Геохимия молибдена

Министерство по образованию  Российской Федерации

Вологодский государственный  технический университет

 

 

 

 

 

 

Кафедра

                        Геоэкологии и инженерной геологии

 

 

 

Курсовая  работа на тему:

 

«Геохимия молибдена»

 

 

 

 

 

 

                                                                      Выполнил: студент группы ФЭП-31

                                                                                          Мазитова А. Э.

                                                                      Проверил: Труфанов А. В.

 

 

 

 

                                                              

Вологда 2013

Содержание:

 

1. Введение………………………………………………………………....3
2. Общая часть
0. 2.1 Химические и физические свойства элемента …………………...…..5
0. 2.2 Распространенность молибдена в природе…………………………...14
0. 2.3 Миграция элемента в природных системах: магматических, гидротермальных, гипергенных………………………………………………17
0. 2.4 Историческая геохимия элемента………………………………….…..23
0. 2.5 Элемент в природно-техногенных системах………………………….27
3. Специальная часть
0. 3.1 Геохимия молибдена в экосистемах Вологодской области………….32
0. 3.2 Методы определения элемента…………………………………….…..36
0. 3.3 Методы удаления из питьевых вод…………………………………....37

    Заключение…………………………………………………………………..39

    Список литературы……………………………………………………….....40

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Геохимия - это наука о химическом составе  Земли  и планет, законах распределения и движения элементов и изотопов в различных геологических средах, процессах формирования горных пород, почв и природных вод.

История миграции атомов на Земле и в космосе вызывает величайший интерес в XXI столетии. В настоящее время внедряются новые приборы, разрабатываются методы исследований микромира в целях реконструкции прошлой жизни природы и прогнозирования состояния микро- и макросистем при изменении условий и процессов. Атомы химических элементов создают невероятное множество соединений в гармоничной системе мироздания, в котором мы находим все, что необходимо живым организмам и человеку.

Геохимия связана с  десятками естественных дисциплин, которые обогащаются путем взаимного использования информации. Термин «геохимия» впервые употребил в 1838 г. швейцарский химик Х. Шёнбейн относительно содержания химических элементов на Земле.

 Геохимия изучает миграцию, концентрацию и рассеяние химических элементов в геологических структурах под влиянием

факторов и процессов  при различных термодинамических физико-химических условиях.

Геохимия является необходимым направлением в цикле геолого-минералогических наук и тесно связана с минералогией и петрографией. Методология геохимии базируется на общих законах диалектики и, в частности, на изучении закономерностей миграции химических элементов в геологических системах. Предметом изучения геохимии являются атомы химических элементов Земли и космоса, их распределение и миграция в магматических, метаморфических и гипергенных системах под воздействием физико-химических процессов.

 

Научные задачи геохимии:

1. Изучение форм нахождения элементов, их миграции и концентрации в геосферах Земли и космоса.

2. Выявление законов  и закономерностей распространения и концентрации химических элементов в геологических системах.

3. Термодинамика и  геохимия магматических, метаморфических и гипергенных процессов.

4. Разработка эффективных  геохимических методов поисков полезных ископаемых, элементов-индикаторов генезиса горных пород и

месторождений полезных ископаемых.

5. Региональная геохимия.

6. Геохимия изотопов  и их применение в геологических исследованиях.

Практические задачи геохимии:

1. Использование методов  геохимии для поисков полезных ископаемых.

2. Применение геохимической  информации об элементах для индикации некоторых процессов, генезиса пород и минералов.

3. Решение экологических  проблем, выявление техногенных геохимических аномалий [1].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Общая часть

2.1 Химические и физические свойства элемента

 

Главным природным соединением молибдена является молибденит, или молибденовый блеск, — минерал, очень похожий по внешнему виду на графит и долгое время считавшийся таковым.

Для получения металлического молибдена из молибденового блеска последний переводят обжигом  в Мо0₃, из которого металл восстанавливают водородом. При этом молибден получается в виде порошка.

Залежи молибденовых руд имеются в СССР, Чили, Мексике, Норвегии и Марокко. Большие запасы молибдена содержатся в сульфидных медных рудах. [2].

