Физические свойства молибдена и химические свойства молибдена

Применение молибдена и его свойства

Благодаря свойствам применение молибдена в промышленности широко распространено в России и мире. Металлургия, авиационная промышленность, машиностроение, сельское хозяйство — это не весь список, где применяют этот стратегический металл. Он настолько восстребован, что цена молибдена неуклонно растет год от года.

Характеристика материала

Физические свойства. Молибден – редкоземельный металл серого цвета, внешне похож на свинец. Температура плавления 2619 ºС. Отличается повышенной пластичностью. Модуль Юнга 336 ГПа, что в 1,5 раза больше, чем у стали. Плотность составляет 10,2 гсм3. Самым жаростойким металлом считается вольфрам. Но касаемо удельной жаропрочности при температурах до 1400 ºС, молибден не имеет конкурентов. Молибден имеет низкое значение коэффициента линейного расширения. При изменении температуры на 1000 ºС, его размер увеличится всего на 0,0049 мм.

Теплопроводность составляет 300 Втм К. Электросопротивление 5,6 мкОМ см. После предварительной механической и термической обработок прочность металла может составлять 20-23 кгмм2. Обладает парамагнитными свойствами.

Среди недостатков отметим низкую пластичность при температурах ниже -30 ºС.

Химические свойства. Молибден полностью устойчив к воздействию окружающей среды в обычных атмосферных условиях. Процесс окисления начинается при 420 ºС, образуя соединение низкой твердости оксид молибдена.

Молибден инертен к водороду при температуре до 2620 ºС. Нейтрален к таким элементам как углерод, фтор, кремний, азот, сера. Молибден не вступает в химические реакции с основными видами кислот: соляная, серная, азотная, фтористая.

Технологические свойства. В условиях комнатной температуры молибденовый круг радиусом 5 мм может быть завязан в узел без использования специального оборудования или быть раскатанным до толщины 0,1 мм. Такая податливость металла способствует получению разных видов профильного проката.

Молибден хорошо обрабатывается методом резания при условии применения смазочно-охлаждающей жидкости на основе серы.

Молибден не выделяется качеством сварных швов. Относится к 3 группе свариваемости. Процесс сварки осуществляется дуговым методом. Для придания сварным соединениям большей пластичности зона контакта должна находиться в среде защитных газов. Предпочтение здесь отдается гелию или аргону.

Биологические свойства. Молибден содержится в организме человека в пределах 8-10 мг. Прежде всего, он влияет на протекание анаболических процессов. Усиливает воздействие витамина С, тем самым способствует усилению иммунной системы. Молибден является регулятором меди, предотвращает ее накапливание в крови.

Молибденовые сплавы имеют характерную особенность химического состава – низкий процент содержания легирующих элементов. Только двухкомпонентные твердые растворы имеют значительный процент вольфрама в своем составе (до 50%).

Основными отечественными марками молибденового сплава являются:

• Молибденовый сплав ЦМ-2А. Легирующими добавками служат титан (0,07-03%) и цирконий (0,07-0,15%). Помимо данных элементов может включать карбидные фазы (до 0,004%). Предел прочности составляет 30 кгмм2. Значительно падает после прохождения температурного порога в 1200 С. Основные преимущества сплава – технологичность и пластичность, которые дают возможность получения из него производственных полуфабрикатов.
• Молибденовый сплав ВМ-1 значительно не отличается от вышеописанного сплава. Имеет аналогичные показатели как химических, так и механических свойств.
• Молибденовый ВМ-2 имеет в своем составе больший процент циркония, делая его более жаростойким. Это позволяет ему выдерживать температуры в 1300-1400 С окружающей среды. Обладает пределом прочности 48 кгмм2, в 1,6 раза выше чем у ЦМ-2А.
• Дополнительное легирование молибденового сплава ВМ-3 титаном (1,3%), цирконием (0,6%), ниобием (1,8%) приводит к дальнейшему увеличению жаропрочности. Выдерживает нагрузки до 27 кгмм2 при температуре до 1360 С. Однако ВМ-3 имеет пониженный уровень пластичности. Это делает его менее технологичным и ограничивает применение в производстве.

Варианты применения молибдена

Как жаро- и коррозионностойкий материал используется при производстве самых нагруженных частей механизмов и конструкций разного рода промышленности. Среди его основного назначения следует отметить:

• Применение в авиационной промышленности при изготовлении всевозможных узлов турбовинтовых реактивных двигателей: воздухозаборники, лопатки турбин и прочее.
• Ракетно-космическая отрасль применяет молибден при производстве отдельных деталей летательных агрегатов: носовые обтекатели, теплоотражатели, рули, сотовые панели, обшивка и т.д. Происходит это по причине соотношения жаропрочности и плотности. Хотя молибден и уступает абсолютной жаростойкости вольфраму, он опережает его в удельной. Поэтому при температуре ниже 1350 выгоднее применять молибден, т.к. существенно снижается масса конструкции.
• Применение в металлургии в качестве легирующей добавки. Молибден размельчает зернистую структуру стали, тем самым упрочняя ее. Помимо этого, происходит увеличение сопротивление коррозии, прокаливаемости и твердости. Добавление в сталь 0,3% молибдена повышает ее прочность в 3 раза.
• В электротехнике применяют при изготовлении державок нитей вольфрама в лампах накаливания. Такое использование связано с обладанием молибдена свойствами сохранения линейных размеров при повышенных температурах.
• В машиностроении молибден используют как материал для обойм подшипников скольжения и шариков подшипников качения. Наконечников режущего инструмента: зенкеров, сверл, токарных резцов, фрез.
• Молибденовые электроды применяют в электропечах для расплавки стекла, по причине того, что металл не вступает в химические реакции с оксидом кремния.
• Сульфиды молибдена служат высокотемпературной смазкой в ответственных узлах, работающих на трение.
• В теплотехнике используют как материал для нагревателей и теплоизоляции вакуумных печей.
• В медицине молибден является сырьем в производстве технеция, который служит средством диагностирования злокачественных опухолей.
• В сельском хозяйстве молибден добавляется в состав удобрений. Доказано, что молибден увеличивает рост растений.

Его даже добавляют в машинное масло, благодаря антикоррозионным свойствам. Например, его можно найти в масле вязкостью 10W40.

Виды лома

Молибденсодержащие отходы нормируются ГОСТом 1639-93. Согласно ему, молибденовый лом подразделяется на:

• Чистый молибден в виде кусков труб, стержней, прутков, плит, пластин и прочее. Содержание металла не ниже 99%. На рынке редкоземельных металлов города Москва данный тип лома – самый выгодный в цене.
• Кусковые отходы с засоренностью 2% и массой не меньше 20 г.
• Остатки электродов, детали электровакуумных печей, рентгеновские трубки, элементы электронагревателя с содержанием металла до 95%.
• Наименование аналогично предыдущему пункту, но количество молибдена составляет 98%.
• Проволока и стружка. Молибден 90%.
• Порошковый молибден с содержанием посторонних примесей не более 5%.
• Пасты, высевки и другие соединения на основе молибдена. Чистый металл 75%.

Данное разделение носит условный характер. Более подробные сведения можно получить непосредственно в пунктах приема металлолома города Москва или другом регионе России.

Физические свойства молибдена и химические свойства молибдена

Молибден, как и вольфрам, в периодической системе элементов Д. И. Менделеева расположен в VI группе, но в 5-м периоде. Наиболее характерно для него шестивалентное состояние, хотя известны соединения, в которых молибден имеет другие валентности. Его порядковый номер 42; атомная масса 95,95; плотность при комнатной температуре 10200 кг/м3. Молибден относится к тугоплавким металлам, является переходным элементом. Он плавится при 2620±10°С и кипит примерно при 4800 °С.

Молибден и его сплавы отличаются также высоким модулем упругости, малым температурным коэффициентом расширения, хорошей термостойкостью, малым сечением захвата тепловых нейтронов. Электропроводность молибдена ниже, чем у меди, но выше, чем у железа. По механической прочности он несколько уступает вольфраму, но легче поддается обработке давлением.

Физические и механические свойства молибдена

Химические свойства молибдена

Достоинстава / недостатки молибдена

имеет высокую точку плавления, а следовательно — жаропрочность;

т.к. плотность молибдена (10200 кг/м3) почти в два раза меньше плотности вольфрама (19300 кг/м3), то сплавы на основе молибдена обладают значительно большей удельной прочностью (при температурах ниже 1370 °С);

молибден имеет высокий модуль упругости;

малый температурный коэффицйент расширения;

обладает хорошей термостойкостью;

малое сечение захвата тепловых нейтронов;

для молибдена характерна высокая коррозионная стойкость. Данный металл устойчив в большей части щелочных растворов, а также в серной, соляной и плавиковой кислотах при разных температурах и концентрациях.

