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钼,是元素周期表上序号为42的一种过渡金属元素,它的化学符号是Mo。钼金属呈银白,硬而坚韧。它在常温下不受空气的侵蚀,跟盐酸或氢氟酸不起反应。
千呼万唤始出来
自然界中,钼主要以矿物辉钼矿(MoS2)形式存在。天然辉钼矿是一种软的黑矿物,尽管辉钼矿在古代就得到了应用,但辉钼矿和铅、方铅矿及石墨都很相似,不易区分。“molybdos”这个词在希腊文里就是铅的意思。18世纪末以前,欧洲市场上两者都以molybadenite(铅的古希腊名)名义出售。
1779年,舍勒(瑞典化学家,氧气的发现人之一)指出,铅或石墨与molybadenite是两种不同的物质。他发现,硝酸对石墨没有影响,而与molybadenite反应,获得一种白粉末;将它与碱溶液共同煮沸,结晶后析出一种盐。他认为,这种白粉末是一种金属氧化物(实际上是氧化钼);它与木炭混合经高温加热后没有获得金属,但与硫共热后得到原来的molybadenite。
1782年,舍勒的好友、瑞典矿场主埃尔摩(又译作耶尔姆)用亚麻籽油调过的木炭和钼酸混合物密闭灼烧,从molybadenite中分离出金属,命名为molybdenum,元素符号定为Mo。中国将其译成“钼”。它得到了曾发现铈、硒、硅、钽、钍等元素的瑞典化学家贝齐里乌斯的承认。
钼金属在空气中灼烧,会放出金黄光芒;不同氧化态的钼离子有不同的颜。直到钼被发现100多年后的1893年,M.莫思森才在电炉里熔炼炭和三氧化钼的混合物,首次获得含钼92%~96%的铸态金属。
貌不惊人用途广
钼的发现虽然已有200多年历史,但大规模开发利用还是本世纪尤其近几十年的事。
钼及钼合金的用途十分广泛,这是因为它有许多特性,如强度高,热膨胀系数低,优良的导热与导电性能,对熔融玻璃、熔盐及熔融金属有较高的防腐性,还可提高薄涂料的耐磨性。
合金钢、不锈钢、工具钢及铸铁是钼的主要应用领域,其生产量决定着钼的需求。不锈钢中加入钼,能改善钢的耐腐蚀性。在铸铁中加入钼,能提高铁的强度和耐磨性能。含钼18%的镍基超合金具有熔点高、密度低和热胀系数小等特性,用于制造航空和航天领域的各种高温部件。金属钼在电子管、晶体管和整流器等电子器件方面得到广泛应用。纯钼丝用于高温电炉和电火花加工以及线切割加工。钼片用来制造无线电器材和X射线器材。钼在其他合金领域及化工领域的应用也不断扩大。合金钢中加钼,可以提高材料弹性限、抗腐蚀性能以及保持永久磁性等。氧化钼和钼酸盐是化学和石油工业中的优良催化剂。
二硫化钼是一种重要的润滑剂,用于航天和机械工业领域。除此之外,二硫化钼因其的抗硫性质,可以在一定条件下催化一氧化碳加氢制取醇类物质,是很有前景的化学催化剂。
钼金属还逐步应用于核电、新能源等领域。
钼也是植物所的微量元素之一,没有它,植物就无法生存。钼在农业上可用作微量元素化肥。
人体各种组织都含钼,体内铜的总量为9毫克,以肝、肾中含量高。钼-99是钼的放射性同位素之一,在医院里用于制备锝-99。锝-99是一种放射性同位素,病人服用后可用于内脏器官造影。用于该种用途的钼-99通常用氧化铝粉吸收后存储在相对较小的容器中,当钼-99衰变时生成锝-99。
沙场硬汉显身手
人们曾在14世纪的一把日本武士剑中发现含有钼,这是钼早发现被应用于军事用途。1891年,法国斯奈德公司率先把钼作为合金元素生产了含钼装甲板。他们发现,钼的密度仅是钨的一半。这样一来,在许多钢铁合金应用领域,钼有效取代了钨。次世界大战的爆发,导致了钨需求量的剧增和钨铁供应的度紧张,钼由此在许多高硬度和耐冲击钢中取代了钨。钼需求的增长促使了人们对钼的深入研究。当时,美国科罗拉多州的大型矿山克莱麦克斯矿随之开发,并于1918年投产。
