Molibdeno: qué es, características, estructura, propiedades
¿Qué es el molibdeno?
El molibdeno (Mo) es un metal de transición, perteneciente al grupo 6, período 5 de la Tabla Periódica. Tiene configuración electrónica (Kr)4d55s1; número atómico 42 y masa atómica promedio de 95,94 g/mol. Presenta 7 isótopos estables: 92Mo, 94Mo, 95Mo, 96Mo, 97Mo, 98Mo y 100Mo; siendo el isótopo 98Mo el que se encuentra en mayor proporción.
Se trata de un metal blanco de aspecto plateado con propiedades químicas semejantes al cromo. De hecho, ambos son elementos metálicos del mismo grupo, ubicándose el cromo por encima del molibdeno; es decir, el molibdeno es más pesado y tiene un nivel energético más alto.
El molibdeno no se encuentra libre en la naturaleza, sino formando parte de minerales, siendo el más abundante la molibdenita (MoS2). Además, se encuentra asociado a otros minerales sulfurosos, de los cuales también se obtiene el cobre.
Su uso se incrementó durante la Primera Guerra Mundial, ya que sustituyó al tungsteno, que escaseó debido a su explotación masiva.
Características del molibdeno
El molibdeno se caracteriza por su gran durabilidad, resistencia a la corrosión, alto punto de fusión, alta maleabilidad y resistencia a altas temperaturas. Se le considera como un metal refractario por tener un punto de fusión superior al platino (1.772º C).
Además tiene un conjunto de propiedades adicionales: la energía de enlace de sus átomos es alta, baja presión de vapor, bajo coeficiente de expansión térmica, alto nivel de conductancia térmica y baja resistencia eléctrica.
Todas estas propiedades y características han permitido que el molibdeno tenga numerosos usos y aplicaciones, siendo la más notoria la formación de aleaciones con el acero.
Por otro lado, es un oligoelemento esencial para la vida. En las bacterias y las plantas el molibdeno es un cofactor presente en numerosas enzimas que intervienen en la fijación y utilización del nitrógeno.
El molibdeno es un cofactor para la actividad de las enzimas oxotransferasas, que transfieren átomos de oxígeno del agua, a la vez que transfieren dos electrones. Entre estas enzimas se tiene la xantina oxidasa de los primates, cuya función es oxidar la xantina a ácido úrico.
Puede obtenerse de varios alimentos, entre ellos la coliflor, la espinaca, el ajo, los cereales integrales, el trigo sarraceno, el germen de trigo, la lenteja, la semilla de girasol y la leche.
Descubrimiento del molibdeno
El molibdeno no se encuentra aislado en la naturaleza, por lo que en muchos de sus complejos fue confundido en la Antigüedad con el plomo o el carbono.
En 1778, Carl Wilhelm, químico y farmacéutico sueco, logró identificar al molibdeno como un elemento distinto. Wilhelm trató a la molibdenita (MoS2) con ácido nítrico, obteniendo un compuesto de naturaleza ácida en el cual identificó al molibdeno.
Posteriormente, en 1782, Peter Jacob Hjelm, usando el compuesto ácido de Wilhelm, y mediante reducción con carbono, logró aislar un molibdeno impuro.
Estructura del molibdeno
Sus átomos metálicos adoptan el sistema cristalino cúbico centrado en el cuerpo (bcc, por sus siglas en inglés) a la presión atmosférica. A mayores presiones, los átomos de molibdeno se compactan para originar estructuras más densas, como la cúbica centrada en las caras (fcc) y la hexagonal (hcp).
Su enlace metálico es fuerte, y coincide con el hecho de ser uno de los sólidos con mayor punto de fusión (2.623º C). Esta fortaleza estructural se debe a que el molibdeno es rico en electrones, su estructura cristalina considerablemente densa, y es más pesado que el cromo. Estos tres factores le permiten fortalecer las aleaciones de las que forma parte.
Por otro lado, más importante que la estructura del molibdeno metálico, es la de sus compuestos. El molibdeno se caracteriza por su capacidad de formar compuestos dinucleares (Mo-Mo) o polinucleares (Mo-Mo-Mo-···).
Asimismo, puede coordinarse con otras moléculas para formar compuestos con fórmulas MoX4 hasta MoX8. Dentro de estos compuestos es común la presencia de puentes de oxígeno (Mo-O-Mo) o azufre (Mo-S-Mo).
Propiedades del molibdeno
Aspecto
Sólido blanco plateado.
Punto de fusión
2.623º C (2.896 K).
Punto de ebullición
4.639º C (4.912 K).
Entalpía de fusión
32 kJ/mol.