молибден обладает небольшой окалийностью;

высокая хрупкость сварных швов;

малая пластичность при низких температурах;

упрочнение молибдена нагартовкой можно использовать лишь до 700-800 °С, при более высоких температурах происходит разупрочнение из-за возврата.

Молибден применяют в качестве легирующей добавки к различным сплавам, в том числе к высококачественным сталям. Молибден и молибденовые сплавы используются в деталях, длительно работающих в вакууме до 1800°С (в соплах ракет и в электровакуумных приборах), как конструкционный материал в энергетических ядерных реакторах, для изготовления оборудования, работающего в агрессивных средах. Молибденовая проволока и молибденовая лента служит для изготовления высокотемпературных печей, вводов электрического тока в лампочках.

Молибден и его сплавы относятся к тугоплавким материалам. Для изготовления обшивки головных частей ракет и самолетов тугоплавкие металлы н сплавы на их основе используют в двух вариантах. В одном из вариантов эти металлы служат лишь тепловыми экранами, которые отделены от основного конструкцнонного материала теплоизоляцией. Во втором случае тугоплавкие металлы и их сплавы служат основным конструкционным материалом. Молибден занимает второе место после вольфрама и его сплавов по прочностным свойствам. Однако, по удельной прочности при температурах ниже 1350-1450°С молибден и его сплавы занимают первое место. Таким образом, наибольшее распространение для изготовлеиия обшивки и элементов каркаса ракет и сверхзвуковых самолетов получают молибден и ниобий и их сплавы, обладающие большей удельной прочностью до 1370°С по сравненню с танталом, вольфрамом и сплавами на их основе.

Из молибдена изготовляют сотовые панели космических летательных аппаратов, теплообменники, оболочки возвращающихся на землю ракет и капсул, тепловые экраны, обшивку кромок крыльев и стабилизаторы в сверхзвуковых самолетах. В очень тяжелых условиях работают некоторые детали прямоточиых ракетных и турбореактивных двигателей (лопатки турбин, хвостовые юбки, заслонки форсунок, сопла ракетных двигателей, поверхности управления в ракетах с твердым топливом). При этом от материала требуется не только высокое сопротивление окислению и газовой эрозии, но и высокая длительная прочность и сопротивление удару. При температурах ниже 1370°С для изготовления данных деталей используют молибден и его сплавы.

Молибден — перспективный материал для оборудования, работающего в среде серной, соляной и фосфорной кислот. В связи с высокой стойкостью молибдена в расплавленном стекле его широко используют в стекольной промышленности, в частности для изготовления электродов для плавки стекла. В настояшее время из молибдеповых сплавов изготовляют прессформы и стержни машин для литья под давлением алюминиевых, цинковых и медных сплавов. Высокая прочность и твердость сплавов молибдена при повышенных температурах обусловили их применение в качестве инструмента при горячей обработке сталей и сплавов давлением (оправки прошивных станов, матрицы, прессштемпели).

Молибден существенно улучшает свойства сталей. Присадка молибдена значительно повышает их прокаливаемость. Небольшие добавки Mo (0,15-0,8 %) в конструкционные стали настолько увеличивают их прочность, вязкость и коррозионную стойкость, что они используются при изготовлении самых ответственных деталей и изделий. Для повышения твердости молибден вводят в сплавы кобальта и хрома (стеллиты), которые применяют для наплавки кромок деталей из обычной стали, работающих на износ (истирание).Также он входит в состав ряда жаростойких и кислотоупорных сплавов на основе никеля, кобальта и хрома.

В чистом виде молибден применяют в виде ленты или проволоки, в качестве нагревательных элементов электропечей, работающих в атмосфере водорода при температурах до 1600°С. Молибденовая проволока и жесть широко используются в радиоэлектронной промышленности и рентгенотехнике для изготовления различных деталей электронных ламп, рентгеновских трубок и других вакуумных приборов.

Соединения молибдена — сульфид, оксиды, молибдаты — являются катализаторами химических реакций, пигментами красителей, компонентами глазурей. Также молибден как микродобавка входит в состав удобрений. Гексафторид молибдена применяется при нанесении металлического молибдена на различные материалы. МоSi2 используется как твердая высокотемпературная смазка. Чистый монокристаллический молибден используется для производства зеркал для мощных газодинамических лазеров. Теллурид молибдена является очень хорошим термоэлектрическим материалом для производства термоэлектрогенераторов (термо-э.д.с 780 мкВ/К). Трехокись молибдена(молибденовый ангидрид) широко применяется в качестве положительного электрода в литиевых источниках тока.

Также находят применение и химические соединения молибдена. Дисульфид MoS2 и диселенид МоSе2 молибдена используют в качестве смазки трущихся деталей, работающих при температурах от -45 до +400°С. В лакокрасочной и легкой промышленности для изготовления красок и лаков и для окраски тканей и мехов в качестве пигментов применяют ряд химических соединений Mo.

Содержание в соединениях тугоплавких металлов в %

Молибден

Открытие химического элемента молибдена, местоположение в периодической системе. Нахождение минерала в природе, его физические и химические свойства. Применение молибдена для легирования сталей и как компонента жаропрочных и коррозионностойких сплавов.

Выполнила: Силкина Р.Ю.

