موليبدنوم

تكنيشيوم → موليبدنوم ← نيوبيوم Cr ↑ Mo ↓ W 42Mo
المظهر
رمادي فلزي
الخواص العامة
الاسم، العدد، الرمز	موليبدنوم، 42، Mo
تصنيف العنصر	فلز انتقالي
المجموعة، الدورة، المستوى الفرعي	6، 5، d
الكتلة الذرية	95.96 غ·مول−1
توزيع إلكتروني	Kr]; 5s1 4d5]
توزيع الإلكترونات لكل غلاف تكافؤ	2, 8, 18, 13, 1 (صورة)
الخواص الفيزيائية
الطور	صلب
الكثافة (عند درجة حرارة الغرفة)	10.28 غ·سم−3
كثافة السائل عند نقطة الانصهار	9.33 غ·سم−3
نقطة الانصهار	2896 ك، 2623 °س، 4753 °ف
نقطة الغليان	4912 ك، 4639 °س، 8382 °ف
حرارة الانصهار	37.48 كيلوجول·مول−1
حرارة التبخر	598 كيلوجول·مول−1
السعة الحرارية (عند 25 °س)	24.06 جول·مول−1·كلفن−1
ضغط البخار
ض (باسكال) 1 10 100 1 كيلو 10 كيلو 100 كيلو عند د.ح. (كلفن) 2742 2994 3312 3707 4212 4879
الخواص الذرية
أرقام الأكسدة	6, 5, 4, 3, 2, 1, -1, -2 (أكاسيده حمضية قوية)
الكهرسلبية	2.16 (مقياس باولنغ)
طاقات التأين	الأول: 684.3 كيلوجول·مول−1
	الثاني: 1560 كيلوجول·مول−1
	الثالث: 2618 كيلوجول·مول−1
نصف قطر ذري	139 بيكومتر
نصف قطر تساهمي	5±154 بيكومتر
خواص أخرى
البنية البلورية	مكعب مركزي الجسم
المغناطيسية	مغناطيسية مسايرة
مقاومة كهربائية	53.4 نانوأوم·متر (20 °س)
الناقلية الحرارية	138 واط·متر−1·كلفن−1 (300 كلفن)
التمدد الحراري	4.8 ميكرومتر·متر−1·كلفن−1 (25 °س)
معامل يونغ	329 غيغاباسكال
معامل القص	126 غيغاباسكال
معامل الحجم	230 غيغاباسكال
نسبة بواسون	0.31
صلادة موس	5.5
صلادة فيكرز	1530 ميغاباسكال
صلادة برينل	1500 ميغاباسكال
رقم CAS	7439-98-7
النظائر الأكثر ثباتاً
المقالة الرئيسية: نظائر الموليبدنوم
النظائر الوفرة الطبيعية عمر النصف نمط الاضمحلال طاقة الاضمحلال MeV ناتج الاضمحلال 92Mo 14.84% 92Mo هو نظير مستقر وله 50 نيوترون 93Mo مصطنع 4×103 سنة ε - 93Nb 94Mo 9.25% 94Mo هو نظير مستقر وله 52 نيوترون 95Mo 15.92% 95Mo هو نظير مستقر وله 53 نيوترون 96Mo 16.68% 96Mo هو نظير مستقر وله 54 نيوترون 97Mo 9.55% 97Mo هو نظير مستقر وله 55 نيوترون 98Mo 24.13% 98Mo هو نظير مستقر وله 56 نيوترون 99Mo مصطنع 65.94 ساعة β− 0.436، 1.214 99mTc γ 0.74، 0.36، 0.14 - 100Mo 9.63% 7.8×1018 سنة β−β− 3.04 100Ru

الموليبدنوم عنصر كيميائي رمزه Mo وعدده الذري 42؛ وينتمي إلى عناصر المستوى الفرعي d في الدورة الخامسة، ويقع في المرتبة الثانية ضمن عناصر المجموعة السادسة في الجدول الدوري. ينتمي الموليبدنوم كيميائياً إلى الفلزات الانتقالية. يوجد الموليبدنوم النقي على هيئة فلز ذي لون فضي رمادي، ولديه نقطة انصهار مرتفعة، ويتميز بمقاومته للتآكل.

