✨Molybden

Molypden (tiếng La tinh: molybdenum, từ tiếng Hy Lạp molybdos nghĩa là "giống như chì", trong tiếng Việt được đọc là Mô-líp-đen), là một nguyên tố hóa học thuộc nhóm VIB, chu kì 5 với ký hiệu Mo và số nguyên tử 42. Nó có điểm nóng chảy cao hàng thứ 6 trong số mọi nguyên tố đã biết và vì thế thường được sử dụng trong các loại hợp kim thép có sức bền cao. Molypden được tìm thấy ở dạng dấu vết trong thực vật và động vật, mặc dù sự dư thừa molypden thái quá có thể gây độc hại cho một số động vật. Molypden được Carl Wilhelm Scheele phát hiện năm 1778 và lần đầu tiên được Peter Jacob Hjelm cô lập năm 1781.

Lịch sử

Molypdenit (từ tiếng Hy Lạp Μόλυβδος molybdos, nghĩa là chì), loại quặng chính mà hiện nay người ta dùng để sản xuất molypden, trước đây gọi là molypdena. Molypdena từng bị nhầm lẫn và thường được dùng như thể nó là graphit (than chì). Ngay cả khi hai loại quặng này có thể phân biệt thì molypdena cũng đã từng được coi là quặng chì.

Cho tới tận năm 1778 thì nhà hóa học người Thụy Điển là Carl Wilhelm Scheele mới nhận thấy molypdena không phải chì mà cũng chẳng phải graphit. Ông và các nhà hóa học khác sau đó giả định chính xác rằng nó là quặng của nguyên tố mới khác biệt, đặt tên là molybdenum cho khoáng vật mà trong đó nó được phát hiện ra. Peter Jacob Hjelm đã thành công trong việc cô lập molypden bằng cách sử dụng cacbon và dầu lanh vào năm 1781. Trong một khoảng thời gian dài đã không có ứng dụng công nghiệp nào từ molypden. Công ty Schneider Electrics của Pháp đã sản xuất hợp kim thép molypden lần đầu tiên vào năm 1894 dưới dạng các tấm giáp sắt. Cho tới Chiến tranh thế giới thứ nhất phần lớn các xí nghiệp sản xuất giáp sắt khác cũng sử dụng thép hợp kim molypden. Trong Chiến tranh thế giới thứ nhất, một số xe tăng của Anh được bảo vệ bằng các tấm mangan dày tới 75 mm, nhưng nó tỏ ra không hiệu quả. Các tấm mangan sau đó được thay thế bằng các tấm molypden dày 25 mm. Điều này cho phép đạt được tốc độ cao hơn, khả năng thao diễn lớn hơn và mặc dù mỏng hơn nhưng lại có sự bảo vệ tốt hơn.

Mặc dù molypden được tìm thấy trong các khoáng vật như wulfenit (PbMoO₄) và powellit (CaMoO₄), nhưng nguồn thương mại chính chứa molypden là molypdenit (MoS₂). Molypden được khai thác như là loại quặng chính cũng như được phục hồi từ phụ phẩm trong khai thác đồng và wolfram.

Phụ phẩm trong khai thác molypden là rheni. Do nó luôn có mặt với lượng nhỏ trong molypdenit nên nguồn thương mại duy nhất của rheni chính là các mỏ molypden.

Đặc trưng

Molypden là một kim loại chuyển tiếp với độ âm điện 1,8 trên thang Pauling và nguyên tử lượng 95,9 g/mol. Nó không phản ứng với oxy hay nước ở nhiệt độ phòng. Ở nhiệt độ cao hơn, triôxít molypden được tạo ra theo phản ứng: : 2Mo + 3O₂ → 2MoO₃

Ở dạng kim loại nguyên chất, molypden có màu xám trắng bạc và rất cứng, mặc dù nó hơi mềm hơn wolfram. Dạng bột màu xám sẫm hoặc đen, nó có điểm nóng chảy là 2.623 °C, cao hàng thứ sáu trong số các nguyên tố đã biết, và chỉ có cacbon cùng các kim loại như wolfram, rheni, osmi và tantan là có nhiệt độ nóng chảy cao hơn, theo trật tự như trên đây. Nó cũng có hệ số giãn nở nhiệt thấp nhất trong số các kim loại sử dụng ở quy mô thương mại (4,8 µm/m•K ở 25 °C).

Đồng vị

Người ta đã biết 35 đồng vị của molypden với nguyên tử lượng trong khoảng từ 83 tới 117, cũng như bốn đồng phân hạt nhân. Bảy đồng vị có nguồn gốc tự nhiên, với nguyên tử lượng là 92, 94, 95, 96, 97, 98 và 100. Trong số này có 5 đồng vị ổn định (nguyên tử lượng từ 94 tới 98). Tất cả các đồng vị không ổn định của molypden phân rã thành các đồng vị của niobi, tecneti, rutheni.