Ученица 9 б класса

• 1. История открытия молибдена
  • 2. Местоположение в периодической системе
    • 3. Нахождение минерала в природе
• 4. Физические и химические свойства
  • 5. Применение
  • Вывод
  • 1. История открытия молибдена
  • История открытия химического элемента молибдена не очень-то и богата событиями. Молибден является малораспространенным химическим элементом. Но открыт он был сравнительно рано, а точнее, в 1778 году. В то время аналитическая химия только начала вступать в эпоху зрелости. Первоначально молибден был выделен в виде оксида. Интересным в истории является то, что название молибден появилось задолго до его открытия. Происходит название от наименований минералов свинцового блеска (молибден) и металлического свинца (молибдос). Свинец и минерал свинцовый блеск были очень похожи друг на друга. В природе встречался еще минерал, который был сильно похож на них. Это молибденовый блеск, соединение молибдена с серой (сульфид молибдена).
  • Молибденат
  • Шведский минеролог А.Кронштедт изучая эти минералы, выявил между ними различия. Он считал что молибденовый блеск отличается от свинцового блеска и свинца, проявляя самобытность.
  • Исследования по молибденовому блеску попали к К.Шееле. Он то и осуществил более строгий анализ молибденовой руды. К.Шееле обработал руду концентрированной азотной кислотой. В результате взаимодействия образовалась объемная масса белого цвета, которую химик назвал белой землей. Он назвал эту массу молибденовой кислотой., которую он впоследствии прокалил и получил оксид нового химического элемента
  • К.Шееле
  • Шееле также предложил способ получения чистого металла взаимодействием оксида молибдена с углем. Но сам он не провел данную реакцию, а предложил провести её своему другу и соратнику по науке П.Гильема. Он то и получил впервые металл молибден, но тот оказался сильно загрязненным углеродом и карбидом металла. Чистый же молибден удалось получитьв 1817 году шведскому химику И. Берцеллиусу.
  • 2. Местоположение в периодической системе
  • Элемент побочной подгруппы шестой группы пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, атомный номер 42. Обозначается символом Mo (лат. Molybdaenum). Простое вещество молибден (CAS-номер: 7439-98-7) — переходный металл светло-серого цвета.
  • 3. Нахождение минерала в природе
  • Содержание в земной коре 3*10?4% по массе. В свободном виде молибден не встречается. В земной коре молибден распространён относительно равномерно. Меньше всего содержат молибдена ультраосновные и карбонатные породы (0,4 — 0,5 г/т). Концентрация молибдена в породах повышается по мере увеличения SiO2. Молибден находится также в морской и речной воде, в золе растений, в углях и нефти. Содержание молибдена в морской воде колеблется от 8,9 до 12,2 мкг/л[2] для разных океанов и акваторий. Общим является то, что воды вблизи берега и верхние слои меньше обогащены молибденом, чем воды на глубине и вдали от берега. Наиболее высокие концентрации молибдена в породах связаны с акцессорными минералами (магнетит, ильменит, сфен), однако основная масса его заключена в полевых шпатах и меньше в кварце. Молибден в породах находится в следующих формах: молибдатной и сульфидной в виде микроскопических и субмикроскопических выделений, изоморфной и рассеянной (в породообразующих минералах). Молибден обладает большим сродством с серой, чем с кислородом, и в рудных телах образуется сульфид четырёхвалентного молибдена — молибденит. Для кристаллизации молибденита наиболее благоприятны восстановительная среда и повышенная кислотность. В поверхностных условиях образуются преимущественно кислородные соединения Мо6+. В первичных рудах молибденит встречается в ассоциации с вольфрамитом и висмутином, с минералами меди (медно-порфировые руды), а также с галенитом, сфалеритом и урановой смолкой (в низкотемпературных гидротермальных месторождениях). Хотя молибденит считается устойчивым сульфидом по отношению к кислым и щелочным растворителям, в природных условиях при длительном воздействии воды и кислорода воздуха молибденит окисляется и молибден может интенсивно мигрировать с образованием вторичных минералов. Этим можно объяснить повышенные концентрации молибдена в осадочных отложениях — углистых и кремнисто-углистых сланцах и углях.
  • Известно около 20 минералов молибдена. Важнейшие из них: молибденит MoS2 (60 % Mo), повеллит СаМоО4 (48 % Мо),молибдит Fe(MoO4)3*npO (60 % Mo) и вульфенит PbMoO4.
  • 4. Физические и химические свойства
  • Физические свойства
  • Молибден — светло-серый металл с кубической объёмноцентрированной решёткой типа б-Fe (a = 3,14 Е; z = 2;пространственная группа Im3m), парамагнитен, шкала Мооса определяет его твердость 4.5 баллами[5]. Механические свойства, как и у большинства металлов, определяются чистотой металла и предшествующей механической и термической обработкой (чем чище металл, тем он мягче). Обладает крайне низким коэффициентом теплового расширения. Молибден является тугоплавким металлом c температурой плавления 2620 °C и температурой кипения — 4639 °C.
  • Химические свойства
  • При комнатной температуре на воздухе молибден устойчив. Начинает окисляться при 400 °C. Выше 600 °C быстро окисляется до триоксида МоО3. Этот оксид получают также окислением дисульфида молибдена MoS2 и термолизом молибдата аммония (NH4)6Mo7O24*4pO.
  • Мо образует оксид молибдена (IV) МоО2 и ряд оксидов, промежуточных между МоО3 и МоО2.
  • С галогенами Mo образует ряд соединений в разных степенях окисления. При взаимодействии порошка молибдена или МоО3 сF2 получают гексафторид молибдена MoF6, бесцветную легкокипящую жидкость. Mo (+4 и +5) образует твердые галогениды MoHal4 и MoHal5 (Hal = F, Cl, Br). С иодом известен только дийодид молибдена MoI2. Молибден образует оксигалогениды: MoOF4, MoOCl4, MoO2F2, MoO2Cl2, MoO2Br2, MoOBr3 и другие.
  • При нагревании молибдена с серой образуется дисульфид молибдена MoS2, с селеном — диселенид молибдена состава MoSe2. Известны карбиды молибдена Mo2C и MoC — кристаллические высокоплавкие вещества и силицид молибдена MoSi2.
  • Особая группа соединений молибдена — молибденовые сини. При действии восстановителей — сернистого газа, цинковойпыли, алюминия или других на слабокислые (рН=4) суспензии оксида молибдена образуются ярко-синие вещества переменного состава: Мо2О5*Н2О, Мо4О11*Н2О и Мо8О23*8Н2О.
  • Mo образует молибдаты, соли не выделенных в свободном состоянии слабых молибденовых кислот, хН2О* уМоО3(парамолибдат аммония 3(NH4)2O*7MoO3*zpO; СаМоО4, Fe2(МоО4)3 — встречаются в природе). Молибдаты металлов I и III групп содержат тетраэдрические группировки [МоО4].
  • При подкислении водных растворов нормальных молибдатов образуются ионы MoO3OH?, затем ионы полимолибдатов: гепта-, (пара-) Мо7О266?, тетра-(мета-) Мо4О132?, окта- Мо8О264? и другие. Безводные полимолибдаты синтезируют спеканием МоО3 соксидами металлов.
  • Существуют двойные молибдаты, в состав которых входят сразу два катиона, например, М+1М+3(МоО4)2, М+15М+3(МоО4)4. Оксидные соединения, содержащие молибден в низших степенях окисления — молибденовые бронзы, например, красная K0,26MoO3 и синяя К0,28МоО3. Эти соединения обладают металлической проводимостью и полупроводниковыми свойствами
  • 5. Применение
  • химический молибден минерал сталь
  • Молибден используется для легирования сталей, как компонент жаропрочных и коррозионностойких сплавов. Молибденовая проволока (лента) служит для изготовления 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,MoS2 используется как твердая высокотемпературная смазка. Mo входит в состав микроудобрений. Радиоактивные изотопы93Mo (T1/2 6,95ч) и 99Mo (T1/2 66ч) — изотопные индикаторы.
  • Молибден — один из немногих легирующих элементов, способных одновременно повысить прочностные, вязкие свойства стали и коррозионную стойкость. Обычно при легировании одновременно с увеличением прочности растет и хрупкость металла. Известны случаи использования молибдена при изготовлении в Японии холодного оружия в XI—XIII вв[6].
  • Молибден-99 используется для получения технеция-99, который используется в медицине при диагностике онкологических и некоторых других заболеваний. Общее мировое производство молибдена-99 составляет около 12 000 Кюри в неделю (из расчёта активности на шестой день), стоимость молибдена-99 — 46 млн долларов за 1 грамм (470 долларов за 1 Ки)[7].
  • В 2005 году мировые поставки молибдена (в пересчёте на чистый молибден) составили, по данным «Sojitz Alloy Division», 172,2 тыс. тонн (в 2003—144,2 тыс. тонн). Чистый монокристаллический молибден используется для производства зеркал для мощных газодинамических лазеров. Теллурид молибдена является очень хорошим термоэлектрическим материалом для производства термоэлектрогенераторов (термо-э.д.с 780 мкВ/К). Трёхокись молибдена (молибденовый ангидрид) широко применяется в качестве положительного электрода в литиевых источниках тока.
  • Молибден применяется в высокотемпературных вакуумных печах сопротивления в качестве нагревательных элементов и теплоизоляции. Дисилицид молибдена применяется в качестве нагревателей в печах с окислительной атмосферой, работающих до 1800 °С.
  • Вывод
  • Таким образом роль этого минерала играет важное значение в жизни человека. Я считаю, что использование молибдена оказывает колоссальный вклад в развитии науки и техники, а так же наличие его в материалах различных видов, придаёт им новые, отличительные, а порой даже уникальные свойства. Данный минерал при правильном использовании способен приносить пользу человечеству, поэтому я выбрала именно этот элемент.
  • Размещено на stud.wiki

Подобные документы

Свойства молибдена и его соединений. История открытия элемента. Электронная структура атома, его расположение в периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева. Химические и физические свойства молибдена, его оксидов и гидроксидов.

курсовая работа [2,3 M], добавлен 24.06.2008

Молибден как один из основных микроэлементов в питании человека и животных. Роль молибдена в организме. Последствия недостатка и избытка молибдена. Области применения молибдена, его физические и химические свойства. Природные соединения молибдена.

реферат [39,2 K], добавлен 09.01.2012

Молибден — элемент побочной подгруппы шестой группы пятого периода периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева. Биологическая роль молибдена, его достоинства и недостатки. Нахождение молибдена в природе, содержание его в земной коре.

презентация [465,2 K], добавлен 11.03.2014

История открытия: свинцово-серый с металлическим блеском минерал молибденит. Физико-химические свойства, переработка молибденового сырья. Применение молибдена и его соединений: биологическая роль и токсикология. Кластеры, содержащие атомы молибдена.

реферат [160,8 K], добавлен 27.06.2009

История открытия железа. Положение химического элемента в периодической системе и строение атома. Нахождение железа в природе, его соединения, физические и химические свойства. Способы получения и применение железа, его воздействие на организм человека.

презентация [8,5 M], добавлен 04.01.2015

Электронная формула молибдена. Объяснение физического смысла всех индексов у данного химического элемента. Валентные подуровни. Наборы квантовых чисел. Прогноз величины степени окисления. Характеристика соединений с неметаллами. Оксиды. Применение.

курсовая работа [212,1 K], добавлен 24.06.2008

История открытия водорода. Общая характеристика вещества. Расположение элемента в периодической системе, строение его атома, химические и физические свойства, нахождение в природе. Практическое применение газа для полезного и вредного использования.

презентация [208,2 K], добавлен 19.05.2014

Молибден, кобальт и никель: свойства, области применения. Регенерация катализаторов, утилизация после использования. Способы выделения ценных компонентов из растворов. Выщелачивание молибдена и кобальта. Десорбция молибдена раствором гидроксида натрия.

