MOLYBDÈNE: STRUCTURE, PROPRIÉTÉS, VALENCES, FONCTIONS - CHIMIE - 2025

Le molybdène (Mo) est un métal de transition appartenant au groupe 6, période 5 du tableau périodique. Il a la configuration électronique (Kr) 4d ⁵ 5s ¹; numéro atomique 42 et masse atomique moyenne de 95,94 g / mol. Il possède 7 isotopes stables: ⁹² Mo, ⁹⁴ Mo, ⁹⁵ Mo, ⁹⁶ Mo, ⁹⁷ Mo, ⁹⁸ Mo et ¹⁰⁰ Mo; étant l'isotope ⁹⁸ Mo celui qui est en plus grande proportion.

C'est un métal blanc avec un aspect argenté et qui possède des propriétés chimiques similaires au chrome. En fait, tous 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.

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Le molybdène n'est pas trouvé libre dans la nature, mais fait partie des minéraux, le plus abondant étant la molybdénite (MoS ₂). De plus, il est associé à d'autres minéraux sulfureux, à partir desquels on obtient également du cuivre.

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, sa malléabilité et sa résistance aux températures élevées. Il est considéré comme un métal réfractaire car il a un point de fusion supérieur à celui du platine (1 772 ° 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, dont la plus notable est la formation d'alliages avec l'acier.

En revanche, c'est un oligo-élément essentiel à la vie. Chez 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 les atomes d'oxygène de l'eau tout en transférant deux électrons. Ces enzymes comprennent la xanthine oxydase primate, dont la fonction est d'oxyder la xanthine en acide urique.

Il peut être obtenu à partir de plusieurs aliments, dont les suivants: chou-fleur, épinards, ail, grains entiers, sarrasin, germe de blé, lentilles, graines de tournesol et lait.

Découverte

Le molybdène n'est pas isolé dans la nature, donc dans beaucoup de ses complexes, il a été confondu dans les temps anciens avec le plomb ou le carbone.

En 1778, Carl Wilhelm, un chimiste et pharmacien suédois, a réussi à identifier le molybdène comme un élément distinct. Wilhelm a traité la molybdénite (MoS ₂) 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 le composé acide de Wilhelm, par réduction au carbone, réussit à isoler un molybdène impur.

Structure

Quelle est la structure cristalline du molybdène? Ses atomes métalliques adoptent le système cristallin cubique centré sur le corps (Bcc) à la pression atmosphérique. À des pressions plus élevées, les atomes de molybdène se compactent pour former des structures plus denses, telles que les faces cubiques (fcc) et hexagonales (hcp).

Sa liaison métallique est forte et coïncide avec le fait qu'il 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, sa structure cristalline est considérablement dense et il est plus lourd que le chrome. Ces trois facteurs lui permettent de renforcer les alliages dont il fait partie.

En revanche, plus importante que la structure du molybdène métallique est celle de ses composés. Le molybdène se caractérise par sa capacité à former des composés dinucléaires (Mo-Mo) ou polynucléaires (Mo-Mo-Mo- ···).

Il peut également se coordonner avec d'autres molécules pour former des composés de formules MoX ₄ à MoX ₈. Au sein de ces composés, la présence de ponts oxygène (Mo-O-Mo) ou soufre (Mo-S-Mo) est courante.

Propriétés

Apparence

Blanc argenté solide.

Point de fusion

2 623 ° C (2 896 K).

Point d'ébullition

4 639 ° C (4 912 K).

Enthalpie de fusion

32 kJ / mol.

Enthalpie de vaporisation

598 kJ / mol.

La pression de vapeur

3,47 Pa à 3000 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.

Corrosion

Il résiste à la corrosion et est l'un des métaux qui résiste le mieux à l'action de l'acide chlorhydrique.

Oxydation

Il ne rouille pas à température ambiante. Pour rouiller rapidement, il faut des températures supérieures à 600 ºC.

Valencias

La configuration électronique du molybdène est 4d ⁵ 5s ¹, donc il a six électrons de valence. Selon l'atome auquel il se lie, le métal peut perdre tous ses électrons et avoir une valence de +6 (VI). Par exemple, s'il forme des liaisons avec l'atome de fluor électronégatif (MoF ₆).

