Að draga mólýbden úr mólýbdeníti - hála blýið sem styrkir stál

Mólýbden (Mo, frumefni 42) er silfurhvítur, harður umbreytingarmálmur með þéttleika 10,28 g/cm³, bræðslumark 2623 °C (sjötta hæsta allra frumefna) og Mohs hörku 5,5. Það er í hópi 6 ásamt krómi og wolfram og deilir mörgum eiginleikum með wolfram: hátt bræðslumark, hár styrkur við hærra hitastig og einstaklega viðnám gegn hitauppstreymi og vélrænni álagi.

Mikilvægasta notkun mólýbdens er í hástyrktu, lágblendi (HSLA) stáli. Með því að bæta aðeins 0,25–1% mólýbdeni við stál eykur það harðni þess, háhitastyrk og tæringarþol verulega. Stál sem ber mólýbden er notað í þrýstihylki, olíu- og gasleiðslur, bílaíhluti og burðarvirki. Um það bil 80% af öllu mólýbdeni sem framleitt er fer í stál og járnblendi.

Mólýbden er líka líffræðilega nauðsynlegt - það er þyngsta frumefni sem vitað er að þarf af flestum lífverum. Ensímið nitrogenasi, sem bindur köfnunarefni í andrúmsloftinu í ammoníak í belgjurtarótarhnúðum, notar mólýbden-járn cofactor (FeMo-co) á virkum stað. Án mólýbdens myndi líffræðileg köfnunarefnisbinding - og þar af leiðandi náttúruleg næring plantna - ekki virka. Mólýbden er snefilnæringarefni í jarðvegi og skortur á mólýbdeni veldur uppskerubresti í ákveðnum súrum jarðvegi um allan heim.

Mólýbdenít (MoS₂) myndar mjúkar, sveigjanlegar, málmgráar flögur og plötur með áberandi bláleitan silfurgljáa - aðeins silfurbláari en grásvartur grafíts. Helstu auðkenni: Mohs hörku 1–1,5 (mjög mjúk — mýkri en fingurnögl), eðlisþyngd 4,7–4,8 (talsvert þyngri en grafít við 2,1–2,3), fullkomin grunnklofin sem framleiðir þunnar, sveigjanlegar flögur og grængráar rákir á pappír (grárri grafítrönd) svart-grá).

Eðlismunurinn er áreiðanlegasti greinarmunurinn á sviði mólýbdeníts og grafíts. Taktu upp sýnishorn af hverju - mólýbdenít finnst áberandi þyngra fyrir stærð sína. Bláleitur blær ljóma mólýbdeníts (samanborið við hlutlausari gráan grafít) er fíngerður en sýnilegur með æfingum. Undir handlinsu sýna mólýbdenítflögur oft málmkenndari, endurkastandi eiginleika en grafít.

Mólýbdenít á sér stað í háhita vatnshitaæðum og porfýrútfellingum, venjulega tengt kopar, wolfram og tin steinefni. Helstu útfellingar eru Climax og Henderson (Colorado, Bandaríkjunum - meðal stærstu mólýbdenútfellinga á jörðinni), Endako (Breska Kólumbía, Kanada) og fjölmargar porfýr kopar-mólýbdenútfellingar í Chile. Margar af stóru koparnámum heimsins framleiða mólýbdenít sem aukaafurð.

Mólýbdenít er svo mjúkt (Mohs 1–1,5) að það þarf nánast ekkert að mylja það - það flagnar í sundur við fingurþrýsting. Skiljið mólýbdenítflögur frá hýsilberginu (venjulega kvars eða granít) með því að brjóta sýnishorn varlega og afhýða gráu málmflögurnar. Mólýbdenít kemur oft fyrir sem einbeittir vasar eða bláæðar af næstum hreinu MoS₂ í kvarsi - það er hægt að draga þá út á hreint.

