Molybdenum

モリブデンは化学元素であり、記号Mo、原子番号42で表される。その名称は古代ギリシャ語のmólybdos（鉛を意味する）に由来し、これは鉱石が鉛鉱石と誤認されたことに起因する混乱による。モリブデン鉱物は何世紀も前から知られていたが、元素として初めて1778年にカール・ヴィルヘルム・シェーレによって認識され、純金属は3年後の1781年にペーター・ヤコブ・イェルムによって単離された。地球上では、モリブデンは遊離金属として存在せず、鉱物中では酸化された形態でのみ存在する。純粋な状態では、灰色がかった銀白色の金属であり、全元素中6番目に高い融点を持つ。この特性と、他の金属と結合して硬く安定した炭化物を形成する傾向により、合金において非常に価値が高い。世界のモリブデン生産量の約80%は鋼合金（高強度鋼や超合金を含む）に使用される。ほとんどのモリブデン化合物は水に溶けにくい。しかし、モリブデンを含む鉱物を酸素と水の存在下で加熱すると、モリブデン酸イオン（MoO₄²⁻）が形成され、これはかなり可溶性の塩を生成する。工業的には、世界のモリブデン生産量の約14%が顔料や触媒に使用される。生物学において、モリブデンは極めて重要である。モリブデン含有酵素は、生物学的窒素固定において大気中の窒素の化学結合を切断する最も一般的な細菌触媒である。細菌、植物、動物において50種類以上のモリブデン酵素が知られているが、窒素固定に関与するのは細菌とシアノバクテリアのもののみである。ほとんどのニトロゲナーゼは鉄-モリブデン補因子（FeMoco）を含み、これはモリブデンを+3または+4の酸化状態で保持していると考えられる。対照的に、他のすべてのモリブデン含有酵素は、モリブデンを+6または+4の状態でモリブドプテリンと呼ばれる分子と結合させる。モリブデンは、ヒトを含むすべての高等真核生物にとって必須元素である。特筆すべき生物として、海綿Theonella conicaはモリブデンを高度に蓄積することで知られている。純モリブデンは銀灰色の金属で、モース硬度は5.5、標準原子量は95.95 g/molである。その融点は2,623 °C（4,753 °F）で、天然に存在する元素の中で6番目に高く、タンタル、オスミウム、レニウム、タングステン、炭素のみがより高い融点を持つ。また、商業的に使用される金属の中で最も低い熱膨張係数の一つを持つ。モリブデンは遷移金属であり、ポーリングの電気陰性度は2.16である。室温では酸素や水と目に見えて反応しないが、ハロゲンや過酸化水素によって侵される。弱い酸化は300 °C（572 °F）で始まり、600 °C以上でバルク酸化が起こり、三酸化モリブデンを生成する。多くのより重い遷移金属と同様に、水中で陽イオンを形成することは稀であるが、Mo³⁺陽イオンは注意深く制御された条件下で生成できる。気体状態では、モリブデンは二原子分子Mo₂として存在する。この分子は一重項であり、結合軌道に2つの不対電子と5つの通常の結合を持ち、結果として六重結合を形成する。モリブデンには39の既知の同位体があり、原子質量は81から119まで、13の準安定核異性体がある。7つの同位体が天然に存在し、原子質量は92、94、95、96、97、98、100である。モリブデン-98が最も豊富で、天然モリブデンの24.14%を占める。モリブデン-100のみが不安定であり、二重ベータ崩壊によりルテニウム-100に崩壊し、半減期は7.07×10¹⁸年である。すべての合成モリブデン同位体は、ニオブ、テクネチウム、またはジルコニウムの同位体に崩壊する。最も安定な合成同位体は⁹³Moであり、半減期は4,839年で、電子捕獲により安定なニオブに崩壊する。最も一般的な同位体応用はモリブデン-99（核分裂生成物）に関するものである。これはテクネチウム-99m（医療画像診断に使用される短寿命のガンマ線放出核異性体）の親放射性同位体である。使用済み核燃料において、モリブデンは酸化還元緩衝剤として機能する。⁹⁹Moは最も豊富な核分裂生成物の一つであり、核分裂収率は6.1%で、¹³⁵Xe（6.33%）に近い。モリブデンは核燃料化学において重要な役割を果たし、燃料の酸素フガシティに影響を与える。燃料マトリックス内の核分裂によって生成されたモリブデンは、二酸化ウランの酸化を抑制する。モリブデンは-4および-2から+6までの酸化状態で化合物を形成する。高い酸化状態はその天然存在や生物学的役割に最も関連し、中間の状態は金属クラスターでよく見られ、非常に低い状態は有機モリブデン化合物に典型的である。モリブデンとタングステンの化学的性質は非常に類似している。例えば、モリブデン(III)化合物は稀であり、一般的なクロム(III)化合物とは対照的である。最も高い酸化状態はモリブデン(VI)酸化物（MoO₃）に見られ、一方、通常の硫黄化合物は二硫化モリブデン（MoS₂）である。商業的に最も重要な化合物は二硫化モリブデンと三酸化モリブデンである。黒色の二硫化物は主要な鉱物であり、空気中で焙焼されて三酸化物を生成する：2 MoS₂ + 7 O₂ → 2 MoO₃ + 4 SO₂。高温で揮発性の三酸化物は、ほとんどすべての他のモリブデン化合物や合金の前駆体である。モリブデンにはいくつかの酸化状態があり、+4と+6が最も安定である。モリブデン(VI)酸化物は強アルカリ性水溶液に溶解し、モリブデン酸塩（MoO₄²⁻）を形成する。モリブデン酸塩はクロム酸塩よりも弱い酸化剤である。低pHでは、それらは構造的に複雑なオキシアニオン（例えば[Mo₇O₂₄]⁶⁻や[Mo₈O₂₆]⁴⁻）に縮合する。ポリモリブデン酸塩は他のイオンを取り込んでポリオキソメタレートを形成することができ、暗青色のリン含有ヘテロポリモリブデン酸塩を含む。