дипломная работа [653,7 K], добавлен 27.11.2013

История и происхождение названия меди, ее нахождение в природе. Физические и химические свойства элемента, его основные соединения. Применение в промышленности, биологические свойства. Нахождение серебра в природе и его свойства. Сведения о золоте.

курсовая работа [45,1 K], добавлен 08.06.2011

Характеристика брома как химического элемента. История открытия, нахождение в природе. Физические и химические свойства этого вещества, его взаимодействие с металлами. Получение брома и его применение в медицине. Биологическая роль его в организме.

презентация [2,0 M], добавлен 16.02.2014

№42 Молибден

История открытия:

Древние греки и римляне называли «молибденом» свинцовый блеск, а также некоторые другие свинцовые руды (по-гречески molubdoV — свинец). Позднее это название было распространено на другие минералы (которые подобно свинцовому блеску окрашены в черный цвет), прежде всего на графит и минерал, называемый теперь молибденовым блеском. Графит и молибденовый блеск, которые очень близки по внешнему виду, долгое время считали одним и тем же минералом. Позднее их обычно называли «рисовальный свинец» и «водный свинец» (латинское plumbago). Впервые их различие обнаружил Шееле в 1778 г. Ему удалось разложить молибденовый блеск («водный свинец») азотной кислотой, причем он получил белую окись (трехокись молибдена МоО₃), которую назвал молибденовой кислотой (acidum molybdaenae). Металл, являющийся основой этого окисла,- молибден — был выделен в свободном состоянии Хельмом (Hjelm, 1782).

Получение:

Основным исходным продуктом для получения молибдена служит молибденовый блеск. Поскольку большинство перерабатываемых руд содержит всего лишь несколько десятых процента чистого сульфида MoS₂ их обогащают, используя в основном флотационные процессы. Обогащенную руду, (более 70% MoS₂), переводят в трехокись молибдена обжигом (уравнение (1)) или сплавлением с содой в пламенной печи и разложением получающегося молибдата концентрированной серной кислотой (уравнения (2) и (3)). Металл получают из трехокиси восстановлением водородом (уравнение (4)) или углем (или углеродсодержащими веществами, например канифолью):
MoS₂+ O₂ = MoO₃+ 2SO₂, (1)
MoS₂ + 3Na₂CO₃ + О₂ = Na₂MoO₄ + 2Na₂SO₄+ 3СО₂, (2)
Na₂MoО₄ + 2HCl = MoO₃ + H₂О + 2NaCl, (3)
MoO₃+ 3Н₂ = Мо + 3Н₂О (4)
Вследствие высокой температуры плавления молибден сначала получается в виде порошка. Затем, прессуя порошок в стержни и нагревая их в атмосфере водорода переменным током низкого напряжения почти до плавления, можно получить компактный ковкий молибден.

Физические свойства:

Порошкообразный молибден темного серого цвета, без блеска. Он довольно тверд, но полируется, а при высоких температурах куется и сваривается. Удельный вес Мо 10,2. В совершенно чистом состоянии компактный молибден пластичен, ковок, тягуч, довольно легко подвергается штамповке и прокатке. При загрязнении углеродом, азотом или серой молибден, подобно хрому, становится хрупким, твердым, ломким, что существенно затрудняет его обработку. Электропроводность молибдена больше, чем у платины, никеля, ртути, железа и многих других металлов.

Химические свойства:

При обычных температурах молибден довольно устойчив на воздухе. При повышенных температурах он реагирует также с хлором и бромом, а с фтором — уже на холоду. Напротив, молибден не реагирует с иодом даже в раскаленном состоянии. Водород очень мало поглощается даже очень тонко измельченным молибденом и уже при температуре 300° полностью удаляется. С углеродом же молибден реагирует при нагревании, образуя карбид. Молибден способен непосредственно реагировать с окисью углерода, если действовать ею при высоком давлении на тонкий порошок молибдена. Элементарный азот с трудом связывается молибденом. Нагреванием молибденового порошка в газообразном аммиаке получают нитриды Mo₂N и MoN.
Разбавленные кислоты не действуют на молибден. Из концентрированных кислот на него действует только HNO₃(конц). Но так как последняя, как и другие окислители, naccuвupyem молибден, то окисление ею происходит очень медленно. Молибден окисляется также нагретой почти до кипения H₂SO₄(конц). Энергичнее действуют царская водка, а также смеси азотной кислоты с фтористоводородной или серной кислотами. В щелочах молибден практически нерастворим. Очень медленно реагирует он и с расплавленными едкими щелочами. Напротив, быстрое окисление происходит при сплавлении с нитратом калия, хлоратом калия или перекисью натрия.

Применение:

Молибден применяют в основном при производстве специальных сталей, для оружейных стволов, танковой брони, валов и т. д. Наряду с хромом, никелем, кобальтом и ванадием молибден используют для получения быстрорежущих сталей. Его применяют также при производстве магнитных сталей и кислотостойких сплавов. Молибден широко применяют для изготовления держателей для нитей ламп накаливания, так как он легко впаивается в стекло, и такие спаи не пропускают газ. Из соединений молибдена наиболее широко применяют молибдат аммония, главным образом для определения фосфорной кислоты (например, в искусственных удобрениях).
Молибден – один из основных микроэлементов в питании человека и животных. Он содержится во многих живых тканях и необходим для поддержания активности некоторых ферментов, участвующих в катаболизме пуринов и серосодержащих аминокислот. Недостаток молибдена вызывает тяжелые заболевания. Наиболее богатые элементом № 42 пищевые продукты: бобовые и злаковые растения, листовые овощи, молоко, фасоль, печень и почки.

Важнейшие соединения:

Молибден образует соединения в различных состояниях окисления. Максимальная валентность молибдена равна шести. Исключая минерал MoS₂, молибден в тех его соединениях, которые имеют практическое значение как таковые, шестивалентен.

Молибден – свойства и область применения

Молибден занимает 42-ю позицию в периодической таблице Менделеева, соседствуя с вольфрамом, хромом. Вещество имеет серый цвет и характерный металлический блеск. На сегодня известно о существовании более чем 30-ти изотопов Молибдена, однако в природе встречаются только шесть из них.

Основные свойства молибдена

Металл обладает высоким удельным весом 10.2 г/см 3 , важным свойством молибдена является его тугоплавкость – это следствие сильных межатомных связей элемента, за счет незаполненной внутренней электронной оболочки. Результатом, присущих металлу физических свойств, выступает ряд преимуществ, которыми обладают молибден и его сплавы:

• жаропрочность;

• хорошая электропроводность;

• низкое терморасширение;

• высокая механическая прочность.

В последнем пункте металл незначительно уступает вольфраму, однако превосходит его в доступности обработки давлением. Еще одна важная специфика вещества, обеспечившая ему место в качестве легирующей добавки к другим металлам, их сплавам – высокая антикоррозионная способность.

Благодаря своим антикоррозионным свойствам молибден применяется даже в моторных маслах

Склонность к быстрому окислению, становится серьезным препятствием для использования молибдена. Также при температурах 700 0 С наблюдается потеря прочности, что тоже исключает его использование в чистом виде. Для улучшения качеств этого материала используют несколько способов: легирование, защитное покрытие.

Сплавы, содержащие молибден

Качество молибденовых сплавов зависит от процентной доли добавленного вещества, способности примесей и основного металла взаимодействовать, а также обуславливается технологией процесса легирования.

Некоторых известные сплавы, например, вольфрам-молибден имеют неоднозначную оценку экспертов. Поскольку вольфрам хоть и способствует повышению жаропрочности материала, привносит существенные изменения в деформируемость металла. Подобные оказии случаются и с другими элементами, которыми пробовали легировать молибден.

Наиболее удачные попытки создания жаропрочных и хорошо деформируемых сплавов связаны с редко встречающимся и трудно добываемым рением. Существенные ограничения по доступа к веществу вынудили отказаться от такого типа легирования.

Однако сплавы, повышающие температурный порог использования молибдена, все же существуют и при этом не только сохраняют, но даже улучшают его пластичность. Это титан, ниобий, цирконий и гафний. Регулируя процентное соотношение перечисленных элементов, производят сплавы, способные работать при следующих высокотемпературных режимах:

• 1100 – 1800 0 С. Легируют 0,1 – 1,5% указанными ранее элементами, а также 0,01 – 0,10% углерода;

• 1500 – 2000 0 С. Добавляют до 50% массы Re и W с незначительным внедрением (до 0,1%) С, В, Al, Ni, Cu. Это позволяет избегать появления трещин в процессе легирования. Из таких сплавов изготавливают прутки, листы, проволоку.

