Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Молибден

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Дальневосточный государственный университет путей и сообщения

Сахалинский институт железнодорожного транспорта

ГОУ ВПО

Кафедра «химия»

Контрольная работа №1

по дисциплине: «химия»

Выполнила: студентка 1-го курса ИТС

Ермоленко Алиса Александровна

Проверил: преподаватель химии

Панов Александр Геннадьевич

г. Южно-Сахалинск

2010 год

Содержание

История открытия молибдена……………………………………………………3

Символ элемента молибдена. Положение химического элемента в ПСЭ Д. И. Менделеева.Электронная формула молибдена. Валентные состояния. Семейство молибдена………..………………………………………………..….4

Тип молибдена по положению в ПСЭ и строению атома…………………..….5

Окислительно - востановительные свойства атома молибдена……………..…6

Величина электродного потенциала……………………………………………..7

Нахождение в природе молибдена…………………………………………..…..9

Получение молибдена………………………………………………………...…11

Свойства простого вещества молибдена…………………………………….…12

Оксиды и гидроксиды молибдена…………………………………………...….14

Применение………………………………………………………………………17

Экологическое влияние отходов молибденовой промышленности……….…18

Приложение………………………………………………………………………19

Список литературы………………………………………………………………20

История открытия молибдена.

Молибденит (дисульфид молибдена, MoS₂) был известен древним грекам и римлянам с незапамятных времен. Этот свинцово-серый с металлическим блеском минерал (другое название – молибденовый блеск) сходен с галенитом (свинцовым блеском, PbS) и графитом. Мягкость минерала позволяла использовать его (вместе с графитом) как грифель для карандашей, поэтому долгое время молибденит путали с галенитом и графитом, хотя, в отличие от последнего, он оставлял на бумаге зеленовато-серый цвет. В средневековой Европе три минерала (PbS, MoS₂ и графит) имели одно название – Molybdaena. История открытия элемента № 42 связана со Швецией. В 1758 шведский минералог и химик Аксель Фредерик Кронштедт (1722–1765) высказал предположение, что графит, галенит и молибденовый блеск три самостоятельных вещества. Двадцать лет спустя, в 1778, химическим составом молибденита заинтересовался шведский химик Карл Вильгельм Шееле. Прокипятив его с концентрированной азотной кислотой, он получил белый осадок «особой белой земли», которую назвал молибденовой кислотой. Хотя во времена Шееле и не знали, что «земли» представляют собой оксиды металлов, уникальная химическая интуиция подсказывала ему, что металл можно получить прокаливанием молибденовой кислоты с углем. Экспериментальные трудности (у него не было подходящей печи) не позволили Шееле самостоятельно решить эту задачу и лишь в 1782 шведскому химику Петеру Якобу Гьельму, которому Шееле прислал образец молибденовой кислоты, удалось восстановить ее углем и получить королек металла (сильно загрязненного карбидами). После удачно проведенного опыта Шееле писал Гьельму: «Радуюсь, что мы теперь обладаем металлом – молибденом!». Относительно чистый металл удалось получить много лет спустя Йенсу-Якобу Берцелиусу в 1817. Совершенно чистый молибден, способный к ковке, получили лишь в начале 20 века.

Символ элемента молибдена.

Положение химического элемента в ПСЭ Д. И. Менделеева.

Молибде́н — химический элемент с атомным номером 42, атомной массы 95,94 , в периодической системе, обозначается символом Mo (лат. Molybdenum). В состав атома молибдена входят ядро, состоящее из 42 протонов, 54 нейтронов и электронное облако, представленное 42 электронами.

Электронная формула молибдена. Валентные состояния. Семейство молибдена.

Электронная формула молибдена будет такова:

Составим также его электронно-графическую формулу:

Молибден расположен в шестой группе, побочной подгруппе. Молибден относят к элементам подгруппы хрома, в которую входят хром, молибден и вольфрам, которые обладают похожими свойствами. У него будет на электронных уровнях один s-электрон и 5 d-электронов на предвнешнем уровне.

Молибден, как и вольфрам, в периодической системе элементов Д. И. Менделеева расположен в VI группе, но в 5-м периоде. Наиболее характерно для него шестивалентное состояние, хотя известны соединения, в которых молибден имеет другие валентности.

Тип молибдена по положению в ПСЭ и строению атома.

