Неорганические соединения: молибден

 

1. ВВЕДЕНИЕ

 

На грани химии, биологии и медицины возникла новая научная  область – бионеорганическая  химия. Бионеорганическая химия  рассматривает роль металлов в возникновении  и развитии различных процессов  в здоровом и больном организме, создаёт новые эффективные препараты  на основе металлоорганических соединений, активно участвует в борьбе за сохранение здоровья людей и продление  человеческой жизни.

Особенно чутко организм реагирует на изменение концентрации микроэлементов, т.е. элементов, присутствующих в организме в количестве меньше одного грамма на 70 кг массы человеческого  тела. К таким элементам относятся  медь, цинк, кобальт, железо, никель, молибден.

По мнению специалистов, современное человечество, особенно в больших городах, живёт на грани скрытой нехватки многих элементов. В стрессовых ситуациях скрытая нехватка может стать явной и привести к появлению тяжёлых  
заболеваний. Так, например, скрытое течение рака может продолжаться от 5 до  
40 лет, что, возможно, обусловлено постепенным изменением концентрации микроэлементов вследствие старения организма. С другой стороны, существуют предположения о том, что целенаправленное изменение концентрации различных элементов в организме может быть использовано для продления жизни человека.  
В настоящее время известно более ста химических элементов, однако  
только небольшое число из них входит в состав живого на планете Земля. В организме человека уже давно и точно определился баланс оптимальных  
концентраций биологически важных соединений между их поступлением и  
выведением в результате жизнедеятельности.  
Исходя из современной квантомеханической интерпретации периодической  
системы, классификация элементов проводится в соответсвии с их электронной  
конфигурацией. Она основана на степени заполнения различных электонных  
орбиталей (s, p, d, f) электронами. В соответствии с этим элементы  
подразделяют на s-,p-, d-,f- элементы.  
В организме человека присутствуют в основном ионы лёгких металлов  
Na+,K+,Mg2+,Cu2+, относящихся к s-элементам, и ионы  
Mn2+,Fe2+,Co3+,Cu2+,Zn2+ относящиеся к d-элементам. И только содержащийся в  
организме тяжёлый d-элемент молибден (Мо) – нарушает общую  
биогеохимическую установку – построение биологических структур только из  
лёгких элементов. Все эти металлы встречаются в нашем организме в виде  
твёрдых соединений или в виде их водных растворов.  
Исследование физиологической роли металлов, а также их значения в  
диагностике, профилактике и лечении болезней является одним из новых  
направлений в медицинской науке.

 

2. История и происхождение названия

42	Молибден
Mo 95,94
4d55s1

 

Молибде́н — элемент побочной подгруппы шестой группы пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, атомный номер 42.Обозначается символом Mo(лат. Molybdaenum).

Простое вещество молибден  — переходный металл светло-серого цвета. Главное применение находит в металлургии. Открыт в 1778 году шведским химиком Карлом Шееле, который, прокаливая молибденовую кислоту, получил МоО₃. В металлическом состоянии впервые получен П. Гьельмом в1782 г. восстановлением оксида углём: он получил молибден, загрязненный углеродом и карбидом молибдена. Чистый молибден в 1817 году получил Й. Берцелиус.

Молибденитом можно писать как карандашом, сердечник которого состоит из графита, только графит на бумаге оставляет серо-черный след, а у молибденита черта на бумаге имеет зеленовато-серый отлив. Название минерала - молибденит происходит от греческого слова "молюбдос", что значит "свинец". Оно намекает на малую твердости  молибденита (равную почти твердости  талька) и свинцово-серый цвет.

 

3. Нахождение в природе

 

