モリブデン：構造、特性、原子価、機能 - 化学 - 2025

モリブデン（Mo）が6族、周期表の周期5に属する遷移金属です。電子構成（Kr）4d ⁵ 5s ¹です。原子番号42および平均原子質量95.94 g / mol。それは7つの安定同位体を持っています：⁹² Mo、⁹⁴ Mo、⁹⁵ Mo、⁹⁶ Mo、⁹⁷ Mo、⁹⁸ Moおよび¹⁰⁰ Mo;同位体⁹⁸ Moである割合が大きい。

それは銀の外観を持つホワイトメタルであり、クロムに似た化学的性質を持っています。実際、どちらも同じグループの金属元素であり、クロムはモリブデンの上にあります。つまり、モリブデンは重く、エネルギーレベルが高くなります。

出典：ウィキメディア・コモンズ経由、化学元素の高解像度画像（http://images-of-elements.com/molybdenum.php）

モリブデンは自然界では無料で発見されていませんが、鉱物の一部として、最も豊富なのはモリブデン（MoS ₂）です。さらに、それは銅も得られる他の硫黄鉱物と関連しています。

第一次世界大戦中にタングステンが取って代わったため、その使用は増加しました。

特徴

モリブデンは、その優れた耐久性、耐腐食性、高融点、順応性があり高温に耐えることが特徴です。白金（1,77277 C）よりも融点が高いため、高融点金属と見なされます。

また、原子の結合エネルギーが高く、蒸気圧が低く、熱膨張係数が低く、熱コンダクタンスが高く、電気抵抗が低いという一連の追加のプロパティもあります。

これらすべての特性と特性により、モリブデンは多くの用途と用途を持つことができました。その中で最も注目に値するのは、鋼との合金の形成です。

一方、それは人生に欠かせない微量元素です。細菌や植物では、モリブデンは窒素の固定と利用に関与する多くの酵素に存在する補因子です。

モリブデンは、2つの電子を移動させながら水から酸素原子を移動させるオキソトランスフェラーゼ酵素の活性の補因子です。これらの酵素には霊長類のキサンチンオキシダーゼが含まれ、その機能はキサンチンを尿酸に酸化することです。

カリフラワー、ほうれん草、ニンニク、全粒穀物、そば、小麦胚芽、レンズ豆、ヒマワリの種、牛乳など、いくつかの食品から入手できます。

発見

モリブデンは自然界では孤立していないため、その多くの錯体では、古代には鉛や炭素と混同されていました。

1778年、スウェーデンの化学者であり薬剤師であるカールウィルヘルムは、モリブデンを別の元素として特定することに成功しました。ウィルヘルムはモリブデンで処理されたモリブデン（MoS ₂）を硝酸で処理し、モリブデンを同定した酸性の化合物を取得しました。

その後、1782年、ウィルヘルムの酸化合物を使用したピータージェイコブイェルムは、炭素で還元することにより、不純なモリブデンを分離することに成功しました。

構造

モリブデンの結晶構造は何ですか？その金属原子は、大気圧で体心立方結晶系（bcc）を採用しています。より高い圧力では、モリブデン原子が圧縮して、面心立方（fcc）や六角形（hcp）などのより高密度の構造を形成します。

その金属結合は強く、それが最も高い融点（2623ºC）を持つ固体の1つであるという事実と一致します。この構造強度は、モリブデンは電子が豊富で、その結晶構造はかなり緻密で、クロムよりも重いという事実によるものです。これらの3つの要因により、部品である合金を強化することができます。

一方、金属モリブデンの構造よりも重要なのは、その化合物の構造です。モリブデンは、二核（Mo-Mo）または多核（Mo-Mo-Mo-···）化合物を形成する能力を特徴としています。

また、他の分子と協調して、式MoX ₄からMoX _8の化合物を形成することもできます。これらの化合物内では、酸素ブリッジ（Mo-O-Mo）または硫黄（Mo-S-Mo）の存在が一般的です。

プロパティ

外観

銀色の白。

融点

2,623°C（2,896 K）。

沸点

4,639°C（4,912 K）。

融合のエンタルピー

32 kJ / mol。

蒸発のエンタルピー

598 kJ / mol。

蒸気圧

3,000 Kで3.47 Pa

モーススケールの硬度

5.5

水溶性

モリブデン化合物は水に溶けにくい。ただし、モリブデン酸イオンMoO ₄ ^-2は溶解します。

腐食

腐食に強く、塩酸の作用に最も強い金属の1つです。

酸化

常温では錆びません。すばやく錆びるには、600℃以上の温度が必要です。

バレンシアス

モリブデンの電子配置は4d ⁵ 5s ¹であるため、6つの価電子を持っています。結合する原子に応じて、金属はすべての電子を失い、価数が+6（VI）になります。たとえば、電気陰性のフッ素原子（MoF ₆）と結合を形成する場合。