لا يوجد عنصر الموليبدنوم على هيئة فلز طبيعي على سطح الأرص، ولكن على شكل متأكسد ضمن معادن مختلفة؛ وخاصة في معدن المولبدينيت. اشتقت تسمية هذا العنصر من اللغة الإغريقية من الكلمة Μόλυβδος موليبدوس، والتي تعني رصاص؛ إذ كان يخلط بين خاماته مع خامات الرصاص. عرفت معادن الموليبدنوم عبر التاريخ، ولكن العنصر بحد ذاته لم يكتشف ويحدد على هيئة عنصر كيميائي إلا في أواخر القرن الثامن عشر، في سنة 1778 من العالم كارل فلهلم شيله؛ ثم عزل لاحقاً في سنة 1781 من العالم بيتر ياكوب هيلم. يستطيع الموليبدنوم أن يشكل العديد من الكربيدات المستقرة الصلدة في السبائك، ولذلك فإنه يستخدم في تركيب أنواع خاصة من الفولاذ، بما في ذلك السبائك الفائقة.

لأغلب مركبات الموليبدنوم انحلالية ضعيفة في الماء. يؤدي تسخين المعادن الحاوية على الموليبدنوم بوجود الأكسجين والماء إلى الحصول على أيون الموليبدات، والذي يعطي أملاح منحلة بشكل جيد. تستخدم مركبات الموليبدنوم في صناعة الخضب والتحفيز. يوجد الموليبدنوم على هيئة عنصر شحيح في عدد معتبر من الكائنات الحية؛ كما يوجد في الطبيعة عدد من الإنزيمات الحاوية على الموليبدنوم والقادرة على كسر الرابطة الكيميائية في جزيء النتروجين في الغلاف الجوي، عبر عملية تثبيت حيوية.

التاريخ وأصل التسمية

كانت معادن الموليبدنوم معروفة قبل اكتشاف هذا العنصر؛ إذ كان معدن المولبدينيت معروفاً تحت اسم موليبدنا . في الماضي كان يكثر الخلط بين معدن الموليبدنا والغرافيت؛ وكان يستخدم مثله مثل الغرافيت في طلاء الأسطح باللون الأسود (تسويد)، أو على شكل مزلق صلب. كما كان يكثر الخلط أيضاً بين معدن الموليبدنا وبين الغالينا خام الرصاص. اشتقت تسمية هذا المعدن من اللغة الإغريقية من الكلمة Μόλυβδος موليبدوس، والتي تعني رصاص. تشير بعض الاقتراحات إلى أن الكلمة الإغريقية موليبدوس ما هي إلا لفظ دخيل من اللغات الأناضولية: اللوية واللغة الليدية .

كارل فلهلم شيله

تشير بعض الدراسات أن خامات الموليبدنوم كانت تسبك عمداً مع الفولاذ في صناعة السيوف اليابانية في القرن الرابع عشر؛ إلا أن المعلومات التفصيلية عن ذلك الفن قد اندثرت. أما في الغرب، فقد تمكن العالم السويدي بنغت أندرسون كفيست في سنة 1754 من فحص عينة من الموليبدينيت، واستطاع أن يحدد أنها مختلفة عن الغالينا وأنها لا تحوي على الرصاص. أكد العالم كارل فلهلم شيله في سنة 1778 أن الموليبدنا مختلف في تركيبه عن الغالينا وعن الغرافيت؛ إذ تحصل من معالجة خام الموليبدنا مع حمض النتريك على أكسيد أبيض من أكسيد الموليبدنوم السداسي (ثلاثي أكسيد الموليبدنوم)؛ وافترض بدلاً عن ذلك أن الموليبدنا ما هو إلا خام لعنصر كيميائي جديد، والذي أسماه موليبدنوم. تمكن العالم بيتر ياكوب هيلم في سنة 1781 من عزل هذا العنصر الجديد، وذلك من اختزال الأكسيد باستخدام الكربون في وسط من زيت بذر الكتان .