Поскольку молибден расположен в шестой группе периодической системы, и не в главной подгруппе, а в побочной, то он относится к металлам. В химических реакциях он будет проявлять металлические свойства. Для металлов более приемлема отдача электронов. Поэтому молибден может отдавать максимум шесть электронов с 5s - подуровня и с 4d-подуровня.

Окислительно - востановительные свойства атома молибдена.

При комнатной температуре на воздухе Mo устойчив. Начинает окисляться при 400 °C. Выше 600 °C быстро окисляется до триоксида МоО₃. Этот оксид получают также окислением дисульфида молибдена MoS₂ и термолизом молибдата аммония (NH₄)₆Mo₇O₂₄·4H₂O.

Мо образует оксид молибдена (IV) МоО₂ и ряд оксидов, промежуточных между МоО₃ и МоО₂.

С галогенами Mo образует ряд соединений в разных степенях окисления. При взаимодействии порошка молибдена или МоО₃ с F₂ получают гексафторид молибдена MoF₆, бесцветную легкокипящую жидкость. Mo (+4 и +5) образует твердые галогениды MoHal₄ и MoHal₅ (Hal = F, Cl, Br). С иодом известен только дийодид молибдена MoI₂. Молибден образует оксигалогениды: MoOF₄, MoOCl₄, MoO₂F₂, MoO₂Cl₂, MoO₂Br₂, MoOBr₃ и другие.

При нагревании молибдена с серой образуется дисульфид молибдена MoS₂, с селеном — диселенид молибдена состава MoSe₂. Известны карбиды молибдена Mo₂C и MoC — кристаллические высокоплавкие вещества и силицид молибдена MoSi₂.

Особая группа соединений молибдена — молибденовые сини. При действии восстановителей — сернистого газа, цинковой пыли, алюминия или других на слабокислые (рН=4) суспензии оксида молибдена образуются ярко-синие вещества переменного состава: Мо₂О₅·Н₂О, Мо₄О₁₁·Н₂О и Мо₈О₂₃·8Н₂О.

Величина электродного потенциала.

Для измерения величины стандартного электродного потенциала металлического электрода, данный электрод соединяют с водородным электродом проводником первого рода. При замыкании электрической цепи вследствие разности электродных потенциалов начнется движение электронов от электрода с меньшим потенциалом (обладающие избытком электронов) к электроду с большим потенциалом (обладающим меньшим количеством электронов). Так, если в качестве измеряемого электрода выступает молибден, то движение электронов будет направлено от платины к молибдену. Увеличение количества электронов на молибденовой пластине будет смещать равновесие в сторону выхода катионов молибдена из раствора, а следовательно на молибденовом электроде будет протекать процесс восстановления.

Мо³⁺ + 3e → Мо⁰

На водородном электроде молекулы Н₂ отдают электроны и окисляются.

Н₂ - 2е → 2Н⁺

Суммарную реакцию можно записать в виде:

2Мо³⁺ +3Н₂ → 2Мо⁰ + 2Н⁺

Принято считать электрод, на котором протекает процесс окисления – анодом, а на котором процесс восстановления – катодом. Зная величину ЭДС, измеренную в такой системе, можно легко вычислить потенциал электрода. Так как в рассматриваемом процессе анодом является водородный электрод, φ⁰ (2H⁺/H₂) = 0

- φА = ЭДС

Если потенциал измеряемого электрода больше водородного, то движение электронов направлено от платины к металлу и величина потенциала электрода будет положительной.

φ⁰ (Мо³⁺/Мо⁰) = -0,2 В

Мо³⁺ + 3e → Мо⁰

G^o = nFE^o

Тогда мы получим: , поскольку для молибдена, как для простого вещества:

Для водорода:

То тогда:

Мы рассчитали стандартный электродный потенциал для молибдена.

Нахождение в природе молибдена.

