Kutengeneza Molybdenum kutoka Molybdenite — Risasi Nyinzani Inayoimarisha Chuma

Molibdeni (Mo, kipengele cha 42) ni chuma kinzani kilichouni kwa rangi nyeupe ya fedha, chenye msongamano wa 10.28 g/cm³, kiwango cha kunyoa cha 2623 °C (cha sita kwa juu kati ya vipengele vyote), na ngumu ya Mohs ya 5.5. Iko katika Kundi la 6 pamoja na chromium na tungsten, na kinashiriki mali nyingi na tungsten: kiwango cha kunyoa kimelikali, nguvu kubwa kwa joto lililoongezwa, na upinzani wa kipekee kwa matatizo ya joto na mitambo.

Matumizi ya muhimu zaidi ya molibdeni ni katika chuma HSLA (HSLA) chenye nguvu kubwa. Kuongeza molibdeni 0.25–1% tu kwa chuma huongeza kwa kiasi kikubwa uwezo wake wa kukamatia, nguvu ya joto lililoongezwa, na upinzani wa kusambaza. Chuma kilichobeba molibdeni kinatumika katika chombo cha shinikizo, mabomba ya mafuta na gesi, sehemu za motokaa, na matumizi ya muundo. Takriban asilimia 80 ya molibdeni yote inayozalishwa huenda katika chuma na aloi za chuma.

Molibdeni pia ni muhimu kiobiolojia — ni kipengele kimelikali kinachojulikana kuwa kinahitajika na kiumbe kinyingi. Enzaymu nitrogenase, inayosalitisha nitrojeni ya angahewa kuwa amonia katika nodules ya mizizi ya maharagwe, inatumia kofactor ya molibdeni-chuma (FeMo-co) kwenye tovuti yake inayofanya kazi. Bila molibdeni, usalisitaji wa nitrojeni wa kiobiolojia — na hivyo kuoza kwa asili kwa mmea — haungefanya kazi. Molibdeni ni kunutri ya alama katika udongo, na upungufu wa molibdeni husababisha kushindwa kwa mavuno katika udongo fulani wenye asidi ulimwenguni.

Molybdenite (MoS₂) huunda tabaka na sahani laini, nene, zenye rangi ya grey metallic na mwanzo wa fedha-bluu — kidogo zaidi ya fedha-bluu kuliko grey-black ya grafiti. Sifa kuu za kutambua: Mohs hardness 1–1.5 (laini sana — laini kuliko kucha), specific gravity 4.7–4.8 (nzito sana kuliko grafiti 2.1–2.3), perfect basal cleavage inayozalisha tabaka laini na nene, na greenish-grey streak kwenye karatasi (streak ya grafiti ni zaidi black-grey).

Tofauti ya wiani ni tofauti ya uwanja inayotegemeka zaidi kati ya molybdenite na grafiti. Chukua specimen ya kila mmoja — molybdenite inahisi nzito sana zaidi kwa ukubwa wake. Njia ya bluu ya molybdenite's luster (ikilinganishwa na grey nyingi zaidi ya grafiti) ni laini lakini inayoonekana na mazoezi. Chini ya lens ya mkono, tabaka la molybdenite mara nyingi linaonyesha ubora zaidi wa metallic, reflective kuliko grafiti.

Molybdenite hutokea katika veins ya hydrothermal yenye joto la juu na porphyry deposits, kawaida inasambazwa na copper, tungsten, na tin mineralization. Major deposits ni pamoja na Climax na Henderson (Colorado, USA — miongoni mwa molybdenum deposits kubwa zaidi duniani), Endako (British Columbia, Canada), na porphyry copper-molybdenum deposits nyingi katika Chile. Minigeni mingi ya copper duniani inazalisha molybdenite kama byproduct.

Molibdeniti ni laini sana (Mohs 1–1.5) kwamba inahitaji karibu hakuna kuvunjwa — inatengana na shinikizo la kidole. Tenga vipande vya molibdeniti kutoka kwa mwamba wa nyumba (kawaida kuwarisi au graniti) kwa kuvunja njia laini na kupeeling mbali vipande vya kijivu, kioo cha metallic. Molibdeniti mara nyingi hutokea kama jipockets zilizokusanya au veins za karibu MoS₂ safi ndani ya kuwarisi — hizi zinaweza kucimwa kwa usafi.

Kusanya vipande katika rundo na kupima. Unahitaji gramu 200–400 za molibdeniti safi sana. Nyenzo inapaswa kuwa hasa vipande vya kijivu, kioo cha metallic na kuwarisi kidogo kidogo. Kwa sababu molibdeniti ni hydrophobic (kumkwepu maji) — mali ambayo inatumika katika froth flotation ya viwanda — haina mwelekeo wa kusimama kwenye uso wa mvua, ambayo inaweza kutumiwa kwa faida wakati wa kupanga.

