Статья освещает процесс производства молибдена от стадии обогащения руды до стадии получения заготовок в виде штабиков и слитков. Отмечаются характерные особенности каждой стадии.
Особое внимание в статье уделяется продукции (проволока, прутки, листы, полосы, порошок и др.). Описаны процессы изготовления той или иной продукции из молибдена, ее характерные особенности и области применения.
Глава 1. Молибден. Свойства и области применения молибдена
Молибден (обозначается Mo) - химический элемент VI группы 5-го периода таблицы Д.И. Менделеева, имеет номер 42; переходный металл светло-серого цвета. Он относится к разряду тугоплавких металлов, имеет температуру плавления t пл = 2620 °С. Рассматривая различные применения молибдена в качестве металла, наиболее важными свойствами следует считать плотность, температуру плавления, электрическое сопротивление, коэффициент линейного расширения.§1. Свойства молибдена
Основные физические и механические свойства молибдена представлены в таблице. Стоит также заметить, что электропроводность молибдена выше по сравнению с электропроводностью железа и ниже, чем аналогичное свойство меди. По механической прочности молибден немного уступает вольфраму, но, в тоже время, легче поддается обработке давлением.| Свойство | Значение |
|---|---|
| Физические свойства | |
| Атомный номер | 42 |
| Атомная масса, а.е.м. (г/моль) | 95,94 |
| Атомный диаметр, нм | 0,273 |
| Плотность, г/см 3 | 10,2 |
| Температура плавления, °С | 2620 |
| Температура кипения, °С | 4830 |
| Удельная теплоемкость, Дж/(г К) | 0,248 |
| Теплопроводность, Вт/(м K) | 138 |
| Электрическое сопротивление, мкОм см | 5,7 |
| Коэффициент линейного термического расширения, 10 -6 м/мК | 4,9 |
| Механические свойства | |
| Модуль Юнга, ГПа | 329,3 |
| Модуль сдвига, ГПа | 122,0 |
| Коэффициент Пуассона | 0,30 |
| Временное сопротивление σ B , МПа | 800-900 |
| Относительное удлинение δ, % | 0-15 |
§2. Марки молибдена
| Марка молибдена | Характеристика марки |
|---|---|
| МЧ | Молибден чистый без присадок |
| МЧВП | Молибден чистый без присадок, полученный с помощью вакуумной плавки |
| МРН | Молибден без присадок. Молибден разного назначения. Температура рекристализации молибдена этой марки может быть несколько выше, чем у молибдена марки МЧ за счет большего содержания примесей |
| МК | Молибден с кремнещелочной присадкой. Характеризуется значительно более высокой температурой рекристализации, по сравнению с молибденом марки МЧ и более высокой прочностью при изгибе в отожженном состоянии |
| МР | Сплавы молибдена и рения |
| ЦМ | Молибден с присадкой циркония и/или титана |
| МВ | Сплавы молибдена и вольфрама |
Жаропрочные материалы на основе молибдена можно разделить на четыре группы:
- практически чистый молибден;
- низколегированные малоуглеродистые сплавы;
- низколегированные высокоуглеродистые сплавы;
- высоколегированные сплавы.
Во вторую группу входят такие сплавы молибдена, как ЦМ5, ЦМ6, ЦМ-2А, ВМ-1, ТСМ4 с типичным содержанием углерода (по массе) 0,004-0,05% С, а также сплавы ЦМ10 и ТСМ-7 с пониженным содержанием углерода. Сплавы ЦМ5 и ЦМ6 относятся к системе молибден-цирконий (Mo-Zr), а сплавы ЦМ-2А, ВМ-1 легированы одновременно небольшими добавками титана и циркония. Сплав ТСМ4, помимо циркония, содержит небольшие концентрации никеля и углерода, это сплав системы молибден-цирконий-никель-углерод (Mo-Zr-Ni-C). Среди сплавов второй группы наиболее широко распространен малолегированный сплав ЦМ-2А, отличающийся достаточной технологичностью и более высокой жаропрочностью по сравнению с чистым молибденом. Сплав ЦМ-2А наименее склонен к хладноломкости после деформации. Рекристаллизация повышает его склонность к хрупкости. Сплав ВМ-1 по составу и свойствам близок к сплаву ЦМ-2А. Сплав ЦМ5 более жаропрочен, чем ЦМ-2А. Сплав ЦМ6 с меньшим содержанием циркония и углерода уступает сплаву ЦМ5 по жаропрочности, но является более технологичным, менее склонен к хладноломкости в рекристаллизованном состоянии, хорошо сваривается.
В третью группу (низколегированные высокоуглеродистые сплавы) входит ВМ-3 с повышенным содержанием углерода, доходящим (по массе) до 0,25-0,50%. Чтобы связать весь углерод в карбиды, этот сплав легирован большим количеством титана и циркония; дополнительное упрочнение обеспечивает ниобий. Карбиды титана (TiC) и циркония (ZrC) улучшают жаропрочность сплава. В то же время карбид молибдена (Mo 2 C) оказывает негативное влияние на технологические свойства сплавов. Его присутствие снижает пластичность как при комнатной, так и при высокой температуре. Для исключения образования Mo 2 C титан, цирконий и углерод вводят в сплавы в определенных пропорциях.
К четвертой группе (высоколегированные сплавы) относятся ЦМВ30, ЦМВ50 и МР47ВП. Для сплавов ЦМВ30 и ЦМВ50 характерна высокая жаропрочность, обусловленная их легированием большими количествами вольфрама, а сплав МР47ВП системы молибден-рений (Mo-Re) отличается высокими прочностными свойствами при умеренных температурах и большой технологичностью. Жаропрочность последнего сплава может быть существенно повышена введением карбидов ZrC и ТiС.