Cependant, il peut perdre 1 à 5 électrons. Ainsi, ses valences s'étendent de +1 (I) à +5 (V). Lorsqu'il ne perd qu'un électron, il quitte l'orbitale 5s et sa configuration devient 4d ⁵. Les cinq électrons de l'orbitale 4d nécessitent des milieux hautement acides et des espèces semblables à des électrons pour quitter l'atome de Mo.

Parmi ses six valences, lesquelles sont les plus courantes? Le +4 (IV) et +6 (VI). Mo (IV) a une configuration 4d ², tandis que Mo (VI),.

Pour Mo ^4+, on ne sait pas pourquoi il est plus stable que, par exemple, Mo ³⁺ (comme c'est le cas avec Cr ³⁺). Mais pour Mo ^{6+, il} est possible de perdre ces six électrons car le gaz rare krypton devient isoélectronique.

Chlorures de molybdène

Une série de chlorures de molybdène avec différentes valences ou états d'oxydation sont énumérés ci-dessous, de (II) à (VI):

-Dichlorure de polybdène (MoCl ₂). Solide jaune.

-Trichlorure de polybdène (MoCl ₃). Solide rouge foncé.

-Tétrachlorure de polybdène (MoCl ₄). Noir uni.

-Pentachlorure de polybdène (MoCl ₅). Vert foncé uni.

-Hexachlorure de polybdène (MoCl ₆). Marron uni.

Fonctions dans le corps

Le molybdène est un oligo-élément essentiel à la vie, car il est présent comme cofacteur dans de nombreuses enzymes. Les oxotransférases utilisent le molybdène comme cofacteur pour remplir leur fonction de transfert d'oxygène de l'eau avec une paire d'électrons.

Parmi les oxotransférases, on trouve:

• Xanthine oxydase.
• Aldéhyde oxydase, qui oxyde les aldéhydes.
• Amines et sulfures dans le foie.
• Sulfite oxydase, qui oxyde le sulfite dans le foie.
• Nitrate réductase.
• Nitrite réductase présente dans les plantes.

Enzyme xanthine

L'enzyme xanthine oxydase catalyse l'étape terminale 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 FAD comme coenzyme. De plus, le fer non hémique et le molybdène sont impliqués dans l'action catalytique. L'action de l'enzyme peut être décrite par l'équation chimique suivante:

Xanthine + H ₂ O + O ₂ => Acide urique + H ₂ O ₂

Le molybdène agit comme le cofacteur molybdoptérine (Mo-co). La xanthine oxydase se trouve principalement dans le foie et l'intestin grêle, mais l'utilisation de techniques immunologiques a permis sa localisation dans les glandes mammaires, le muscle squelettique et le rein.

L'enzyme xanthine oxydase est inhibée par le médicament Allopurinol, 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, se trouvant à la fois dans le règne végétal et dans le règne animal. L'enzyme catalyse l'oxydation de l'aldéhyde en acide carboxylique.

Le cytochrome P ₄₅₀ et les intermédiaires de l'enzyme monoamine oxydase (MAO) catalysent également l'oxydation.

En raison de sa large spécificité, l'enzyme aldéhyde oxydase peut oxyder de nombreux médicaments, remplissant sa fonction principalement dans le foie. L'action de l'enzyme sur l'aldéhyde peut être décrite de la manière suivante:

Aldéhyde + H ₂ O + O ₂ => Acide carboxylique + H ₂ O ₂

Enzyme sulfite oxydase

L'enzyme sulfite oxydase est impliquée dans la conversion du sulfite en sulfate. C'est la dernière étape 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 carence en enzyme due à une mutation génétique chez l'homme peut entraîner une mort prématurée.

Le sulfite est un composé neurotoxique, de sorte qu'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 en tant que composant des dents

Le molybdène est impliqué dans le métabolisme du fer, facilitant son absorption intestinale et la formation d'érythrocytes. De plus, il fait partie de l'émail des dents et, associé au fluorure, il aide à prévenir les caries.

