小知识 | 金属元素 “钼” 的化学特性，钼 的历史 及 钼化学品的用途概述

钼在元素周期表中的原子序数为42，属于第二系列VIB族过渡元素，位于铬和钨之间（纵向）以及铌和锝之间（横向）。

在某些方面，钼与钒、铼具有对角线关系(对角线关系指元素周期表中一种元素的性质与位于它右下方另一种元素的性质相似）。例如，它们在其最高氧化态下都形成四面体构型的含氧阴离子VO₄³⁻、MoO₄²⁻和 ReO₄⁻；铼伴生于辉钼矿（MoS₂）中。

钼是一种金属元素，尽管钼的特性与典型的重金属汞、铊和铅有很大的不同，但它有时被成为“重金属”。实际上钼的毒性要比这些重金属和其他重金属低得多。正因为钼的低毒性，它成为毒性较强材料的良好替代品。

钼的突出特点是其化学特性的多样化：

氧化态从-II到VI；

配位数从4到8；

各种立体化学形式；

能够与大多数无机和有机配体形成化合物，特别易与氧、硫、氟和氯等配位原子结合；

形成含有桥联氧化物或氯化物配体/或钼 - 钼键的双核和多核化合物。

钼基化学品利用了钼氧化态（4、5、6价）下多功能的化学特性。常见的钼化合物中钼表现为最高六价氧化态，例如三氧化钼MoO₃，钼酸钠Na₂MoO₄.2H₂O，二钼酸铵(NH₄)₂Mo₂O₇和七钼酸铵(NH₄)₆Mo₇O₂₄4H₂O。在水溶液中，钼（VI）以简单的钼酸盐形式存在，由钼酸盐制成的材料是氧化催化剂，具有光活性和半导体性。钼酸根离子同硫酸根离子一样，根据浓度和 pH的不同，形成多钼酸盐离子聚合物。

在最常见的钼矿二硫化钼MoS₂ 中，钼是较低的四价氧化态。四价钼还形成MoO₂氧化物。在钼-氧化合物的氧化还原化学过程中，比如选择性氧化催化剂和钼氧化酶，钼在六价氧化态和四价之间转变。

钼在较低价氧化态下可形成各种有机金属化合物，这些化合物含有钼碳键。例如，人们熟知的六羰基钼Mo(CO)₆。这些化合物难以制备，并且暴露于空气中可能分解。它们有特殊而小众的用途，例如在精细化学品合成中用作催化剂。

钼是过渡金属中第一个与硫结合形成各类化合物的，例如，作为其主要矿石的二硫化钼MoS₂，在含钼酶中钼与硫配体结合，MoS₂用作重要的工业催化剂，可形成很多硫配合物，其中某些用作水溶性润滑油添加剂。

钼化学性质多样化的特点，令人兴奋并受到关注。也使钼化合物的实际和潜在用途丰富多样。利用钼的各种特性所开发的钼化学品，为其提供了新的商业应用和发展机会。

钼的历史

在古代，许多类似铅的物质，被统称为“molybdos”（希腊语）。含钼最丰富的矿物辉钼矿（MoS₂），被当作与铅、方铅矿和石墨同一类。尽管古人还没法区分这些不同的化合物，还没有发现钼，但已经开始使用钼的矿物辉钼矿。证据之一是在一把14世纪的日本刀剑中，发现含有合金元素钼。

1768年，瑞典科学家卡尔·威廉·谢勒（Carl Wilhelm Scheele）将辉钼矿在热硝酸中分解并在空气中加热，产生了白色氧化物粉末，从而确定了辉钼矿是一种未知元素的硫化物。1782年，在谢勒的建议下，彼得. 雅各布.耶尔姆（Peter Jacob Hjelm）用碳与氧化物进行化学还原反应，得到了一种深色金属粉末，他将其命名为“钼”。

钼被发现之后，一直停留在实验室探索阶段，直到19世纪末期，商用提取技术开始成熟。对钢进行的相关实验发现，钼可以有效替代许多合金钢中的钨，具有重量上的优势，因为钨的原子量几乎是钼的两倍。1891年，法国施耐德公司（Schneider＆Co）首次将钼用作装甲钢板的合金元素。

第一次世界大战爆发期间，对合金钢的需求导致对钨需求的猛增，钨的供应极度紧张。钨的短缺加速了钼在许多高硬度和抗冲击钢中取代钨。对钼需求的增长促使人们不断地寻找新的钼矿资源，最终开发了美国科罗拉多州的大型矿山克莱麦克斯(Climax)，并于1918年投产。

一战后，对合金钢需求的锐减，催生了很多旨在开发钼在民用领域新应用的研究工作。不久，许多新的低合金含钼汽车用钢通过测试并获得认可。在20世纪30年代，研究人员确定了锻造和热处理含钼高速钢的适宜温度范围，这一技术突破为钼打开了广阔的新市场。研究人员最终全面了解了钼是如何将其作为合金元素的许多成本效益方面的优势赋予了钢和其他材料。

