление обожжённого молибденитового концентрата (огарка) ферросилицием в присутствии железной руды и стальной стружки.

Применение. 70-80 % добываемого М. идёт на производство легированных сталей. Остальное количество применяется в форме чистого металла и сплавов на его основе, сплавов с цветными и редкими металлами, а также в виде химических соединений. Металлический М. - важнейший конструкционный материал в производстве электроосветительных ламп и электровакуумных приборов (радиолампы, генераторные лампы, рентгеновские трубки и др.); из М. изготовляют аноды, сетки, катоды, держатели нити накала в электролампах. Молибденовые проволока и лента широко используются в качестве нагревателей для высокотемпературных печей.

После освоения производства крупных заготовок М. стали применять (в чистом виде или с легирующими добавками др. металлов) в тех случаях, когда необходимо сохранение прочности при высоких температурах, например для изготовления деталей ракет и других летательных аппаратов. Для предохранения М. от окисления при высоких температурах используют покрытия деталей силицидом М., жаростойкими эмалями и другие способы защиты. М. применяют как конструкционный материал в энергетических ядерных реакторах, т. к. он имеет сравнительно малое сечение захвата тепловых нейтронов (2,6 барн ) . Важную роль М. играет в составе жаропрочных и кислотоустойчивых сплавов, где он сочетается главным образом с ni, Со и cr.

В технике используются некоторые соединения М. Так, mos 2 - смазочный материал для трущихся частей механизмов; дисилицид молибдена применяют при изготовлении нагревателей для высокотемпературных печей; na 2 moo 4 - в производстве красок и лаков; окислы М. - катализаторы в химической и нефтяной промышленности.

А. Н. Зеликман.

М. в организме растений, животных и человека постоянно присутствует как микроэлемент, участвующий преимущественно в азотном обмене. М. необходим для активности ряда окислительно-восстановительных ферментов (флавопротеидов ) , катализирующих восстановление нитратов и азотфиксацию у растений (много М. в клубеньках бобовых), а также реакции пуринового обмена у животных. В растениях М. стимулирует биосинтез нуклеиновых кислот и белков, повышает содержание хлорофилла и витаминов. При недостатке М. бобовые, овёс, томаты, салат и другие растения заболевают особым видом пятнистости, не плодоносят и погибают. Поэтому растворимые молибдаты в небольших дозах вводят в состав микроудобрений. Животные обычно не испытывают недостатка в М. Избыток же М. в корме жвачных животных (биогеохимические провинции с высоким содержанием М. известны в Кулундинской степи, на Алтае, Кавказе) приводит к хроническим молибденовым токсикозам, сопровождающимся поносом, истощением, нарушением обмена меди и фосфора. Токсическое действие М. снимается введением соединений меди.

Избыток М. в организме человека может вызвать нарушение обмена веществ, задержку роста костей, подагру и т. п.

И. Ф. Грибовская.

Лит.: Зеликман А. Н., Молибден, М., 1970; Молибден. Сборник, пер. с англ., М., 1959; Биологическая роль молибдена, М., 1972.



Предыдущая статья: Следующая статья:

© 2015 .
О сайте | Контакты
| Карта сайта