Molibdênio: estrutura, propriedades, valências, funções
Molibdênio (Mo) é um metal de transição, pertencente ao grupo 6, período 5 da Tabela Periódica. Possui configuração eletrônica (Kr) 4d55s1; número atômico 42 e massa atômica média de 95, 94 g / mol. Possui 7 isótopos estáveis: 92Mo, 94Mo, 95Mo, 96Mo, 97Mo, 98Mo e 100Mo; o isótopo 98Mo sendo o de maior proporção.
É um metal branco com aparência prateada e tem propriedades químicas semelhantes ao cromo. De fato, ambos são elementos metálicos do mesmo grupo, o cromo está localizado acima do molibdênio; isto é, o molibdênio é mais pesado e tem um nível de energia mais alto.
O molibdênio não é livre na natureza, mas é parte de minerais, sendo o molibdenito mais abundante (MoS 2 ). Além disso, está associado a outros minerais sulfurosos, dos quais o cobre também é obtido.
Seu uso aumentou durante a Primeira Guerra Mundial, desde que substituiu o tungstênio, que era escasso devido a sua exploração massiva.
Funcionalidades
O molibdênio é caracterizado por sua alta durabilidade, resistência à corrosão, alto ponto de fusão, sendo maleável e suportando altas temperaturas. É considerado um metal refratário porque tem um ponto de fusão maior que a platina (1772 ° C).
Também possui um conjunto de propriedades adicionais: a energia de ligação de seus átomos é alta, baixa pressão de vapor, baixo coeficiente de expansão térmica, alto nível de condutância térmica e baixa resistência elétrica.
Todas essas propriedades e características permitiram que o molibdênio tivesse numerosos usos e aplicações, sendo a mais notória a formação de ligas com aço.
Por outro lado, é um elemento essencial para a vida. Em bactérias e plantas, o molibdênio é um cofator presente em inúmeras enzimas envolvidas na fixação e uso de nitrogênio.
O molibdênio é um cofator para a atividade de enzimas oxotransferases, que transferem átomos de oxigênio da água, enquanto transferem dois elétrons. Entre estas enzimas encontra-se a xantina oxidase de primatas, cuja função é oxidar a xantina em ácido úrico.
Pode ser obtido a partir de vários alimentos, incluindo os seguintes: couve-flor, espinafre, alho, grãos integrais, trigo mourisco, gérmen de trigo, lentilha, semente de girassol e leite.
Descoberta
O molibdênio não é isolado na natureza, então em muitos dos seus complexos foi confundido nos tempos antigos com chumbo ou carbono.
Em 1778, Carl Wilhelm, químico e farmacêutico sueco, conseguiu identificar o molibdênio como um elemento distinto. Wilhelm tratou molibdenite (MoS 2 ) com ácido nítrico, obtendo um composto de natureza ácida em que ele identificou o molibdênio.
Mais tarde, em 1782, Peter Jacob Hjelm, usando o composto ácido de Wilhelm, por redução de carbono, foi capaz de isolar um molibdênio impuro.
Estrutura
Qual é a estrutura cristalina do molibdênio? Seus átomos metálicos adotam o sistema cristalino cúbico centrado no corpo (bcc, por sua sigla em inglês) à pressão atmosférica. Em pressões maiores, os átomos de molibdênio são compactados para originar estruturas mais densas, como o cúbico centrado nas faces (fcc) e o hexagonal (hcp).
Sua ligação metálica é forte e coincide com o fato de ser um dos sólidos com maior ponto de fusão (2623ºC). Essa resistência estrutural se deve ao fato de que o molibdênio é rico em elétrons, sua estrutura cristalina é consideravelmente densa e mais pesada que o cromo. Esses três fatores permitem fortalecer as ligas nas quais você faz parte.
Por outro lado, mais importante que a estrutura do molibdênio metálico, é o de seus compostos. O molibdênio é caracterizado por sua capacidade de formar compostos dinucleares (Mo-Mo) ou polinucleares (Mo-Mo-Mo- ···).
Da mesma forma, pode ser coordenado com outras moléculas para formar compostos com fórmulas MoX 4 a MoX 8 . Dentro desses compostos é comum a presença de pontes de oxigênio (Mo-O-Mo) ou enxofre (Mo-S-Mo).
Propriedades
Aparência
Prata branca sólida.
Ponto de fusão
2, 623 ºC (2, 896 K).
Ponto de ebulição
4, 639 ºC (4, 912 K).
Entalpia de fusão
32 kJ / mol.
Entalpia de vaporização
598 kJ / mol.
Pressão de vapor
3, 47 Pa a 3.000 K.
Dureza na escala de Mohs
5, 5
Solubilidade na água
Os compostos de molibdênio são poucos solúveis em água. No entanto, o íon molibdato MoO 4 -2 é solúvel.