Содержание в земной коре 3×10⁻⁴% по массе. В свободном виде молибден не встречается. В земной коре молибден распространён относительно равномерно. Меньше всего содержат молибдена ультраосновные и карбонатные породы (0,4 — 0,5 г/т). Концентрация молибдена в породах повышается по мере увеличения SiO₂. Молибден находится также в морской и речной воде, в золе растений, в углях и нефти. Содержание молибдена в морской воде колеблется от 8,9 до 12,2 мкг/л для разных океанов и акваторий. Общим является то, что воды вблизи берега и верхние слои меньше обогащены молибденом, чем воды на глубине и вдали от берега. Наиболее высокие концентрации молибдена в породах связаны с акцессорными минералами (магнетит, ильменит, сфен), однако основная масса его заключена в полевых шпатах и меньше в кварце. Молибден в породах находится в следующих формах: молибдатной и сульфидной в виде микроскопических и субмикроскопических выделений, изоморфной и рассеянной (в породообразующих минералах). Молибден обладает большим сродством с серой, чем с кислородом, и в рудных телах образуется сульфид четырёхвалентного молибдена — молибденит. Для кристаллизации молибденита наиболее благоприятны восстановительная среда и повышенная кислотность. В поверхностных условиях образуются преимущественно кислородные соединения Мо⁶⁺ . В первичных рудах молибденит встречается в ассоциации с вольфрамитом и висмутином, с минералами меди (медно-порфировые руды), а также с галенитом, сфалеритом и урановой смолкой (в низкотемпературных гидротермальных месторождениях). Хотя молибденит считается устойчивым сульфидом по отношению к кислым и щелочным растворителям, в природных условиях при длительном воздействии воды и кислорода воздуха молибденит окисляется, и молибден может интенсивно мигрировать с образованием вторичных минералов. Этим можно объяснить повышенные концентрации молибдена в осадочных отложениях — углистых и кремнисто-углистых сланцах и углях.

Известно около 20 минералов молибдена. Важнейшие из них: молибденит MoS₂ (60 % Mo), повеллит СаМоО₄ (48 % Мо), молибдит Fe(MoO₄)₃·nH₂O (60 % Mo) и вульфенит PbMoO₄.

Получение молибдена

Промышленное получение молибдена начинается с обогащения руд флотационным методом. Полученный концентрат обжигают до образования оксида МоО₃:

2MoS₂ + 7O₂ → 2MoO₃ + 4SO₂,

который подвергают дополнительной очистке. Далее МоО₃ восстанавливают водородом:

MoO₃ + H₂ → Mo + H₂O

Полученные заготовки обрабатывают давлением (ковка, прокатка, протяжка).

Долгое время не удавалось получить молибден в компактном состоянии, и только в 1907 была предложена методика получения молибденовой проволоки. Порошок металла смешивался с органическим клеящим веществом (сахарным сиропом) и продавливался через отверстия матрицы для получения сформованных нитей. Через эти нити в атмосфере водорода пропускался постоянный электрический ток с маленькой разностью потенциалов, при этом происходил сильный разогрев, органическое вещество выгорало, а частицы металла спекались – получалась проволока.

Для получения компактного металла сейчас используются приемы порошковой металлургии, позволяющие получать слитки при температурах значительно более низких, чем температура плавления металла. Порошкообразный молибден прессуется на гидравлических прессах в стальных матрицах, нагревается в атмосфере водорода при 1100–1300° С и спекается при 2200° С в атмосфере водорода в толстостенных молибденовых лодочках. Кроме того распространен метод плавления молибдена в вакууме, в электрической дуге, возникающей между стержнем из спрессованного порошка молибдена и охлаждаемым медным электродом при силе тока 7000А и небольшой разности потенциалов. Иногда применяется плавление в сфокусированном пучке электронов или аргоновой плазме.

Свойства простого вещества молибдена

Молибден – светло-серый металл с кубической объемноцентрированной решёткой типа α-Fe (a = 3,14 Å; z = 2; пространственная группа Im3m), парамагнитен, шкала Мооса определяет его твердость 5.5 баллами. Механические свойства, как и у большинства металлов, определяются чистотой металла и предшествующей механической и термической обработкой (чем чище металл, тем он мягче). Обладает крайне низким коэффициентом теплового расширения.

Внешний вид металлического молибдена зависит от способа его получения. Компактный (в виде слитков, проволоки, листов, пластин) молибден – довольно светлый, но блеклый металл, а молибден, полученный в виде зеркала разложением, например, кабонила – блестящий, но серый. Молибденовый порошок имеет темно-серый цвет. Плотность молибдена 10280 кг/м³. Температура плавления 2623° С, кипения 4639° С. Известна только одна (при обычном давлении) кристаллическая модификация металла с кубической объемноцентрированной решеткой. В совершенно чистом состоянии компактный молибден пластичен, ковок, тягуч, довольно легко подвергается штамповке и прокатке. При высоких температурах (но не в окислительной атмосфере) прочность молибдена превосходит прочность большинства остальных металлов. При загрязнении углеродом, азотом или серой молибден, подобно хрому, становится хрупким, твердым, ломким, что существенно затрудняет его обработку. Водород очень мало растворим в молибдене, поэтому не может заметно влиять на его свойства. Молибден – хороший проводник электричества, он в этом отношении уступает серебру всего в 3 раза. Электропроводность молибдена больше, чем у платины, никеля, ртути, железа и многих других металлов.