 

Положение элемента в периодической системе  элементов Д.И.       Менделеева

Молибден (лат. Molybdaenum), Mo, химический элемент VI группы периодической системы Менделеева; расположен в пятом периоде, это значит, что у него будет пять электронных слоев с расположенными на них электронами. Главное квантовое число внешнего электронного уровня равно 5 [3]. Поскольку молибден расположен в шестой группе периодической системы, и не в главной подгруппе, а в побочной, то он относится к металлам. В химических реакциях он будет проявлять металлические свойства. Атомный номер 42, атомная масса 95,94 а.е.м.; светло-серый тугоплавкий металл. Атомы молибдена могут находится в шести различных степенях окисления 0, +2, +3, +4, +5, +6. Электронная формула молибдена с атомным номером 42 : 4d5 5s1 [2].

 

 

 

 

Строение  атома, изотопы, размеры ионов и  атомов.

Малораспространенный, жизненноважный , токсичный 4d-металл. Атом состоит из семи изотопов, среди которых наиболее распространены ⁹⁶Мо(23,75%), ⁹⁸Мо(16,50), ⁹²Мо(15,86), ⁹⁵Мо(15,70); и большого числа радиоизотопов, наиболее важный ⁹²Мо имеет среднюю радиационную опасность. Содержание в природной смеси, % 15,86 9,12 15,7 16,5 9,45 23,75 9,62. Искусственно получено 10 радиоактивных изотопов. Электронная конфигурация атома молибдена в нормальном состоянии:

1s²2s²2р⁶3s²3р⁶3d¹⁰4s²4р⁶4d⁵5s¹.

Энергия ионизации, эв, Мо° —> Мо⁺ —> Мо²⁺ —>Мо³⁺ —>Мо⁴⁺ —>       Мо⁵⁺ —> Мо⁶⁺ соответственно равна 7,10; 16,15; 27,13; 40,53; 55,6; 71,7.

Кристаллическая структура. Молибден имеет объемно-центрированную кубическую решетку.

Плотность, рассчитанная из рентгенографических данных, равна 10,23 г/см³ . Атомный объем 9,38 см³/г-атом. Атомный радиус молибдена для координационного числа 8, по Полингу 1,36А.

Ионный радиус Мо⁴⁺ равен 0,68 А , Мо⁶⁺ 0,62 А [4].

 

Растворимость соединений, плотность и другие физические свойства.

Молибден  — серебристо-белый металл плотностью 10,2 г/см³, плавящийся при 2620 °С. При комнатной температуре он не изменяется на воздухе, но при накаливании окисляется в белый триоксид . Температура кипения молибдена – 4639 ⁰С, удельная теплоемкость – 0,256 Дж/(г·К), теплопроводность – 142 Вт/(м·К), электросопротивление – 5,70 мкОм·см.  Механические свойства молибдена зависят от чистоты металла и предшествующей механической и термической его обработки.

В 1778 г. Шееле, показал, что при обработке молибденового  блеска азотной кислотой получается белый остаток, обладающий свойствами кислоты. Шееле назвал его молибденовой кислотой и сделал заключение, что сам минерал представляет собой сульфид нового элемента. Пять лет спустя этот элемент был получен в свободном состоянии путем прокаливания молибденовой кислоты с древесным углем.

Компактный молибден получают главным образом методом порошковой металлургии. Этот способ состоит из прессования порошка в заготовку и спекания заготовки. При прессовании порошка из него получают заготовки — тела определенной формы, обычно — бруски (штабики). Штабики молибдена получают в стальных пресс-формах при давлении до 300 МПа. Спекание штабиков в атмосфере водорода проводят в две стадии. Первая из них — предварительное спекание — проводится при 1100—1200°С и имеет целью повысить прочность и электрическую проводимость штабиков. Вторая стадия — высокотемпературное спекание — осуществляется пропусканием электрического тока, постепенно нагревающего штабики до 2200—2400 °С. При этом получается компактный металл.

Соляная и разбавленная серная кислоты при комнатной температуре не действуют на молибден; он растворяется в азотной кислоте или горячей концентрированной серной кислоте

В своих соединениях молибден проявляет  положительные степени окисления: шесть, пять, четыре, три и два. Наиболее стойкими являются соединения молибдена (VI). Важнейшие из них – соли молибденовой кислоты (молибдаты), часто имеющий сложный состав.

Молибден и его сплавы отличаются также высоким модулем  упругости, малым температурным коэффициентом расширения, хорошей термостойкостью, малым сечением захвата тепловых нейтронов. Электропроводность молибдена ниже, чем у меди, но выше, чем у железа. По механической прочности он несколько уступает вольфраму, но легче поддается обработке давлением [2].