к содержанию ↑

Получение молибдена

Молибден добывают из руд, содержащих до 50% непосредственно вещества, около 30% серы, 9 % кремния и незначительном присутствии других элементов. Фактически руду используют, как концентрат, подвергающийся обжигу. Температура этого этапа составляет 570 – 600 0 С, он протекает в специальных печах. Результатом становится огарок, содержащий оксид молибдена, загрязненный примесями. Получить продукт обжига – МоО₃ без примесей все-таки можно следующими двумя способами.

На фото молибденовая руда

• Возгонка – процесс преобразования вещества из твердого состояние сразу в газообразное, минуя жидкую фазу (950 – 1100 0 С);

• Путем последовательных химических воздействий, начиная с аммиачной воды, что вызывает переход огарка в жидкое состояние. Оставшиеся примеси меди и железа устраняют из раствора. При этом получают полимолибдаты аммония методом выпаривания с наступлением кристаллизации вещества. Парамолибдат, прокаливают при температуре 450 – 500 0 С, что дает на выходе чистый продукт МоО₃. Количество примесей после такой обработки не превышает 0,05% от массы.

Чистый оксид молибдена обрабатывают в специальных трубчатых печах потоком водорода. Сначала при температуре 600 – 700 0 С, повышая ее на втором этапе до 900 – 1000 0 С. На выходе получают порошок, который после плавки или примененных специализированных средств порошковой металлургии преобразуется до компактного металла.

В зависимости от выбранного способа получают заготовки отличающиеся формой, весом. По мере прохождения этапов преобразования форм используются: ковка, протяжка, а также прокатка металла. Для получения заготовок весом 500 кг – 2 тонны применятся дуговая или электроннолучевая плавка.

Область применения молибдена

Молибден добавляется в состав стали вместе с рядом других элементов. Процентное содержание определяет тип, полученного продукта: легированная (0,1 – 0,3 %) или инструментальная (3 – 10 %) сталь.

Роль молибдена в подобных сплавах – улучшение закаливания прокаливания. Он делает сплавы железа и углерода более прочными, повышает их сопротивляемость износу. Ферромолибдена содержит 55 – 70% молибдена. Именно его впоследствии используют, когда легируют сталь. Это направление остается основным в применении металла.

Ленты из молибдена

Лишь 30% добытого молибдена находит место в промышленности, как чистый металл или сплав, где он сохраняет свою первенствующую значимость. Его используют при производстве ядерных реакторов, обшивок космических кораблей.

Физические свойства молибдена и химические свойства молибдена

Физические и химические свойства молибдена.

Молибден кристаллизуется в кубической объёмно-центрированной решётке с периодом а = 3,14 . Атомный радиус 1,4 , ионные радиусы Mo4+ 0,68 , Mo6+ 0,62 . Плотность 10,2 г/см3 (20 °C); tпл 2620 = 10 °C; tkип около 4800 °C. Удельная теплоёмкость при 20-100 °C 0,272 кдж/(кгЧК), т. е. 0,065 кал/(гЧград). Теплопроводность молибдена при 20 °C 146,65 вт/(смЧК), т. е. 0,35 кал/(смЧсекЧград). Термический коэффициент линейного расширения молибдена (5,8-6,2) Ч10-6 при 25-700 °C. Удельное электрическое сопротивление молибдена 5,2Ч10-8 омЧм, т. е. 5,2Ч10-6 омЧсм; работа выхода электронов 4,37 эв. молибден парамагнитен; атомная магнитная восприимчивость

90Ч10-6 (20 °C).
Механические свойства молибдена зависят от чистоты металла и предшествующей механической и термической обработки. Твёрдость молибдена по Бринеллю 1500-1600 Мн/м2, т. е. 150-160 кгс/мм2 (для спечённого молибденового штабика), 2000-2300 Мн/м2 (для кованого молибденового прутка) и 1400-1850 Мн/м2 (для отожжённой молибденовой проволоки); предел прочности для отожжённой молибденовой проволоки при растяжении 800-1200 Мн/м2. Модуль упругости молибдена 285-300 Гн/м2. Молибден более пластичен, чем вольфрам. Рекристаллизующий отжиг не приводит к хрупкости молибдена.
На воздухе при обычной температуре молибден устойчив. Начало окисления молибдена(цвета побежалости) наблюдается при 400 °C. Начиная с 600 °C металл быстро окисляется с образованием MoO3. Пары воды при температурах выше 700 °C интенсивно окисляют молибден до MoO2. С водородом молибден химически не реагирует вплоть до плавления. Фтор действует на молибден при обычной температуре, хлор при 250 °C, образуя MoF6 и MoCl5. При действии паров серы и сероводорода соответственно выше 440 и 800 °C образуется дисульфид молибдена MoS2. С азотом молибден выше 1500 °C образует нитрид молибдена (вероятно, Mo2N).
Твёрдый углерод и углеводороды, а также окись углерода при 1100-1200 °C взаимодействуют с металлом с образованием карбида Mo2C (плавится с разложением при 2400 °C). Выше 1200 °C молибден реагирует с кремнием, образуя силицид MoSi2, обладающий высокой устойчивостью на воздухе вплоть до 1500-1600 °C (его микротвёрдость 14 100 Мн/м2).
В соляной и серной кислотах молибдена несколько растворим лишь при 80-100 °C. Азотная кислота, царская водка и перекись водорода медленно растворяют металл на холоду, быстро — при нагревании. Хорошим растворителем молибдена служит смесь азотной и серной кислот. Вольфрам в смеси этих кислот не растворяется. В холодных растворах щелочей молибден устойчив, но подвержена коррозии при нагревании. Конфигурация внешних электронов атома Mo4d55s1, наиболее характерная валентность 6.
Известны также соединения 5-, 4-, 3- и 2-валентиого молибдена.
Молибден образует два устойчивых окисла — трёхокись молибдена MoO3 (белые кристаллы с зеленоватым оттенком, tпл 795 °C, tkип 1155 °C) и двуокись MoO2 (тёмно-коричневого цвета). Кроме того, известны промежуточные окислы, соответствующие по составу гомологическому ряду Mon O3n-1 (Mo9O26, Mo8O23, Mo4O11); все они термически неустойчивы и выше 700 °C разлагаются с образованием MoO3 и MoO2.
Трёхокись молибдена MoO3 образует простые (или нормальные) кислоты молибдена — моногидрат H2MoO4, дигидрат H2MoO4 Ч H2O и изополикислоты — H6Mo7O24, H4Mo6O24, H4Mo8O26 и др. Соли нормальной кислоты называются нормальными молибдатами, а поликислот — полимолибдатами. Кроме названных выше,
известно несколько надкислот молибдена — H2MoOx; (x — от 5 до 8) и комплексных гетерополисоедипений с фосфорной, мышьяковой и борной кислотами. Одна из распространённых солей гетерополикислот — фосфоромолибдат аммония (MH4)3 [Р (Mo3O10)4] Ч 6H2O. Из галогенидов и оксигалогенидов молибдена наибольшее значение имеют фторид MoF6 (tпл 17,5 °C, tkип 35?C) и хлорид MoCI, (температура плавления 194 °C, температура кипения 268 °C). Они могут быть легко очищены перегонкой и используются для получения
молибдена высокой чистоты.
Установлено существование трёх сульфидов молибдена — MoS3, MoS2 и Mo2S3. Практическое значение имеют первые два. Дисульфид молибдена MoS2 встречается в природе в виде минерала молибденита, который получают действием серы на молибден или при сплавлении MoO3 с содой и серой. Дисульфид молибдена практически нерастворим в воде, HCl, разбавленной H2SO4. Распадается выше 1200 °C с образованием Mo2S3.

Молибден относится к тугоплавким металлам, ковкий и пластичный металл, является переходным элементом. Механические свойства, как и у большинства металлов, определяются чистотой металла и предшествующей механической и термической обработкой (чем чище металл, тем он мягче). Наличие примесей увеличивает твердость и хрупкость металла. Обладает крайне низким коэффициентом теплового расширения.
Внешний вид металлического молибдена зависит от способа его получения. Компактированный (спеченный) молибден без обработки (в виде слитков, штабика и заготовок под прокатку молибдена) — довольно темный металл, допускаются следы окисления. Молибден в виде проката бывает различных цветов: от темного, почти черного, до серебристого (зеркального). Все зависит от обработки металла. Молибденовый прокат обрабатывают путем: точения, шлифования, химической очистки (травления) и электрополировки. Молибденовый порошок имеет темно-серый цвет.
По прочности молибден несколько уступает вольфраму, но легче поддается как механической обработке, так и обработке давлением.
Молибден и его сплавы характеризуются высоким модулем упругости, малым температурным коэффициентом расширения, хорошей термостойкостью, малым сечением захвата тепловых нейтронов. Электропроводность молибдена выше, чем у железа, но ниже, чем у меди. Молибден более пластичен, чем вольфрам. Рекристаллизующий отжиг не приводит к хрупкости металла. Модуль упругости для молибдена 285-300 ГПа.
В совершенно чистом состоянии компактный молибден пластичен, ковок, тягуч, довольно легко подвергается штамповке и прокатке. При высоких температурах (но не в окислительной атмосфере) прочность молибдена превосходит прочность большинства остальных металлов. При загрязнении углеродом, азотом или серой молибден, подобно хрому, становится хрупким, твердым, ломким, что существенно затрудняет его обработку. Водород очень мало растворим в молибдене, поэтому не может заметно влиять на его свойства. Молибден — хороший проводник электричества, он в этом отношении уступает серебру всего в 3 раза. Электропроводность молибдена больше, чем у платины, никеля, ртути, железа и многих других металлов. Здесь можно подчеркнуть роль псевдосплавов молибдена с медью, а также так называемых биметаллов медь-молибден, триметаллов (ламинита) из медь-молибден-медь сплавов.

