Molybdän

Molybdän ist ein chemisches Element im Periodensystem der Elemente mit dem Symbol Mo und der Ordnungszahl 42.

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Geschichte

Molybdän (griech. molybdos „Blei“), das in Lagerstätten in der Regel als Molybdänglanz (Molybdändisulfid) vorkommt, wurde lange Zeit mit Bleiglanz oder auch Graphit verwechselt. 1778 gelang es Carl Wilhelm Scheele, aus Molybdänglanz durch Behandlung mit Salpetersäure das weiße Molybdän(VI)-oxid (auch Molybdäntrioxid) MoO₃ (Wasserbleierde) herzustellen. 1782 reduzierte Peter Jacob Hjelm das Oxid mit Kohle zum elementaren Molybdän. Wegen seiner schwierigen Bearbeitbarkeit (reines Molybdän lässt sich plastisch verformen, jedoch schon die Verunreinigung mit einem zehntausendstel Prozent Sauerstoff oder Stickstoff lässt Molybdän stark verspröden) fand Molybdän lange Zeit keine Beachtung. Ende des 19. Jahrhunderts bemerkten Mitarbeiter der französischen Firma Schneider & Co. bei der Herstellung von Panzerplatten die nützlichen Eigenschaften von Molybdän als Legierungselement. In den beiden Weltkriegen war die Nachfrage nach dem Metall groß, nach dem Zweiten Weltkrieg fielen die Preise dramatisch. Die einzige westeuropäische Mine wurde bis 1973 in Knaben, Norwegen betrieben.

Vorkommen

Molybdän kommt natürlich meistens als Molybdänit (Molybdänglanz, MoS₂) mit einer Konzentration von etwa 0,3 % vor. Daneben gibt es noch Wulfenit (Gelbbleierz, PbMoO₄) und Powellit Ca(Mo,W)O₄. Zur Verhüttung gelangt überwiegend das durch den Kupferbergbau anfallende Koppelprodukt Molybdänit. Große Vorkommen finden sich in den Vereinigten Staaten, Chile, China, Kanada und Peru. Die Weltproduktion lag 2006 bei 179.000 Tonnen^[1]. Der größte Produzent sind dabei die Vereinigten Staaten mit 60.500 Tonnen pro Jahr im Jahr 2006^[1]. Durch die immer stärker werdende Bedeutung von Molybdän entstehen immer mehr reine Molybdänproduzenten. Einer der größten ausschließlichen Molybdänproduzenten ist die Firma Thompson Creek Metals.

Gewinnung und Darstellung

Molybdän kann nicht durch Reduktion mit Kohle aus den oxidischen Erzen gewonnen werden, da hierbei Molybdäncarbid entsteht.

Herstellung: Das Mineral Molybdänglanz ist in der Regel stark mit Ganggestein verunreinigt und muss zuerst durch Flotation angereichert werden. Danach oxidiert man das Erz durch Rösten an der Luft bei ca. 700 °C zu Molybdän(VI)-oxid:

Nach einer Reinigung des Oxids durch das Auslaugen mit Ammoniaklösung und der nachfolgenden Ausfällung mit einer Säure reduziert man das Oxid bei 1100 °C mit Wasserstoff bzw. Aluminium zu reinem Molybdän. Einen Großteil des heute gewonnenen Molybdäns erhält man bei der Kupferraffination. Das für die Stahlveredelung notwendige Ferromolybdän stellt man durch eine Reduktion eines Gemisches aus Molybdänoxiden und Eisenoxiden auf aluminothermischem Weg (Thermit, alumithermisches Verfahren) her.

Eigenschaften

Molybdän ist ein Übergangsmetall der 5. Periode. Das hochfeste, zähe und harte Metall besitzt einen silbrigweißen Glanz. Von allen Elementen der 5. Periode besitzt es den höchsten Schmelzpunkt. Von reduzierenden Säuren (auch Flusssäure) wird es ebenso wie der größere Bruder Wolfram nicht angegriffen. Deshalb wird Molybdän in großen Mengen zur Herstellung von säurebeständigen Edelstählen und Nickelwerkstoffen eingesetzt. Oxidierende Säuren wie heiße konzentrierte Schwefelsäure, Salpetersäure oder Königswasser führen zu hohen Abtragsraten. Ebenso unbeständig ist Molybdän in oxidierenden Alkalischmelzen.  

Verwendung

In kleinen Zusätzen dient es zur Härtung und zur Verhinderung der Anlassversprödung von Stahl. Mehr als 2/3 des hergestellten Molybdäns wird zur Erzeugung von Metalllegierungen wie Ferro-Molybdän verbraucht. Wolframverknappung im Ersten Weltkrieg führte zu vermehrtem Einsatz von Molybdän zur Herstellung von hochfesten Werkstoffen. Bis heute ist Molybdän ein Legierungselement zur Steigerung von Festigkeit, Korrosions- und Hitzebeständigkeit. Molybdänhaltige Hochleistungswerkstoffe wie Hastelloy^®, Incoloy^® oder Nicrofer^® haben viele technische Verfahren erst möglich oder ökonomisch sinnvoll gemacht.