因为钼的重要性,各国政府视其为战略性金属。由于其耐高温烧蚀,钼在20世纪初被大量应用于制造装备,主要用于火炮内膛、火箭喷口的制造。现代高、精、尖装备对材料的要求更高,如钼和钨、铬、钒的合金用于制造军舰、火箭、卫星的合金构件和零部件。
钼合金是以钼为基体加入其他元素而构成的有合金,主要合金元素有钛、锆、铪、钨及稀土元素。钼合金有良好的导热、导电性和较低的膨胀系数,在高温下(1100~1650℃)有较高强度,比钨容易加工,可用作电子管的栅和阳、电光源的支撑材料以及用于制作压铸和挤压模具、航天器的零部件等。
次世界大战的结束导致了钼需求锐减。要解决这个问题,就得开发新的应用领域。不久,新型低钼合金钢在汽车工业生产中得到了。从此,钼作为合金元素在钢铁和其他领域的开发研究进入了一个新的阶段。
20世纪30年代末,钼已经是被广泛使用的工业原料。“二战”战后重建,再一次刺激了人们对钼在工业领域应用的开发与研究,给许多含钼工具钢的应用开辟了广阔的市场。如今,合金钢、不锈钢、工具钢及铸铁依然是钼的主要应用领域。
资源待研发
钼在地壳中主要存在于花岗岩类岩石中,钼矿石比较单一,主要是硫化矿石。
由于钼在军工方面的用途,世界强国纷纷把钼列为需要实行战略储备的矿产资源。战略矿产储备或矿产品战略储备,主要是针对那些对国家有战略意义、国内又相对稀缺的矿种所建立的储备。目前,世界上有10个国家建立有战略矿产储备制度。
我国是钼矿资源国家,总储量达860万吨(以钼量计),其中,工业储量约350万吨,居世界第二位。我国钼矿资源具有储量大、分布广、大型矿床多、矿体埋藏浅等特点,对的钼市场有重要影响。
美国是世界第二大钼资源国。智利、加拿大、俄罗斯和亚美尼亚也是钼资源较为的国家。
钼(Molybdenum),化学符号Mo,原子序数为42,是一种过渡金属元素,为人体及动植物的微量元素。
金属钼的颜
钼为银白金属,钼原子半径为0.14nm,原子体积为235.5px/mol,配位数为8,晶体为Az型体心立方晶系,空间群为O,至今还没发现它有异构转变。
废钼回收的技术流程与关键环节
废钼回收的技术流程通常包括预处理、化学提纯和熔炼三个核心环节。预处理阶段通过磁选、破碎和筛分去除杂质;化学提纯采用酸浸或碱浸法溶解钼化合物,再通过沉淀或电解获得纯钼粉;最后经高温熔炼制成钼锭或钼合金。其中,催化剂废料的回收技术要求较高,需采用焙烧-氨浸工艺提取钼酸铵。技术难点在于杂质控制(如镍、铁)和回收率提升,部分企业已引入自动化分选系统和绿色浸出技术以优化效率。
钼
钼是一种过渡金属元素,为人体及动植物的微量元素。元素符号Mo,钼单质为银灰难熔金属,硬而坚韧。在元素周期表中属ⅥB族,原子序数42,原子量95.94,面心立方晶体,常见化合价为+6、+5、+4。
在中世纪就使用辉钼矿(MoS2),因其外观很像石墨,被误认为是变态的石墨而用来制作铅笔芯。1778年瑞典化学家舍勒(C.W.Scheele)用硝酸分解辉钼矿,从中发现了一种新元素,以希腊文molybdos(似铅)命名。1782年瑞典化学家耶尔姆(P.J.Hjelm)首次制得金属钼。
资源
钼矿分布虽广,但只有少数矿床有开采价值。美国是钼矿的国家,产量占世界总产量的60%以上,其次是智利和加拿大。中国的钼矿产于东北、西北和中南等地区。具有工业价值的钼矿物为辉钼矿,其开采量占钼矿总开采量的90%。辉钼矿容易浮选,可由含钼0.06~0.3%的原矿选得含钼47~50%的精矿。钼的次生矿钼钨钙矿[Ca(Mo,W)O4]、铁钼华(Fe2O3·MoO3·H2O)、钼铅矿 (PbMoO4)和钼铜矿[2CuMoO4·Cu(OH)2]等也有一定开采价值。主要钼矿生产国(中国除外)的钼矿储量和产量(1979年,以钼计)如下:
性质和用途