Carence

Une carence dans l'apport en molybdène a été liée à une incidence plus élevée de cancer de l'œsophage dans les régions de la Chine et de l'Iran, par rapport aux régions des États-Unis avec des niveaux élevés de molybdène.

Importance dans les plantes

La nitrate réductase est une enzyme qui remplit une fonction vitale chez les plantes, car avec l'enzyme nitrite réductase, elle intervient dans la transformation du nitrate en ammonium.

Les deux enzymes nécessitent le cofacteur (Mo-co) pour leur fonctionnement. La réaction catalysée par l'enzyme nitrate réductase peut être décrite comme suit:

Nitrate + donneur d'électrons + H ₂ O => Nitrite + donneur d'électrons oxydés

Le processus d'oxydo-réduction des nitrates se produit dans le cytoplasme des cellules végétales. Le nitrite, produit de la réaction précédente, est transféré dans le plaste. L'enzyme nitrite réductase agit sur le nitrite, provoquant l'ammoniac.

L'ammonium est utilisé pour synthétiser les acides aminés. De plus, les usines utilisent du molybdène dans la conversion du phosphore inorganique en phosphore organique.

Le phosphore organique existe dans de nombreuses molécules biologiquement fonctionnelles, telles que: ATP, glucose-6-phosphate, acides nucléiques, pholipides, etc.

Une carence en molybdène affecte principalement le groupe des crucifères, des légumineuses, des poinsettias et des primevères.

Chez le chou-fleur, une carence en molybdène entraîne une restriction de la largeur du limbe, une réduction de la croissance des plantes et de la formation des fleurs.

Utilisations et applications

Catalyseur

-C'est un catalyseur pour la désulfuration du pétrole, de la pétrochimie et des liquides dérivés du charbon. Le complexe catalytique comprend du MoS ₂ fixé sur de l'alumine, et activé par le cobalt et le nickel.

-Molybdate forme un complexe avec le bismuth pour l'oxydation sélective du propène, de l'ammoniac et de l'air. Ainsi, ils forment l'acrylonitrile, l'acétonitrile et d'autres produits chimiques, qui sont des matières premières pour les industries des plastiques et des fibres.

De même, le molybdate de fer catalyse l'oxydation sélective du méthanol en formaldéhyde.

Pigments

-Le polybdène est impliqué dans la formation des pigments. Par exemple, le molybdène orange est formé par la coprécipitation du chromate de plomb, du molybdate de plomb et du sulfate de plomb.

Il s'agit d'un pigment léger stable à différentes températures, apparaissant dans des couleurs rouge vif, orange ou rouge-jaune. Il est utilisé dans la préparation de peintures et de plastiques, ainsi que dans les produits en caoutchouc et en céramique.

Molybdate

-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 gamme 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 dans l'ingénierie automobile. En outre, des pigments qui inhibent la corrosion sont utilisés dans les peintures.

-Molybdate, en raison de ses propriétés de point de fusion élevé, de faible coefficient de dilatation thermique et de conductivité thermique élevée, est utilisé pour produire des rubans et des fils utilisés par l'industrie de l'éclairage.

-Utilisé dans les cartes mères pour semi-conducteurs; en électronique de puissance; électrodes pour la fusion du verre; chambres pour fours à haute température et cathodes pour le revêtement de cellules solaires et d'écrans plats.

-Et aussi, le molybdate est utilisé dans la production de creusets pour tous les procédés usuels dans le domaine du traitement du saphir.

Alliages avec acier

-Le polybdène est utilisé dans les alliages avec de l'acier qui résistent à des températures et des pressions élevées. Ces alliages sont utilisés dans l'industrie de la construction et dans la fabrication de pièces pour avions et automobiles.

-Molybdate, même à des concentrations aussi faibles que 2%, confère à son alliage avec l'acier une haute résistance à la corrosion.

Autres utilisations

-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 disulfure de polybdate est, en soi, un bon lubrifiant et offre des propriétés de tolérance à la pression extrême dans 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.

Références

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