Физические и химические свойства молибдена

Свойство

Значение

Атомная масса, а.е.м. (молярная масса, г/моль)

Молибден

Молибден по классификации в периодической таблице Менделеева относится к IV группе элементов. Имеет атомарный номер 42, а масса его атома равна 95,94. принято обозначать символом «Мо».

Молибден – это редкоземельный металл. Его объем составляет порядка 0,00011% от общей массы земли. В чистом виде имеет стальной сероватый цвет, в диспергированном – серовато-черный.

Молибден, как металл, в природе не встречается. Он содержится в минералах, которых на сегодняшний день известно порядка двадцати. Преимущественно это молибдаты, которые образуются в кислотной магме и гранитоидах.

Получение молибдена

Сырье, из которого производится металлический молибден – молибденовые концентраты. В их составе данного элемента содержится около 50%. Также в них содержатся: сера

30%, оксид кремния (до 9%) и около 20% прочих примесей.

Предварительно концентрат обжигают с целью дополнительного окисления. Процесс проводят в печах двух типов: многоподовых или кипящего слоя. Температура обжига 570 °С — 600 °С. В результате чего получается огарок — МоО₃ и примеси.

На следующем этапе удаляют примеси для получения чистого оксида молибдена. Применяются два способа:

1. Возгонка при температуре 950 °С — 1100 °С.
2. Химическое выщелачивание. Суть способа в том, что при взаимодействии с аммиачной водой устраняются примеси меди и железа и получается карбид молибдена, который кристаллизуют выпаркой или нейтрализацией. Далее карбид нагревают и выдерживают при температуре до 500°С. На выходе – чистый оксид МоО3, в котором содержание примесей всего 0,05%.

Производство молибдена основано на восстановлении МоО3. Процесс проводят в два этапа:

1. В трубчатой печи при температуре 550°С — 700°С в потоке сухого водорода происходит отделение атомов кислорода.
2. Далее температура поднимается до 900°С — 1000°С и происходит окончательное восстановление. Полученный металл находится в виде порошка.

Для получения монолитного металла пользуются плавлением или спеканием порошка. Плавку используют, когда получают заготовки массой от 500 кг. Процесс производят в дуговых печах с охлаждаемым тигелем, в который подается расходуемый электрод из ранее спеченных штабиков.

Порошковое спекание – это прессование в атмосфере водорода при высоких значениях давления (2000-3000 атмосфер) и температуры (1000°С — 1200°С). Полученные штабики, подвергаются спеканию при высоких температурах равных 2200°С — 2400°С. В дальнейшем молибдену придается необходимая форма за счет обработки давлением – ковкой, прокаткой, протяжкой.

Широко в промышленности используется ферромолибден, в котором до 60-70% молибдена, а оставшееся — железо. Его получают путем введения в сталь молибденовых присадок. Сплав получают путем восстановления огарка силикатом железа с добавками стальной стружки и железистой руды.

Физические свойства

Использование молибдена зависит от его свойств и характеристик. Присущие физические свойства молибдена приведены ниже:

• тип металла — высокотемпературная плавка;
• молибденовый цвет – свинцовый;
• плотность молибдена — 10,2 г/cм 3 ;
• плавление при температуре — 2615°С;
• закипание при температуре — 4700°С;
• проводимость тепла — 143 Вт/(м·К);
• тепловая емкость — 0,27 кдЖ/(кгК);
• энергия для плавления — 28000 Дж/моль;
• энергия для испарения — 590000 Дж/моль;
• линейное расширение, коэффициент — 6·10 -6 ;
• электрическое сопротивление — 5,70 мкОм·см;
• расчетный объем — 9,4 см 3 /моль;
• усилие сдвига — 122·10 ·6 Па;
• твердость — 125 НВ;
• магнитная проницаемость -90·10 -6 .

Точению данный металл подвергается не часто, но обработка ведется стандартизованным инструментом.

Химические свойства

Молибден, химические свойства которого приведены ниже, имеет следующие характеристики:

• радиус валентности — 130·10 -12 м;
• ионный радиус — (+6e) 62 (+4e) 70·10 -12 м;
• электрическая отрицательность — 2,15;
• потенциал электрический – 0;
• валентности при окислении — 2-3-4-5-6
• валентность молибдена – 6;
• температура начала окисления — 400°С;
• окисление до МоО3 при температуре — 600°С и выше;
• реакция с водородом – нейтральная;
• температура реакции с хлором – 250°С;
• температура реакции с фтором – комнатная;
• температура реакции с серой – 440°С;
• температура реакции с азотом — 1500°С.

С кислородом элемент образует два основных оксида:

• МоО₃ – кристаллическая форма белого цвета
• МоО₂ – серебристого цвета.

Свойства растворимости молибдена в химических растворах: растворим в щелочах и кислотах при нагревании. Это способствует получению различных соединений или его очищению.

Обработка молибдена

Обработка молибдена затруднена в связи с невысокой вязкостью при низких температурах. Также он имеет малую пластичность, поэтому для его обработки применяются следующие методы:

1. горячее деформирование:
   • ковка;
   • прокатка;
   • протяжка;

1. термообработка;
2. механическая обработка.

При обработке небольших заготовок используются обжимные машины. Крупные заготовки прокатываются на малых станах или получают форму на протяжных станках.

Внешний вид молибдена

Если возникает необходимость механической обработки резанием, то механическая обработка молибдена ведется инструментом, изготовленным из марок быстрорежущих сталей. Заточка углов инструмента при токарной обработке должна соответствовать углам заточки для обработки чугуна.

Термообработка молибдена характеризуется высокой прокаливаемостью из-за его содержания в сталях. Проведенная закалка повышает твердость и износоустойчивость ответственных деталей.

Применение

Около 3⁄4 всего производимого редкоземельного металла используется как легирующий элемент при производстве сталей. Оставшаяся 1⁄4 часть используется в чистом виде и в химических соединениях. Применение он нашел во многих отраслях промышленности.

1. Космическая область и авиастроение. Изделия из молибдена и его сплавов нашли применение для облицовки и изготовления головок ракет и носов самолетов, летающих на скоростях выше звуковых. Использование как конструкционный материал – это обшивка, а как тепловой экран – головная часть.
2. Металлургия. Применение молибдена в литейном производстве и металлургии обусловлено высокой прокаливаемостью. Следовательно, повышается прочность, коррозионная стойкость, вязкость. В его сплавах с кобальтом или хромом заметно повышается твердость. Из легированных сталей с молибденовыми добавками изготавливаются ответственные детали. Его добавляют в жаро- и кислотоустойчивые сплавы. Поэтому большинство инструментов, производящих горячую обработку, изготавливаются из сталей, легированных Мо.
3. Химическая промышленность. Из материалов с Мо, обладающих кислотоустойчивостью, изготавливают различные аппараты для производства кислот или их переработки. Нагреватели печей, внутри которых водородная среда также изготавливаются из молибденовых сплавов. Также данный металл можно найти в составе некоторых лаков, красок, эмалей и термически наносимых глазурей. Используют металл и как катализатор для химических реакций.
4. Радиоэлектроника. Мо — незаменимый материал для изготовления электроосветительных и электронно-вакуумных приборов, среди которых многим известны радиолампы.
5. Медицина. В медицине элемент используется при изготовлении рентгеновских аппаратов.
6. Изделия из стекла. Из-за плавления при высокой температуре Мо используют при плавлении стекла.

