Триоксид молибдена

Триоксид молибдена (диоксид-диоксомолибден, молибденовый ангидрид, химическая формула MoO₃) — это бинарное неорганическое соединение молибдена с кислородом, относящееся к классу кислотных оксидов. Представляет собой твёрдое кристаллическое вещество от белого до светло-жёлтого цвета, при нагревании приобретающее лимонно-жёлтый оттенок. Является важнейшим промышленным продуктом переработки молибденового сырья и ключевым предшественником для получения металлического молибдена, его сплавов и химических соединений.

Физические и химические свойства

Кристаллическая структура и полиморфизм

При нормальных условиях триоксид молибдена кристаллизуется в орторомбической сингонии (пространственная группа Pnma, тип ReO₃). Кристаллическая решётка построена из искажённых октаэдров MoO₆, соединённых вершинами и рёбрами, что образует слоистую структуру. При нагревании до 750–800 °C происходит обратимый фазовый переход в моноклинную модификацию. Известна также метастабильная гексагональная форма, получаемая при гидротермальном синтезе.

Термические свойства

Температура плавления: 795 °C (с одновременным возгоном).
Температура кипения: 1155 °C (возгонка без разложения).
При нагревании выше 600 °C в вакууме или восстановительной атмосфере частично возгоняется, образуя пары, состоящие из тримерных молекул (MoO₃)₃.

Химическое поведение

Растворимость: плохо растворим в воде (0,106 г/100 мл при 20 °C), но хорошо растворяется в щелочах, аммиаке и минеральных кислотах (кроме плавиковой).
Кислотно-основные свойства: проявляет свойства кислотного оксида. При растворении в щелочах образует молибдаты (например, Na₂MoO₄·2H₂O). В воде образует слабую молибденовую кислоту H₂MoO₄.
Восстановление: легко восстанавливается водородом до диоксида MoO₂ (при 400–500 °C) и далее до металлического молибдена (при 900–1000 °C). Восстанавливается также алюминием, углеродом и другими восстановителями.
Окислительные свойства: в щелочной среде может проявлять слабые окислительные свойства, восстанавливаясь до Mo(IV) или Mo(V).

Получение

Промышленные методы

Основным источником триоксида молибдена является молибденит (MoS₂) — сульфидный минерал. Процесс получения включает несколько стадий:

Обогащение: флотацией получают молибденитовый концентрат (содержание MoS₂ 85–95%).
Окислительный обжиг: концентрат обжигают в печах при 550–650 °C в токе воздуха:

\[ 2MoS_2 + 7O_2 \rightarrow 2MoO_3 + 4SO_2 \] Образующийся диоксид серы улавливают для производства серной кислоты.

Очистка: технический MoO₃ (содержит примеси Fe, Cu, Ca, Si) очищают сублимацией (возгонкой) при 900–1000 °C, получая продукт чистотой 99,95–99,99%.

Лабораторные методы

Окисление металлического молибдена на воздухе при 500–600 °C.
Разложение молибдата аммония (NH₄)₂MoO₄ при нагревании:

\[ (NH_4)_2MoO_4 \rightarrow MoO_3 + 2NH_3 + H_2O \]

Окисление молибдена концентрированной азотной кислотой.

Применение

Металлургия (основное потребление)

Около 80–85% производимого в мире триоксида молибдена используется для получения ферромолибдена (FeMo) — легирующей добавки в стали. Ферромолибден получают восстановлением MoO₃ алюминием или углеродом в присутствии железной стружки. Молибден повышает:

прочность и твёрдость стали (особенно при высоких температурах);
коррозионную стойкость;
прокаливаемость;
сопротивление ползучести.

Химическая промышленность

Катализаторы: MoO₃ является компонентом катализаторов для гидроочистки нефти (гидродесульфуризации), окисления метанола в формальдегид, а также в процессе амоксидирования пропилена (получение акрилонитрила).
Производство молибдатов: используется для синтеза молибдата аммония, натрия, кальция и других соединений, применяемых в качестве удобрений, ингибиторов коррозии, пигментов.
Люминофоры: легированный редкоземельными элементами (Eu, Tb) MoO₃ используется в люминесцентных лампах и светодиодах.

Электроника и оптика

Электрохромные устройства: тонкие плёнки MoO₃ меняют цвет от прозрачного до тёмно-синего при приложении напряжения, что используется в «умных» окнах и дисплеях.
Газовые сенсоры: чувствителен к газам-восстановителям (H₂, NH₃, H₂S), что позволяет применять его в датчиках утечек.
Оптические покрытия: используется как просветляющее покрытие для линз и зеркал.

Научные исследования

Наноматериалы: из MoO₃ получают наночастицы, наностержни и нанолисты, исследуемые для применения в суперконденсаторах, литий-ионных аккумуляторах и фотокатализе.
Квантовые точки: нанокристаллы MoO₃ проявляют люминесцентные свойства, перспективные для биомедицинской визуализации.

Биологическая роль и токсикология

Триоксид молибдена не является биологически необходимым элементом для человека, но молибден в микродозах (в виде молибдатов) входит в состав ферментов (ксантиноксидаза, альдегидоксидаза, сульфитоксидаза). Избыток соединений молибдена может вызывать:

Острое отравление: при вдыхании пыли — раздражение слизистых оболочек глаз и дыхательных путей, кашель, одышка. При проглатывании — желудочно-кишечные расстройства.
Хроническое воздействие: возможно развитие молибденоза — заболевания, проявляющегося поражением печени, почек, суставов (подагроподобный синдром), а также нарушением обмена меди (вторичный дефицит меди).
Канцерогенность: Международное агентство по изучению рака (МАИР) классифицирует триоксид молибдена как вещество, возможно канцерогенное для человека (группа 2B). В России MoO₃ отнесён к 3-му классу опасности (умеренно опасные вещества).

Предельно допустимая концентрация (ПДК) в воздухе рабочей зоны: 3 мг/м³ (в пересчёте на молибден).

История открытия и производства

Впервые триоксид молибдена был получен в 1778 году шведским химиком Карлом Вильгельмом Шееле при обработке молибденита азотной кислотой. Шееле установил, что полученное вещество отличается от графита (с которым молибденит часто путали) и является оксидом неизвестного металла. В 1781 году Пьер-Жозеф Маке выделил металлический молибден восстановлением MoO₃ углём. Промышленное производство триоксида молибдена началось в конце XIX века в связи с развитием электрометаллургии. Крупнейшими производителями в XXI веке являются Китай, Чили, США, Перу и Россия.

Источники

Гринвуд Н., Эрншо А. Химия элементов. — М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2008. — Т. 2. — С. 1024–1030.
Брауэр Г. Руководство по неорганическому синтезу. — М.: Мир, 1985. — Т. 5. — С. 1567–1572.
Зеликман А. Н., Коршунов Б. Г. Металлургия редких металлов. — М.: Металлургия, 1991. — С. 234–256.
Коршунов Б. Г., Резник А. М., Семёнов С. А. Молибден. — М.: Металлургия, 1975. — 288 с.
Patnaik P. Handbook of Inorganic Chemicals. — McGraw-Hill, 2003. — P. 581–583.
Lide D. R. CRC Handbook of Chemistry and Physics. — 90th ed. — CRC Press, 2009. — P. 4-76.
ГОСТ 1639-2009. Молибден. Технические условия.
ГН 2.2.5.3532-18. Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны.

BFOmetr — база данных и аналитика по компаниям России.

На главную BFOmetr →