常温下钼在空气中很稳定,高于600℃时很快地氧化生成三氧化钼(MoO3)。钼与氢不发生化学反应,但钼粉能吸收氢。在温度高于700℃时,水蒸气能将钼氧化成二氧化钼(MoO2)。钼与碳、碳氢化合物或一氧化碳在高于800℃下反应生成碳化钼(Mo2C)。钼能耐稀硫酸、氢氟酸、磷酸等酸腐蚀,但不耐硝酸、王水和氧化性熔盐的腐蚀。钼在常温下能耐碱,但在加热时则被碱腐蚀。
钼主要用于钢铁工业,其中的大部分是以工业氧化钼压块后直接用于炼钢或铸铁,少部分熔炼成钼铁后再用于炼钢。低合金钢中的钼含量不大于1%,但这方面的消费却占钼总消费量的50%左右。不锈钢中加入钼,能改善钢的耐腐蚀性。在铸铁中加入钼,能提高铁的强度和耐磨性能。含钼18%的镍基超合金具有熔点高、密度低和热胀系数小等特性,用于制造航空和航天的各种高温部件。金属钼在电子管、晶体管和整流器等电子器件方面得到广泛应用。氧化钼和钼酸盐是化学和石油工业中的优良催化剂。二硫化钼是一种重要的润滑剂,用于航天和机械工业部门。钼是植物所的微量元素之一,在农业上用作微量元素化肥。
冶炼
钼生产的主要原料为辉钼精矿。提取过程包括氧化焙烧,三氧化钼、钼粉和致密钼的制取等主要步骤,工艺流程见图。
钼为人体及动植物的微量元素。
为银白金属,硬而坚韧。
人体各种组织都含钼,体内总量为9mg,肝、肾中含量高。
目录1基本资料2基本介绍2.1 发现2.2 视力2.3 危害3主要成分4产地分布5开发利用5.1 用途5.2 用5.3 使用5.4 钼合金6危害6.1 钼缺乏症6.2 钼过量6.3 钼污染6.4 对环境影响7代表地方7.1 钼业之都7.2 金寨钼矿7.3 温泉钼矿1基本资料拼音:[mù]部首:钅笔画:10五笔86:QHG五笔98:QHG仓颉:OPBU郑码:PLVV笔顺:撇横横横竖提竖横折钩横横横四角号码:86700Unicode:CJK统一汉字:U+94BC 基本字义:钼(钼)mù一种金属元素。
可用来生产特种钢,是电子工业的重要材料。
元素名称:钼(mù)CAS号:7439-98-7[1]安瓿中的钼杆元素符号:Mo钼元素英文名称:Molybdenum元素类型:金属元素原子体积:(立方厘米/摩尔) 9.4元素在太阳中的含量:(ppm) 0.009元素在海水中的含量:(ppm) 0.01地壳中含量:(ppm) 1.5相对原子质量:96原子序数:42质子数:42中子数:54所属周期:5所属族数:ⅥB电子层排布:2-8-18-13-1电子层:K-L-M-N-O外围电子层排布:4d5 5s1氧化态:Main Mo+6 ,Other Mo-2,Mo0,Mo+1,Mo+2,Mo+3,Mo+4,Mo+5 电离能(kJ /mol)M - M+ 685M+ - M2+ 1558M2+ - M3+ 2621M3+ - M4+ 4480M4+ - M5+ 5900M5+ - M6+ 6560M6+ - M7+ 12230M7+ - M8+ 14800M8+ - M9+ 16800M9+ - M10+ 19700晶体结构:晶胞为体心立方晶胞,每个晶胞含有2个金属原子。
晶胞参数:a = 314.7 pmb = 314.7 pmc = 314.7 pmα = 90°β = 90°γ = 90°莫氏硬度:5.5声音在其中的传播速率:5400m/s2基本介绍密度10.2克/立方厘米。
熔点2610℃。
沸点5560℃。
化合价+2、+4和+6,稳定价为+6。
钼是一种过渡钼精粉元素,易改变其氧化状态,在体内的氧化还原反应中起着传递电子的作用。
在氧化的形式下,钼很可能是处于+6价状态。
虽然在电子转移期间它也很可能首先还原为+5价状态。
但是在还原后的酶中也曾发现过钼的其他氧化状态。
钼是黄嘌呤氧化酶/脱氢酶、醛氧化酶和亚硫酸盐氧化酶的组成成分,从而确知其为人体及动植物的微量元素。
发现1782年,瑞典的埃尔姆,用亚麻子油调过的木炭和钼酸混合物密闭灼烧,而得到钼。
