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(molybdenum),化學符號Mo,是一種化學元素,原子序數為42,屬于過渡金屬。其原子質量95.94g/摩爾。它具有高熔點、抗腐蝕性能和良好的機械性能。純鉬為具有金屬光澤的深灰色或黑色粉末或銀白色塊體。它不會以純金屬形式天然存在,主要以化合物形式存在。鉬的重要化合物有三氧化鉬、二硫化鉬、鉬酸鹽和鉬的多酸鹽等。自然界中主要以輝鉬礦(主要成分二硫化鉬)存在。

鉬是一種惰性金屬,不易被常見的酸堿腐蝕,但能與許多元素形成化合物,其氧化數通常為+4、+5或+6。鉬在冶金、電子、化工和材料科學等領域得到廣泛應用。在冶金工業中,鉬用于制造高溫設備、耐火合金和高速鋼;在電子行業中,鉬在半導體、平面顯示器和太陽能電池板中發揮重要作用;在化學工業中,鉬用于催化劑、涂料和顏料等;在材料科學中,鉬合金廣泛應用于航空、汽車制造和醫療器械。

此外,鉬作為微量元素在人體代謝中扮演重要角色。其主要以鉬酶的形式參與輔酶的構建,從而激活多種氧化還原酶,在氮代謝和其他關鍵生化反應中發揮關鍵作用。

發現歷史

含鉬最豐富的礦物輝鉬礦(MoS?),被當作與鉛、方鉛礦和石墨同一類。盡管古人還沒法區分這些不同的化合物,還沒有發現鉬,但已經開始使用鉬的礦物輝鉬礦。證據之一是在一把14世紀的日本刀劍中,發現含有合金元素鉬。18世紀末-19世紀初,人們對鉬的認識和應用逐漸增加。鉬于 1778 年由瑞典化學家卡爾·舍勒 (Carl Wilhelm Scheele) 發現,他從一種叫做輝鉬礦的礦物中分離出了三氧化鉬。他以鉛的希臘詞 molybdos 為其命名,中文譯為鉬,因為他認為這是鉛的一種形式。然而,他沒有分離出純鉬金屬。1781 年,瑞典化學家彼得(Peter Jacob Hjelm )首次分離出金屬鉬,他用碳還原了三氧化鉬。

19世紀初,鉬的應用開始擴大,主要用于制造鋼鐵合金,以提高鋼鐵的硬度和耐磨性。19世紀末-20世紀初,隨著工業化進程的推進,鉬的需求迅速增加。1893年,美國鉬公司成立,開始進行大規模的鉬礦開采。美國科羅拉多州的克里克茲礦區成為全球最早的鉬礦開采地之一。此后,美國、加拿大智利等地的鉬礦開采逐漸興起。20世紀中期,鉬的需求進一步增加,用于生產武器和軍事裝備。此時,鉬礦的開采規模不斷擴大,技術也逐步改進和提升。20世紀后半葉,隨著科技的發展和鉬的廣泛應用,鉬礦礦業持續發展。除了鋼鐵合金,鉬還用于制造高溫合金、電子元件、化工催化劑等。

理化性質

物理性質

鉬是一種過渡金屬元素,具有許多重要的物理性質。它的密度為10.28 g/cm3,熔點為2622℃,具有高強度、高硬度、機械性能優異的特點,而且在高溫下仍能保持高強度和高硬度。這種銀白色金屬具有體心立方晶體結構,賦予了鉬堅固的特性。

鉬的膨脹系數(線膨脹率)約為%。其較低的膨脹系數表明鉬在溫度變化下仍具有較高的尺寸穩定性。鉬是一種優良的導熱材料,其熱導率約為 138 W/(m·K)。這使得鉬在高溫環境下能夠有效地傳導熱量,因此在一些高溫應用中得到廣泛應用。此外,鉬是一種良好的電導體,其電導率約為 1.87 × 106 S/m。這使得鉬在電子器件和半導體領域中。鉬對空氣、水和許多酸都有很高的抗腐蝕性。它能夠形成致密的氧化膜,有效防止進一步的腐蝕反應發生。這使得鉬在耐腐蝕材料的制備中得到廣泛應用。

