Хімічні властивості молібдену: ступінь окислення, реакції та корозійна поведінка

Молібден в періодичній таблиці

Молібден (Mo, атомний номер 42) знаходиться в групі VIB періодичної таблиці, між хромом і вольфрамом, і має спільні хімічні властивості: кілька ступенів окислення, сильну тенденцію до-утворення оксидів і стійкість до високих{2}}температур. Його найбільш стабільними та промислово важливими станами є +4 та +6, де +6 домінує у водній та каталітичній хімії. Ця універсальність є причиною того, чому сполуки молібдену з’являються скрізь, від каталізаторів десульфурації до біологічних ферментів.

Реакція з киснем і роль MoO3

При кімнатній температурі молібден фактично інертний до повітря, захищений тонкою плівкою природного оксиду. При температурі вище приблизно 500 °C він реагує з киснем з утворенням триоксиду молібдену (MoO3), жовтої твердої речовини з хорошими каталітичними та адсорбційними властивостями. MoO3 є ключовим проміжним продуктом усієї молібденової промисловості: його виробляють шляхом випалу молібденітового концентрату, а потім відновлюють до феромолібдену або металевого порошку. Оскільки MoO3 помітно сублімується вище приблизно 700 °C, молібденові нагрівальні елементи слід використовувати в захисних атмосферах або вакуумі, щоб уникнути швидкої втрати оксиду при високій температурі.

Реакції з не-металами

Азот: молібден утворює нітрид молібдену (MoN), тверду кераміку, яка наноситься як зносостійке покриття на ріжучі інструменти та матриці.

Сірка: дисульфід молібдену (MoS2) має шарувату кристалічну структуру, яка забезпечує надзвичайно низьке тертя; це стандартне тверде мастило для підшипників, консистентних мастил і-працюючих під екстремальним тиском.

Галогени: молібден реагує з хлором і фтором при високій температурі з утворенням галогенідів, таких як MoCl5 і MoF6; хлориди є прекурсорами для осадження з парової фази та виробництва каталізаторів.

Вуглець: карбід молібдену (Mo2C) утворюється при високій температурі та використовується для твердого-облицювання та каталітичних застосувань.

Поведінка в кислотах і лугах

Молібден демонструє хорошу корозійну стійкість при кімнатній температурі в широкому діапазоні кислот і лугів, що підтримує його використання в обладнанні для хімічної обробки. Проте захисна оксидна плівка піддається впливу концентрованої азотної кислоти, гарячої концентрованої сірчаної кислоти та фтористоводневої кислоти, а молібден легко розчиняється в окислювальних лужних розплавах, таких як плавлений нітрат натрію. У хлоридних середовищах чистий молібден не є конструкційним матеріалом, але як легуюча добавка 2-4% до нержавіючої сталі він є саме тим, що протистоїть точковій та щілинній корозії.

Комплексоутворення та хімія води

У водному розчині молібден утворює молібдати у стані +6; у кислих умовах вони конденсуються в полімолібдати та гетерополікислоти, найвідомішою з яких є фосфомолібденова кислота. Ці комплекси визначають каталітичну роль молібдену в нафтопереробці, його функцію в біологічних ферментах (нітрогеназа, сульфітоксидаза) і його використання в барвниках і аналітичних реагентах. Стан +4 з’являється в сульфідах і оксидній кераміці, тоді як стани від +2 до +5 зустрічаються в координаційній та металоорганічній хімії.

Поведінка легування

Молібден, доданий до сталі, зменшує розмір зерна, покращує здатність до загартування та підвищує-температурну міцність і стійкість до повзучості; це стандартний елемент у жаростійкій-сталі та швидкорізальній інструментальній сталі. Сплави на основі-молібдену, як-от Mo-0,5Ti та TZM, зберігають міцність вище 1000°C і використовуються для матриць, деталей печей і аерокосмічних компонентів. У суперсплавах на основі-нікелю молібден сприяє зміцненню твердого розчину та стійкості до корозії у відновних середовищах.

Що це означає для покупців

Укажіть продукти з молібдену за чистотою, формою та стандартом: феромолібден (FeMo) для виробництва сталі, MoO3 або молібдат амонію для хімічних шляхів, а також оброблений або порошок металу відповідно до ASTM B386/B387 для продуктів млинів. Перевірте хімічний аналіз у сертифікаті заводу та зіставте клас із середовищем експлуатації, оскільки корозійна поведінка, описана вище, різко змінюється з температурою та окислювальною здатністю середовища.

FAQ

Чому молібден не піддається корозії при кімнатній температурі?

Тонка клейка оксидна плівка пасивує поверхню на повітрі та в багатьох водних середовищах при кімнатній температурі. Плівка менш захисна в гарячих концентрованих окислювальних кислотах і в окисних розплавах лугів.

Для чого використовується MoO3?

Триоксид молібдену є основним проміжним продуктом для феромолібдену та металевого порошку, а також використовується як каталізатор, попередник пігменту та добавка для інгібітора корозії. Його леткість вище приблизно 700 °C слід враховувати при високо-температурному проектуванні.

Чи є MoS2 хорошим мастилом?

так Шарувата структура MoS2 дозволяє площинам легко ковзати, створюючи дуже низьке тертя під високим навантаженням і у вакуумі, тому він використовується в аерокосмічних механізмах і мастилах для-надвисокого тиску.

Чому до нержавіючої сталі додають молібден?

Молібден підвищує стійкість до точкової та щілинної корозії в хлоридному середовищі, підвищує-температурну міцність і покращує стійкість до відновлюючих кислот, тому нержавіюча сталь 316 класу містить близько 2-3% Mo.

Чи можна зварювати молібден?

Молібден і його сплави можна зварювати за допомогою спеціальних процедур, але зона зварювання стає крихкою, якщо поглинається кисень і азот. Зварювання зазвичай виконується TIG у контрольованій атмосфері або у вакуумі, і після-зварювання часто потрібне зняття напруги.

Які ступені окиснення має молібден?

Молібден має ступені окислення від +2 до +6; стани +4 і +6 є найбільш стабільними і промислово важливими, при цьому +6 домінує в оксидах, молібдатах і каталізаторах.