Corrosão
É resistente à corrosão e é o metal que melhor resiste à ação do ácido clorídrico.
Oxidação
Não oxida à temperatura ambiente. Oxidar rapidamente requer temperaturas superiores a 600 ºC.
Valencias
A configuração eletrônica do molibdênio é [Kr] 4d55s1, então ele tem seis elétrons de valência. Dependendo de qual átomo está ligado, o metal pode perder todos os seus elétrons e ter uma valência de +6 (VI). Por exemplo, se você formar ligações com o átomo de flúor eletronegativo (MoF 6 ).
No entanto, pode perder de 1 a 5 elétrons. Assim, suas valências abrangem o intervalo de +1 (I) a +5 (V). Quando perde apenas um elétron, deixa o orbital 5s, e sua configuração permanece como [Kr] 4d5. Os cinco elétrons do orbital 4d requerem meios muito ácidos e espécies muito semelhantes a elétrons para deixar o átomo de Mo.
Das suas seis valências, quais são as mais comuns? O +4 (IV) e +6 (VI). O Mo (IV) tem configuração [Kr] 4d2, enquanto o Mo (VI), [Kr].
Para o Mo4 + não está claro porque é mais estável que, por exemplo, o Mo3 + (como no Cr3 +). Mas para o Mo6 + é possível perder esses seis elétrons porque ele se torna isoeletrônico para o kríton do gás nobre.
Cloretos de molibdênio
Abaixo está uma série de cloretos de molibdênio com diferentes valências ou estados de oxidação, de (II) a (VI):
- dicloreto de molibdênio (MoCl 2 ). Sólido amarelo.
- Tricloreto de molibdênio (MoCl 3 ). Vermelho escuro sólido.
- Tetracloreto de molibdênio (MoCl 4 ). Preto sólido.
- pentacloreto de molibdênio (MoCl 5 ). Sólido verde escuro.
Hexacloreto de molibdênio (MoCl 6 ). Marrom sólido.
Funções no corpo
O molibdênio é um oligoelemento essencial para a vida, pois está presente como cofator em inúmeras enzimas. As oxotransferases usam o molibdênio como cofator para cumprir sua função de transferir oxigênio da água com um par de elétrons.
Entre as oxotransferases são:
- A xantina oxidase.
- O aldeído oxidase, que oxida os aldeídos.
- Aminas e sulfetos no fígado.
- Sulfito oxidase, que oxida o sulfito no fígado.
- Redutase de nitrato.
- Redutase do nitrito presente nas plantas.
Enzima Xantina
A enzima xantina oxidase catalisa a etapa terminal no catabolismo de purinas em primatas: a conversão de xantina em ácido úrico, um composto que é então excretado.
A xantina oxidase tem uma coenzima para o FAD. Além disso, o ferro não-heme e o molibdênio intervêm na ação catalítica. A ação da enzima pode ser descrita com a seguinte equação química:
Xantina + H 2 O + O 2 => Ácido Úrico + H 2 O 2
O molibdênio intervém como o cofator molibdopterin (Mo-co). A xantina oxidase é encontrada principalmente no fígado e no intestino delgado, mas o uso de técnicas imunológicas permitiu sua localização nas glândulas mamárias, no músculo esquelético e nos rins.
A enzima xantina oxidase é inibida pela droga Alopurinol, utilizada no tratamento da gota. Em 2008, a comercialização do fármaco Febuxostat começou com um melhor desempenho no tratamento da doença.
Enzima aldeído oxidase
A enzima aldeído oxidase está localizada no citoplasma celular, encontrada tanto no reino vegetal quanto no reino animal. A enzima catalisa a oxidação do aldeído no ácido carboxílico.
Também catalisa a oxidação do citocromo P 450 e dos produtos intermediários da enzima monoamina oxidase (MAO).
Devido à sua ampla especificidade, a enzima aldeído oxidase pode oxidar muitas drogas, desempenhando sua função principalmente no fígado. A ação da enzima no aldeído pode ser esquematizada da seguinte maneira:
Aldeído + H 2 O + O 2 => Ácido Carboxílico + H 2 O 2
Enzima Sulfito Oxidase
A enzima sulfito oxidase está envolvida na conversão de sulfito em sulfato. Este é o passo terminal da degradação de compostos contendo enxofre. A reação catalisada pela enzima ocorre de acordo com o seguinte esquema:
SO 3 -2 + H 2 O + 2 (Citocromo C) oxidado => SO 4 -2 + 2 (Citocromo C) reduzido + 2 H +
Uma deficiência da enzima por uma mutação genética no homem pode levar à morte prematura.