化學性質

配位化學

鉬能夠形成穩定的配位化合物,并與其他原子或分子通過共價鍵離子鍵結合。這些配合物在催化、有機合成和材料科學等領域具有重要應用,為設計新的功能材料提供了基礎。

同位素

鉬(Mo)是一種具有豐富同位素的金屬元素,其中穩定的同位素包括、、和鉬,它們分別占據自然界中鉬的一部分。這些穩定同位素的核構成為各種應用提供了基礎,從穩定同位素示蹤到材料分析。同時,鉬還有一些放射性同位素,如和,它們在醫學影像學、核反應和放射性示蹤等領域中發揮作用。

化合物

產地分布

鉬礦資源分布較為廣泛,鉬在地殼中的平均含量約為0.00011%,已發現的鉬礦約有20種,其中最具工業價值的是輝鉬礦,其次為鎢相鈣礦、鐵鉑礦、鉬鉛礦、鉑銅礦等。主要產地包括中國、美國、智利、加拿大、秘魯等國家。中國是世界上最大的鉬礦生產國,擁有豐富的鉬礦資源。根據國土資源部發布的數據,截至2013年底,中國鉬礦查明資源儲量為2620.2萬噸(金屬含量)。2014年,中國鉬礦新增查明資源儲量106.6萬噸(金屬含量),所以截至2014年,中國鉬礦查明資源儲量達到2726.8萬噸(金屬含量)。此外,自2011年開始,中國新發現安徽沙坪溝等三個200萬噸級的鉬礦。在美洲,美國是重要的鉬生產國,科羅拉多州、亞利桑那州和愛達荷州等地擁有豐富的鉬礦資源。亞洲方面,中國的甘肅省新疆維吾爾自治區等地區擁有豐富的鉬礦資源。歐洲的鉬礦產國包括英國、波蘭、保加利亞瑞典等。澳大利亞是大洋洲地區的主要鉬生產國。鉬礦的分布與地質環境、巖石類型和地質構造等因素密切相關,在不同地區,鉬礦的形成機制也可能存在差異。

其中,中國的鉬礦分布在不同大區中呈現出明顯的差異。中南地區擁有全國鉬儲量的35.7%,位居首位;其次是東北地區,占19.5%;西北占14.9%;華東地區占13.9%;華北地區占12%。而西南地區的鉬儲量相對較少,僅占4%。從各?。▍^)來看,河南省擁有最多的鉬儲量,占據全國鉬礦總儲量的29.9%。緊隨其后的是陜西省,占13.6%,吉林省占13%。此外,還有一些?。▍^)的鉬儲量也較為可觀:山東省占6.7%、河北省占6.6%、江西省占4%、遼寧省占3.7%、內蒙古自治區占3.6%。這些儲量較多的8個?。▍^)合計占據了全國鉬礦總保有儲量的81.1%。在這其中,河南、陜西、吉林三省的儲量排在前三,總共占據了全國鉬礦儲量的56.5%。

礦物開采

鉬礦的開采過程具有多種方法和方式,其中最常見的是露天開采和地下開采。露天開采通常適用于淺埋的大型礦床,它的優點在于生產率相對較高且成本相對較低。然而,露天開采也具有嚴重的環境問題,包括土地破壞和水污染,以及季節性天氣變化的影響。相反,地下開采更適合那些深埋的礦床,它能夠減小對環境的不良影響。但是,因為涉及到地下坑道、礦井或斜坡等基礎設施的建設,地下開采通常需要更高的開采成本,同時也存在地質和安全風險。

鉬礦的規?;_采范圍廣泛,從小規模地方性采礦到大規模工業級采礦都有。大型鉬礦常常采用工業規模的開采方法,這需要高度的技術和資本投入。各國的鉬礦開采情況因資源分布而異。美國、中國、智利、加拿大俄羅斯等國家擁有豐富的鉬礦床,并在全球鉬產業中發揮著關鍵作用。每個國家根據其資源和技術優勢采用不同的開采方法和標準,以確保高效率和可持續性的生產,同時也努力應對環境和社會責任方面的挑戰。這些國家的鉬礦業在供應全球市場中起到至關重要的作用。