Марки молибдена и его сплавов

Сплавы молибдена чаше применяются в промышленности, чем чистый металл. Среди них выделяются:

• металл с чистотой 99,96%, который используется для производства электронных устройств, маркируется МЧ;
• металл, получаемый плавкой под вакуумом, маркируется молибден МЧВП;
• для производства проволоки, используемой в источниках света, применяется металл под маркой МРН, где его содержание равно 99,92%;
• при введении присадки, кремниевая щелочь, молибден маркируется МК;
• в Мо вводится цирконий (Zr) или титан (Ti) – марка ЦМ;
• при введении рения – МР;
• вольфрам с Мо – МВ.

Плюсы и минусы молибдена

Среди достоинств следует отметить следующие:

• низкая плотность, а отсюда большая прочность;
• высокий показатель модуля упругости;
• термоустойчивость;
• жаростойкость;
• коррозионная стойкость;
• практически не расширяется при нагревании.

• после сварки швы обладают хрупкостью;
• снижение температуры уменьшает пластичность;
• механическое упрочнение возможно до 8000 °С.

Молибден

Общие сведения и методы получения

Молибден (Мо) — металл серо-стального цвета в компактном состоя­нии и темно-серого в диспергированном. Название получил от гречес­кого molybdos » (свинец) из-за внешнего сходства минералов молибде­нита и свинцового блеска (галенита). В 1778 г. шведский химик Шееле выделил молибденовую кислоту, а в 1781 г. его соотечественник Гьельм получил чистый металл путем восстановления триоксида молибдена углеродом. Молибден более высокой чистоты получен Берцелиусом, ис­пользовавшим в качестве восстановителя водород. Промышленное про­изводство молибдена относится к началу XX в., когда была разработана технология получения металла в компактном виде методами порошко­вой металлургии.

Молибден — мало распространенный элемент. Среднее содержание его в земной коре 0,0003 % (по массе). Известно около 20 минералов молибдена. Из них промышленное значение имеют четыре: молибденит M 0 S 2, повеллит СаМоО^, молибдит Рег^оО^з^’/гНгО и вульфенит РЬМо0₄. В рассеянном состоянии молибден находится в лимоните и некоторых сульфидных минералах, например в халькопирите. Из пере­численных минералов самый распространенный и наиболее важный для производства молибденит MoS₂.

Для обогащения молибденсодержащих руд используют флотацию, которая позволяет отделить молибденит от пустой породы и сопутст­вующих минералов.

Молибден можно получать электролизом (фосфатные и боратные ванны, бескислородные галогенидные ванны, электролитическое рафи­нирование).

Основные стадии технологии производства компактного молибдена в виде штабиков или брикетов:

1) прессование порошка в заготовку прямоугольного сечения в стальных разъемных прессформах;

2) предварительное спекание при 1000—1100°С в атмосфере водоро­да в муфельных электрических печах;

3) высокотемпературное спекание (сварка) прн 2200—2400 «С в ат­мосфере водорода; нагрев осуществляется электрическим током; раз­работана также технология вакуумного спекания молибдена в вакуум­ных печах косвенного нагрева с графитовыми нагревателями

Для получения крупных и профилированных заготовок используют метод гидростатического прессования, обеспечивающий однородную плотность.

Атомные характеристики. Атомный номер 42, атомная масса 95,94 а. е. м., атомный объем 9,42*10

6 м 3 /моль, атомный радиус для координацион-

иого числа 8 — 0,139 нм. Ионный радиус Мо 4 + 0,068 нм, Мо в+ 0,065 нм. Электронная конфигурация внешних оболочек: 4s 2 p 6 d 5 s l . Потенциалы ионизации молибдена / (эВ): 7,29; 15,17; 27,00. Электроотрицательность Мо 4 + 1,6; Мо 6 + 2,1.

Молибден имеет о. ц. к. решетку. Энергия кристаллической решетки 652 мкДж/кмоль. Полиморфных превращений не обнаружено. Значе* иня периода кристаллической решетки молибдена в значительной сте» пени определяются содержанием примесей внедрения, особенно угле­рода.

Для молибдена наиболее характерны соединения, в которых он про­являет степень окисления +6. Важнейшие из ннх — триоксид молиб­дена, молибденовая кислота и ее соли — молибдаты. Известны также соединения, отвечающие степени окисления +5, +4, +3 н +2.

Молибден образует ряд оксидов: Мо0₂, Мо0₃, Мо₄Оц, Мо₁₇0 ₄ 7, Моа0₂з и Мо₉0_2в. Наиболее устойчивы нз ннх Мо0₃ и Мо0₂. Мо0₃ мо­жет восстанавливаться водородом до металла при 800—900 °С.

Оксид (IV) молибдена Мо0₂ — темно-коричневый порошок, получае­мый восстановлением Мо0₃ водородом при 450—470 °С, практически нерастворим в воде, водных растворах щелочей и неокнсляющих кис­лот. Азотная кислота окисляет Мо0₂ до Мо0₃. Промежуточные оксиды малорастворнмы в воде, серной и соляной кислотах, а также в раз­бавленных растворах щелочей.

Молибденовая кислота Н2М0О4 малорастворима в воде (раствори­мость 2,126 г/л прн 15 °С и 5,185 г/л прн 80 °С); растворяется в силь­ных минеральных кислотах.

Соли молибденовой кислоты — нормальные молибдаты щелочных металлов — хорошо растворимы в воде, молибдаты щелочноземельных металлов, свинца, железа, меди, цинка и других металлов в ней мало-растворимы. Известны следующие молибдаты: нормальный молибдат натрия Na₂Mo0₄, парамолибдат аммония (NH ₄ )₆Mo70 ₂₄ .4H₂0, тетрамо-либдат аммония (NH ₄ )₂Mo40,₃, молибдат кальция СаМо0₄, молибдат железа Fe₂(Mo0₄)₃-nH₂0, молибдат свинца РЬМо0₄, молибдат меди CuMo0₄. При действии восстановителей (S0₂, H₂S, цинка, глюкозы и др ) на растворы молибденовой кислоты или кислые растворы молиб-Датов выделяются аморфные осадки темно-голубого цвета (молибдено­вая синь), имеющие в зависимости от условий выделения состав: Mo₃0₂₃ xH₂0; Мо₄О_п-д:Н₂0.

Известны нитриды молибдена Mo₂N и MoN. В системе молибден— азот при 1800°С существует эвтектика Мо— Mo₂N. При давлениях азо­та до 30 МПа и температурах до 1500 °С на молибдене образуются пленки Mo₂N. Прн более низких температурах нитриды образуются в проточном NH₃. Рост пленок подчиняется параболической зависимости от времени. Пределы растворимости азота в твердом молибдене опре­деляются уравнением: lg t ?mas =3,72— 7940А (900—1800 °С).

Давление диссоциации Mo₂N : lg P_N =6,39— 5990/J (900—1800 °С).

Образование гидридов не установлено. Пределы растворимости в твердом молибдене: lg С= Чг lg Р— 3,93— 2730/J (900—1500°С).

Известны карбиды Мо₂С и МоС. Пределы растворимости углерода в твердом молибдене: lg С=3,7— 9070/J (1700—2300 «С).

Для жидкого молибдена при 2780, 3450, 3380 н 4000 °С концентра­ция насыщения составляет соответственно: 4,30; 48,8; 50,1 и 53,0 % (ат.). Образование Мо₂С и МоС может происходить при нагревании молиб­дена в различных атмосферах углеводородов. Скорость обезуглерожи­вания в атмосфере кислорода или в атмосфере Н₂—СО—Н₂0 лимити­руется диффузией углерода из внутренних слоев к поверхности металла. Далее протекает реакция образования СО и десорбция в газовую фазу. Обезуглероживание происходит и при нагреве в атмосфере водорода за счет образования СН₄ (1000—1500°С, 0,5 Па).

Молибден склонен к образованию комплексных соединений с фос­форной, мышьяковой, кремниевой и борной кислотами. Одна из рас­пространенных солей подобного типа — фосформолибдат аммония (NH₄)₃[P(Mo₃Oi₀)₄].6H₂O.

Молибден образует три сульфида: M0S3, MoS₂ и Mo₂S₃. Практиче­ский интерес представляют первые два. MoS₂ встречается в природе в виде минерала молибденита — основного источника получения молиб­дена, а также может быть получен нагреванием без доступа воздуха высшего сульфида, действием паров серы на молибденовый порошок, сплавлением Мо0₃ с содой и серой. Высший сульфид MoS₃ осаждается при пропускании сероводорода в нагретые подкисленные растворы мо-либдатов.

Молибден образует ряд хлоридов и оксихлоридов: МоСЬ, МоС1₄₎ МоС1₃, МоС1₂, Мо0₂С1₂, МоОСЦ.

Высокочистые монокристаллы очень пластичны. Так, монокристал­лы диаметром 12 мм при комнатной температуре могут быть завязаны двойным узлом, прокатаны в фольгу и протянуты в проволоку микрон­ных сечений.