1953年确知钼为人体及动植物的微量元素。
主要矿物是辉钼矿(MoS2)。
天然辉钼矿MoS2是一种软的黑矿物,外型和石墨相似。
18世纪末以前,欧洲市场上两者都以“molybdenite”名称出售。
1779年,舍勒指出石墨与molybdenite(辉钼矿)是两种不同的物质。
他发现硝酸对石墨没有影响,而与辉钼矿反应,获得一种白垩状的白粉末,将它与碱溶液共同煮沸,结晶析出一种盐。
他认为这种白粉末是一种金属氧化物,用木炭混合后强热,没有获得金属,但与硫共热后却得到原来的辉钼矿。
1782年,瑞典一家矿场主埃尔摩从辉钼矿中分离出金属,命名为molybdenum,元素符号定为Mo。
我们译成钼。
它得到贝齐里乌斯等人的承认。
钼-99是钼的放射性同位素之一,他在医院里用于制备锝-99。
锝-99是一种放射性同位素,病人服用后可用于内脏器官造影。
用于该种用途的钼-99通常用氧化铝粉吸收后存储在相对较小的容器中,当钼-99衰变时生成锝-99,在需要时可把锝-99从容器中取出发给病人。
钼是钢与合金中的重要元素,常用的含钼炉料有金属钼、钼铁,有时还可以使用氧化钼精矿来直接还原冶炼含钼钢种。
钼在地壳中的自然储量为1900万吨,可开采储量860万吨。
[1] 视力钼是组成眼睛虹膜的重要成分,虹膜可调节瞳孔大小,视物清楚,钼不足时,影响胰岛素调节功能,造成眼球晶状体房水渗透压上升,屈光度增加而导致近视。
大豆、扁豆、萝卜缨中含钼较高,此外还有糙米、牛肉、蘑菇、葡萄和蔬菜等。
[2]危害钼对人体生命健康危害大,它能够使体内能量代谢过程出现障碍,心肌缺氧而灶性坏死,易发肾结石和尿道结石,增大缺铁性贫血患病几率,引发龋齿,钼是食管癌的罪魁祸首,它还会导致痛风样综合征,关节痛及畸形、肾脏受损,生长发育迟缓、体重下降、毛发脱落、动脉硬化、结缔组织变性及皮肤病等生命健康隐患。
[3] 3主要成分 钼的性质钼位于门捷列夫周期表第五周期、第六副族,为一过渡性元素,钼原子序数42,原子量95.94,原子中电子排布为:ls2s2p3s3p3d4s4p4d5s 。
由于价电子层轨道呈半充满状态,钼介于亲石元素(8电子离子构型)和亲铜元素(18电子离子构型)之间,表现典型过渡状态.V . W.戈尔德斯密特在元素的地球化学分类里将它称亲铁元素。
[4]自然界里,钼有七个稳定的天然同位素,它们的核子数及其在天然混合物中所占比例如表1所列。
表1 钼的同位素及分配 同位数名称92Mo 94Mo95Mo96Mo97Mo98Mo100Mo∑各占比例(%)原子量15.8491.9063 9.0493.9047 15.7294.90584 16.5395.9046 9.4696.9058 23.7897.9055 9.6399.9076 100.0095.94 另据文献记载,已发现第八种天然同位素的存在。
此外,还发现钼有十一种人造放射性同位素,因资料数据不详,此不赘述。
钼为银白金属,钼原子半径为0.14nm 原子体积为235.5px/mol ,配位数为8,晶体为Az 型体心立方晶系,空间群为Oh (lm3m ),至今还没发现它有异构转变.常温下钼的晶格参数在0.31467~0.31475nm 之间,随杂质含量而变化。
钼熔点很高,在自然界单质中名列第六,被称作难熔金属,见表2(摘自《理化手册; 60th ) 钼的密度为10.23g/cm ,约为钨的一半(钨密度19.36g/cm )。
钼的热膨胀系数很低20~100℃时为4.9×10/℃;钼的热传导率较高,为142.35w/(m·k) 钼电阻率较低:0℃时为5.17×10Ω·cm ;800℃时为24.6×10Ω·cm ;2400℃时为72×10Ω·cm 。
钼属顺磁体,99.99%纯度的钼在25℃时比磁化系数为0.93×10cm/g 。