主要用途

鋼鐵合金制造

鉬在鋼鐵合金中起著重要作用。鉬的加入可以提高鋼的硬度、強度、耐磨性和耐腐蝕性,使其適用于需求高耐磨、高強度和耐高溫的應用,如汽車發動機零部件、航空發動機葉片、機床和重型機械設備。

高溫合金制造

鉬的高熔點、高抗氧化性和良好的強度使其適用于高溫環境下的合金制造。鉬被廣泛用于航空航天、能源和化工等領域,用于制造高溫合金部件。這些合金通常用于制造火箭發動機噴嘴、航空發動機葉片、石化裝置以及核能反應堆中的核燃料元件。

電子產品制造

由于鉬出色的導電性和熱穩定性,鉬被廣泛應用于制造集成電路、導線、薄膜電容器太陽能電池等。此外,鉬的低熱膨脹系數使其成為制造平面顯示器、光電子器件和半導體晶體管等的理想材料。鉬鈦和金由于其對于金屬液體具有抗蝕性作用,經常被用來當作玻璃熔爐攪拌器的主軸。

化工催化劑

鉬及其化合物在催化領域中起著重要作用。它們可以作為催化劑參與各種化學反應,如氨合成、石油精煉、有機合成等。鉬催化劑具有高活性和選擇性,能夠提高反應速率和產物純度。

作為催化劑,鉬在化學工業中有著重要地位。鉬催化劑通常用于催化重油加氫、煤液化、合成氨和烯烴氧化等重要反應。鉬催化劑可以提高反應速率和選擇性,降低反應溫度和壓力要求,從而提高生產效率和節約能源。

農業肥料

作為微量元素肥料的組成部分,鉬在植物生長和發育中扮演著關鍵角色。它促進植物的氮代謝,參與氮酶的形成,從而有效吸收和利用土壤中的氮,助力植物茁壯成長。此外,鉬也參與蛋白質合成,提高植物的結構和功能。通過促進抗氧化酶的合成,鉬還增強了植物在逆境環境下的適應性,增加了抵抗逆境的能力。鉬的添加不僅可以提高作物的產量和品質,還有助于預防植物疾病。由于鉬是植物體內不可缺少和不可被替代的微量元素之一,一些廠家會使用鉬酸銨作為一種微量元素添加到肥料中,以提高植物的抗旱、抗寒和抗病能力。例如中國湖南長沙縣南華鄉用鉬酸銨拌種,花生增產32.2%,黑龍江國營農場對大豆施用鉬肥,大豆增產10%左右。

醫學成像

鉬在醫學成像領域扮演著至關重要的角色。其廣泛應用于放射性醫學影像學,包括X射線成像、乳腺X射線攝影、骨密度測量等。鉬在X射線成像中作為陽極材料,產生高能X射線,為X射線攝影和CT等技術提供能量源。特別是在乳腺X射線攝影中,鉬靶攝影能提供更高的圖像對比度,提升乳腺異常的檢測和診斷。此外,鉬同位素還用于放射性同位素標記,如 和 ,可用于核醫學成像。核醫學技術利用放射性同位素顯像體內生物過程,為心臟、腎臟等器官的功能性成像提供了有效手段。

其他應用

除了以上提到的主要應用領域,鉬還在其他一些領域發揮作用。鉬的高硬度和耐磨性使其成為磨料和潤滑劑的理想材料。此外,鉬化合物也可以用作防腐劑、催化劑和顏料的成分。鉬和鉬的很多化合物對人體都沒有毒性,因此一些油漆和顏料中會采用鉬替代鉛、鉻等有毒金屬,作為高效著色劑使用。

生理作用

鉬是一種微量元素,在生物體內扮演著多方面的重要生理作用。首先,它是多種鉬金屬酶的必要輔因子,如亞硫酸脫氫酶、亞硫酸氧化酶和硝酸還原酶等。這些酶在細菌、植物和動物的體內發揮關鍵作用,參與氮代謝、硫代謝和氧化還原反應,確保了這些生化過程的正常進行。