لم يكن لعنصر الموليبدنوم في البداية تطبيقات عملية، إذ أنه ليس وفيراً في الطبيعة، بالإضافة إلى صعوبة استخراجه واستخلاصه، خاصة أن التقنيات اللازمة في مجال علم تعدين الفلزات لم تكن متطورة بالشكل الكافي. أظهرت السبائك الفولاذية الحاوية على الموليبدنوم خواص هندسية واعدة، مثل الصلادة المتميزة، إلا أن المحاولات لتصنيع تلك السبائك على نطاق صناعي واسع لم تكن ناجحة، إذ أظهرت الهشاشة وسهولة إعادة تبلور الصهارة. استطاع المخترع وليام كوليدج في سنة 1906 أن يسجل براءة اختراع لعملية مكنت من زيادة مطيلية (قابلية السحب) للموليبدنوم، مما أدى إلى زيادة عدد التطبيقات العملية لهذا الفلز، مثل استخدامه على هيئة عنصر تسخين للأفران العاملة عند درجات حرارة مرتفعة، أو استخدامه داعماً في أسلاك مصابيح الإضاءة المتوهجة. بعد عدة سنوات، تمكن فرانك إلمور من تطوير عملية تعويم زبدي من أجل إعادة استحصال المولبدينيت من الخامات أثناء الاستخراج.

ازداد الطلب على الموليبدنوم أثناء الحرب العالمية الأولى، بسبب استخدامه في تدريع المركبات العسكرية وبديل احتياطي عن التنغستن في تركيب فولاذ القطع السريع . كانت بعض الدبابات البريطانية مدرعة في البداية بطبقة سماكتها 75 ميليمتر من فولاذ المنغنيز ، ولكن تلك الاستراتيجية لم تكن ناجعة؛ والتي حلت محلها صفائح من فولاذ الموليبدنوم الأخف، والتي ساعدت في زيادة حركية المدرعات ومناوارتها، علاوة على حمايتها. استخدم الألمان فولاذ الموليبدنوم في تصنيع قذائف المدفعية، مثل بيرتا الضخمة ، لأن الفولاذ التقليدي ينصهر في تلك الظروف. تراجع الطلب بعد الحرب العالمية الأولى، إلا أنه عاود الارتفاع في الحرب العالمية الثانية، خاصة في مجال صناعة الفولاذ.

الوفرة الطبيعية

معدن المولبدينيت على الكوارتز

يأتي الموليبدنوم في المرتبة الرابعة والخمسين من حيث الوفرة الطبيعية للعناصر الكيميائية في القشرة الأرضية بتركيز وسطي مقداره 1.5 جزء في المليون ؛ وفي المرتبة الخامسة والعشرين من حيث الوفرة الطبيعية في مياه المحيطات بتركيز وسطي مقداره 10 جزء في البليون ؛ وفي المرتبة الثانية والأربعين من حيث الوفرة الطبيعية في الكون.

من النادر جداً أن يعثر على الموليبدنوم على هيئة عنصر طبيعي، ومن المواقع التي وثق العثور فيها على ذلك الشكل كل من بركان كورياكسكي في شبه جزيرة كامشاتكا في روسيا، وكذلك على سطح القمر، إذ اكتشفت بعثة الفضاء السوفيتية لونا 24 وجود حبيبات حاملة للموليبدنوم في شظية من معدن البيروكسين عثر عليها في بحر الشدائد ؛ وقبل ذلك في بحر الخصوبة في بعثة لونا 16. من جهة أخرى، تعود ندرة الموليبدنوم في القشرة الأرضية لوجوده في عدد من المعادن القابلة للانحلال في الماء، وذلك غالباً بشكل مرتبط مع الكبريت. من معادن الموليبدنوم المعروفة كل الفولفينيت (موليبدات الرصاص) والباوليت (موليبدات الكالسيوم)؛ إلا أن معدن المولبدينيت (ثنائي كبريتيد الموليبدنوم) هو أكثر معادن هذا العنصر وفرة في القشرة الأرضية، ولذلك فهو يعد الخام الرئيسي للاستخراج.