Entalpía de vaporización
598 kJ/mol.
Presión de vapor
3,47 Pa a 3.000 K.
Dureza en la escala de Mohs
5,5
Solubilidad en agua
Los compuestos de molibdeno son poco solubles en el agua. Sin embargo, el ión del molibdato MoO4-2 es soluble.
Corrosión
Es resistente a la corrosión y es de los metales que mejor resisten la acción del ácido clorhídrico.
Oxidación
No se oxida a temperatura ambiente. Para oxidarse rápidamente requiere de temperaturas mayores a 600º C.
Valencias
La configuración electrónica del molibdeno es [Kr]4d55s1, por lo que tiene seis electrones de valencia. Dependiendo a cuál átomo se enlaza, el metal puede perder todos sus electrones y tener valencia de +6 (VI). Por ejemplo, si forma enlaces con el átomo electronegativo de flúor (MoF6).
Sin embargo, puede perder de 1 a 5 electrones. Así, sus valencias abarcan el intervalo de +1 (I) a +5 (V). Cuando pierde solamente un electrón, este sale del orbital 5s, y su configuración queda como [Kr]4d5. Los cinco electrones del orbital 4d requieren de medios muy ácidos y especies muy afines a los electrones para abandonar el átomo de Mo.
De sus seis valencias, ¿cuáles son las más comunes? Las +4 (IV) y +6 (VI). El Mo (IV) tiene configuración [Kr]4d2, mientras que el Mo (VI), [Kr].
Para el Mo4+ no queda claro por qué es más estable que, por ejemplo, el Mo3+ (como ocurre con el Cr3+). Pero para el Mo6+ es posible perder estos seis electrones debido a que se vuelve isoelectrónico al gas noble kriptón.
Cloruros de molibdeno
Abajo se enlistan una serie de cloruros de molibdeno con diferentes valencias o estados de oxidación, desde (II) hasta (VI):
-Dicloruro de molibdeno (MoCl2). Sólido de color amarillo.
-Tricloruro de molibdeno (MoCl3). Sólido de color rojo oscuro.
-Tetracloruro de molibdeno (MoCl4). Sólido de color negro.
-Pentacloruro de molibdeno (MoCl5). Sólido de color verde oscuro.
-Hexacloruro de molibdeno (MoCl6). Sólido de color marrón.
Funciones en el organismo
El molibdeno es un oligoelemento esencial para la vida, ya que está presente como cofactor en numerosas enzimas. Las oxotransferasas utilizan como cofactor al molibdeno para cumplir su función de transferir oxígeno del agua con un par de electrones.
Entre las oxotransferasas están:
- La xantina oxidasa.
- La aldehído oxidasa, que oxida los aldehídos.
- Las aminas y los sulfuros en el hígado.
- La sulfito oxidasa, que oxida el sulfito en el hígado.
- La nitrato reductasa.
- La nitrito reductasa presente en las plantas.
Enzima xantina
La enzima xantina oxidasa cataliza el paso terminal en el catabolismo de las purinas en los primates: la conversión de la xantina en el ácido úrico, compuesto que luego es excretado.
La xantina oxidasa tiene como coenzima al FAD. Además, interviene en la acción catalítica el hierro no hemo y el molibdeno. La acción de la enzima puede describirse con la siguiente ecuación química:
Xantina + H2O + O2 => Ácido Úrico + H2O2
El molibdeno interviene como el cofactor molibdopterina (Mo-co). La xantina oxidasa se encuentra principalmente en el hígado y en el intestino delgado, pero el uso de técnicas inmunológicas ha permitido su ubicación en las glándulas mamarias, en el músculo esquelético y en el riñón.
La enzima xantina oxidasa es inhibida por el fármaco Alopurinol, usado en el tratamiento de la gota. En 2008, se inició la comercialización del fármaco Febuxostat con un mejor rendimiento en el tratamiento de la enfermedad.
Enzima aldehído oxidasa
La enzima aldehído oxidasa se localiza en el citoplasma celular, encontrándose tanto en el reino vegetal como en el reino animal. La enzima cataliza la oxidación del aldehído en ácido carboxílico.
También cataliza la oxidación el citocromo P450 y de los productos intermedio de la enzima monoamina oxidasa (MAO).