Vaa gloves wakati wa kushughulikia. Molibdeniti sio sumu ya haraka, lakini vipande vya nene huvuta kila kitu wanachogusa na kioo cha kijivu, kioo cha metallic, na ukungu haupaswi kuingizwa. Hisi ya kupiga kelele, greasy ya molibdeniti kwenye vidole vya gloved ni sawa na grafiti — hii ni mali ambayo ilisababisha kufunika kwa karne kati ya minerali mbili.

OUTDOORS ONLY — hutoa gesi ya sulfuri dioksidi yenye sumu. Kuchoma kunabadilisha molybdenite kuwa molybdenum trioxide: 2MoS₂ + 7O₂ → 2MoO₃ + 4SO₂↑. Mmenyuko huo ni wenye joto kubwa — baada ya kuanza, unajiendesha kwa sehemu. Sulfuri dioksidi (SO₂) hutolewa kwa wingi mkubwa na ni gesi yenye sumu, inayosababisha kufanya kazi na kali. Simama kila wakati kwenye upande wa hawaini.

Sambaza vipande vya molybdenite katika safu nyembamba (chini ya 1 cm) katika sufuria ya refractory. Joto katika moto wa makaa ya mawe kwa 500–600 °C. Molybdenite huanza kuoksideshwa, na vipande vya kijivu vya metallic vinabadilika polepole kuwa unga wa manjano-nyeupe nyembamba — hii ni molybdenum trioxide (MoO₃). Kulia kwa mara kwa mara kwa fimbo ya chuma ndefu ili kufichua nyuso mpya kwa hewa.

MoO₃ inasublimi kwa 795 °C, kwa hiyo usijoto zaidi ya 750 °C au oksidi itapotea kama mvuke. Hii ni sehemu mahususi ya udhibiti wa joto — ikiwa moto unajoto sana, mvuke wa MoO₃ hutoka kama ukungu nyeupe nyembamba. Pangilia joto katika eneo la 500–700 °C na ruhusu hewa nyingi (1–2 saa) kwa oksidesheni kamili. Kuchoma kumakamilika wakati malipo yote yapo kama unga wa manjano-nyeupe nyembamba na hakuna vipande vya kijivu vya metallic vilivyobaki.

Ziga MoO₃ yenye uzani iliyochomwa na uzani maalum wa charcoal katika uwiano wa takriban 1:0.3 kwa uzani. Mmenyuko wa kupunguza ni: MoO₃ + 3C → Mo + 3CO (ulichoboreshwa; suboksidi za kati MoO₂ na Mo₂O₃ huundwa wakati wa kupunguza hatua kwa hatua). Pakiza mchanganyiko kwa nguvu katika chombo cha udongo au grafiti.

Weka chombo katika tanur ya charcoal yenye hewa iliyolazimwa na joto hadi kwa joto la juu inayowezekana. Kupunguza kwa MoO₃ kwa kaboni kunaanza takriban 900 °C na kuendelea kwa haraka zaidi juu ya 1100 °C. Molybdenum ina kiwango cha kumweka cha 2623 °C — kama wolfram, haiwezi kuyeyushwa katika tanur ya charcoal. Bidhaa huundwa kama uzani wa metaliki wa grey au uzani uliojipiga, si kitufe cha kumweka.

Zacheza joto la juu kwa masaa 2–3. Monoxide ya kaboni inazalishwa — gesi isiyo na harufu, yenye hatari — kwa hiyo uendeshaji wa nje wenye uingizaji wa hewa mzuri ni muhimu. Chombo kinapaswa kusungwa vizuri (kifuniko au chombo kilichoingia) ili kuweka anga ya kupunguza ndani, kulingana na MoO₃ kutokuwa na dunia kabla haiwezi kufa na kaboni.

Ruhusu crucible kubaridi kabisa, kisha ivunje. Bidhaa inapaswa kuwa ujazo wa metaliki grey nyingi au jumla ya sintered sehemu. Ujazo wa chuma cha molibdeni ni rangi ya silver-grey nyingi, nyingi zaidi kuliko ujazo wa tungsten. Ina uzani wa 10.28 g/cm³ — noticeably nyingi zaidi kuliko chuma (7.87) lakini si nyingi kama tungsten (19.25).

Molibdeni ni paramagnetic — si kukamatiana na magnets. Hii inabeza kutofautiana kutoka chuma au nickel contamination. Chini ya hand lens, molibdeni particles vizuri-reduced inaonyesha metallic luster juu ya uso wa individual grain.