В обычных условиях молибден устойчив даже во влажном воздухе. Его реакционная способность зависит от степени измельченности, и мелкий порошок все же медленно окисляется во влажном воздухе, давая так называемую молибденовую синь. Энергичное взаимодействие молибдена с водяным паром начинается при 700° С, а с кислородом – при 500° С:

Mo + 2H₂O = MoO₂ + 2H₂

2Mo + 3O₂ = 2MoO₃.

Молибден сгорает в атмосфере фтора уже при 50–60° С, реакции с другими галогенами протекают при более высоких температурах:

Mo + 3F₂ = MoF₆

2Mo + 5Cl₂ = 2MoCl₅.

Разбавленные и концентрированные минеральные кислоты при нагревании растворяют молибден, но концентрированная HNO₃ пассивирует его. При повышенных температурах с молибденом взаимодействуют сера, селен, мышьяк, азот, углерод и многие другие неметаллы.

Оксиды и гидроксиды молибдена.

Для молибдена были идентифицированы оксиды с химической формулой МоО₃, и МоО₂. Ковалентность молибдена в оксидах равна 3 и 2. Кроме того, получены оксиды промежуточного между МоО₃ и МоО₂состава: Мо₈О₂₃, Мо₉О₂₆, Мо₄О₁₁, Мо₁₇О₄₇.Характер связи в оксидах в основном ионный, частично ковалентный. МоО и Мо₂О₃ не выделены в свободном состоянии. Рентгенографически идентифицирована фаза, содержащая кислород в количестве, соответствующему составу Мо₃О. Оксид МоО₂ более туго плавок и термодинамически устойчив чем оксид МоО₃.

Поскольку молибден относится к металлам, то его оксиды должны проявлять основные свойства. Но оксиды МоО₃, и МоО₂ проявляют не основные свойства, а кислотные. Они дают ряд соединений общей формулой Н₂МоО₄и Н₂МоО₃. основные свойства проявляет оксид Мо₂О₃. По химическим свойствам оксид проявляет тем более основные свойства, чем больше разница электроотрицательностей между элементом и кислородом. Электронегативность молибдена по Полингу равна 1,8 а кислорода 3,5. как видно разница электроотрицательностей элементов равна 3,5 – 1,8 = 1,7.

Основные свойства оксидов молибдена можно подтвердить их взаимодействием с растворами кислот и щелочей.

МоО₃ характерен гидрат состава Н₂МоО₄ и Н₂МоО₄ ×Н₂О. Н₂МоО₄ - белые мелкие кристаллы гексагональной формы. Дигидрат Н₂МоО₄ ×Н₂О образуется при стоянии подкисленного раствора молибдатов в течение нескольких недель, а также при внесении затравки Н₂МоО₄×Н₂О в сильно подкисленный раствор парамолибдата аммония. Н₂МоО₄- молибденовая кислота, кислота средней силы, например, она более сильная чем угольная кислота и вытесняет ее из ее солей:

Гидраты окислов с валентностью металла между VI и IV получены в виде соединений МоО(ОН)₃ и Мо(ОН)₅. сила этих электролитов очень слабая, они малорастворимы в воде.

МоО₂ характерен гидрат состава Н₂МоО₃, который в свободном состоянии не выделен, выделен только в растворах, также получены его соединения состава Ме₂МоО₃. слабый электролит.

Также при действии аммиака на растворы молибдатов получен Мо(ОН)₃ - аморфный порошок черного цвета, не растворим в воде и растворах щелочей, легко растворяется в минеральных кислотах и при отсутствии окислителей дает ионы Мо⁺³.

Свойства Н₂МоО_4:

Молибденовая кислота реагирует при повышенной температуре с оксидами, гидроксидами, карбонатами щелочных и щелочноземельных металлов давая соответствующие молибдаты.