Для увеличения выхода годного при получении полуфабрикатов нз монокристаллов на первых стадиях деформации заготовки нагревают до 600—800 °С. Молибден технической чистоты нагревают под перво­начальную деформацию до 1500 °С. Полуфабрикаты (фольга, проволока, плющенка) из монокристаллов молибдена сохраняют высокие пластиче­ские свойства, хотя находятся уже в полнкристаллическом состоянии.

Неблагоприятное влияние наклепа уменьшается при получении в результате пластической деформации направленной структуры.

При отжиге холоднодеформнрованных образцов молибдена сущест­венного роста зерен не наблюдается до 1300°С; отжиг при 1400 °С при­водит к заметному росту зерен при степени деформации 10%; выше 1400 °С укрупнение зерен идет при всех степенях деформации; критиче­ская степень деформации, при которой происходит особенно интенсив­ный рост зерен, сдвигается до 7,5 %. Температура начала рекристалли­зации определяется степенью чистоты металла и составляет для метал-локерамического молибдена 1260—1390 °С, для молибдена дуговой ва­куумной плавки 950—1050 «С и монокристаллнческого 550—650 °С.

Молибден, полученный в виде штабиков методами порошковой ме­таллургии, в дальнейшем подвергается ковке и волочению или про­катке на лист. Температура ковки составляет 1250—1100 °С, а воло­чения 750—500 «С. После ротационной ковки заготовку перед волоче­нием подвергают термической обработке. При волочении нагрев допускается на первых стадиях деформации, в дальнейшем волочение осуществляется вхолодную. Окончательно проволоку подвергают тер­мической обработке в вакууме или инертном газе для получения не­обходимой структуры и механических свойств. При необходимости по­лучения монокрнсталлической структуры проволоку непрерывно пропу­скают через горячую зону с температурой, обеспечивающей

формирование такой структуры путем рекристаллизации. В последнее время для получения молибденовых прутков ротационную ковку заме­няют прокаткой в калибрах в условиях всестороннего неравномерного сжатия. Это резко сокращает количество дефектов, возникающих в про­цессе пластической деформации, выравнивает механические свойства по сечению, повышает технологическую пластичность, значительно улуч­шает условия труда. Нагрев молибдена под обработку производят в ат­мосфере водорода.

Предварительная обработка литого молибдена и его сплавов — обыч­но горячее прессование, в результате которого уменьшается ликвация, измельчается грубая литая структура, а слиток приобретает форму, удобную для дальнейшей обработки. Весьма эффективным оказался метод гндроэкструзии.

Температуры начала прокатки 1200—1300 °С. Обжатия на начальных стадиях — максимально возможные (20—40 % за проход), что необхо­димо для проработки всего поперечного сечення заготовки и измельче­ния зерна. Листы молибдена толщиной 0,5 мм можно обрабатывать вхолодную. Постепенное снижение температуры прокатки в известной мере предохраняет металл от загрязнения примесями.

Молибден хорошо поддается обработке резаннем (токарная обработ­ка, фрезерование, сверление, расточка и т. д.). При такой обработке используют смазочные серусодержащие масла. Шлифовку производят кругами из оксида алюминия с применением охлаждения.

Молибден сваривается методами дуговой и контактной сварки в за­щитной атмосфере аргона или гелия и с применением вольфрамового электрода. Пайку молибдена производят мягкими и твердыми припоя­ми, в том числе медными и серебряными, без флюса.

Поверхностное иатяжение молибдена при 2600 °С равно 1,915 Дж/м 2 .

Молибден, полученный методами порошковой металлургии, в больших количествах используется в качестве легирующей добавки к различным сплавам, в том числе высококачественным легированным сталям.

Высокая коррозионная стойкость молибдена в серной, соляной, фос­форной кислотах, расплавах солей, стекла, в ряде агрессивных газовых сред позволила применить его для изготовления оборудования химиче­ской, нефтеперерабатывающей и стекольной промышленности. Молибден используют при изготовлении массивных вентилей, теплообменников, деталей оборудования для хлорирования при высоком давлении, дета­лей, работающих в иодидных средах, электродов для плавки стекла и т. д. Молибденовые электроды применяют прн электролизе магния, плутония, тория и уран

Свойства молибдена и его соединений

Краткая историческая справка

Молибден открыт шведским химиком Шееле в 1778 г. в наиболее распространенном его минерале – молибдените, который в течение многих столетий считали разновидностью графита. Металлический молибден впервые получен в 1781 г. восстановлением триоксида молибдена углеродом. Более чистый металл в начале ХIX в. получил Берцелиус восстановлением триоксида молибдена водородом. Лишь более ста лет спустя после его открытия молибден получил широкое промышленное применение. Начало широкого развития производства молибденовых сталей относится к 1910 г., когда были обнаружены особые свойства орудийных сталей, содержащих молибден. В дальнейшем молибден стал важным компонентом различных конструкционных, жаростойких и коррозионных сталей.

Молибден — элемент VI побочной группы периодической системы.

Физические свойства. Плотность 10,2 г/см 3 , температура плавления 2620 ˚С; температура кипения ≈ 4800 ˚С.

Химические свойства. На воздухе молибден устойчив. Окисляется при 400 – 500 ˚С, при более высоких температурах происходит быстрое окисление. При 600 – 700 ˚С пары воды быстро окисляют металл. С азотом реагирует при температуре выше 1500 ˚С. Твердый углерод при 1000 – 1200˚С взаимодействует с образованием карбида (Мо₂С). Фтор взаимодействует с молибденом при обычной температуре. Хлор интенсивно реагирует при 800 – 1000 ˚С с образованием летучего хлорида МоС1₅. Пары йода с молибденом не реагируют. Пары серы и селена, а также H₂S и H₂Se при температуре выше 400 ˚С взаимодействуют с молибденом, образуя дихалькогениды MoS₂ и MoSe₂.

Молибден устойчив на холоду в соляной и серной кислотах. В азотной кислоте и царской водке при нагревании молибден быстро растворяется. Хорошим растворителем молибдена служит смесь из 5 объемов HNО₃, 3 объемов H₂SО₄ и 2 объемов воды. В холодных растворах щелочей молибден устойчив, но несколько разъедается ими при нагревании.

Соединения молибдена. Наиболее характерны соединения молибдена в степени окисления равной шести.

Оксиды. Наиболее устойчив высший оксид МоО₃ (белый с зеленоватым оттенком) и диоксид МоО₂ (коричневый). Оксид восстанавливается водородом до металла при температурах > 800 ˚С, не растворяется в кислотах и щелочах. Высший оксид имеет t_пл = 795 ˚С и t_кип = 1155 ˚С, но при температурах 800 – 850 ˚С сублимирует, хорошо растворяется в кислотах и щелочах.

Молибденовая кислота и ее соли. Формула кислоты Н₂МоO₄. Она малорастворима в воде, растворяется в соляной и серной кислотах.

Соли молибденовой кислоты называются нормальными молибдатами. Все нормальные молибдаты, за исключением солей щелочных металлов, аммония и магния, малорастворимы в воде.

Изополикислоты и их соли. Нормальные молибдаты натрия, калия, аммония устойчивы в щелочных растворах. При подкислении растворов в интервале рН = 7,5 — 2 происходит конденсация с образованием полимерных анионов изополикислот.

Состав полианионов зависит от рН раствора. Для молибдена установлены полианионы состава Mo₇O₂₄ 6- (парамолибдат), Mo₈O₂₆ 4- , Mo₆O₂₀ 4- и другого состава.

Парамолибдат аммония (NH₄)₆Mo₇O₂₄∙nН₂O является распространенными конечным продуктом при переработке рудных концентратов. В результате термического разложения этой соли получают чистый триоксид молибдена.

Галогениды. Практический интерес представляют высшие галогениды MoF₆ и MoCl₅ и оксигалогениды типа MоOF₄, МоО₂Cl₂ и МoOCl₄.

Все галогениды и оксигалогениды — легко летучие соединения, гигроскопичны, разлагаются в воде.

Сульфиды. Дисульфид молибдена встречается в природе в виде минерала молибденита (MoS₂). Он представляет собой мягкое темно-серое кристаллическое вещество, обладающее решеткой слоистого типа. Высший сульфид MoS₃ получается в виде темно-коричневых малорастворимых осадков при пропускании сероводорода в нагретые подкисленные растворы молибдатов. При температурах выше 400 – 450 ˚С трисульфид отщепляет серу, превращаясь в дисульфид.

Дата добавления: 2014-01-11 ; Просмотров: 2878 ; Нарушение авторских прав?

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет