Molybdenum

钼是一种化学元素，符号为Mo，原子序数为42。其名称源自古希腊语mólybdos，意为铅，这种混淆源于其矿石常被误认为铅矿石。尽管钼矿物已为人所知数百年，但该元素于1778年由卡尔·威廉·舍勒首次确认为一种独特物质，纯金属则于三年后（1781年）由彼得·雅各布·耶尔姆分离。在地球上，钼从不以游离金属形式存在，仅以氧化态形式存在于矿物中。纯态钼是一种带灰色调的银白色金属，在所有元素中熔点排名第六。这一特性，加上其与其他金属结合时易形成坚硬稳定碳化物的倾向，使其在合金中极具价值。全球约80%的钼产量用于钢合金，包括高强度钢和超级合金。大多数钼化合物不易溶于水。然而，当含钼矿物在氧气和水的存在下加热时，会形成钼酸根离子（MoO₄²⁻），从而生成可溶性盐。工业上，全球约14%的钼产量用于颜料和催化剂。在生物学中，钼至关重要。含钼酶是细菌在生物固氮过程中分解大气氮化学键的最常见催化剂。已知细菌、植物和动物中存在超过50种钼酶，但仅细菌和蓝藻中的钼酶参与固氮。大多数固氮酶含有铁钼辅因子（FeMoco），其中钼可能处于+3或+4氧化态。相比之下，所有其他含钼酶通过一种称为钼蝶呤的分子结合处于+6或+4态的钼。钼是所有高等真核生物（包括人类）的必需元素。一种名为圆锥海绵（Theonella conica）的生物以超富集钼而闻名。纯钼是一种银灰色金属，莫氏硬度为5.5，标准原子量为95.95 g/mol。其熔点为2,623 °C（4,753 °F），在天然元素中排名第六——仅钽、锇、铼、钨和碳的熔点更高。它也是商业用金属中热膨胀系数最低的之一。钼是一种过渡金属，鲍林电负性为2.16。在室温下，它不与氧气或水发生明显反应，但会被卤素和过氧化氢侵蚀。弱氧化始于300 °C（572 °F），大量氧化在600 °C以上发生，生成三氧化钼。与许多较重过渡金属类似，它很少在水中形成阳离子，但Mo³⁺阳离子可在严格控制条件下生成。在气态下，钼以双原子Mo₂分子形式存在。该分子为单重态，成键轨道中有两个未配对电子，加上五个常规键，形成六重键。已知钼有39种同位素，原子质量从81到119，以及13种亚稳态核异构体。七种同位素天然存在，原子质量分别为92、94、95、96、97、98和100。钼-98最丰富，占天然钼的24.14%。仅钼-100不稳定，通过双β衰变衰变为钌-100，半衰期为7.07×10¹⁸年。所有合成钼同位素衰变为铌、锝或锆的同位素。最稳定的合成同位素是⁹³Mo，半衰期为4,839年，通过电子俘获衰变为稳定铌。最常见的同位素应用涉及钼-99，这是一种裂变产物。它是锝-99m的母体放射性同位素，锝-99m是一种用于医学成像的短寿命伽马发射核异构体。在乏核燃料中，钼充当氧化还原缓冲剂。⁹⁹Mo是最丰富的裂变产物之一，裂变产额为6.1%，接近¹³⁵Xe（6.33%）。钼在核燃料化学中起关键作用，因为它影响燃料的氧逸度。核裂变在燃料基体中产生的钼抑制二氧化铀的氧化。钼形成从−4和−2到+6氧化态的化合物。较高氧化态与其自然存在和生物作用最相关；中间态常见于金属簇中，而极低态则典型于有机钼化合物。钼和钨的化学性质非常相似。例如，钼(III)化合物罕见，而铬(III)化合物常见。最高氧化态出现在钼(VI)氧化物（MoO₃）中，而常见硫化合物是二硫化钼（MoS₂）。商业上最重要的化合物是二硫化钼和三氧化钼。黑色二硫化物是主要矿物；它在空气中焙烧生成三氧化物：2 MoS₂ + 7 O₂ → 2 MoO₃ + 4 SO₂。三氧化物在高温下易挥发，是几乎所有其他钼化合物和合金的前体。钼有多个氧化态，其中+4和+6最稳定。钼(VI)氧化物溶于强碱性水，形成钼酸盐（MoO₄²⁻）。钼酸盐是比铬酸盐更弱的氧化剂。在较低pH下，它们缩合为结构复杂的含氧阴离子，如[Mo₇O₂₄]⁶⁻和[Mo₈O₂₆]⁴⁻。多钼酸盐可结合其他离子，形成多金属氧酸盐，包括深蓝色的含磷杂多钼酸盐。