Состояние молибденовой кислоты в растворах зависит от кислотности и разбавлености последних. При большом разбавлении (<10^-4 моль/л, РН>6,5) молибденовая кислота находится в растворе в виде простых молекул. В более концентрированных растворах и при РН меньше шести: РН<6 происходит полимеризация молекул. Степень сложности образованных комплексов также зависит от температуры.

Свойства Мо(ОН)_3:

Сухой Мо (ОН)₃- это аморфный порошок, не растворимый в воде и растворах щелочей. Он проявляет основные свойства. Легко растворяется в растворах минеральных кислот, при этом образуются соли Мо³⁺.

Применение.

Молибден используется для легирования сталей, как компонент жаропрочных и коррозионностойких сплавов. Молибденовая проволока (лента) служит для изготовления высокотемпературных печей, вводов электрического тока в лампочках. Соединения молибдена — сульфид, оксиды, молибдаты — являются катализаторами химических реакций, пигментами красителей, компонентами глазурей. Гексафторид молибдена применяется при нанесении металлического Mo на различные материалы, MoS₂ используется как твердая высокотемпературная смазка. Mo входит в состав микроудобрений. Радиоактивные изотопы ⁹³Mo (T_1/2 6,95ч) и ⁹⁹Mo (T_1/2 66ч) — изотопные индикаторы.

Молибден — один из немногих легирующих элементов, способных одновременно повысить прочностные и вязкие свойства стали. Обычно при легировании одновременно с увеличением прочности растет и хрупкость металла. Известны случаи использования молибдена при изготовлении в Японии холодного оружия в XI—XIII вв.

В 2005 мировые поставки молибдена (в пересчёте на чистый молибден) составили, по данным «Sojitz Alloy Division», 172,2 тыс. тонн (в 2003—144,2 тыс. тонн). Чистый монокристаллический молибден используется для производства зеркал для мощных газодинамических лазеров. Теллурид молибдена является очень хорошим термоэлектрическим материалом для производства термоэлектрогенераторов (термо-э.д.с 780 мкВ/К). Трёхокись молибдена (молибденовый ангидрид) широко применяется в качестве положительного электрода в литиевых источниках тока.

Экологическое влияние отходов молибденовой промышленности.

При переработке молибденовых руд большое количество молибдена теряется на разных этапах переработки сырья. При этом возможно как отравление персонала работающего на предприятии, так и негативное влияние на природу.

Токсичность молибдена проявляется при поступлении молибдена более 15 мг в сутки. При поступлении таких количеств молибдена наблюдаются следующие симптомы:

истощение, токсикоз;
подагра (при сопутствующем дефиците кальция);
нарушение функций иммунитета;
изменение функций костного мозга, тимуса, селезенки;
хронический профессиональный молибденоз (повышение содержания мочевой кислоты и молибдена в сыворотке крови, артрозы, гипотония, анемия и лейкопения, желудочно-кишечные заболевания, атаксия, резкие нарушения обмена веществ).
«молибденовая подагра» (болезнь Ковальского), которая часто встречается в Армении.

При поступлении молибдена в больших количествах он усваивается растениями, растения содержат молибден в листьях и побегах. При этом они становятся токсичны. Растения имеют свойство извлекать и концентрировать молибден в зеленой массе, поэтому его содержание в ней будет выше, чем в почве. Это приведет к отравлению молибденом животных. Поэтому отвалы после переработки молибденовых руд следует покрывать слоем земли для упреждения разноса ветром породы. Также такие отвалы следует изолировать от грунтовых вод, поскольку молибден может просачиваться в грунтовые воды и отравлять их.

Приложение

МОЛИБДЕН – адаптированный символ, изначально создававшийся для свинца.

Список литературы

Рабинович В. А., Хавин З. Я. Краткий химический справочник: Справ. изд. / Под ред. А. А. Потехина и А. И. Ефимова. - 4-е изд., стереотипное. - СПб: Химия, 2004.
Кульман А.Г. Общая химия. – Изд. 3-е, перераб. и доп. – М.: Колос, 2006. – 528 с. – (Учебники и учебные пособия для высш. с.-х. Учеб. Заведений).
Коровин Н. В. Общая химия.– М.: Высшая школа, 2007.
Химическая энциклопедия 2003 г.
http://ru.wikipedia.org