Mo⁹² và Mo¹⁰⁰ là hai đồng vị tự nhiên không ổn định. Mo¹⁰⁰ có chu kỳ bán rã khoảng 1×10¹⁹ năm và trải qua phân rã beta kép thành Ru¹⁰⁰. Mo⁹⁸ là đồng vị phổ biến nhất, chiếm 24,14% khối lượng tất cả các đồng vị molypden. Các đồng vị molypden với nguyên tử lượng từ 111 tới 117 đều có chu kỳ bán rã ở mức 15 μs. Sự khan hiếm molypden tạo ra do sự thiếu hụt tương đối của oxy trong đại dương thời kỳ đầu. Oxy hòa tan trong nước biển là cơ chế chính để hòa tan molypden từ các chất khoáng dưới đáy biển.

Mặc dù molypden tạo ra một số hợp chất với một số phân tử hữu cơ, như các cacbohyđrat và amino acid, nhưng nó được vận chuyển trong cơ thể người dưới dạng MoO₄^2-. Molypden có mặt trong khoảng 20 enzym ở động vật, bao gồm anđehyt oxidaza, sulfit oxidaza, xanthin oxidaza. Nó có nồng độ cao hơn ở gan và thận còn nồng độ thấp hơn ở xương sống. Gan lợn, cừu và bê chứa khoảng 1,5 phần triệu molypden. Các nguồn dinh dưỡng khác chứa đáng kể molypden là đậu xanh, trứng, hạt hướng dương, bột mì, đậu lăng và một vài loại lương thực khác. Tungstat natri là tác nhân kìm hãm và ức chế molypden. Wolfram trong thức ăn làm giảm nồng độ molypden trong các mô của cơ thể. Tình trạng này có thể trầm trọng thêm nếu dư thừa cả lưu huỳnh. Phần lớn các hợp kim thép sức bền cao chứa khoảng 0,25% tới 8% molypden.

Mo⁹⁹ được sử dụng như là đồng vị phóng xạ gốc để tạo ra đồng vị phóng xạ Tc⁹⁹, được sử dụng trong nhiều ứng dụng y học.

Disulfide molypden (MoS₂) được sử dụng làm chất bôi trơn và tác nhân. Nó tạo thành các màng mỏng trên bề mặt kim loại có khả năng chịu được nhiệt độ và áp suất cao. Molypdat chì đồng ngưng tự cùng với cromat chì và sulfat chì là một chất màu vàng cam sáng, được sử dụng trong chế tạo gốm và chất dẻo. Triôxít molypden (MoO₃) được dùng làm chất kết dính giữa men và kim loại. Các quy định của OSHA Hoa Kỳ về giới hạn phơi nhiễm cho phép tối đa molypden trong 8 giờ mỗi ngày là 5 mg/m³. Phơi nhiễm kinh niên tới 60–600 mg Mo/m³ có thể gây ra các triệu chứng như mệt mỏi, đau đầu và đau khớp.

Cung và cầu

Mặc dù sản lượng hiện tại của molypden đáp ứng được nhu cầu, nhưng người ta dự báo sản lượng này sẽ không đáp ứng được nhu cầu trong giai đoạn 2009-2015.

Các lò nung chế biến quặng molypden thành dạng bột mịn, viên nhỏ hay các dạng khác. Tổng năng lực các lò nung trên thế giới hiện tại khoảng 145.000 tấn (320 triệu pound) mỗi năm, vừa đủ cho nhu cầu. Hiện tại không còn công suất dư thừa trong khi chưa thấy có các lò nung mới nào được phép hoạt động. Với năng lực đã tới hạn có thể thấy dự báo về thiếu hụt trong tương lai là rõ nét. Các dữ liệu này dựa trên giả thiết là các mỏ còn có thể tăng công suất đầu ra.

Nhu cầu về molypden tại phương Tây gia tăng mỗi năm khoảng 3% và nhu cầu của Trung Quốc cùng SNG tăng khoảng 10% mỗi năm, làm gia tăng tổng thể trong nhu cầu toàn cầu khoảng 4,5% mỗi năm. Nhu cầu gia tăng có thể là do hai yếu tố chính như sau. Thứ nhất, các chất xúc tác cho chế biến dầu thô bằng hiđrô càng ngày càng trở thành thiết yếu. Thứ hai là sự gia tăng trong việc xây dựng các lò phản ứng hạt nhân. Ước tính sẽ có thêm 48 lò phản ứng hạt nhân nữa được xây dựng cho tới năm 2013 và khoảng 100 lò vào năm 2020. Hiệp hội Molypden Quốc tế (IMOA) cho rằng trung bình mỗi lò phản ứng hạt nhân cần dùng khoảng 160.000 mét (520.000 ft) thép không gỉ. Một số lò lớn chứa trên 305.000 mét (1 triệu ft) thép không gỉ. Trừ khi sản xuất molypden có những bước tiến nhảy vọt còn không thì sự thiếu hụt trong cung cấp kim loại này được ước tính sẽ xảy ra vào năm 2009.