钼的比热在25℃时为242. 8J/(kg·k )。
钼的硬度较大,摩氏硬度为5~5.5。
钼在沸点的蒸发热为594kJ/mol ;熔化热为27.6 ±2.9kJ/mol ;在25℃时的升华热为659kJ/mol 。
表2 难熔物及熔、沸点 物质碳(C )钨(W )铼(Re ) 锇(Os )钽(Ta )钼(Mo )熔点(℃)沸点(℃) 3650~36974827 3410±105660 31805627 30455027±100 29965425±100 2622±105560钼的原子半径、离子半径与钨、铼的很接近。
原子半径(nm ) 4离子半径(nm ) 6离子半径(nm ) 钼钨铼0.1390.1400.1380.0680.0680.0650.065钼原子的电子排列体现了典型过渡元素的性质:次外层的五个4d 规道、外层的一个5s 规道上电子均呈半弃满状态。
这决定了钼的化学性质比较稳定。
常温或在不太高的温度下,钼在空气或水里是稳定的。
钼在空气中加热,颜开始由白()转暗灰;温升至520℃,钼开始被缓慢氧化,生成黄三氧化钼(MoO3温度降至常温后变为白);温升至600℃以上,钼迅速被氧化成MoO3。
钼在水节气中加热至700~800℃便开始生成MoO2,将它进一步加热,二氧化钼被继续氧化成三氧化钼。
钼在纯氧中可自燃,生成三氧化钼。
钼的氧化物已见于报道的很多,但不少是反应中间产物,而不是热力学稳定相态。
的只有九种,其结构与转化温度如表3。
表3 钼的氧化物氧化物生成温度范围(℃)结晶结构MoO2 菱形Mo4O11 <615 单斜系Mo4O11 615~800 正斜形Mo17O47 560Mo5O14 530Mo8O23 650~780Mo18O52 600~750 三斜系Mo9O26 750~780 单斜系MoO3 菱形另外,在生成MoO2前还有三种中间产物Mo2O3, moO和Mo3O,但都还未能制造出它们的纯产物。
钼的这一系列载化物中,除高价态的MoO3为酸酐外,其余氧化物均为碱性氧化物。
钼重要的氧化物是MoO3和MoO2。
MoO2分子量为127.94,含Mo74.99%。
纯MoO2呈暗灰、深褐粉末状。
25℃时,MoO2的生成热为550kJ/mol,密度为6.34~6.47g/cm。
MoO2呈金红石单斜结晶构造,单位晶体(晶胞)由两个MoO2分子组成,晶格参数为a= 0.5608nm, b= 0.4842nm,c=0.5517nm,d=11.975nm。
MoO2可溶于水,易溶于盐酸及硝酸,但不溶于氨水等碱液里。
在空气、水蒸气或氧气中继续加热MoO2,它将被进一步氧化,直至生成MoO3。
在真空中加热到1520~1720℃固态MoO2部升华而不分解出氧,但大部分MoO2分解成MoO3气体和固态Mo。
Jette. E. R(1935年)报道:MoO2在1980℃±50℃、0.1MPa(惰性气体)的条件下分解成钼和氧。
MoO2是钼氧化的产物。
moO3为淡绿或淡青的白粉末。
分子量为143.94,含Mo 66.65%。
25℃时,MoO3的生成热为668kJ/mol,密度为4. 692g/cm,熔点为795℃,沸点为1155℃.在低于熔点的温度已开始升华.在520~720℃时,升华呈气体的三氧化相为MoxO3x分子混合物,其中x=3~5,以x=3为主。
MoO3微溶于水而生成钼酸。
18℃,MoO3溶解度为1.066%,70℃时为 2.05%。
溶于水的三氧化钼与水按不同比例组成一系列同多酸,nMoO3·mH2O,其中n≥m。
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钼(Mo)是一种金属元素,原子序数为42。它是一种银白的有光泽的金属,具有高熔点和高热导率。钼在自然界中以多种矿石的形式存在,常见的是钼辉矿和钼铜矿。