ただし、1〜5個の電子を失う可能性があります。したがって、その価数は+1（I）から+5（V）の範囲です。電子を1つだけ失うと、5秒軌道を離れ、その構成は4d ^5になります。4d軌道の5つの電子は、Mo原子を離れるために非常に酸性の媒体と電子のような化学種を必要とします。

その6価のうち、最も一般的なものはどれですか。+4（IV）および+6（VI）。Mo（IV）は4d ²構成ですが、Mo（VI）です。

Mo ^4+の場合、たとえば、Mo ³⁺よりも安定している理由は明らかではありません（Cr ^3+の場合と同様）。しかし、Mo ^6+の場合、希ガスクリプトンが等電子になるため、これらの6つの電子を失う可能性があります。

塩化モリブデン

以下に、価数または酸化状態が異なる一連の塩化モリブデンを（II）から（VI）まで示します。

-二塩化モリブデン（MoCl ₂）。黄色の固体。

-三塩化モリブデン（MoCl ₃）。濃い赤の固体。

-四塩化モリブデン（MoCl ₄）。黒一色。

-五塩化モリブデン（MoCl ₅）。濃い緑色。

-六塩化モリブデン（MoCl ₆）。茶色っぽい。

体内の機能

モリブデンは、多くの酵素の補因子として存在するため、生命に不可欠な微量元素です。オキソトランスフェラーゼはモリブデンを補因子として使用し、水から酸素を一対の電子で移動させる機能を果たします。

オキソトランスフェラーゼの中には：

• キサンチンオキシダーゼ。
• アルデヒドを酸化するアルデヒドオキシダーゼ。
• 肝臓のアミンと硫化物。
• 肝臓の亜硫酸塩を酸化する亜硫酸オキシダーゼ。
• 硝酸レダクターゼ。
• 植物に存在する亜硝酸レダクターゼ。

キサンチン酵素

酵素キサンチンオキシダーゼは霊長類のプリンの異化作用の最終段階を触媒します：キサンチンから尿酸への変換、その後、排泄されます。

キサンチンオキシダーゼは補酵素としてFADを持っています。さらに、非ヘム鉄とモリブデンが触媒作用に関与しています。酵素の作用は次の化学式で表すことができます：

キサンチン+ H ₂ O + O ₂ =>尿酸+ H ₂ O ₂

モリブデンは、補因子モリブドプテリン（Mo-co）として機能します。キサンチンオキシダーゼは、主に肝臓と小腸に含まれていますが、免疫学的手法を使用することで、乳腺、骨格筋、腎臓に配置することができます。

酵素キサンチンオキシダーゼは痛風の治療に使用される薬物アロプリノールによって阻害されます。2008年、フェビクソスタットという薬の商品化は、疾患の治療におけるより優れた性能から始まりました。

アルデヒドオキシダーゼ酵素

酵素アルデヒドオキシダーゼは、細胞質にあり、植物界と動物界の両方で見られます。この酵素は、アルデヒドのカルボン酸への酸化を触媒します。

チトクロームP ₄₅₀と酵素モノアミンオキシダーゼ（MAO）の中間体も酸化を触媒します。

その幅広い特異性により、酵素アルデヒドオキシダーゼは多くの薬物を酸化し、主に肝臓でその機能を発揮します。アルデヒドに対する酵素の作用は、次のように概説できます。

アルデヒド+ H ₂ O + O ₂ =>カルボン酸+ H ₂ O ₂

亜硫酸オキシダーゼ酵素

酵素亜硫酸塩オキシダーゼは、亜硫酸塩から硫酸塩への変換に関与しています。これは、硫黄含有化合物の分解の最終段階です。酵素によって触媒される反応は、以下のスキームに従って起こります：