在氮代謝中,硝酸還原酶是一種關鍵酶,它負責將硝酸鹽還原為亞硝酸鹽,從而促進氮的吸收和固定,特別是在植物中。此外,鉬也參與硫代謝過程中的亞硫酸氧化酶和亞硫酸脫氫酶,有助于氧化和還原硫化合物,維持硫代謝平衡。鉬的攝取通常通過飲食實現,動物通過食物鏈攝取鉬,而植物則從土壤中吸收鉬。這使得鉬在食物鏈中傳遞至動物體內,進而維持整個生態系統的穩定性。雖然鉬所需的量非常微量,但適量的攝取對于維持氮和硫代謝、能量產生以及骨骼健康至關重要。

過量或缺乏的危害

過量攝取鉬可能導致一系列健康問題,包括腸道不適如腹瀉和嘔吐,以及銅吸收干擾,引發銅缺乏癥狀,如貧血。此外,過量鉬可能對中樞神經系統產生不利影響,導致頭痛、抑郁和疲勞等神經系統問題。

鉬缺乏也會帶來健康風險。鉬參與亞硝酸鹽還原酶的活性,缺乏鉬可能干擾氮代謝,對氨的代謝和相關生化過程產生不利影響。此外,鉬在黃嘌呤氧化酶中起作用,缺乏可能導致尿酸代謝異常,增加痛風風險。雖然不是其主要功能,但鉬也與骨骼健康有一定關聯,鉬缺乏可能影響硫氨酸代謝和結締組織的形成。

飲食建議

豆類、堅果、谷物以及綠葉蔬菜是豐富的鉬食物來源,有助于維持適度的攝取。保持多樣化的飲食,合理控制堅果和豆類的攝入,以及食用富含綠葉蔬菜的膳食,都有助于維持適宜的鉬攝入水平。然而,不必特意追求高鉬攝取,應根據個人膳食需求和健康狀況,遵循均衡膳食的原則,并在有特殊情況時在專業人士的指導下進行鉬攝取的調整,以確保獲得全面的營養和維持整體健康。

安全事宜

在使用鉬時,需要注意以下幾個安全事宜:

防護措施

鉬的粉塵和煙霧對人體呼吸系統有害。在操作鉬粉或者鉬化合物時,應佩戴適當的防護設備,如口罩、呼吸器等,確保不會吸入鉬的粉塵。直接的長時間接觸鉬粉末或鉬化合物可能導致刺激、過敏或皮膚炎癥。因此,使用鉬時,應穿戴適合的防護服,并遵循正確的操作程序。

急救措施

吸入鉬粉塵時應迅速采取急救措施。首先,立即離開暴露環境以停止進一步吸入粉塵,然后清潔呼吸道,避免揉搓眼睛。其次,要盡快尋求醫療幫助,醫生將評估吸入的粉塵量,采取必要的措施,并監測可能出現的健康問題。如果粉塵進入眼睛,應立即用大量清水沖洗眼睛,然后就醫。在等待醫療幫助期間,保持冷靜,避免激動,以減輕呼吸不適。

毒理學

生命體攝入可溶性的鉬化合物之后會被迅速吸收,然后伴隨尿液排泄,但是鉬元素會在腎、肝和骨骼中沉淀,數周之內進入半衰期。過量的鉬會引起腎、肝和脾臟形態改變,以及相關功能衰弱,另外鉬在骨骼處過量沉淀之后會導致骨骼畸形或生長抑制。

廢棄物處理

鉬及其化合物在處理時需要遵循環境規定的規范。應將廢棄物分類儲存,并根據相關法規進行正確的處置,以減少對環境的影響。

儲存和運輸

鉬及其化合物應儲存在干燥、通風良好的地方,遠離火源和其他易燃材料。在運輸過程中,應遵循相關規定,并確保包裝完好、防止泄漏。

參考資料 >

.中國大百科全書.2025-08-13

【科普】化學元素——鉬.微信公眾.2025-08-13

鈮鉬復合微合金鋼中碳氮化物沉淀析出研究.中國知網.2023-06-01

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