钼具有许多重要的工业应用。由于其高熔点和耐高温性能,钼被广泛用于制造高温合金、耐火材料和真空炉。钼还是电子产业中重要的材料,用于制造电子管、半导体器件和薄膜电阻器。此外,钼还被用于制造钼丝、钼箔、钼片等材料,用于电子显微镜、X射线管和真空设备。
钼也是一种重要的合金元素。它可以与其他金属如铁、镍、铜等形成合金,提高合金的硬度、强度和耐腐蚀性。钼合金广泛应用于航空航天、汽车、化工等领域。
此外,钼还有一些其他应用。例如,钼在农业中作为植物的微量元素,促进植物生长和提高产量。在医学领域,钼被用作放射性示踪剂和物成分。钼的同位素还被用于放射治疗和核能研究。总体而言,钼在各个领域都有着重要的应用和价值。
化工领域
润滑剂:二氧化钼是一种良好的固体润滑剂,因为它的摩擦系数很低,屈服强度很高,能在真空和各种温、高温下正常使用,因而被广泛应用于燃气轮机、齿轮、模具、航空航天、核工业等领域。
催化剂:钼的化合物是用途广的催化剂之一,被广泛应用到化学、石油、塑料、纺织等行业。例如:二硫化钼具有抗硫性质,可以在一定条件下催化一氧化碳加氢制取醇类物质,是很有前景的C1化学催化剂;钼与钴、镍结合用作石油提炼预处理的催化剂。其他常见的含催化剂有:二硫化钼、氧化钼、钼酸盐、仲钼酸铵等。
电子电气领域
钼具有良好的导电性和耐高温性,热膨胀系数与玻璃相近,被广泛用于制造螺旋灯丝的芯线、引出线及挂钩等部件。此外,钼丝也是理想的电火花线切割机床用电丝,能切割各种钢材和硬质合金,其放电加工稳定,能有效提高模具精度。
医学领域
钼是人体的微量元素之一,也是多种酶的组成部分,在机体的主要功能是参与硫、铁、铜之间的相互反应。适量的钼能够促进人体发育,增强氧在体内的储留下,抑制肿瘤,维护心肌的能量代谢,保护心肌,而钼的缺乏会导致龋齿、肾结石、克山病、大骨节病、食道癌等疾病,因而钼也被用于医中,如钼酸铵这种就主要用于长期依赖静脉高营养的患者。
畜牧领域
钼的生物学作用主要是依靠作为动物体内某些含钼酶类的组成成分,间接影响酶的生物学活性来实现的。除此之外,钼元素在反刍动物营养代谢中发挥着的作用,一方面,钼作为反刍动物瘤胃微生物硝酸盐氧化酶的组成成分,直接参与瘤胃中饲料硝酸盐的转化,另一方面,钼作为硫酸盐氧化酶的辅助因子对瘤胃微生物有刺激作用,这有助于反刍动物对粗纤维类物质的消化,进而促进反刍动物的生长。所以,当牧草和饲料中钼元素含量不足时,就需要按照严格的营养需要和工艺技术要求,将钼元素添加剂加入饲料中,达到满足动物需要的目的,常见的例子就是在奶牛饲料中添加10mg/d的钼。
农业领域
钼为植物体内的“微量元素”之一,缺钼会影响植物正常生长。作为植物生长所的微量元素,钼不仅能促进植物对磷的吸收,还能加速植物体内醇类的形成与转化,提高植物叶绿素和维生素丙的含量,提高植物的抗旱、抗寒以及抗病能力。鉴于钼对植物的重要性,很多国家已经开始生产和使用含钼的微量肥料,例如我国湖南长沙县南华乡用钼酸铵拌种,花生增产32.2%,黑龙江国营农场对大豆施用钼肥,大豆增产10%左右。
在化学元素周期表中,钼元素不怎么引人注“钼”,它不像铝、铁那样常见,不如铂、金贵重,更不似氧、氢那般构成了生命的主体。然而,钼元素与人类的关系其实密切,而关于钼元素的方方面面,有一些趣事你可能并不了解。
钼曾被误认为铅
虽然早在14世纪,人们就懂得利用含钼的钢铁来锻造军刀,但那个时候,人们还没有意识到钼元素的存在。原因在于,钼元素在地壳中的含量约为百万分之一,分布也比较分散,属于比较稀有的金属。而且,钼元素往往不是以单质的形式存在,主要与硫结合成化合物,形成辉钼矿,或者偶尔与铅、铜组合,生成铅钼矿和铜钼矿。