Molybdän wird zur Herstellung von Flugzeug- und Raketenteilen verwendet. In der Ölverarbeitung wird es als Katalysator zur Schwefelentfernung eingesetzt.

Molybdändisulfid ist aufgrund seiner Schichtstruktur ein ideales Schmiermittel, auch bei erhöhten Temperaturen. Es kann als Feststoff, wie Graphit, aber auch suspendiert in herkömmlichen Schmierölen verwandt werden.

Auch in elektronischen Bauteilen ist Molybdän zu finden. In TFTs (Dünnschichttransistoren) dient es als leitende Metallschicht.

Molybdänfolien dienen als gasdichte Stromdurchführung in Quarzglas, u.a. an Halogenglühlampen und Hochdruck-Gasentladungslampen.

Molybdate werden zur Imprägnierung von Stoffen verwendet, um diese schwer entflammbar zu machen.

Molybdän findet auch in der Röntgendiagnostik als Targetmaterial in der Anode Verwendung. Röntgenröhren mit Molybdänanode werden wegen der niedrigeren Energie der Charakteristischen Röntgenstrahlung (K_α bei 17,4 keV und K_β bei 19,6 keV im Vergleich zu 58/59,3 keV bzw. 67,0/67,2/69,1 keV von Wolfram) des Molybdäns v.a. bei der Untersuchung der weiblichen Brust (Mammographie) eingesetzt.

In der Nuklearmedizin wird Spalt-Molybdän in Radionuklidgeneratoren (RNG) eingesetzt. Das relativ langlebige ⁹⁹Mo (HWZ 66h) zerfällt hierbei innerhalb des RNG in ^99mTc (Technetium, HWZ 6h). Auf diese Weise kann dieses wichtige Technetium-Isotop direkt vor Ort für Untersuchungszwecke gewonnen werden.

Physiologie

Molybdän ist für Pflanzen essenziell. Durch Molybdänmangel kann ein Boden unfruchtbar sein, was erklärt warum eine Düngung mit Ammoniummolybdat den Ertrag auf solchen Böden steigert. In Pflanzen und Tieren beträgt die Molybdänkonzentration einige ppm. Molybdän ist ein sehr wichtiges Spurenelement, vor allem für Leguminosen. Die mit den Leguminosen in Symbiose lebenden Bakterien (Knöllchenbakterien) sind in der Lage, mit einem molybdänhaltigen Enzym (Nitrogenase) Luftstickstoff zu binden. Sie benötigen Molybdän für zwei Prozesse: Fixierung von molekularem Stickstoff und Nitratreduktion. Dazu liegt das Molybdän als Bestandteil von Enzymen vor, den sog. Molybdoproteinen.

Auch für die menschliche Ernährung ist Molybdän essenziell. Der Schätzwert der DGE für Jugendliche und Erwachsene geht von 50–100 µg Molybdän als angemessene Tageszufuhr aus. (DACH: Referenzwerte für die Nährstoffzufuhr, 2000). Werden hohe Aufnahmen (10–15 mg/Tag) erreicht – zum Beispiel durch molybdänreiche Böden, so treten gichtähnliche Symptome, Gelenkschmerzen und Lebervergrößerungen auf.

Lebewesen nutzen molybdänhaltige Enzyme zur Purinzersetzung und Harnsäurebildung. So ist z. Bsp. Molybdän ein Cofaktor der Xanthinoxidase, die Hypoxanthin zu Xanthin und Xanthin zu Harnsäure umwandelt. Einige Tierarten weisen durch Molybdängaben im Futter ein erhöhtes Wachstum auf.

Der Molybdän-Cofaktor-Mangel ist eine Erbkrankheit.^[2]

Sicherheitshinweise

Molybdänstaub und -verbindungen wie Molybdän(VI)-oxid und wasserlösliche Molybdate weisen eine leichte Toxizität auf, wenn sie inhaliert oder oral eingenommen werden.

Tests lassen vermuten, dass Molybdän im Gegensatz zu vielen anderen Schwermetallen relativ wenig toxisch wirkt. Akute Vergiftungen sind wegen der dazu notwendigen Mengen unwahrscheinlich. Im Bereich von Molybdänbergbau und -herstellung könnten höhere Molybdänexpositionen vorkommen. Bisher sind aber keine Krankheitsfälle bekannt geworden.

Einzelreferenzen

1. ↑ ^{a b} Statistik bei derUnited States Geological Society(Molybdaen)
2. ↑ PM: Novartis-Preis 2005 für Therapie humaner Molybdäncofaktor-Defizienz