Safnaðu flögunum í haug og vegið. Þú þarft 200–400 grömm af tiltölulega hreinu mólýbdeníti. Efnið ætti að vera aðallega grátt, málmflögur með lágmarks kvarsmengun. Vegna þess að mólýbdenít er vatnsfælin (vatnsfráhrindandi) - eiginleiki sem er nýttur í floti með froðu í iðnaði - hefur það tilhneigingu til að festast ekki við blautt yfirborð, sem hægt er að nota með góðum árangri við flokkun.

Notaðu hanska við meðhöndlun. Mólýbdenít er ekki bráð eitrað, en fínu flögurnar hjúpa allt sem þær snerta með grári málmfilmu og rykinu má ekki anda að sér. Hálka, fitug tilfinning mólýbdeníts á hanskafingrum þínum er eins og grafít - þetta er eiginleiki sem olli alda ruglingi milli steinefnanna tveggja.

AÐEINS utandyra — framleiðir eitrað brennisteinsdíoxíðgas. Brennsla breytir mólýbdenít í mólýbdentríoxíð: 2MoS₂ + 7O₂ → 2MoO₃ + 4SO₂↑. Viðbrögðin eru mjög útverm - þegar þau hafa byrjað, heldur þau sjálfri sér að hluta. Brennisteinsdíoxíð (SO₂) losnar í verulegu magni og er eitruð, kæfandi, súr lofttegund. Standið vel upp í vindinn allan tímann.

Dreifið mólýbdenítflögunum í þunnt lag (undir 1 cm) í eldfast mót. Hitið í viðarkolum í 500–600 °C. Mólýbdenítið byrjar að oxast og gráu málmflögurnar breytast smám saman í fölgulhvítt duft - þetta er mólýbdentríoxíð (MoO₃). Hrærið oft með langri stálstöng til að útsetja ferska fleti í lofti.

MoO₃ lækkar við 795 °C, svo hitaðu ekki yfir 750 °C eða oxíðið tapast sem gufa. Þetta er mikilvægur hitastýringarstaður - ef eldurinn er of heitur sleppur MoO₃ gufa sem fínar hvítar gufur. Haltu hitastigi á bilinu 500–700 °C og gefðu þér góðan tíma (1–2 klst.) til að oxa það. Brennslunni er lokið þegar öll hleðslan er fölgul-hvítt duft án gráar málmflögur eftir.

Blandið brennda MoO₃ duftið saman við fínt duftformað kol í um það bil 1:0,3 miðað við þyngd. Afoxunarhvarfið er: MoO₃ + 3C → Mo + 3CO (einfölduð; millistigs undiroxíð MoO₂ og Mo₂O3 myndast við þrepalegri afoxun). Pakkaðu blöndunni þétt saman í leir- eða grafítdeiglu.

Setjið deigluna í kolaofn með þvinguðu lofti og hitið að hámarks hitastigi sem hægt er að ná. Minnkun MoO₃ með kolefni hefst við um það bil 900 °C og fer hraðar yfir 1100 °C. Mólýbden hefur bræðslumark 2623 °C — eins og wolfram er ekki hægt að bræða það í kolaofni. Varan myndast sem grátt málmduft eða hertur massa, ekki bráðinn hnappur.

Haldið hámarkshita í 2–3 klst. Kolmónoxíð er framleitt - lyktarlaust, banvænt gas - þannig að útivinnsla með góðri loftræstingu er nauðsynleg. Deiglan ætti að vera vel lokuð (lok eða öfug deigla) til að viðhalda afoxandi andrúmslofti inni, sem kemur í veg fyrir að MoO₃ fjarlægist áður en það getur brugðist við kolefninu.

Leyfðu deiglunni að kólna alveg og opnaðu hana síðan. Varan ætti að vera dökkgrátt málmduft eða að hluta sintraður massi. Mólýbden málmduft er dökk silfurgrár litur, dekkri en wolframduft. Það hefur þéttleika 10,28 g/cm³ — áberandi þéttara en járn (7,87) en minna þétt en wolfram (19,25).

Mólýbden er parasegulmagnaðir — laðast ekki að seglum. Þetta aðgreinir það frá járn- eða nikkelmengun. Undir handlinsu sýna vel afoxaðar mólýbdenagnir málmgljáa á einstökum kornaflötum.