Jaribio la kemikali la uthibitisho: kutatua kiasi kidogo cha grey powder katika moto, concentrated nitric acid. Molibdeni kutatua na kuzalisha suluhisho la colorless au pale yellow. Kuongeza excess ammonia (NH₃) na kisha ammonium phosphate ((NH₄)₂HPO₄) inazalisha bright canary-yellow precipitate ya ammonium phosphomolybdate ((NH₄)₃PMo₁₂O₄₀) — jaribio la classical qualitative kwa molibdeni ambalo ni specific na highly sensitive. Hii striking yellow precipitate ni unmistakable.

Matumizi ya kawaida zaidi ya molibdeniti ni kama dutu imara ya kupaka. MoS₂ ina mojawapo ya mgawo mdogo zaidi wa msuguano wa nyenzo yoyote — 0.03 hadi 0.06, kwa kulinganisha na 0.10–0.15 kwa ajili ya graiti. Muundo wake wa kioo wenye tabaka, na atomi za kiberiti kwenye uso wa nje wa kila tabaka, huunda ndege za kuteleza asilia. Tofauti na graiti (ambayo inahitaji unyevu ili kupaka vizuri), MoS₂ hupaka vizuri katika utupu na mazingira yenye kaundu, na kwa hiyo ni muhimu kwa matumizi ya anga — NASA hutumia dutu za kupaka za MoS₂ kwa kiasi kikubwa katika vimondo vya satelaiti na mitambo.

Ili kuonyesha sifa za kupaka, sukuma kipande cha molibdeniti safi juu ya uso wa chuma safi (sahani ya chuma au kamba ya kisu). MoS₂ ya kijivu inabadilishwa kama filamu nyembamba na ya kuambatana. Kusukuma nyuso mbili zilizotibiwa hivyo pamoja kuonyesha kuteleza kumvutia — kupungua kwa msuguano kulinganisha na chuma tupu kunakuwa dhahiri mara moja. Kanuni hii ile ile inatumika katika mafuta ya MoS₂, dutu za kupaka za kusambaza, na tabaka la kupaka tupu kwa matumizi ya viwanda.

Sifa ya kupaka inakuja kutokana na muundo wa kioo: kila atomi ya molibideni inafungwa kwa atomi sita za kiberiti katika mpangilio wa prism ya trigonal, na kuunda majedwali yenye nguvu ya MoS₂. Kati ya majedwali, tu nguvu dhaifu za van der Waals zinarushwa (kupitia S—S wasiliano). Muunganisho huu dhaifu wa interlayer unaweza majedwali ya kuteleza juu ya kila mmoja na upinzani kidogo — mitambo ile ile inayofanya graiti kuteleza, lakini yenye ufanisi zaidi kwa sababu ya mwingiliano wa kiberiti-kiberiti ni dhaifu zaidi kuliko mwingiliano wa kaboni-kaboni katika graiti.

Molybdenite flakes na MoO₃ dust inapaswa kusafishwa kwa nguo nyingi. MoO₃ ni kichochezi kidogo kwa membrane za kinywa lakini si kizuri kwa binadamu — hatari kuu ni kwa mifugo ya ruminant (ng'ombe na kondoo), ambayo ni nyeti sana kwa molybdenum kwa sababu inaingilia copper metabolism yao, na kusababisha hali inayoitwa molybdenosis. Usitupe MoO₃ katika maeneo ya malisho. Tupa mabaki kwa njia ya kuwajibika.

Molybdenum metal powder inapaswa kuhifadhiwa katika chupa ya glasi iliyofungwa. Ina utulivu katika hewa kwa joto la kawaida lakini inayuka wakati inajoto. Nyenzo hii si hatari kwa kukamatia kwa gloves.

Kumkagua majaribio kamili: uzani wa molybdenite, joto la kukaanga na wakati, MoO₃ yield, uwiano wa mkaa, joto la kupunguza na wakati, na uzani wa metal powder ya mwisho. Kutoka gramu 400 za molybdenite safi (MoS₂, 60% Mo), molybdenum yield ya kinadharia ni gramu 240. Hasara za kukaanga (MoO₃ sublimation ikiwa joto lilizoenda zaidi ya 750 °C) na kupunguza bila kamata maana yield ya vitendo itakuwa chini sana. Hata kiasi kidogo cha poda ya metallic ya grey inayopita mitihani ya density na phosphomolybdate inawakilisha kurudia majaribio yanayopokelewa ya jaribio la Hjelm la 1781 — kutengana kwa kipengele ambacho wazalishaji wa chuma wangetaka baadaye na kuitwa muhimu.