16世纪之前,当人们发现辉钼矿的时候,看到它为铅灰,具有金属的光泽,而且辉钼矿多以细微柔软的鳞片状产出,具有挠性(金属或矿物受力发生变形,在作用力失去之后不能恢复原状的性质称为挠性,与“弹性”相对),摸起来还有种油腻的感觉。这和石墨的性质十分相似,所以辉钼矿被误以为是石墨。后来,人们在寻找铅矿石的时候,发现辉钼矿的外观类似于方铅矿,于是,又把钼误认为是铅。所以,人们便用古希腊语中的“molybdos”(意思是“铅”)命名辉钼矿。
直到1778年,德国化学家卡尔·舍勒才首次实,钼辉矿并不是方铅矿,也不是石墨,而是一种新的矿物,含有新的元素。但是,舍勒没有办法将这种新的元素从矿石中分离出来,所以他没能成为个发现钼元素的科学家。有趣的是,舍勒被后世称为“倒霉蛋科学家”,他的坏运气就是从错失钼元素开始的,后来舍勒又从空气可以助燃的实验现象中差点发现了氧气,但却因为迷信燃素说而将发现氧气的机会留给了安托万·拉瓦锡。
在舍勒之后,其他科学家也试图从辉钼矿中提取出新元素,他们让辉钼矿发生氧化反应,然后将粉末放入水中,形成钼酸,但仍然无法从中析出钼金属。终于,在1781年,瑞典化学家彼得·海基尔姆幸运地摘取了科学果实。他将碳粉、亚麻籽油和钼酸混在一起,搅拌成糊状,然后用封闭的坩埚对这一团“浆糊”加热。终于,海基尔姆用这样的“碳还原法”将新的金属从辉钼矿中分离出来,他随即将该金属命名为“钼”。至此,人们才开始了解到钼元素的真面目。
战争使钼名扬天下
1781年,人们开始懂得如何得到金属钼,但此后的100多年里,全世界金属钼的总产量也不超过10吨。由于钼元素易于氧化,且冶炼和加工水平有限,人们似乎还不知道如何将这种金属大规模地应用到工业生产中来。
不过,钼元素适合重工业的优点还是有目共睹的,它硬而坚韧、耐腐蚀、耐高温,熔点仅次于钨、钽,它注定会成为人类重要的工业原料。1891年,法国施耐德公司率先将钼作为合金元素生产出了含钼的钢板,发现其性能,而且钼的密度仅是钨的一半,钼便逐渐取代钨成为炼钢的合金元素。到了20世纪,人类爆发了两场规模空前的世界大战,统计资料显示,在次世界大战中,钼的年产量从数吨瞬间飙升到了100吨,而到了二战时期,又增长至1万吨。为何战争促进了钼的生产?这是因为它太有用了。
我们知道,“陆战”——坦克就是在一战中发明的。初,英国人为了增强坦克的防御力,给坦克安装了75毫米厚的锰钢板,但这种笨重的坦克在战争中表现得并不怎么样。后来,英国人通过试验,将锰钢板换成钼钢板,在不削弱防御力的前提下使得坦克的厚度减了50毫米,结果,更加机动灵活的坦克才得以大显神威。
同样,德国的攻坚——“大贝尔莎”巨炮,也是用钼钢做成的。一战前期,应德国总参谋部的要求,德国工业巨头克虏伯公司研制出了史无前例的重炮,并以古斯塔夫·克虏伯的妻子贝尔莎命名。“大贝尔莎”的口径为420毫米,炮身重43吨,需要200位德国军人花6个星期才能组装完毕。更吓人的是,“大贝尔莎”的重820千克,射程15千米,再坚固的工事也经不住它来这么一发。克虏伯之所以能够研制出威力如此惊人的巨炮,其秘诀就在于使用了材质的钼钢来制作炮身,因为当“大贝尔莎”发射时,只有耐高温的钼能够抵御产生的热量,以免熔化炮身。
到了第二次世界大战,钼元素同样发挥着重要的作用。当时,战场上的坦克莫过于德国的式坦克,其类型包含Ⅰ型和Ⅱ型两种。从1942年服役至1945年德国投降,式坦克一直活跃于战场线,它所向披靡,抵挡。不过,在库尔斯克会战中,苏联人俘获Ⅱ型坦克后对其进行了测试,发现Ⅱ型坦克并不像传说中的那样坚不可摧,虽然它装甲很厚,但是防御效果相对于Ⅰ型并未有较大提升。之所以出现这种状况,其实是由于德军所占领的挪威克纳本钼矿在1943年被盟军轰炸,从而使德军失去了钼的来源。战争初期,德军的Ⅰ型坦克都采用了钼钢,这种钼钢耐腐蚀,在高温条件下仍然具有较高的强度,而Ⅱ型坦克的厚装甲中已经无钼可用,所以影响了德军装甲部队的战斗力。
