Molybdène: structure, propriétés, valences, fonctions
Le molybdène (Mo) est un métal de transition appartenant au groupe 6, période 5 du tableau périodique. Il a la configuration électronique (Kr) 4d55s1; numéro atomique 42 et masse atomique moyenne de 95, 94 g / mol. Il a 7 isotopes stables: 92Mo, 94Mo, 95Mo, 96Mo, 97Mo, 98Mo et 100Mo; l'isotope 98Mo étant celui qui a la plus grande proportion.
C'est un métal blanc d'aspect argenté et aux propriétés chimiques similaires au chrome. En fait, les deux sont des éléments métalliques du même groupe, le chrome étant situé au-dessus du molybdène; c'est-à-dire que le molybdène est plus lourd et a un niveau d'énergie plus élevé.
Le molybdène n'est pas libre dans la nature, mais fait partie des minéraux, étant la molybdénite la plus abondante (MoS 2 ). En outre, il est associé à d'autres minéraux soufrés, à partir desquels du cuivre est également obtenu.
Son utilisation a augmenté pendant la Première Guerre mondiale, car il a remplacé le tungstène, qui était rare en raison de son exploitation massive.
Caractéristiques
Le molybdène se caractérise par sa grande durabilité, sa résistance à la corrosion, son point de fusion élevé, son malléabilité et ses températures élevées. Il est considéré comme un métal réfractaire car il a un point de fusion supérieur à celui du platine (1772 ° C).
Il possède également un ensemble de propriétés supplémentaires: l'énergie de liaison de ses atomes est élevée, une faible pression de vapeur, un faible coefficient de dilatation thermique, un niveau élevé de conductance thermique et une faible résistance électrique.
Toutes ces propriétés et caractéristiques ont permis au molybdène d'avoir de nombreuses utilisations et applications, la plus connue étant la formation d'alliages avec de l'acier.
D'autre part, il s'agit d'un oligo-élément essentiel à la vie. Dans les bactéries et les plantes, le molybdène est un cofacteur présent dans de nombreuses enzymes impliquées dans la fixation et l'utilisation de l'azote.
Le molybdène est un cofacteur de l'activité des enzymes oxotransférases, qui transfèrent des atomes d'oxygène de l'eau tout en transférant deux électrons. Parmi ces enzymes, il y a la xanthine oxydase de primates, dont la fonction est d'oxyder la xanthine en acide urique.
Il peut être obtenu à partir de divers aliments, notamment les suivants: chou-fleur, épinards, ail, grains entiers, sarrasin, germe de blé, lentilles, graines de tournesol et lait.
Découverte
Le molybdène n'étant pas isolé dans la nature, de nombreux complexes ont été confondus dans l'Antiquité avec le plomb ou le carbone.
En 1778, Carl Wilhelm, chimiste et pharmacien suédois, réussit à identifier le molybdène comme un élément distinct. Wilhelm a traité la molybdénite (MoS2) avec de l'acide nitrique, obtenant un composé de nature acide dans lequel il a identifié le molybdène.
Plus tard, en 1782, Peter Jacob Hjelm, utilisant un composé acide de Wilhelm, par réduction du carbone, parvint à isoler un molybdène impur.
La structure
Quelle est la structure cristalline du molybdène? Ses atomes métalliques adoptent le système cristallin cubique centré dans le corps (bcc, pour son acronyme en anglais) à la pression atmosphérique. À des pressions plus élevées, les atomes de molybdène sont compactés pour former des structures plus denses, telles que le cubique centré sur les faces (fcc) et l’hexagonal (hcp).
Son lien métallique est fort et coïncide avec le fait que c'est l'un des solides avec le point de fusion le plus élevé (2623 ° C). Cette résistance structurelle est due au fait que le molybdène est riche en électrons, que sa structure cristalline est considérablement dense et qu'il est plus lourd que le chrome. Ces trois facteurs vous permettent de renforcer les alliages dont vous faites partie.
D'autre part, plus importante que la structure du molybdène métallique, c'est celle de ses composés. Le molybdène se caractérise par sa capacité à former des composés dinucléaires (Mo-Mo) ou polynucléaires (Mo-Mo-Mo-···).
De même, il peut être coordonné avec d'autres molécules pour former des composés avec les formules MoX 4 à MoX 8 . La présence de ponts à oxygène (Mo-O-Mo) ou de soufre (Mo-S-Mo) est commune à ces composés.
Propriétés
Apparence
Argent blanc solide.
Point de fusion
2 623 ºC (2 896 K).
Point d'ébullition
4, 639 ºC (4, 912 K).
Enthalpie de fusion
32 kJ / mol.
Enthalpie de vaporisation
598 kJ / mol.
Pression de vapeur
3, 47 Pa à 3.000 K.
Dureté sur l'échelle de Mohs
5.5
Solubilité dans l'eau
Les composés de molybdène sont peu solubles dans l'eau. Cependant, l'ion molybdate MoO 4 -2 est soluble.