Содержание в земной коре 3·10⁻⁴% по массе. В свободном виде молибден не встречается. В земной коре молибден распространён относительно равномерно. Меньше всего содержат молибдена ультраосновные и карбонатные породы (0,4 — 0,5 г/т). Концентрация молибдена в породах повышается по мере увеличения SiO₂. Молибден находится также в морской и речной воде, в золе растений, в углях и нефти. Содержание молибдена в морской воде колеблется от 8,9 до 12,2 мкг/л для разных океанов и акваторий. Общим является то, что воды вблизи берега и верхние слои меньше обогащены молибденом, чем воды на глубине и вдали от берега. Наиболее высокие концентрации молибдена в породах связаны с акцессорными минералами (магнетит, ильменит, сфен), однако основная масса его заключена в полевых шпатах и меньше в кварце. Молибден в породах находится в следующих формах: молибдатной и сульфидной в виде микроскопических и субмикроскопических выделений, изоморфной и рассеянной (в породообразующих минералах). Молибден обладает большим сродством с серой, чем с кислородом, и в рудных телах образуется сульфид четырёхвалентного молибдена — молибденит. Для кристаллизации молибденита наиболее благоприятны восстановительная среда и повышенная кислотность. В поверхностных условиях образуются преимущественно кислородные соединения Мо⁶⁺. В первичных рудах молибденит встречается в ассоциации с вольфрамитом и висмутином, с минералами меди (медно-порфировые руды), а также с галенитом, сфалеритом и урановой смолкой (в низкотемпературных гидротермальных месторождениях). Хотя молибденит считается устойчивым сульфидом по отношению к кислым и щелочным растворителям, в природных условиях при длительном воздействии воды и кислорода воздуха молибденит окисляется и молибден может интенсивно мигрировать с образованием вторичных минералов. Этим можно объяснить повышенные концентрации молибдена в осадочных отложениях — углистых и кремнисто-углистых сланцах и углях.

Известно около 20 минералов  молибдена. Важнейшие из них: молибденит MoS₂ (60 %Mo), повеллит СаМоО₄ (48 % Мо), молибдит Fe(MoO₄)₃·nH₂O (60 % Mo) и вульфенит PbMoO₄.

 

 

4. Физические свойства

 

Молибден — светло-серый металл с кубической объёмно-центрированной решёткой типа α-Fe (a = 3,14 Å; z = 2; пространственная группа Im3m),парамагнитен, шкала Мооса определяет его твердость 4.5 баллами. Механические свойства, как и у большинства металлов, определяются чистотой металла и предшествующей механической и термической обработкой (чем чище металл, тем он мягче). Обладает крайне низким коэффициентом теплового расширения. Молибден является тугоплавким металлом c температурой плавления 2620 °C и температурой кипения — 4639 °C.

 

 

5. Биологическая роль

 

Молибден – это серебристо-белый мягкий металл, не встречающийся в свободном виде. В природе он встречается в составе многих минералов: молибдатов и сульфидных руд. Чаще всего молибден получают при производстве меди.

Конечно, молибден используется именно в металлургии, но мы будем говорить о его биологической  роли. Молибден входит в состав растений, а также содержится в тканях животных и необходим человеку, так как  оказывает влияние на многие обменные процессы.

Учёные не так  давно поняли, что молибден относится  к незаменимым микроэлементам, и  сегодня его изучению стали уделять  больше внимания, однако механизм его  действия пока не изучен до конца.

Некоторые исследователи  даже выдвинули гипотезу, согласно которой жизнь на Марсе – как  мы её понимаем, не смогла возникнуть потому, что там нет молибдена.

 

5.1 Роль молибдена в организме

 

Соединения молибдена  попадают в организм с пищей. Растворимые  соединения легко всасываются из желудочно-кишечного тракта, абсорбируются  из легких, поступают в кровь из мест парентерального введения.

За сутки в организм взрослого человека поступает вместе с пищей 75-250 мкг молибдена. Более  половины поступившего в желудочно-кишечный тракт молибдена всасывается  в кровь. Затем, около 80% поступившего в кровь молибдена, связывается  с белками (в первую очередь, с  альбуминами) и транспортируется по всему организму. В организме  молибден скапливается в печени, а  в крови распределяется равномерно между форменными элементами и плазмой. Накопления молибдена в организме  млекопитающих не происходит. Растворимые  соединения молибдена выводятся  из организма с мочой и калом.

Физиологическое значение молибдена  для организма животных и человека было впервые показано в 1953 г, с открытием влияния этого элемента на активность фермента ксантиноксидазы. Молибден входит в состав ряда ферментов (альдегидоксидаза, сульфитоксидаза, ксантиноксидаза и др.), выполняющих важные физиологические функции, в частности, регуляцию обмена мочевой кислоты. Недостаток молибдена в организме сопровождается уменьшением содержания в тканях ксантиноксидазы. Тиомолибдат аммония (растворимая соль молибдена), является антагонистом меди и нарушает ее утилизацию в организме. Есть сведения, что молибден играет важную роль в процессе включения фтора в зубную эмаль, а также в стимуляции гемопоэза.

• Токсическая доза для человека: 5 мг.
• Летальная доза для человека: 50 мг.

 

5.2 Пониженное содержание молибдена в организме.