الاستخراج

يستخرج الموليبدنوم عادة على شكل خامة ثانوية مشتركة من معدن المولبدينيت أثناء تعدين النحاس أو التنغستن؛ في حين أن 30% من باقي عمليات الاستخراج تكون من خامات الموليبدنوم الأولية. يحوي معدن المولبدينيت (ثنائي كبريتيد الموليبدنوم) عند الاستخراج على حوالي 50–60% من الفلز.

الإنتاج العالمي من الموليبدنوم

توجد توضعات كبيرة من خامات الموليبدنوم في الصين وتشيلي وكندا والبيرو والولايات المتحدة. بلغ الاستخراج العالمي من الموليبدنوم 250 ألف طن في سنة 2011، وتصدرت الصين الدول المنتجة (94 ألف طن) تلتها كل من الولايات المتحدة (64 ألف طن) ثم تشيلي (38 ألف طن) ثم البيرو (18 ألف طن) ثم المكسيك (12 ألف طن). يقدر الاحتياطي العالمي بحوالي 10 ملايين طن، أغلبها متوضعة في الصين (4.3 مليون طن) والولايات المتحدة (2.7 مليون طن) وتشيلي (1.2 مليون طن).

كان منجم التعدين بالقرب من قرية كنابن جنوبي النرويج، والذي افتتح في سنة 1885، أول منجم مخصص لتعدين هذا الفلز، لكنه أغلق في سنة 1973 ثم أعيد افتتاحه في سنة 2007. يستخرج من هذا المنجم حالياً ما يقارب 100 ألف كغ من معدن المولبدينيت. كما يوجد أيضاً عدد من المناجم المخصصة لتعدين الموليبدنوم حول العالم، كما في ولاية كولورادو الأمريكية.

بلغ سعر فلز الموليبدنوم في السوق مقدار 30 ألف دولار أمريكي لكل طن في سنة 2009؛ مع أن متوسط السعر كان ذا قيمة وسطية تقارب 10 آلاف دولار أمريكي بين 1997 إلى 2003، ثم بلغ أقصى سعر له في أواسط سنة 2005، عندما وصل سعر الطن إلى 103 ألف دولار أمريكي. بلغ سعر الموليبدنوم على بورصة لندن للمعادن في سنة 2018 مقدار 25 ألف دولار أمريكي لكل طن؛ وكان فلز الموليبدنوم قد طرح سلعةً للتداول عليها أول مرة في سنة 2008.

الإنتاج

تعد خامة معدن المولبدينيت (ثنائي كبريتيد الموليبدنوم) المصدر الرئيسي في عمليات إنتاج هذا الفلز. في البداية تحمّص الخامة في الهواء عند درجات حرارة تقارب 700 °س؛ مما يؤدي إلى الحصول على ثلاثي أكسيد الموليبدنوم:

${\ce {2MoS2 + 7O2 -> 2MoO3 + 4SO2}}$

يستخلص الأكسيد عادة في وسط مائي بالمعالجة مع الأمونيا لينتج مركب موليبدات الأمونيوم

${\ce {MoO3 + 2NH3 + H2O -> (NH4)2(MoO4)}}$

وأثناء العملية يستحصل على النحاس منتجاً ثانوياً ويفصل في هذه المرحلة بالمعالجة مع كبريتيد الهيدروجين. أما موليبدات الأمونيوم فتحول إلى مركب ثنائي موليبدات الأمونيوم ، والذي يمكن أن يعزل على هيئة مركب صلب. يؤدي تكليس مركب ثنائي موليبدات الأمونيوم عند درجات حرارة تقارب 400 °س إلى تفككه حرارياً إلى ثلاثي أكسيد الموليبدنوم مجدداً.