第一辆使用含钼钢的汽车--威尔斯·圣克莱尔

（照片由Climax 钼业公司提供）

到20世纪30年代末期，钼已经是被广泛接受的工业技术材料。1945年第二次世界大战的结束再一次推动了钼在民用工业领域应用的开发与研究，战后重建为许多含钼结构钢的应用开辟了广阔的市场。尽管钢和铸铁仍然占据钼最大的单一市场份额，但钼在超级合金，镍基合金，润滑剂，化学品，电子产品和许多其他领域也具有极其宝贵的价值。

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钼化学品的用途概述

钼化学品用途广泛，因为它利用了钼化学特性的丰富多样，带来了新的商业应用和机会。钼化学品的用途包括以下几方面：

1

催化剂

钼基催化剂在石油和塑料工业中有许多重要的应用。主要用于石油的加氢脱硫（HDS）、石化产品和煤制液体燃料。该催化剂包含以氧化铝为载体、钴或镍为助剂的硫化钼MoS2催化剂，通过在氧化铝上钴和钼氧化物的硫化反应制备而成。随着世界原油供应的进一步扩大和低硫原油供应的减少，钼基催化剂的使用将增加。钼不仅帮助炼油石化行业较经济地进行燃油精炼，而且还通过降低硫排放，为环保做贡献。

钼催化剂抗硫中毒性能优良。例如，在硫的存在下，将废料高温裂解产生的氢和一氧化碳催化转化为乙醇，其反应条件会使贵金属催化剂中毒。钼基催化剂已用于煤制烃类液体燃料。

钼酸铋是选择性氧化催化剂，钼参与了将丙烯、氨和空气选择性氧化为丙烯腈，乙腈和其他化学品（塑料和化纤工业的原料）的反应过程。同样，钼酸铁中的钼对甲醇选择性氧化为甲醛的反应起催化作用。

2

颜料

之所以采用钼酸盐颜料，是基于其两个特性：稳定的颜色形成和腐蚀抑制。钼橙颜料的制备采用铬酸铅、钼酸铅和硫酸铅共沉淀法。钼橙颜料具有对光和热的稳定性，颜色从鲜艳的红橙色到红黄色，用于油漆和墨水、塑料和橡胶制品以及陶瓷。

钼酸锌是白色防锈颜料的主要成分，常用作底漆。

磷钼酸用于沉淀染料甲基紫和维多利亚蓝。

3

缓蚀剂

钼酸钠多年来一直作为铬酸盐的替代品，用于宽pH值范围内低碳钢腐蚀的抑制剂。钼酸盐毒性非常低，对于缓蚀剂配方中有机添加剂而言，它是比铬酸盐侵蚀性更小的氧化剂。主要用于空调和供暖系统的冷却水，以保护暖通系统的低碳钢免受腐蚀。

钼酸盐用作水基液压系统的缓蚀剂和汽车发动机防冻液的缓蚀剂。

钼酸盐溶液可防止机加工过程中钢部件生锈。

防锈颜料，主要是钼酸锌，也有钙和锶的钼酸盐，用于涂料。这些白色颜料可用作底漆或与其他颜色配合使用。

4

阻燃抑烟剂

在电子工程中，电线和电缆绝缘层可能对飞机机舱和医院的人员构成烟火风险。八钼酸铵与聚氯乙烯合用可抑制烟雾的形成。随着计算机网络和电子产品使用的增加，此类用途也将增加。

5

润滑剂

二硫化钼是钼最常见的天然形态，从矿石中提取，提纯后直接用作润滑剂。二硫化钼为层状结构，所以是一种很有效的润滑剂。当两个移动表面之间存在MoS2颗粒时，MoS2层相互滑动，使钢与其他金属表面间自如流畅地移动，即使处于较大压力下的支承面也能有此效果。由于二硫化钼是地热作用形成的，它具有耐热、耐压的良好稳定性。尤其是如果少量的硫与铁反应产生与MoS2相容的硫化物层，更有助于保持润滑膜。

在真空中，二硫化钼也可用作润滑剂，而石墨不行。

与其他固体润滑剂相比，二硫化钼有许多独特的性能：

它摩擦系数低（0.03-0.06），是其本身固有的润滑性，不是吸附膜或气体所致（与石墨不同）;

对金属表面有很强的亲和力;

具有成膜结构;

屈服强度高达3450 MPa;

在大多数溶剂中具有稳定性;

在空气中，从低温到约350˚C（惰性或真空条件下为1200˚C）保持有效的润滑性能。

在切割液和金属成形材料中，采用钼酸盐和水溶性硫化物的组合可以提供润滑和腐蚀抑制的双重作用。油溶性钼硫化合物，如硫代磷酸盐和硫代氨基甲酸酯，可为发动机防磨损、抗氧化和抗腐蚀的保护。

6

农用钼化学品

钼是动物和植物必需的微量元素。它是固氮酶必不可少的组成部分，固氮酶催化大气中的氮转化为氨。因此，钼酸盐应用于肥料配方中。钼可提高硝酸还原酶的活性，催化硝酸盐还原。有些土壤，特别是酸性土壤，需要补充钼来维持植物的健康生长。

7

陶瓷及先进材料

二硅化钼 MoSi₂ 由于其高熔点（2030°C）和出色的抗氧化性，可以作为一种特殊的陶瓷应用于加热元件、加热炉、柴油发动机电热塞、熔融金属喷枪、航空航天设备、燃气涡轮发动机、外密封件等。

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