 

При недостатке в организме  животных молибдена (или избытка  вольфрама) нарушается способность  окисления ксантина до мочевой кислоты, тормозится катаболизм метионина, уменьшается  экскреция мочевой кислоты и  неорганических сульфатов, снижается  скорость роста. У животных образуются ксантиновые камни в почках. Дефицит  молибдена может привести к снижению расщепления целлюлозы и избыточному накоплению меди в организме, вплоть до медной интоксикации. Все эти явления могут быть устранены при добавлении в рацион молибдена.

В некоторых районах мира наблюдаются эндемические заболевания, связанные со степенью обеспеченности населения молибденом (напр., отмечен  рост заболеваемости раком пищевода в провинции Хенань, КНР; Транскей, ЮАР).

Причины дефицита молибдена:

• вегетарианская диета; 
• парентеральное питание;
• избыток вольфрама в организме.

 

Основные проявления дефицита молибдена:

• снижение активности молибденсодержащих ферментов;
• повышенная возбудимость, раздражительность;
• нарушение зрительной («темновой») адаптации, "куриная слепота";
• нарушение ритма сердечных сокращений (тахикардия);
• повышение риска развития рака пищевода.

 

5.3 Повышенное содержание молибдена в организме.

 

Избыток молибдена в организме  может быть следствием превышения безопасного  уровня его поступления с пищей  или БАДП (0,5 мг/сутки). Когда ежесуточное  потребление молибдена находится  в пределах от 0,5 до 10 мг, отмечаются лишь умеренно выраженные биохимические  изменения, существенно не влияющие на здоровье человека. При потреблении  молибдена в пределах 10-15 мг/день проявляются клинические симптомы интоксикации. При дозах молибдена, превышающих 15 мг/сутки, повышается активность ксантиноксидазы, накапливается мочевая  кислота, увеличивается риск возникновения  подагры (напр., у лиц, контактирующих с молибденом в производственных условиях). При хронической молибденовой интоксикации развиваются неспецифические  симптомы, проявляющиеся раздражением слизистых оболочек, пневмокониозом, уменьшением массы тела. При избыточном содержании молибдена в почве  наблюдается эндемическое заболевание, "молибденовая" подагра, впервые  наблюдаемая в Анкаванском районе Армении профессором В.В. Ковальским.

Отмечено развитие молибденоза  у животных, которые не получают с рационом достаточного количества меди.

В целом токсичность соединений молибдена относительно невысока.

 

Причины избытка  молибдена:

• избыточное поступление в организм соединений молибдена с пищей, водой, молибденсодержащими препаратами, БАДП;
• интоксикация молибденом в условиях производства;
• дефицит меди в рационе.

 

Основные проявления избытка молибдена:

• повышение активности ксантиноксидазы;
• повышение уровня мочевой кислоты в моче;
• подагра (также возможна уратурия, мочекаменная болезнь);
• раздражение слизистых оболочек;
• пневмокониоз;
• угнетение кроветворения (анемия, лейкопения);
• снижение массы тела.

 

5.4 Синергисты и антагонисты молибдена.

 

Полагают что вольфрам, свинец и натрий действуют как  антагонисты молибдена и вызывают его дефицит в организме. Сульфат  меди усиливает выделение молибдена  с желчью. Тиомолибдат аммония (растворимая  соль молибдена), является антагонистом меди и нарушает ее утилизацию в  организме. Дефицит меди и железа способствует увеличению содержания молибдена  в организме.

 

6. Молибден в продуктах

 

При сбалансированном питании в организме человека молибдена всегда хватает – при  условии, что здоровье в порядке. А вот в продуктах питания  содержание молибдена зависит от того, на какой почве они выращены – этот элемент мы получаем в  основном с продуктами растительного  происхождения.

Молибденом богаты бобовые и зерновые культуры, зелёные  листовые овощи, чеснок, цветная капуста, морковь и семечки подсолнуха. В некоторых продуктах животного  происхождения тоже есть молибден –  например, в нежирном мясе, молоке и  субпродуктах.

Можно сказать, что  в России дефицит молибдена – явление крайне редкое, так как во многих областях и регионах овощи и другие культуры выращиваются на почвах, где содержание молибдена почти в 100 раз выше нормы. По этой причине недостаток молибдена в воде тоже не встречается. Небольшая часть этого элемента попадает в организм с воздухом, которым мы дышим.

Соединения молибдена  легко растворимы: попадая в организм, они быстро всасываются, связываются  с белками и распределяются по всему организму. В организме  человека молибден может накапливаться, а вот животные его накапливать  не могут.