${\ce {(NH4)2Mo2O7 -> 2MoO3 + 2NH3 + H2O}}$

يستحصل على فلز الموليبدنوم العنصري من اختزال ثلاثي الأكسيد MoO₃ بواسطة غاز الهيدروجين:

${\ce {MoO3 + 3H2 -> Mo + 3H2O}}$

تتم عملية الاختزال بغاز الهيدروجين عادة على مرحلتين؛ إذ في المرحلة الأولى عند درجات حرارة تتراوح بين 500–600 °س يستحصل على مركب شبه مستقر ذي لون بني بنفسجي من أكسيد الموليبدنوم الرباعي (ثنائي أكسيد الموليبدنوم MoO₂):

$\mathrm {MoO_{3}+H_{2}\longrightarrow MoO_{2}+H_{2}O}$

وفي المرحلة الثانية عند درجات حرارة تتجاوز 1100 °س يستحصل على مسحوق من فلز الموليبدنوم.

$\mathrm {MoO_{2}+2\ H_{2}\longrightarrow Mo+2\ H_{2}O}$

يستخدم هذا الأسلوب من الاختزال للحصول على فلزالموليبدنوم للتطبيقات الخاصة التي تتطلب نقاوة مرتفعة من هذا العنصر. أما بالنسبة للموليبدنوم المستخدم في عمليات تسبيك الفولاذ فيختزل عادة بأسلوب تفاعل الألومنيوم الحراري بإضافة الحديد للحصول على سبيكة حديدية من فرّوموليبدنوم ، يصل فيها المحتوى من هذا العنصر إلى حوالي 60%.

النظائر

تشمل نظائر الموليبدنوم 39 نظيراً معروفاً تتراوح أعداد الكتلة فيها بين 81 إلى 119؛ بالإضافة إلى وجود 13 مصاوغ نووي شبه مستقر . توجد سبعة نظائر طبيعية للموليبدنوم: وهي موليبدنوم-92 ⁹²Mo وموليبدنوم-94 ⁹⁴Mo وموليبدنوم-95 ⁹⁵Mo وموليبدنوم-96 ⁹⁶Mo وموليبدنوم-97 ⁹⁷Mo وموليبدنوم-98 ⁹⁸Mo وموليبدنوم-100 ¹⁰⁰Mo؛ وجميعها نظائر مستقرة ما عدا ¹⁰⁰Mo.

يعد النظير موليبدنوم-98 ⁹⁸Mo أكثر النظائر الطبيعية وفرة، إذ يؤلف 24.14% من عنصر الموليبدنوم في الطبيعة. أما بالنسبة للنظير المشع موليبدنوم-100 ¹⁰⁰Mo فيبلغ عمر النصف لديه مقدار 10¹⁹&nbsp سنة ويخضع إلى اضمحلال بيتا المضاعف إلى النظير تكنيشيوم-100. تضمحل نظائر الموليبدنوم غير المستقرة إلى نظائر النيوبيوم والتكنيشيوم والروثينيوم. أما بالنسبة للنظائر المشعة المصطنعة فأكثرها استقراراً هو النظير موليبدنوم-93 ⁹³Mo بعمر نصف مقداره 4839 سنة. ينتج النظير موليبدنوم-99 ⁹⁹Mo، وهو ناتج اضمحلال للمصاوغ النووي تكنيشيوم-99m شائع الاستخدام في التطبيقات الطبية.

الخواص الفيزيائية

يوجد الموليبدنوم في الشكل النقي على هيئة فلز ذي لون فضّي رمادي، وهو متوسط الصلادة، إذ تبلغ قيمة الصلادة مقياس موس مقدار 5.5، وتبلغ قيمة الكتلة الذرية القياسية 95.95 غ/مول. لهذا العنصر نقطة انصهار مرتفعة تبلغ مقدار 2623 °س، وهي بذلك سادس أعلى قيمة لنقطة انصهار بين العناصر الكيميائية، وذلك بعد التانتالوم والأوزميوم والرينيوم والتنغستن والكربون. من جهة أخرى، فإن للموليبدنوم قيمة منخفضة لمعامل التمدد الحراري بين الفلزات شائعة الاستخدام.

طالع أيضاً

• عنصر أرضي نادر

الهوامش

ملحوظات

مصطلحات