Debido a su amplia especificidad, la enzima aldehído oxidasa puede oxidar a muchos fármacos, realizando su función principalmente en el hígado. La acción de la enzima sobre el aldehído puede esquematizarse en la forma siguiente:
Aldehído + H2O + O2 => Ácido Carboxílico + H2O2
Enzima sulfito oxidasa
La enzima sulfito oxidasa interviene en la conversión del sulfito en sulfato. Este es el paso terminal de la degradación de los compuestos que contienen azufre. La reacción catalizada por la enzima ocurre según el esquema siguiente:
SO3-2 + H2O + 2 (Citocromo C) oxidado => SO4-2 + 2 (Citocromo C) reducido + 2 H+
Una deficiencia de la enzima por una mutación genética en el humano puede llevar a una muerte prematura.
El sulfito es un compuesto neurotóxico, por lo que una baja actividad de la enzima sulfito oxidasa puede provocar enfermedad mental, retraso mental, degradación mental y por último la muerte.
En el metabolismo del hierro y como componente de los dientes
El molibdeno interviene en el metabolismo del hierro, facilitando su absorción intestinal y la formación de los eritrocitos. Además, forma parte del esmalte de los dientes, y junto al flúor ayuda en la prevención de las caries.
Deficiencia
Una deficiencia en la ingesta de molibdeno ha sido relacionada con una mayor incidencia de cáncer esofágico en regiones de China e Irán, en comparación con regiones de Estados Unidos con niveles altos de molibdeno.
Aplicaciones del molibdeno
Catalizador
Es un catalizador de la desulfuración del petróleo, petroquímicos y líquidos derivados del carbón. El complejo catalizador comprende el MoS2 fijado sobre alúmina, y activado por cobalto y níquel.
El molibdato forma un complejo con el bismuto para la oxidación selectiva de propeno, amonio y aire. Así, forman acrilonitrilo, acetonitrilo y otros químicos, los cuales son materiales crudos para las industrias del plástico y la fibra.
Similarmente, el hierro molibdato cataliza la oxidación selectiva de metanol a formaldehído.
Pigmentos
El molibdeno interviene en la formación de pigmentos. Por ejemplo, el anaranjado de molibdeno se forma por la co-precipitación de cromato de plomo, molibdato de plomo y sulfato de plomo.
Este es un pigmento liviano y estable a diversas temperaturas, presentándose con colores rojo brillante, anaranjado o rojo-amarillo. Se usa en la preparación de pinturas y plásticos, así como en productos de caucho y cerámica.
Molibdato
El molibdato es un inhibidor de la corrosión. El molibdato sódico ha sido usado en sustitución del cromato para inhibir la corrosión de aceros templados a una amplia gama de pH.
Se emplea en enfriadores de agua, acondicionadores de aire y sistemas de calentamiento. También se usan los molibdatos para inhibir la corrosión en sistemas hidráulicos y en la ingeniería automotriz. Asimismo, los pigmentos que inhiben la corrosión se utilizan en pinturas.
El molibdato, debido a sus propiedades de alto punto de fusión, bajo coeficiente de expansión térmica y elevada conductividad térmica, se destina para producir cintas e hilos utilizados por la industria del alumbrado.
Se usa en las placas base para semiconductores; en la electrónica de potencia; electrodos para la fusión de vidrios; cámaras para hornos de altas temperaturas y cátodos para realizar el recubrimiento de células solares y pantallas planas.
Y además, se utiliza el molibdato en la producción de crisoles para todos los procesos usuales en al campo del procesamiento de los zafiros.
Aleaciones con acero
El molibdeno se usa en aleaciones con el acero que soportan altas temperaturas y presiones. Estas aleaciones se utilizan en la industria de la construcción y en la fabricación de piezas para aviones y automóviles.
El molibdato, aun a concentraciones tan bajas como el 2%, le confiere a su aleación con acero una alta resistencia a la corrosión.
Otros usos
El molibdato se utiliza en la industria aeroespacial; en la fabricación de pantallas de LCD; en el tratamiento del agua e incluso en la aplicación del rayo láser.
El disulfuro de molibdato es, por sí mismo, un buen lubricante y brinda propiedades de tolerancia a presiones extremas en la interacción de los lubricantes con los metales.
Los lubricantes forman una capa cristalina sobre la superficie de los metales. Gracias a ello, el roce metal-metal se reduce al mínimo, aun a altas temperaturas.
Referencias
- Wikipedia (2018). Molybdenum. Recuperado de: en.wikipedia.org
- R. Nave (2016). Molybdenum. Recuperado de: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
- International Molybdenum Association (IMOA). (2018). Molybdenum. Tomado de: imoa.info
- F Jona and P M Marcus (2005). The crystal structure and stability of molybdenum at ultrahigh pressures. J. Phys.: Condens. Matter 17 1049.
- Plansee (s.f.). Molybdenum. Recuperado de: plansee.com
- Lenntech (2018). Molybdenum – Mo. Recuperado de: lenntech.com