O sulfito é um composto neurotóxico, portanto, uma baixa atividade da enzima sulfito oxidase pode causar doenças mentais, retardo mental, degradação mental e, finalmente, a morte.
No metabolismo do ferro e como componente dos dentes
O molibdênio intervém no metabolismo do ferro, facilitando sua absorção intestinal e a formação de eritrócitos. Além disso, faz parte do esmalte dos dentes, e junto com o flúor auxilia na prevenção da cárie.
Deficiência
A deficiência na ingestão de molibdênio tem sido associada a um aumento da incidência de câncer de esôfago em regiões da China e do Irã, em comparação com regiões dos Estados Unidos com altos níveis de molibdênio.
Importância em Plantas
A nitrato redutase é uma enzima que desempenha um papel vital nas plantas, uma vez que, juntamente com a enzima nitrito redutase, intervém na transformação do nitrato em amônio.
As duas enzimas requerem para seu funcionamento o cofator (Mo-co). A reação catalisada pela enzima nitrato redutase pode ser esquematizada da seguinte maneira:
Nitrato + Doador de elétrons + H 2 O => Nitrito + Doador de elétrons oxidados
O processo de oxidação-redução do nitrato ocorre no citoplasma das células vegetais. O nitrito, produto da reação anterior, é transferido para o plastídio. A enzima nitrito redutase age sobre nitrito, originando amônio.
O amônio é usado para sintetizar aminoácidos. Além disso, as plantas usam molibdênio na conversão de fósforo inorgânico em fósforo orgânico.
O fósforo orgânico existe em numerosas moléculas de função biológica, tais como: ATP, glicose-6-fosfato, ácidos nucléicos, forfolipídeos, etc.
Uma deficiência de molibdênio afeta principalmente o grupo crucífero, os vegetais, as poinsétias e as prímulas.
Na couve-flor, uma deficiência de molibdênio produz uma restrição da largura do membro da folha, uma redução no crescimento da planta e a formação das flores.
Usos e aplicativos
Catalisador
-É um catalisador para a dessulfurização de petróleo, petroquímicos e líquidos derivados do carvão. O complexo catalítico compreende o MoS 2 fixado em alumina e ativado por cobalto e níquel.
-O molibdato forma um complexo com bismuto para a oxidação seletiva de propeno, amônia e ar. Assim, eles formam acrilonitrila, acetonitrila e outros produtos químicos, que são matérias-primas para as indústrias de plásticos e fibras.
Da mesma forma, o ferro molibdato catalisa a oxidação seletiva do metanol a formaldeído.
Pigmentos
-O molibdênio intervém na formação de pigmentos. Por exemplo, a laranja de molibdênio é formada pela co-precipitação de cromato de chumbo, molibdato de chumbo e sulfato de chumbo.
Este é um pigmento leve e estável em diferentes temperaturas, aparecendo vermelho, laranja ou vermelho-amarelo. É usado na preparação de tintas e plásticos, bem como em produtos de borracha e cerâmica.
Molibdato
- O molibdato é um inibidor da corrosão. O molibdato de sódio tem sido usado em substituição ao cromato para inibir a corrosão dos aços endurecidos em uma ampla faixa de pH.
-Ele é usado em refrigeradores de água, condicionadores de ar e sistemas de aquecimento. Molibdatos também são usados para inibir a corrosão em sistemas hidráulicos e engenharia automotiva. Além disso, pigmentos que inibem a corrosão são usados em tintas.
-O molibdato, devido às suas propriedades de alto ponto de fusão, baixo coeficiente de expansão térmica e alta condutividade térmica, destina-se a produzir fitas e fios utilizados pela indústria de iluminação.
-Ele é usado em placas-mãe de semicondutores; em eletrônica de potência; eletrodos para a fusão de vidros; Câmaras para fornos de alta temperatura e cátodos para o revestimento de células solares e telas planas.
-Além disso, o molibdato é usado na produção de cadinhos para todos os processos usuais no campo do processamento de safira.
Ligas com aço
-O molibdênio é usado em ligas com aço que resistem a altas temperaturas e pressões. Essas ligas são utilizadas na indústria da construção e na fabricação de peças para aeronaves e automóveis.
-O molibdato, mesmo em concentrações tão baixas quanto 2%, dá à sua liga de aço uma alta resistência à corrosão.
Outros usos
- Molibdato é usado na indústria aeroespacial; na fabricação de telas de LCD; no tratamento da água e até na aplicação do raio laser.
-O dissulfeto de molibdato é, por si só, um bom lubrificante e fornece propriedades de tolerância a pressões extremas na interação de lubrificantes com metais.
Lubrificantes formam uma camada cristalina na superfície dos metais. Graças a isso, o atrito metal-metal é reduzido ao mínimo, mesmo em altas temperaturas.