钼是多才多艺的金属
两次世界大战使人们意识到钼对于军事的重要作用,战后,钼的年产量由10万吨上升到如今的20多万吨。钼在“战争金属”美誉的同时,其应用范围也越来越广,是在核能、医疗等高科技领域发挥着越来越重要的作用。
2018年,俄罗斯的莫斯科工程物理学院的科学家们发表了一项关于核燃料保护套的研究,他们使用钼合金代替现有的锆合金来用作核燃料保护外壳,可以提高核电站的性。
在现有的核电站中,铀燃料棒是安装在锆合金保护外壳内的。锆合金具有很高的耐腐蚀性,而且锆几乎不会和中子反应,所以是好的核燃料棒保护外壳。但是,在端情况下,比如由于地震和海啸导致应急冷却系统出现故障时,核反应堆内冷却水的水平面会一直下降,使铀燃料棒处于裸露状态,那么冷却不足会使高温的锆合金外壳与高温水蒸气产生氢化作用(即锆水反应),这会导致反应炉熔毁以及氢气爆炸——2011年的日本福岛核电站事故就是这样发生的。如果想要避免类似的事故,办法之一就是寻找一种比锆合金更优秀的核燃料棒保护外壳,而在众多金属材料中,只有钼同时满足比锆更耐腐蚀、更耐热、有更高的导热性以及更小的中子截面积(意味着不与中子反应)的条件,因而特制的钼合金很可能会在未来成为核电站防护装置的主要材料。
钼元素还被应用于医疗实践。比如,锝99是应用广泛的放射性造影剂,不过,锝99只能由一种方式制备,那就是钼99衰变。钼99是钼的一种放射性同位素,它的半衰期为2.75天,半衰期过后,钼99衰变为锝99。钼99的半衰期理想,这个时间不但了钼原子在原料地到医疗场所的运输过程具有的稳定性,而且了锝99的放射性可以在短时间内。如果半衰期过短,在运输过程中,钼原子可能产生放射性辐射的危险;如果半衰期过长,将影响医疗诊断的效率。在核医学中,80%的医疗到了锝99,而在美国,每天使用锝99的诊断就达 55000多起,所以,钼的重要性不言而喻。
生命对钼很敏感
生物老师常常会讲一个故事:某一年,新西兰的一个牧场遭遇了干旱,大量牧草枯萎而死,但有一条矿工经常踩踏的小路边上生长着茂密的绿草。这是为什么呢?原来这里的矿场是钼矿,矿工们每天工作,身上难免会沾上矿渣,当他们走路时不经意间将矿渣撒落在小路上,就如同上天赐予的“大补丸”,给路边的小草提供了的养料。另外,科学已经明,对农作物施加钼肥,可以增强农作物的抗病、抗旱和抗旱能力,提高产量。比如,根据科学家的统计,每亩农田施加钼肥20克,可使小麦增产35%,而大豆则可增产47%,蚕豆增产8%,绿豆增产32.8%,番茄增产75%。
钼不仅是植物生长和发育中的微量元素,也是植物发挥固氮功能的重要元素。氮是生命之源,有了氮,植物才变得有营养。然而,植物并不能直接吸收空气中的氮气,它们需要在固氮菌的帮助下,通过化学反应将氮元素吸收并存储起来。固氮菌为植物固氮的过程很复杂,需要一种催化剂,名为固氮酶,金属钼正是固氮酶的重要成分。每年,植物固氮总量约1亿吨,远超过人工固氮量,这都是钼元素的功劳。
不仅植物需要钼,我们人体内也需要钼,只不过需量少。成年人体内大约只有9毫克钼,而且它们分散在身体的各个部分。虽然如此,我们对于钼还是敏感的。比如,钼与我们头发的颜有关,因为钼元素会使头发偏红褐。又比如,我们的情绪也容易受钼的影响,有它,我们会精力充沛,神气十足,缺少或无它,我们会感到疲惫不堪,浑身乏力。钼为什么有这么大的本事呢?原因在于,钼是两种在新陈代谢中起重要作用的酶的组成成分,一是黄嘌呤氧化酶,一是亚硫酸盐氧化酶。这两种酶有钼存在时才具有活力,没有钼,就会失去活力,起不了催化作用。
由于钼在食物中比较广泛地存在着,小麦、豆类、猪肉、牛奶、蜂蜜都含有钼,人对于钼的需要量也不高,所以我们一般不会缺钼。如果身体摄入多余的钼,反而会引起金属中毒。
由此看来,钼这种罕见的元素,与我们的日常生活还真息息相关呢。