Литой и плотно спеченный  молибден при комнатной и слегка повышенной температуре стоек против действия воздуха и кислорода. При  нагревании до темно-красного каления  поверхность металла быстро тускнеет и около 600°С молибден загорается, выделяя белый дым - возгон  . При нагревании молибдена в токе образуется смесь окислов и дисульфида молибдена, в токе НСl - летучие хлориды ( ) и оксихлориды молибдена.

В растворах, содержащих окислитель (кислород, , и др.), молибден окисляется. Растворы при недостатке окислителя окрашиваются в синий цвет. Азотная кислота, одна и в смеси с соляной и серной - окисляет и растворяет металл. Фтористый водород и плавиковая кислота быстро действуют на молибден, переводя его во фториды. Разбавленная (d=l,3 г/мл) слабо действует на молибден даже при 110°. Концентрированная (d= 1,82 г/мл) на холоду действует слабо: за 18 ч потеря массы 0,24%. При 200 - 250°С растворение идет быстрее. Фосфорная и органические кислоты воздействуют на металл слабо, но в присутствии окислителей (в том числе воздуха) растворимость заметно увеличивается.

Растворы щелочей и  аммиака действуют на молибден медленно, но их действие усиливается окислителями с повышением температуры. При растворении молибдена в щелочах получаем молибдаты щелочных         металлов, реакция будет ускоряться при использовании расплавов щелочей [5].

В своих соединениях  молибден проявляет степени окисления  от +2 до +6, среди них наиболее устойчивы вещества, в которых молибден шестивалентен. Однако в природе наиболее распространен четырехвалентный молибден – в виде дисульфида. Подобно хрому, соединения молибдена бывают окрашены в различные цвета: белый, желтый, оранжевый, черный, коричневый, красный, синий, фиолетовый и другие цвета и оттенки.

Оксид молибдена(IV) MoO₂, серый аморфный порошок или фиолетово-коричневые кристаллы, устойчивые на воздухе. Получается при восстановлении молибденового ангидрида водородом при 550° С:

MoO₃ + H₂ = MoO₂ + H₂O.

Диоксид молибдена восстанавливается  водородом до металла при

1000° С, а при сильном  нагревании диспропорционирует:

3MoO₂ = 2MoO₃ + Mo.

Сульфид молибдена(IV) MoS₂, черные очень мягкие (твердость всего 1–1,5 по шкале Мооса) и жирные на ощупь кристаллы с металлическим блеском, похожие на графит. Кристаллы имеют форму пластинок и при небольшом трении (например, о бумагу) расслаиваются на тончайшие лепестки, оставляя серо-зеленый след. Может быть получен при нагревании стехиометрических количеств простых веществ, разложением тиомолибдата аммония в инертной атмосфере или нагреванием MoO₃ в атмосфере сероводорода:

Mo + 2S = MoS₂

MoO₃ + 3H₂S = MoS₂ + S + 3H₂O

(NH₄)₂MoS₄ = MoS₂ + H₂S  + S + 2NH₃ .

MoS₂ не растворяется в воде и разбавленных минеральных кислотах даже при нагревании, но окисляется концентрированной азотной кислотой до молибденового ангидрида. Дисульфид молибдена(IV) – полупроводник, поэтому может применяться в изготовлении высокочастотных детекторов, выпрямителей или транзисторов. Благодаря удивительной мягкости кристаллов MoS₂ и их способности легко расслаиваться на тончайшие лепесточки чистое вещество применяется как компонент твердых и жидких смазочных материалов, в том числе предназначенных для эксплуатации при высоких температурах (до 400° С). Молибденит применяется в производстве изделий из керамики, так как при добавлении к глине способен окрашивать ее в синий или красный цвет (в зависимости от добавленного количества) при обжиге [6].

 

Типы связей в соединениях.

Молибден – металл, связь металлическая, кристаллическая решетка металлическая.

Оксид молибдена(VI)  (триоксид молибдена, триоксомолибден, молибдит) -бинарное неорганическое  химическое соединение  кислорода  с   молибденом.

Химическая формула  . Степень окисления молибдена в этом соединении равна +6. В газовой фазе, три атома кислорода вместе связаны с центральным атомом молибдена. В твердом состоянии безводный    состоит из слоев искаженных октаэдров   в ромбической форме кристаллов. Края октаэдров образуют цепочки, которые соединены с атомами кислорода, которые и образуют слои. Октаэдры имеют один короткую связь O—Mo с несоединенным кислородом.