Molybdenum

Il molibdeno è un elemento chimico, rappresentato dal simbolo Mo e con numero atomico 42. Il suo nome deriva dal greco antico mólybdos, che significa piombo, una confusione nata dal fatto che i suoi minerali venivano spesso scambiati per minerali di piombo. Sebbene i minerali di molibdeno siano noti da secoli, l'elemento fu riconosciuto per la prima volta come sostanza distinta nel 1778 da Carl Wilhelm Scheele, e il metallo puro fu isolato tre anni dopo, nel 1781, da Peter Jacob Hjelm. Sulla Terra, il molibdeno non si presenta mai come metallo libero; esiste solo in forme ossidate nei suoi minerali. Allo stato puro, è un metallo argenteo con una sfumatura grigia e vanta il sesto punto di fusione più alto tra tutti gli elementi. Questa proprietà, insieme alla sua tendenza a formare carburi duri e stabili quando combinato con altri metalli, lo rende molto prezioso nelle leghe. Circa l'80% della produzione mondiale di molibdeno è destinata alle leghe di acciaio, comprese le varietà ad alta resistenza e le superleghe. La maggior parte dei composti del molibdeno non si dissolve facilmente in acqua. Tuttavia, quando i minerali contenenti molibdeno vengono riscaldati in presenza di ossigeno e acqua, formano lo ione molibdato (MoO₄²⁻), che dà origine a sali abbastanza solubili. Industrialmente, circa il 14% della produzione globale di molibdeno è utilizzata in pigmenti e catalizzatori. In biologia, il molibdeno è cruciale. Gli enzimi contenenti molibdeno sono i catalizzatori batterici più comuni per rompere il legame chimico nell'azoto atmosferico durante la fissazione biologica dell'azoto. Sono noti oltre 50 enzimi al molibdeno in batteri, piante e animali, sebbene solo quelli nei batteri e nei cianobatteri siano coinvolti nella fissazione dell'azoto. La maggior parte delle nitrogenasi contiene un cofattore ferro-molibdeno (FeMoco), che probabilmente trattiene il molibdeno nello stato di ossidazione +3 o +4. Al contrario, tutti gli altri enzimi contenenti molibdeno legano il molibdeno nello stato +6 o +4 con una molecola chiamata molibdopterina. Il molibdeno è un elemento essenziale per tutti gli eucarioti superiori, compreso l'uomo. Un organismo notevole, la spugna Theonella conica, è noto per iperaccumulare molibdeno. Il molibdeno puro è un metallo grigio-argenteo con una durezza Mohs di 5,5 e un peso atomico standard di 95,95 g/mol. Il suo punto di fusione è 2.623 °C (4.753 °F), il sesto più alto tra gli elementi naturali: solo tantalio, osmio, renio, tungsteno e carbonio fondono a temperature più elevate. Ha anche uno dei coefficienti di dilatazione termica più bassi tra i metalli usati commercialmente. Il molibdeno è un metallo di transizione con un'elettronegatività di 2,16 sulla scala di Pauling. A temperatura ambiente, non reagisce visibilmente con ossigeno o acqua, ma viene attaccato da alogeni e perossido di idrogeno. Una debole ossidazione inizia a 300 °C (572 °F) e l'ossidazione di massa avviene sopra i 600 °C, producendo triossido di molibdeno. Come molti metalli di transizione più pesanti, forma raramente un catione in acqua, sebbene il catione Mo³⁺ possa essere creato in condizioni attentamente controllate. Allo stato gassoso, il molibdeno esiste come molecola biatomica Mo₂. Questa molecola è un singoletto, con due elettroni spaiati in orbitali di legame più cinque legami convenzionali, risultando in un legame sestuplo. Sono noti 39 isotopi del molibdeno, con masse atomiche da 81 a 119, insieme a 13 isomeri nucleari metastabili. Sette isotopi si trovano in natura, con masse atomiche di 92, 94, 95, 96, 97, 98 e 100. Il molibdeno-98 è il più abbondante, costituendo il 24,14% del molibdeno naturale. Solo il molibdeno-100 è instabile; decade tramite doppio decadimento beta in rutenio-100, con un'emivita di 7,07×10¹⁸ anni. Tutti gli isotopi sintetici del molibdeno decadono in isotopi di niobio, tecnezio o zirconio. L'isotopo sintetico più stabile è il ⁹³Mo, che ha un'emivita di 4.839 anni e decade per cattura elettronica in niobio stabile. L'applicazione isotopica più comune coinvolge il molibdeno-99, un prodotto di fissione. È il radioisotopo progenitore del tecnezio-99m, un isomero nucleare a vita breve emettitore gamma utilizzato nell'imaging medico. Nel combustibile nucleare esaurito, il molibdeno agisce come tampone redox. Il ⁹⁹Mo è uno dei prodotti di fissione più abbondanti, con una resa di fissione del 6,1%, vicina a quella del ¹³⁵Xe (6,33%). Il molibdeno svolge un ruolo critico nella chimica del combustibile nucleare perché influenza la fugacità dell'ossigeno del combustibile. Il molibdeno prodotto dalla fissione nucleare nella matrice del combustibile inibisce l'ossidazione del biossido di uranio. Il molibdeno forma composti in stati di ossidazione da −4 e −2 fino a +6. Gli stati di ossidazione più elevati sono i più rilevanti per la sua presenza naturale e i ruoli biologici; gli stati intermedi si trovano spesso in cluster metallici, mentre gli stati molto bassi sono tipici dei composti organometallici del molibdeno. La chimica del molibdeno e del tungsteno è molto simile. Ad esempio, i composti del molibdeno(III) sono rari, a differenza dei comuni composti del cromo(III). Lo stato di ossidazione più elevato si presenta nell'ossido di molibdeno(VI) (MoO₃), mentre il normale composto dello zolfo è il disolfuro di molibdeno (MoS₂). Commercialmente, i composti più importanti sono il disolfuro di molibdeno e il triossido di molibdeno. Il disolfuro nero è il minerale principale; viene arrostito all'aria per produrre il triossido: 2 MoS₂ + 7 O₂ → 2 MoO₃ + 4 SO₂. Il triossido, che è volatile ad alte temperature, è il precursore di quasi tutti gli altri composti e leghe di molibdeno. Il molibdeno ha diversi stati di ossidazione, con +4 e +6 come i più stabili. L'ossido di molibdeno(VI) si dissolve in acqua fortemente alcalina, formando molibdati (MoO₄²⁻). I molibdati sono ossidanti più deboli dei cromati. A pH più basso, si condensano in ossianioni strutturalmente complessi, come [Mo₇O₂₄]⁶⁻ e [Mo₈O₂₆]⁴⁻. I polimolibdati possono incorporare altri ioni, formando poliossometallati, incluso l'eteropolimolibdato contenente fosforo di colore blu scuro.