SO ₃ ^-2 + H ₂ O + 2（チトクロームC）酸化=> SO ₄ ^-2 + 2（チトクロームC）還元+ 2 H ⁺

人の遺伝的変異による酵素の欠乏は、早死につながる可能性があります。

亜硫酸塩は神経毒性化合物であるため、酵素亜硫酸オキシダーゼの活性が低いと、精神疾患、精神遅滞、精神劣化、最終的には死に至る可能性があります。

鉄代謝と歯の成分として

モリブデンは鉄の代謝に関与し、その腸管吸収と赤血球の形成を促進します。さらに、歯のエナメル質の一部であり、フッ化物と一緒に虫歯予防に役立ちます。

欠乏

モリブデン摂取量の不足は、高レベルのモリブデンを使用する米国の地域と比較して、中国とイランの地域での食道がんの発生率が高いことに関連しています。

植物における重要性

硝酸レダクターゼは、亜硝酸レダクターゼと一緒になって硝酸からアンモニウムへの変換に関与するため、植物の重要な機能を果たす酵素です。

2つの酵素は、その操作に補因子（Mo-co）を必要とします。酵素硝酸レダクターゼによって触媒される反応は、以下のように概説することができます：

硝酸塩+電子供与体+ H ₂ O =>亜硝酸塩+酸化電子供与体

硝酸塩の酸化還元プロセスは、植物細胞の細胞質で発生します。前の反応の生成物である亜硝酸塩は色素体に移されます。酵素亜硝酸レダクターゼは亜硝酸塩に作用し、アンモニアを発生させます。

アンモニウムはアミノ酸の合成に使用されます。さらに、植物は無機リンの有機リンへの変換にモリブデンを使用します。

有機リンは、ATP、グルコース-6-リン酸、核酸、リン脂質などの多くの生物学的機能分子に存在します。

モリブデン欠乏症は、主に、クルシファー、マメ科植物、ポインセチア、およびサクラソウのグループに影響を与えます。

カリフラワーでは、モリブデンが不足すると葉身の幅が制限され、植物の成長と花の形成が減少します。

用途と用途

触媒

-石油、石油化学製品、石炭由来の液体の脱硫の触媒です。触媒複合体は、アルミナ上に固定され、コバルトとニッケルによって活性化されたMoS _2を含みます。

-モリブデン酸塩は、プロペン、アンモニア、空気を選択的に酸化するためにビスマスと錯体を形成します。したがって、それらはアクリロニトリル、アセトニトリル、その他の化学物質を形成し、これらはプラスチックおよび繊維産業の原料です。

同様に、モリブデン酸鉄は、メタノールのホルムアルデヒドへの選択的酸化を触媒します。

顔料

-モリブデンは顔料の形成に関与しています。たとえば、モリブデンオレンジは、クロム酸鉛、モリブデン酸鉛、硫酸鉛の共沈によって形成されます。

これは、さまざまな温度で安定した明るい顔料で、明るい赤、オレンジ、または赤黄色で表示されます。塗料やプラスチックの製造だけでなく、ゴムやセラミック製品にも使用されています。

モリブデン酸塩

-モリブデン酸塩は腐食防止剤です。モリブデン酸ナトリウムは、幅広いpH範囲で焼き戻し鋼の腐食を抑制するために、クロム酸塩の代替品として使用されています。

-水冷器、エアコン、暖房システムに使用されています。モリブデン酸塩は、油圧システムや自動車工学の腐食を抑制するためにも使用されます。また、塗料には腐食を抑える顔料が使用されています。

-モリブデン酸塩は、融点が高く、熱膨張係数が低く、熱伝導率が高いため、照明業界で使用されるテープや糸の製造に使用されます。

-半導体用マザーボードで使用。パワーエレクトロニクス; ガラス溶融用電極; 太陽電池およびフラットスクリーンをコーティングするための高温炉および陰極用のチャンバー。

-また、モリブデン酸塩は、サファイア処理の分野でのすべての通常のプロセスのるつぼの製造に使用されます。

鋼との合金

-モリブデンは、高温高圧に耐える鋼との合金で使用されます。これらの合金は、建設業界や航空機や自動車用の部品​​の製造に使用されています。

-モリブデン酸塩は、2％という低い濃度でも、鋼との合金に高い耐腐食性を与えます。

その他の用途

-モリブデン酸塩は航空宇宙産業で使用されています。LCDスクリーンの製造。水処理およびレーザー光線の適用。

-二硫化モリブデンは、それ自体が優れた潤滑剤であり、潤滑剤と金属との相互作用における極圧耐性を提供します。

潤滑剤は金属の表面に結晶層を形成します。これにより、金属間摩擦が高温でも最小限に抑えられます。

参考文献

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