La corrosion
Il résiste à la corrosion et est le métal qui résiste le mieux à l'action de l'acide chlorhydrique.
L'oxydation
Il ne s'oxyde pas à la température ambiante. S'oxyder rapidement nécessite des températures supérieures à 600 ºC.
Valencias
La configuration électronique du molybdène est [Kr] 4d55s1, donc il a six électrons de valence. Selon quel atome est lié, le métal peut perdre tous ses électrons et avoir une valence de +6 (VI). Par exemple, si vous formez des liaisons avec l’atome de fluor électronégatif (MoF 6 ).
Cependant, il peut perdre 1 à 5 électrons. Ainsi, ses valences couvrent l'intervalle de +1 (I) à +5 (V). Lorsqu'il ne perd qu'un électron, il quitte l'orbitale 5s et sa configuration reste la même que [Kr] 4d5. Les cinq électrons de l’orbite 4d ont besoin de milieux très acides et d’espèces très similaires aux électrons pour quitter l’atome de Mo.
Parmi ses six valences, quelles sont les plus courantes? Le +4 (IV) et le +6 (VI). Le Mo (IV) a la configuration [Kr] 4d2, tandis que le Mo (VI), [Kr].
Pour le Mo4 +, on ne voit pas pourquoi il est plus stable que, par exemple, le Mo3 + (comme pour le Cr3 +). Mais pour le Mo6 +, il est possible de perdre ces six électrons car il devient isoélectronique par rapport au gaz noble, le krypton.
Chlorures de molybdène
Vous trouverez ci-dessous une série de chlorures de molybdène ayant différentes valences ou états d’oxydation, allant de (II) à (VI):
- Dichlorure de molybdène (MoCl 2 ). Jaune solide.
- Trichlorure de molybdène (MoCl 3 ). Rouge foncé.
- Tétrachlorure de molybdène (MoCl 4 ). Noir uni
- pentachlorure de molybdène (MoCl 5 ). Vert foncé solide.
Hexachlorure de molybdène (MoCl 6 ). Marron solide.
Fonctions dans le corps
Le molybdène est un oligo-élément essentiel à la vie, car il est présent en tant que cofacteur dans de nombreuses enzymes. Les oxotransférases utilisent le molybdène comme cofacteur pour remplir sa fonction de transfert d'oxygène de l'eau avec une paire d'électrons.
Parmi les oxotransférases, on trouve:
- La xanthine oxydase.
- L'aldéhyde oxydase, qui oxyde les aldéhydes.
- Amines et sulfures dans le foie.
- Sulfite oxydase, qui oxyde le sulfite dans le foie.
- Nitrate réductase.
- La nitrite réductase présente dans les plantes.
Enzyme xanthine
L'enzyme xanthine oxydase catalyse l'étape finale du catabolisme des purines chez les primates: la conversion de la xanthine en acide urique, un composé qui est ensuite excrété.
La xanthine oxydase a un coenzyme à FAD. De plus, le fer non hémique et le molybdène interviennent dans l'action catalytique. L'action de l'enzyme peut être décrite avec l'équation chimique suivante:
Xanthine + H 2 O + O 2 => Acide urique + H 2 O 2
Le molybdène intervient en tant que cofacteur molibdoptérine (Mo-co). La xanthine oxydase se trouve principalement dans le foie et l'intestin grêle, mais l'utilisation de techniques immunologiques a permis son implantation dans les glandes mammaires, les muscles squelettiques et les reins.
L'enzyme xanthine oxydase est inhibée par le médicament Alopurinol, utilisé dans le traitement de la goutte. En 2008, la commercialisation du médicament Febuxostat a commencé avec une meilleure performance dans le traitement de la maladie.
Enzyme aldéhyde oxydase
L'enzyme aldéhyde oxydase est située dans le cytoplasme cellulaire, que l'on trouve à la fois dans le règne végétal et dans le règne animal. L'enzyme catalyse l'oxydation de l'aldéhyde en acide carboxylique.
Il catalyse également l'oxydation du cytochrome P 450 et des produits intermédiaires de l'enzyme monoamine oxydase (MAO).
En raison de sa grande spécificité, l’enzyme aldéhyde oxydase peut oxyder de nombreux médicaments et jouer son rôle principalement dans le foie. L'action de l'enzyme sur l'aldéhyde peut être schématisée de la manière suivante:
Aldéhyde + H 2 O + O 2 => Acide carboxylique + H 2 O 2
Sulfite oxydase
L'enzyme sulfite oxydase est impliquée dans la conversion du sulfite en sulfate. C’est l’étape finale de la dégradation des composés soufrés. La réaction catalysée par l'enzyme se produit selon le schéma suivant:
SO 3 -2 + H 2 O + 2 (cytochrome C) oxydé => SO 4 -2 + 2 (cytochrome C) réduit + 2 H +
Une déficience de l'enzyme par une mutation génétique chez l'homme peut entraîner une mort prématurée.
Le sulfite étant un composé neurotoxique, une faible activité de l'enzyme sulfite oxydase peut provoquer une maladie mentale, un retard mental, une dégradation mentale et finalement la mort.