Efnafræðileg staðfestingarpróf: leysið upp lítið magn af gráa duftinu í heitri, óblandaðri saltpéturssýru. Mólýbden leysist upp og myndar litlausa eða fölgula lausn. Ef umfram ammóníak (NH₃) er bætt við og síðan ammóníumfosfati ((NH₄)₂HPO₄), myndast skært kanarígult botnfall af ammóníumfosfómólýbdati ((NH₄)₃PMo₁₂O₄₀₀) - klassískt próf fyrir mó- og gæðaviðkvæmt. Þetta sláandi gula botnfall er ótvírætt.

Besta hagnýta notkun mólýbdeníts er sem fast smurefni. MoS₂ hefur einn af lægstu núningsstuðlum hvers efnis — 0,03 til 0,06, samanborið við 0,10–0,15 fyrir grafít. Lagskipt kristalsbygging þess, með brennisteinsatómum á ytri yfirborði hvers lags, skapar náttúrulega sleip rennibrautir. Ólíkt grafíti (sem krefst raka til að smyrja á áhrifaríkan hátt), smyr MoS₂ vel í lofttæmi og þurru umhverfi, sem gerir það nauðsynlegt fyrir geimnotkun — NASA notar MoS₂ smurefni mikið í gervihnattalegum og gervihnattabúnaði.

Til að sýna smureiginleikana, nuddaðu hreinu málmflötum af stálplötu eða hráefnisplötu. Gráa MoS₂ flyst sem þunn, viðloðandi filma. Að nudda tveimur slíkum meðhöndluðum flötum saman sýnir ótrúlega hálku - núningsminnkunin samanborið við beran málm er strax augljós. Þessi sama regla er notuð í MoS₂-undirstaða fitu, úðasmurefni og þurrfilmu smurefni til iðnaðarnota.

Smureiginleikinn stafar af kristalbyggingunni: hvert mólýbdenatóm er tengt við sex brennisteinsatóm í þríhyrndu prismatískri uppröðun, sem myndar stíft MoS. Á milli blaðanna starfa aðeins veikir van der Waals sveitir (í gegnum S—S tengiliði). Þessi veiku millilagstengi gera blöðunum kleift að renna yfir hvert annað með lágmarks viðnám - sama vélbúnaður og gerir grafít hált, en áhrifaríkara vegna þess að brennisteins-brennisteinsvíxlverkun er veikari en kolefnis-kolefnisvíxlverkun grafíts.

Mólýbdenítflögur og MoO₃ ryk ætti að hreinsa upp með rökum klútum. MoO₃ er væg ertandi fyrir slímhúð en er ekki mjög eitrað fyrir menn - helsta áhættan er fyrir jórturdýr (nautgripi og sauðfé), sem eru óvenjulega viðkvæm fyrir mólýbdeni vegna þess að það truflar koparefnaskipti þeirra, sem veldur ástandi sem kallast mólýbdenósu. Ekki sleppa MoO₃ á beitarsvæði. Fargaðu leifum á ábyrgan hátt.

Mólýbden málmduftið á að geyma í lokuðu hettuglasi úr gleri. Það er stöðugt í lofti við stofuhita en oxast við hitun. Efnið er ekki hættulegt að meðhöndla með hönskum.

Skrifaðu heildartilraunina: mólýbdenítþyngd, steikingarhitastig og tími, afrakstur MoO₃, kolahlutfall, minnkun hitastig og tími, og endanleg málmduftuppskera. Frá 400 grömmum af hreinu mólýbdeníti (MoS₂, 60% Mo), er fræðileg mólýbdenuppskera 240 grömm. Steikingartap (MoO₃ sublimation ef hitastig fer yfir 750 °C) og ófullkomin lækkun þýða að hagnýt afrakstur verður verulega minni. Jafnvel lítið magn af gráu málmdufti sem stenst þéttleika- og fosfómólýbdatprófin táknar árangursríka endurtekningu á tilraun Hjelms frá 1781 - einangrun frumefnisins sem stálframleiðendur myndu síðar kalla ómissandi.