§3. Области применения молибдена
Тугоплавкий металл молибден нашел широкое применение в современной промышленности как в качестве легирующей добавки к различным сплавам, так и в качестве конструкционного материала .Основные направления применения молибдена
1. Легирующий элемент в различных сталях и сплавах цветных металлов
В качестве легирующей добавки молибден активно используется в черной металлургии при производстве сталей и чугунов. В состав конструкционных сталей входит до 0,5 % данного тугоплавкого металла. Благодаря молибдену значительно улучшается структура конструкционной стали. Она становится более однородной и мелкозернистой. Добавление молибдена позволяет улучшить механические свойства сталей и сплавов, а именно: предел упругости, сопротивление износу и удару. Одно из ценных свойств молибдена – его способность устранять отпускную хрупкость аустенитной стали.
Молибден активно применяется при производстве различных инструментальных сталей. Стали, из которых изготавливают штампы, обычно содержат 1-1,5 % данного тугоплавкого металла, быстрорежущие стали – 5-8,5 %. Молибден повышает красностойкость инструментальных сталей, их твердость, прочность, сопротивление образованию закалочных трещин, износу.
Хромистые и хромоникелевые стали также имеют в своем составе молибден. Он снижает хрупкость и повышает жаропрочность данных сталей в условиях длительной работы. Введение 2-4 % молибдена в нержавеющие хромоникелевые стали улучшает их коррозионную стойкость.
Тугоплавкий металл молибден также включают и в состав чугунов. Введение в чугун 0,2-0,5 % молибдена повышает вязкость, сопротивление износу и улучшает свойства при высоких температурах, а также уменьшает склонность к росту зерен.
2. Антикоррозионные и жаропрочные сплавы
Очень часто молибден входит в состав жаропрочных и кислотостойких сплавов. Металлы кобальт и никель , как правило, являются основой жаропрочных сплавов (50-60 %), также такие сплавы содержат хром (20-28 %) и молибден (3-10 %). В качестве примера можно привести жаропрочный сплав, который используется для изготовления лопаток и дисков роторов газовых турбин: Ni – 37 %, Co – 20 %, Cr – 18 %, Fe – 17 %, Mo – 3 %, Ti – 2,8 %
Кислотостойкие сплавы, содержащие 17-28 % молибдена, а также хром, вольфрам и железо, устойчивы к воздействию всех минеральных кислот (например, серная кислота, соляная кислота и другие), кроме плавиковой.
3. Конструкционный материал в аэрокосмической и атомной технике
Благодаря своим свойствам молибден используется в качестве конструкционного материала в аэрокосмической и атомной технике. Конструкционные металлы и сплавы, применяемые в аэрокосмической отрасли, должны отличаться хорошей жаропрочностью и окалиностойкостью. Данными свойствами обладают тугоплавкие металлы вольфрам, молибден, ниобий и другие, однако, ниобий и молибден имеют большую удельную прочность при температуре до 1370 °С по сравнению с вольфрамом, поэтому более предпочтительны в качестве конструкционных материалов, работающих при указанной и более низких температурах.
Молибден используется для изготовления обшивки и элементов каркаса сверхзвуковых самолетов и ракет, а также теплообменников, оболочек возвращающихся на землю ракет и капсул, тепловых экранов, передних кромок ракет, носовых конусов ракет, обшивки кромок крыльев сверхзвуковых самолетов.
Молибден с присадками ниобия, ванадия, титана и других металлов, которые повышают жаропрочность, применяется для изготовления ответственных деталей ракетных двигателей и газовых турбин: сопловые и рабочие лопатки газовых турбин, выхлопные сопла и камеры сгорания прямоточных реактивных двигателей.
Металл молибден является тугоплавким и достаточно хорошо устойчив к воздействию жидких металлических теплоносителей типа лития и свинцововисмутового сплава. Указанные свойства молибдена позволяют использовать его в качестве конструкционного материала в энергетических атомных реакторах при температуре до 800 °С. Из тугоплавкого металла молибден изготовляют контейнеры, оболочки, трубы и другие элементы активной зоны реактора.
4. Материал для изготовления оборудования для обработки металлов давлением
Жаропрочность молибдена, его тугоплавкость, высокая теплопроводность и низкий коэффициент расширения позволяют использовать данный метал для изготовления элементов оборудования, предназначенного для горячей обработки металлов давлением. Так из молибдена производят оправки прошивных станов, матрицы, пресс-штемпели. Стоит заметить, что по данным экспериментов прошивные пуансоны для прошивки заготовок из нержавеющей стали, изготовленные из сплава молибдена с 0,5% титана, прошивают до момента выхода из строя в 100 раз больше заготовок по сравнению с пуансонами из других материалов. Также из тугоплавкого металла молибден производят пресс-формы и стержни машин для литья под давлением сплавов меди, цинка и алюминия.
5. Материал для изготовления нагревателей высокотемпературных печей
Проволоку, ленту и прутки из молибдена применяют в качестве нагревателей высокотемпературных электрических печей . Температура в таких печах может достигать 1700 - 2000 °С. Стоит заметить, что молибденовые нагреватели должны работать только в защитной атмосфере (обычно, водород, аргон) или в вакууме.
Молибденовые прутки применяют также в качестве электродов в печах для плавки стекла. Как правило, для данных целей используют прутки диаметром от 25 до 150 мм и длиной до 1,8 м. Также встречаются плавильные печи с электродами в виде молибденовых пластин. Стоит заметить, что молибден практически не вступает в реакцию с расплавленным стеклом. Это позволяет использовать данный металл для изготовления деталей стеклоплавильных печей.
6. Материал для производства электроламп и электровакуумной техники
Такие свойства, как жаропрочность, высокая электропроводность, высокая температура плавления, позволяют применять молибден в производстве электроламп и электровакуумных приборов. Молибденовая проволока применяется для изготовления крючков, которые поддерживают вольфрамовую нить в лампе накала. Также молибден используют в качестве керна для навивки вольфрамовой проволоки.
Молибденовые прутки служат для ввода тока в различные электровакуумные приборы и колбы мощных источников света. Листы из молибдена применяются для производства анодов генераторных ламп. Также из данного метала изготовляют сетки приемно-усилительных ламп, вспомогательные электроды генераторных ламп, катоды газоразрядных трубок.
Молибден также нашел применение и в рентгеновской технике. Например, из него производят фокусирующие электроды, вводы катодов.
Глава 2. Производство молибдена
§1. Процесс получения тугоплавкого металла молибден
Молибден принято относить к широкой группе редких металлов. Помимо данного металла в эту группу входят вольфрам, ванадий и другие. Для редких металлов характерны сравнительно небольшие масштабы производства и потребления, а также малая распространенность в земной коре. Например, как правило, содержание молибдена в рудах составляет сотые и тысячные доли процента. Ни один редкий металл не получают непосредственным восстановлением из сырья. Сначала сырье перерабатывается на химические соединения. Кроме того, все редкометаллические руды подвергаются дополнительному обогащению перед переработкой.В процессе получения редкого металла можно выделить три основных стадии:
- Разложение рудного материала - отделение извлекаемого металла от основной массы перерабатываемого сырья и концентрирование его в растворе или осадке.
- Получение чистых химических соединений - выделение и очистка химического соединения.
- Выделение металла из полученного соединения - получение чистых редких металлов.
Процесс получения молибдена состоит из нескольких стадий.
- Обогащение молибденовой руды. Оно производится с помощью флотации. В результате обогащения получают молибденитовые концентраты, содержащие 90 - 95 % MoS 2 . Промышленность выпускает концентраты трех марок: КМ1 (содержит не менее 50% молибдена), КМ2 (содержит не менее 48% молибдена) и КМ3 (содержит не менее 47% молибдена). В молибденитовых концентратах контролируется содержание примесей - фосфора, мышьяка, олова, меди и кремнезема. Если обогащению подвергаются полиметаллические молибденовые руды, то, как правило, содержание молибдена в концентратах составляет 15-20%.
- Получение трехокиси (ангидрида) молибдена MoO 3 , который служит исходным сырьем для производства металлического молибдена. Сначала получают огарок (оксид молибдена MoO 3 , содержащий большое количество примесей) из молибденитового концентрата (MoS 2) путем окислительного обжига последнего. Далее из огарка получают молибденовый ангидрид (чистый MoO 3). Для этого могут применяться такие процессы, как возгонка или гидрометаллургическая (химическая) переработка огарка. В результате получают чистую трехокись молибдена с содержанием последнего не менее 99,975%
- Получение молибденового порошка. Исходным сырьем для получения чистого металла служит ангидрид молибдена MoO 3 . Для производства чистого молибденового порошка проводят процесс восстановления ангидрида водородом. Восстановление осуществляется в три стадии: восстановление MoO 3 до MoO 2 при температуре 450-600 °С; восстановление MoO 2 при температуре 950 °С до металла, содержащего 0,5-1,5% кислорода; уменьшение содержания кислорода в металле ниже 0,25-0,3% путем восстановления при температуре 1000-1100 °С. В результате получают чистый молибденовый порошок, имеющий среднюю крупность зерен около 0,5-2 мкм.
- Получение компактного молибдена. Компактный молибден, как правило, в виде штабиков или слитков является заготовкой для производства полуфабрикатов, таких, как проволока, пруток, лента и так далее.
§2. Получение компактного молибдена
Существуют два способа получения компактного молибдена. Первый заключается в применении методов порошковой металлургии. Второй - с помощью плавки в печах различного принципа действия.Методы порошковой металлургии
Данный способ получения ковкого молибдена является наиболее распространенным, так как позволяет более равномерно распределять присадки, которые улучшают физико-механические свойства молибдена. В качестве присадок могут использоваться титан (Ti), цирконий (Zr), ванадий (V) и другие металлы.
Процесс получения компактного молибдена методом порошковой металлургии состоит из нескольких стадий:
- прессование штабиков из металлического порошка - формовка;
- низкотемпературное (предварительное) спекание заготовок;
- спекание (сварка) заготовок;
- обработка заготовок с целью получения полуфабрикатов - молибденовой проволоки, прутков и других полуфабрикатов; обычно заготовки обрабатывают под давлением (ковкой) или подвергают механической обработке резанием (например, шлифование, полирование).
Предварительное спекание штабиков обычно проводят в муфельных или трубчатых печах при температуре 1110-1200 °С. Спекание (сварку) осуществляют при температуре 2200-2400 °С в специальных аппаратах для высокотемпературного спекания. Если заготовки крупногабаритные, то для их спекания предпочтительнее использовать печь с косвенным нагревом. Примером подобной печи является вакуумная печь непрерывного действия для высокотемпературного спекания штабиков косвенным нагревом, где в качестве нагревателей используются графитовые стержни. Стоит заметить, что предварительное спекание штабиков осуществляется в среде водорода, что способствует упрочнению заготовки и повышению электропроводности.
Плавка
Плавка используется для получения компактного молибдена в виде крупногабаритных заготовок (от 200 до 2000 кг), предназначенных для проката, вытяжки труб, производства изделий методом литья. Осуществляется плавка в электрических дуговых печах с расходуемым электродом и/или электронно-лучевая плавка. В результате плавки получаются молибденовые слитки.
При дуговой плавке в качестве электродов служат пакеты спеченных молибденовых прутков, которые, в свою очередь, получают путем сваривания (спекания) штабиков. Подобные прутки, как правило, имеют длину 1-2,5 м и объединяются в пакеты по 4-16 прутков, а в некоторых случаях и больше.
После дуговой плавки молибденовые слитки содержат следующие примеси (приблизительно), %: O 2 – 1-3 ∙ 10-4, H 2 – 1-2 ∙ 10-5, N 2 – 10-3-10-4. В результате электронно-лучевой плавки удается избавиться от большого числа примесей, среди которых кислород, азот, углерод, железо, медь, никель, марганец, кобальт. Стоит заметить, что при получении молибденовых слитков любым из приведенных способов для глубокой очистки молибдена от кислорода (содержание в металле
Глава 3. Продукция из молибдена. Прутки, проволока, листы (полосы), порошок
Промышленность выпускает большое количество продукции из тугоплавкого металла молибден. В данном контексте стоит выделить продукцию круглого сечения - молибденовые прутки и проволоку, плоский прокат – полосы, листы и ленты из молибдена, а также порошки.Заготовками для производства перечисленной выше продукции могут служить спеченные молибденовые штабики (изготовлены методом порошковой металлургии) или слитки (изготовлены методом литья). Большинство продукции из металла молибден получают путем обработки заготовок давлением. В зависимости от типа и размера заготовок технологические процессы производства продукции могут значительно отличаться.
§1. Молибденовые прутки
ПроизводствоМолибденовые прутки – один из самых распространенных видов продукции из тугоплавкого металла молибден. Помимо самостоятельного назначения прутки из молибдена также могут служить заготовками для изготовления проволоки.
Исходными материалами для производства прутков являются спеченные молибденовые штабики квадратного сечения со стороной 40 мм и меньше, а также слитки плавленого молибдена различных размеров.
В процессе получения молибденовых прутков из штабиков последние подвергаются ротационной ковке. Ковка молибденовых прутков осуществляется в несколько этапов. На каждом этапе получают прутки определенных диаметров, при этом условия ковки специальным образом изменяются в зависимости от диаметра поступающей заготовки.
Устройство ротационной ковачной машины
1 - станина, 2 - вал, 3 - ролики, 4 - стальная обойма, 5 - ковочные плашки, 6 - спеченный штабик
На первом этапе штабики нагревают до тепературы 1350-1400 °С. Непосредственно ковку осуществляют при температуре около 1300 °С. В результате термической обработки плотность пористых штабиков увеличивается, а поры на границах зерен внутри кристаллов исчезают. В итоге прочность материала на растяжение резко повышается и в несколько раз превосходит прочность спеченного штабика. Как правило, для нагрева используются печи сопротивления с нагревателями из молибдена и водородной атмосферой. Для подогрева больших штабиков иногда применяют муфельные печи, в которые в зависимости от размеров муфеля можно помещать одновременно несколько штабиков. Печи размещаются рядом с ковочной машиной, чтобы избежать чрезмерного охлаждения штабиков во время их извлечения из печи и введения в рабочий канал машины. Подача заготовок в ковочную машину осуществляется вручную. На данном этапе получают прутки, диаметр которых составляет 20-25 мм. На следующих этапах температуру ковки постепенно уменьшают с уменьшением диаметра прутков. Ковку прутков, имеющих диаметр 2,5-3 мм, осуществляют при температуре 950-1000 °С.
Когда длина прутков значительно возрастает, переходят на непрерывную ковку. Данный переход осуществляют при диаметре прутка 3 мм, если исходными заготовками были штабики сечением 10х10 или 12х12 мм. Подача прутков в ковочную машину осуществляется механически, а для подогрева используется газовая печь. При непрерывной ковке прутки покрывают смазкой – аквадагом или гидроколлагом (водные коллоидные суспензии графита). Смазка предохраняет пруток от окисления и уменьшает износ матриц ковочной машины.
К недостаткам ротационной ковки можно отнести трудоемкость процесса и неровность поверхности получаемых прутков. При нагреве заготовок возникают значительные потери молибдена вследствие его окисления. Для снижения потерь и улучшения пластических свойств молибдена разработаны процессы ковки в атмосфере инертного газа.
Помимо спеченных штабиков заготовками для производства молибденовых прутков могут служить слитки. Слитки плавленого молибдена имеют грубую крупнозернистую структуру и значительно труднее поддаются обработке давлением, чем спеченные заготовки. Поэтому горячую ковку можно применять только для слитков диаметром до 100 мм. Ковка осуществляется при температуре 1400-1450 °С. Заготовки диаметром 150 мм и больше обрабатывают методом прессования. Ковка таких заготовок может привести к образованию трещин.
Перед прессованием слиток нагревают до температуры 760 °С, покрывают специальной эмалью, на которую затем накатывают тонкоизмельченное стекло. Стекло в данном случае выступает в качестве смазки. Затем заготовку нагревают до 1260 °С и еще раз покрывают стеклом. Далее осуществляется прессование. После прессования слитки подвергают горячей ковке при температуре 1425 °С. У полученного в результате ковки прутка обрезают концы. Затем пруток обтачивают на глубину до 25 мм с целью удаления стекла и слоя окалины. В дальнейшем прутки могут подвергаться ковке для получения необходимого размера.
Стоит заметить, что изделия из спеченных и плавленых заготовок молибдена не отличаются по свойствам.
Применение
Одним из направлений применения продукции из молибдена является изготовление нагревателей высокотемпературных электрических печей (см. ). Молибденовые прутки могут использоваться в качестве таких нагревателей. Как правило, нагреватели из молибденовых прутков являются свободноизлучающими, то есть тепло передается от нагревателя непосредственно нагреваемому изделию, за счет чего достигается более эффективное использование мощности печи. Крепление таких нагревательных элементов должно быть очень надежным, чтобы исключить их провисание. Нагреватели из молибденовых прутков обладают высокой прочностью. Они используются в высокотемпературных электрических печах, обладающих большой мощностью.
Молибденовые прутки применяются для изготовления вводов электровакуумных приборов. Широкое распространение в данной области прутки из молибдена получили благодаря тому, что данный металл имеет достаточно высокую электропроводность и малый коэффициент термического расширения, отлично согласующийся с коэффициентом термического расширения тугоплавкого стекла, из которого сделаны корпусы электровакуумных приборов. Прутки из молибдена применяют для изготовления вводов, рассчитанных на большую силу тока, например, для вводов стеклянных вентилей.
Одной из наиболее важных областей применения молибденовых прутков является производство проволоки, где молибденовые прутки выступают в качестве заготовок (см. ).
Список литературы
- Агте К., Вацек И. «Вольфрам и молибден» .
- Зеликман А.Н «Молибден» .
- Елагин В.И., Колачев Б.А., Ливанов В.А. «Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов» .
- Уткин Н.И. “Металлургия цветных металлов” .
- http://ru.wikipedia.org
- http://slovari.yandex.ru
- http://www.сайт
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Молибден - светло-серый твердый металл (рис. 1), имеющий объемно-центрированную кубическую структуру. Парамагнитен. Хорошо проводит электрический ток, отличается высокой твердостью, царапает стекло.
На механические свойства молибдена сильно сильное влияние оказывает наличие примесей: чистый металл - пластичный, а содержащий даже небольшую долю примесей азота и кислорода - хрупкий и ломкий.
Рис. 1. Молибден. Внешний вид.
При комнатной температуре он не изменяется на воздухе, но при накаливании окисляется в белый триоксид MoO 3 . Соляная и разбавленная серная кислота при комнатной температуре не действуют на молибден; он растворяется в азотной или горячей концентрированной серной кислоте.
Основные константы молибдена приведены в таблице ниже.
Таблица 1. Физические свойства и плотность молибдена.
Нахождение молибдена в природе
Молибден относят к редким и рассеянным металлам: его содержание в земной коре составляет 3×10 -3 % (масс.). Основная форма нахождения молибдена в природе - полевые шпаты, пироксены. Из минералов молибдена наибольшее значение имеет молибденит MoS 2 , в основном благодаря тому, что не содержит значительных количеств других металлов, что существенно облегчает переработку руды. Продуктами его окисления в природных условиях являются вульфенит PbMoO 4 и повеллит CaMoO 4 .
Краткое описание химических свойств и плотность молибдена
Несмотря на то, что молибден в ряду напряжений стоит левее водорода, он подобно другим тяжелым переходным металлам не взаимодействует с кислотами-неокислителями. Однако, семь концентрированных азотной и плавиковой кислот переводит его в раствор:
Mo + 8HF + 2HNO 3 = H 2 MoF 8 + 2NO + 4H 2 O.
Молибден хорошо растворим и в горячих концентрированных растворах азотной или серной кислоты, а также в царской водке. Он устойчив в щелочных растворах, но в присутствии окислителей (KNO 3 , KClO 3) растворяется в расплавах щелочей:
Mo + 3KNO 3 + 2KOH = K 2 MoO 4 + 3KNO 2 + H 2 O (t, o C).
При нагревании молибден вступает в реакции с неметаллами: в большинстве случаев молибден окисляется до степени окисления +6. Так, порошок металла при нагревании в кислороде примерно до 800 o С воспламеняется сгорая до оксида MoO 3 . В атмосфере фтора молибден превращается в высший фторид MoF 6 , при хлорировании образуется MoCl 5 . Серой молибден окисляется до дисульфида MoS 2 . С азотом и углеродом он образует высокотвердые и жаропрочные нитриды (Mo 2 N, Mo 5 N 2 , MoN и др.) и карбиды (Mo 2 C, MoC и т.д.).
Mo + 3F 2 = MoF 6 ;
2Mo + 5Cl 2 = 2MoCl 5 ;
2Mo + 3O 2 = 2MoO 3 ;
Mo + 2S = MoS 2 .
Примеры решения задач
ПРИМЕР 1
ПРИМЕР 2
| Задание | Плотность простого вещества газа азота по воздуху равна 0,9655. Вычислите молярную массу азота и его формулу. |
| Решение | Отношение массы данного газа к массе другого газа, взятого в том же объеме, при той же температуре и том же давлении, называется относительной плотностью первого газа по второму. Данная величина показывает, во сколько раз первый газ тяжелее или легче второго газа.
Молярная масса газа равна его плотности по отношению к другому газу, умноженной на молярную массу второго газа: Относительную молекулярную массу воздуха принимают равной 29 (с учетом содержания в воздухе азота, кислорода и других газов). Следует отметить, что понятие «относительная молекулярная масса воздуха» употребляется условно, так как воздух - это смесь газов. Тогда, молярная масса газа азота будет равна: M gas = D air × M(air) = 0,9655× 29 = 28г/моль. Относительная атомная масса азота равна 14,0067а.е.м. Тогда, в состав молекулы азота входит M gas /A r (N) атомов азота: M gas / A r (N) = 28 / 14,0067= 2. Значит формула молекулы азота N 2 . |
| Ответ | Молярная масса азота равна 28 г/моль, а формула молекулы азота N 2 |
Молибден
МОЛИБДЕ́Н [дэ́], -а; м. [лат. Molybdaenum] Химический элемент (Mo), твёрдый тугоплавкий металл с серебристо-белым блеском (применяется в электротехнической промышленности и в виде сплавов в машиностроении). Проволока из молибдена.
◁ Молибде́новый, -ая, -ое. М-ые руды. М-ая сталь. М-ая проволока.
молибде́н(лат. Molybdaenum), химический элемент VI группы периодической системы. Название от греческого mólybdos - свинец (по сходству минералов Mo и Pb). Светло-серый металл, плотность 10,2 г/см 3 , t пл 2623°C. Химически стоек (на воздухе окисляется при температуре выше 400°C). Главный минерал - молибденит. Более 75% молибдена применяют для легирования чугунов и сталей, используемых в авиа- и автомобилестроении, при изготовлении лопаток турбин и др. Весьма перспективны жаропрочные (для реактивных двигателей) и кислотоупорные (аппараты химической промышленности) сплавы; так, сплав Fe-Ni-Мо стоек ко всем кислотам (кроме HF) до 100°C. Важный конструкционный материал в производстве нитей для электрических ламп и катодов для электровакуумных приборов. Оксиды МоО 2 , МоО 3 - катализаторы нефтехимических и других процессов.
МОЛИБДЕНМОЛИБДЕ́Н (лат. Molibdaenum), Mo (читается «молибден»), химический элемент с атомным номером 42, атомная масса 95,94. Природный молибден состоит из семи стабильных изотопов: 92 Мо (15,86% по массе), 94 Мо (9,12%), 95 Мо (15,70), 96 Мо (16,50%), 97 Мо (9,45%), 98 Мо (23,75) и 100 Мо (9,62% по массе). Конфигурация двух внешних электронных слоев 4s
2
p
6
d
5
5s
1
.
Степени окисления от +2 (валентность II) до +6 (VI) - наиболее характерна. Расположен в группе VIВ в 5 периоде периодической системы элементов.
Радиус атома 0,140 нм, радиус иона Mо 3+ - 0,083 нм, иона Mо 4+ - 0,079 нм, иона Мо 5+ - 0,075 нм, иона Мо 6+ - от 0,055 нм (координационное число 4) до 0,087 (7). Энергии последовательной ионизации 7,10, 16,15, 27,13, 40,53, 55,6 и 71,7 эВ. Работа выхода электрона 4,3 эВ. Электроотрицательность по Полингу (см.
ПОЛИНГ Лайнус)
1,8.
История открытия
Открыт в 1778 шведским химиком К. Шееле (см.
ШЕЕЛЕ Карл Вильгельм)
, который прокаливая молибденовую кислоту, получил оксид МоО 3 . Восстановив его углем, он получил молибден. Этот металл был загрязнен углем и карбидом молибдена. Чистый молибден в 1817 получил Й. Берцелиус (см.
БЕРЦЕЛИУС Йенс Якоб)
. Название элемента происходит от греч. «молюбдос» - свинец, так как минерал - молибденовый блеск - внешне похож на свинец и его минерал - свинцовый блеск
Нахождение в природе
Содержание в земной коре 3·10 -4 % по массе. В свободном виде молибден не встречается. Известно около 20 минералов молибдена. Важнейшие из них: молибденит (см.
МОЛИБДЕНИТ)
МоS 2 , повеллит (см.
ПОВЕЛЛИТ)
СаМоО 4 , молибдит Fe(MoO 4) 3 .nH 2 O и вульфенит (см.
ВУЛЬФЕНИТ)
PbMoO 4 .
Получение
Промышленное получение молибдена начинается с обогащения руд флотационным методом. Полученный концентрат обжигают до образования оксида МоО 3:
2МоS 2 + 7O 2 = 2MoO 3 + 4SO 2 ,
который подвергают дополнительной очистке. Далее МоО 3 восстанавливают H 2 . Полученные заготовки обрабатывают давлением (ковка, прокатка, протяжка).
Физические и химические свойства
Молибден - светло-серый металл с кубической объемно центрированной решеткой типа a-Fe, а
= 0,314 нм. Температура плавления 2623°C, кипения 4800°C, плотность 10,2 кг/дм 3 . Парамагнитен. Механические свойства определяются чистотой металла и предшествующей механической и термической обработкой.
При комнатной температуре на воздухе Mo устойчив. Начинает окисляться при 400°C. Выше 600°C быстро окисляется до триоксида МоО 3 . Этот оксид получают также окислением дисульфида молибдена МоS 2 и термолизом молибдата аммония (NH 4) 6 Mo 7 O 24 .4H 2 O.
Мо имеет оксид молибдена (IV) МоО 2 и ряд оксидов, промежуточных между МоО 3 и МоО 2 .
С галогенами (см.
ГАЛОГЕНЫ)
Mo образует ряд соединений в разных степенях окисления. При взаимодействии порошка молибдена или МоО 3 с F 2 получают гексафторид молибдена МоF 6 , бесцветную легкокипящую жидкость.
Mo (+4 и +5) образует твердые галогениды МоHal 4 и МоHal 5 (Hal = F, Cl, Br). С иодом известен только дииодид молибдена MoI 2 .
Mo образует оксигалогениды: MoOF 4 , MoOCl 4 , MoO 2 F 2 , MoO 2 Cl 2 , MoO 2 Br 2 , MoOBr 3 и другие.
При нагревании молибдена с серой (см.
СЕРА)
образуется дисульфид молибдена МоS 2 , с селеном (см.
СЕЛЕН)
- диселенид молибдена состава MoSe 2 . Известны карбиды молибдена Mo 2 C и MoC - кристаллические высокоплавкие вещества и силицид молибдена МоSi 2 .
Особая группа соединений молибдена - молибденовые сини (см.
МОЛИБДАТЫ)
. При действии сернистого газа, цинковой пыли, алюминия или других восстановителей на слабокислые (рН 4) суспензии оксида молибдена образуются ярко-синие вещества переменного состава: Мо 2 О 5 ·Н 2 О, Мо 4 О 11 ·Н 2 О и Мо 8 О 23 ·8Н 2 О.
Mo образует молибдаты, соли не выделенных в свободном состоянии слабых молибденовых кислот, х
Н 2 О·у
МоО 3 (парамолибдат аммония 3(NH 4) 2 O·7MoO 3 ·z
H 2 O; СаМоО 4 , Fe 2 (МоО 4) 3 - встречаются в природе). Молибдаты металлов I и III групп содержат тетраэдрические группировки [МоО 4 ].
При подкислении водных растворов нормальных молибдатов образуются ионы MoO 3 OH – , затем ионы полимолибдатов: гепта-, (пара-) Мо 7 О 26 6- , тетра-(мета-) Мо 4 О 13 2- , окта- Мо 8 О 26 4- и другие. Безводные полимолибдаты синтезируют спеканием МоО 3 с оксидами металлов.
Существуют двойные молибдаты, в состав которых входят сразу два катиона, например, М +1 М +3 (МоО 4) 2 , М +1 5 М +3 (МоО 4) 4 . Оксидные соединения, содержащие молибден в низших степенях окисления - молибденовые бронзы, например, красная K 0,26 MoO 3 и синяя К 0,28 МоО 3 . Эти соединения обладают металлической проводимостью и полупроводниковыми свойствами.
Применение
Молибден используется для легирования сталей, как компонент жаропрочных и коррозионно стойких сплавов. Молибденовая проволока (лента) служит для изготовления нагревателей для высокотемпературных печей, вводов электрического тока в лампочках. Соединения молибдена - сульфид, оксиды, молибдаты - являются катализаторами химических реакций, пигментами красителей, компонентами глазурей. Гексафторид молибдена применяется при нанесении металлического Mo на различные материалы МоSi 2 используется как твердая высокотемпературная смазка. Mo входит в состав микроудобрений. Радиоактивные изотопы 93 Mo (T 1/2 6,95 ч) и 99 Mo (T 1/2 66 ч) - изотопные индикаторы.
Физиологическое значение
Микроколичества Mo необходимы для нормального развития растений.
Энциклопедический словарь . 2009 .
Синонимы :Смотреть что такое "молибден" в других словарях:
- (греч. molibdaine, от molybdos свинец). Беловатый металл, встречающийся в молибдените, в соединении с серою. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. МОЛИБДЕН блестящий хрупкий металл; уд. в. = 9,01; раствор … Словарь иностранных слов русского языка
МОЛИБДЕН - МОЛИБДЕН, хим. элемент, симв. Mo, порядковый номер 42, ат. вес 96,0; стоит в 6 й группе периодической системы. Природные соединения М.: молибденовый блеск MoS2 и желтая свинцовая руда РЬМо04. Получается М. из MoS2 обжиганием и последующим… … Большая медицинская энциклопедия
- (символ Мо), серебристо белый ПЕРЕХОДНЫЙ ХИМИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ, металл, впервые открытый в 1778 г. Добывается из руд, содержащих МОЛИБДЕНИТ (МоS2). Концентрированный минерал обжигается для получения триоксида молибдена, который смешивается с железом … Научно-технический энциклопедический словарь
- (латинское Molybdaenum), Mo, химический элемент VI группы периодической системы, атомный номер 42, атомная масса 95,94; металл, tпл 2623 шC. Молибден используют для легирования сталей, как компонент жаропрочных сплавов в авиационной, ракетной и… … Современная энциклопедия
Mo (лат. Molybdaenum, от греч. molybdos свинец * a. molybdenum; н. Molybdan; ф. molybdene; и. molibdeno), хим. элемент VI группы периодич. системы Менделеева, ат. н. 42, ат. м. 95,94. B природном M. семь стабильных изотопов; 92Mo (15,86%) … Геологическая энциклопедия
Молибден - (латинское Molybdaenum), Mo, химический элемент VI группы периодической системы, атомный номер 42, атомная масса 95,94; металл, tпл 2623 °C. Молибден используют для легирования сталей, как компонент жаропрочных сплавов в авиационной, ракетной и… … Иллюстрированный энциклопедический словарь
- (Molybdenum), Mo, хим. элемент побочной подгруппы VI группы нериодич. системы элементов, ат. номер 42, ат. масса 95,94. В природе представлен 7 стабильными изотопами: 92Mo (14,84%), 94Mo (9,25%), 95Mo (15,92%), 96Mo(16,68%), 97Mo (9,55%), 98Mo… … Физическая энциклопедия
Сущ., кол во синонимов: 2 металл (86) элемент (159) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Молибден - сорок второй элемент Периодической таблицы. Обозначение - Mo от латинского «molybdaeum». Расположен в пятом периоде, VIB группе. Относится к металлам. Заряд ядра равен 42.
Главным природным соединением молибдена является молибденит, или молибденовый блеск, MoS 2 - минерал, очень похожий по внешнему виду на графит. Общее содержание молибдена в земной коре 0,001% (масс.).
В виде простого вещества молибден представляет собой серебристо-белый металл (рис. 1) плотностью 10,2 г/см 3 , плавящийся при 2620 o С. При комнатной температуре он не изменяется на воздухе, но при накаливании окисляется в белый триоксид MoO 3 . Соляная и разбавленная серная кислота при комнатной температуре не действуют на молибден; он растворяется в азотной или горячей концентрированной серной кислоте.
Рис. 1. Молибден. Внешний вид.
Атомная и молекулярная масса молибдена
Относительной молекулярная масса вещества (M r) - это число, показывающее, во сколько раз масса данной молекулы больше 1/12 массы атома углерода, а относительная атомная масса элемента (A r) — во сколько раз средняя масса атомов химического элемента больше 1/12 массы атома углерода.
Поскольку в свободном состоянии молибден существует в виде одноатомных молекул Мо, значения его атомной и молекулярной масс совпадают. Они равны 95,96.
Изотопы молибдена
Известно, что в природе молибден может находиться в виде пяти шести стабильных изотопов 92 Мо, 94 Мо, 95 Мо, 96 Мо, 97 Мо и 98 Мо. Их массовые числа равны 92, 94, 95, 96, 97 и 98 соответственно. Ядро атома изотопа молибдена 92 Мо содержит сорок два протона и пятьдесят нейтронов, а остальные изотопы отличаются от него только числом нейтронов.
Существуют искусственные нестабильные изотопы молибдена с массовыми числами от 83-х до 115-ти, а также восемь изомерных состояния ядер, среди которых наиболее долгоживущим является изотоп 93 Мо с периодом полураспада равным 4 тысячи лет.
Ионы молибдена
На внешнем энергетическом уровне атома молибдена имеется шесть электронов, которые являются валентными:
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 4 5s 2 .
В результате химического взаимодействия молибден отдает свои валентные электроны, т.е. является их донором, и превращается в положительно заряженный ион:
Мо o -2e → Мо 2+ ;
Мо o -3e → Мо 3+ ;
Мо o -4e → Мо 4+ ;
Мо o -5e → Мо 5+ ;
Мо o -6e → Мо 6+ .
Молекула и атом молибдена
В свободном состоянии молибден существует в виде одноатомных молекул Мо. Приведем некоторые свойства, характеризующие атом и молекулу молибдена:
Сплавы молибдена
Около 80% всего добываемого молибдена расходуется на производство специальных сортов стали. Он входит в состав многих нержавеющих сталей; кроме того, его введение способствует увеличению их жаропрочности.
Из сплава молибдена с танталом изготавливают лабораторную посуду, применяемую в химических лабораториях вместо платиновой.
Примеры решения задач
ПРИМЕР 1
| Задание | Рассчитайте массовые доли элементов, входящих в состав оксида молибдена, если его молекулярная формула имеет вид Мо 2 O 3 . |
| Решение | Массовая доля элемента в составе какой-либо молекулы определяется по формуле:
ω (Х) = n × Ar (X) / Mr (HX) × 100%. |
К открытию молибдена причастны трое ученых: сначала швед Карл Шееле из молибденовой кислоты получил оксид MoO 3 (1778 г.), затем француз П. Гьельм восстановил его углем и получил металл с примесями (1782 г.), а после Й. Берцелиус добился получения чистого молибдена в результате соединения оксида и водорода.
Добывают молибден по всей планете, поскольку он относительно равномерно распределен как по земной коре, так и в водах океанов. Этот элемент находится и в угле, и в нефти, но наибольшее его количество – в полевых шпатах.
Молибден: физические свойства
Внешне молибден представляет собой металл традиционной светло-серой окраски. Он относится к категории тугоплавких, однако более чистый он становится более мягким. Главные характеристики молибдена:
- плотность (н. у.) – 10,22 г/см³
- температура плавления – 2620°C (2890 K)
- температура кипения – 4639°C (4885 K)
- теплопроводность при 300 K – 138 Вт/(м·К)
Молибден: химические свойства
Элемент Mo устойчив до уровня в 400°C, после которого он окисляется. На сегодня получены несколько оксидов молибдена, включая триоксид МоО 3 , оксид молибдена (IV) МоО 2 и др. Также существуют карбиды – Mo 2 C и MoC, представляющие собой кристаллические высокоплавкие вещества.
Молибден присутствует в более чем 20 видов минералов. Самыми распространенными можно считать:
- >молибденит - MoS 2
- молибдит - Fe(MoO 4) 3 ·nH 2 O
- вульфенит - PbMoO 4
- повеллит - СаМоО 4
Молибден: где применяется
Повсеместная добыча молибдена в мире обусловлена, прежде всего, нуждами мировой металлургии. Этот металл выступает в качестве легирующего компонента для большинства коррозионностойких и жаропрочных сталей. Кроме того, он незаменим для придания металлу повышенных прочностных характеристик и повышения вязкости. Не обходятся без молибдена и производители электрических лампочек и высокотемпературных печей. Химическая промышленность применяет Mo и его соединения в качестве катализаторов химических реакций, пигментов для красителей и пр.
Еще одной сферой применения молибдена является медицина: чистый Mo помогает врачам диагностировать онкологические заболевания. Этот же элемент можно обнаружить в составе материала для зеркал мощных газодинамических лазеров.
Биологическая роль
Молибден нельзя назвать распространенным элементом, однако он присутствует в каждом человеческом организме. Более того, нехватка Mo в теле человека способна нарушить важнейшие биологические процессы, вызвав тем самым серьезные заболевания. Известно, что наибольшая концентрация молибдена присутствует в следующих продуктах: в молоке, печени, злаковых, бобовых, листовых овощах.
Справочники