Dans le métabolisme du fer et comme composant des dents
Le molybdène intervient dans le métabolisme du fer, facilitant son absorption intestinale et la formation d'érythrocytes. En outre, il fait partie de l'émail des dents et, avec le fluorure, contribue à la prévention des caries.
Carence
Une carence dans l'apport en molybdène a été liée à une incidence accrue de cancers de l'œsophage dans les régions de Chine et d'Iran, par rapport aux régions des États-Unis présentant des niveaux élevés de molybdène.
Importance chez les plantes
La nitrate réductase est une enzyme qui joue un rôle essentiel dans les plantes car, avec l'enzyme nitrite réductase, elle intervient dans la transformation du nitrate en ammonium.
Les deux enzymes ont besoin pour son fonctionnement du cofacteur (Mo-co). La réaction catalysée par l'enzyme nitrate réductase peut être schématisée comme suit:
Nitrate + donneur d'électrons + H 2 O => Nitrite + donneur d'électrons oxydés
Le processus d'oxydoréduction des nitrates se produit dans le cytoplasme des cellules végétales. Le nitrite, produit de la réaction précédente, est transféré dans le plastide. L'enzyme nitrite réductase agit sur le nitrite, l'ammonium d'origine.
L'ammonium est utilisé pour synthétiser les acides aminés. De plus, les plantes utilisent du molybdène pour la conversion du phosphore inorganique en phosphore organique.
Le phosphore organique existe dans de nombreuses molécules de fonction biologique, telles que: ATP, glucose-6-phosphate, acides nucléiques, forfolipides, etc.
Une carence en molybdène affecte principalement le groupe des crucifères, les légumes, les poinsettias et les primevères.
Dans le chou-fleur, une carence en molybdène entraîne une réduction de la largeur du limbe, une réduction de la croissance de la plante et la formation des fleurs.
Usages et applications
Catalyseur
-C'est un catalyseur pour la désulfuration du pétrole, des produits pétrochimiques et des liquides dérivés du charbon. Le complexe catalytique comprend le MoS 2 fixé sur de l'alumine et activé par le cobalt et le nickel.
-Le molybdate forme un complexe avec le bismuth pour l'oxydation sélective du propène, de l'ammonium et de l'air. Ainsi, ils forment de l'acrylonitrile, de l'acétonitrile et d'autres produits chimiques, qui sont des matières premières pour les industries des plastiques et des fibres.
De même, le fer molybdate catalyse l'oxydation sélective du méthanol en formaldéhyde.
Les pigments
-Le molybdène intervient dans la formation des pigments. Par exemple, le molybdène orange est formé par la co-précipitation de chromate de plomb, de molybdate de plomb et de sulfate de plomb.
C'est un pigment léger et stable à différentes températures, apparaissant rouge vif, orange ou jaune-rouge. Il est utilisé dans la préparation de peintures et de plastiques, ainsi que dans les produits en caoutchouc et en céramique.
Molybdate
- Le molybdate est un inhibiteur de corrosion. Le molybdate de sodium a été utilisé en remplacement du chromate pour inhiber la corrosion des aciers trempés dans une large plage de pH.
-Il est utilisé dans les refroidisseurs d'eau, les climatiseurs et les systèmes de chauffage. Les molybdates sont également utilisés pour inhiber la corrosion dans les systèmes hydrauliques et l’ingénierie automobile. En outre, les pigments qui inhibent la corrosion sont utilisés dans les peintures.
-Le molybdate, en raison de ses propriétés de point de fusion élevé, de faible coefficient de dilatation thermique et de conductivité thermique élevée, est destiné à produire des rubans et des fils utilisés par l'industrie de l'éclairage.
-Il est utilisé dans les cartes mères à semi-conducteurs; dans l'électronique de puissance; électrodes pour la fusion de verres; Chambres pour fours à haute température et cathodes pour le revêtement de cellules solaires et écrans plats.
De plus, le molybdate est utilisé dans la production de creusets pour tous les procédés usuels dans le domaine du traitement du saphir.
Alliages avec de l'acier
-Le molybdène est utilisé dans les alliages avec de l'acier résistant aux températures et pressions élevées. Ces alliages sont utilisés dans l'industrie de la construction et dans la fabrication de pièces pour avions et automobiles.
-Le molybdate, même à des concentrations aussi basses que 2%, confère à son alliage avec de l'acier une résistance élevée à la corrosion.
Autres usages
- Le molybdate est utilisé dans l'industrie aérospatiale; dans la fabrication d’écrans LCD; dans le traitement de l'eau et même dans l'application du faisceau laser.
-Le bisulfure de molybdate est, en soi, un bon lubrifiant et offre des propriétés de tolérance aux pressions extrêmes lors de l’interaction des lubrifiants avec les métaux.
Les lubrifiants forment une couche cristalline à la surface des métaux. Grâce à cela, le frottement métal-métal est réduit au minimum, même à des températures élevées.
