42. Molybdän (Mo) - Der Hochtemperatur-Krieger

0:00 Willkommen zu einer neuen Folge von Wissensreise durch das Periodensystem der Elemente, deinem Podcast zum Entspannen, Loslassen und lernen. Wenn dir der Podcast gefällt, bewerte ihn bitte, das hilft uns, weitere Folgen zu produzieren. Kennst du schon unsere anderen Podcasts reihen wie Wissensreise durch die Uhrzeit oder Wissensreise durch die Länder der Erde?

0:26 Heute begeben wir uns auf eine Reise zu einem Element, das auf den ersten Blick unscheinbar wirkt, aber bei näherer Betrachtung eine geradezu beeindruckende Doppelrolle spielt. Es ist gleichzeitig ein robuster Hochleistungswerkstoff, der in den heißesten Öfen der Industrie und in den feinsten Klingen aus Werkzeugstahl seinen Platz findet. Und ein lebenswichtiges Spurenelement, ohne dass Pflanzen, Tiere und auch wir Menschen schlichtweg nicht überleben könnten.

0:59 Es ist ein Metall, das Jahrtausendelang mit Blei verwechselt wurde und dessen Name auf Griechisch tatsächlich nichts anderes bedeutet als Bleiartig heute geht es um Molybdän mit dem chemischen Symbol Mo und der Ordnungszahl 42. Lass uns gemeinsam ein Element erkunden, das in der Klinge eines Hochleistungsbohrers ebenso steckt wie in den Wurzelknöllchen einer Sojabohne.

1:30 Und das in der Hochtemperaturindustrie zurecht den Beinamen Hochtemperaturkrieger trägt. Molybdän steht im Periodensystem in der fünften Periode und in der sechsten Gruppe gemeinsam mit Chrom, Wolfram und dem künstlich erzeugten Serborgium. Diese Gruppe der Chrom Gruppe vereint Elemente, die als typische Übergangsmetalle bemerkenswerte mechanische und thermische Eigenschaften besitzen. Mit der Ordnungszahl 42 befindet sich Molybden direkt zwischen Niob und Technetium, also genau in jener Region des Periodensystems, in der die Elemente besonders robust und hochschmelzend werden.

2:18 Die Elektronenkonfiguration lautet in der Kurzschreibweise Krypton plus 4 d hoch 5 und 5 s hoch 1. Ähnlich wie bei Chrom in der Periode darüber wird auch hier die Halbgefüllte d Schale energetisch bevorzugt, was zu dieser ungewöhnlichen Aufteilung führt. Diese Halbvolle 4 d Schale ist mitverantwortlich für die enorme Vielfalt an Oxidationsstufen, in denen Molybdän in der Chemie auftreten kann. Die Atommasse von Molybdän beträgt rund 95,95 atomare Masseneinheiten und in der Natur kommt das Element in 7 stabilen Isotopen vor.

3:03 Die häufigsten sind Molybdän, 98 mit etwa 24,4% Anteil Molybdän, 96 mit rund 16,7% und Molybdän, 95 mit 15,9%. Diese isotopische Vielfalt macht Molybdän zu einem interessanten Spurenelement in der Geochemie. Diese. Denn die Isotopenverhältnisse erlauben Rückschlüsse auf die Sauerstoffverhältnisse vergangener Ozeane und damit auf die Entwicklung des Lebens auf der Erde.

3:39 Forschende nutzen das Verhältnis von Molybdän, 98 zu Molybdän, 95 in Sedimentgesteinen als sogenanntes Paläoredox Proxy, also als chemischen Fingerabdruck, um zu rekonstruieren und. Wann und wo unsere Ozeane sich vor Hunderten von Millionen Jahren mit Sauerstoff anreicherten. Reines Molybdän ist ein silbergraues, hartes und sprödes Metall, das in Pulverform eher dunkelgrau erscheint, mit einer Dichte von 10,28 Gramm pro Kubikzentimeter ist es deutlich schwerer als Eisen, aber leichter als Wolfram oder Tantal.

4:22 Seine wohl spektakulärste physikalische Eigenschaft ist der außerordentlich hohe Schmelzpunkt von 2623 Grad Celsius. Damit gehört Molybdän zur exklusiven Gruppe der Refraktärmetalle, jener hochschmelzenden Metalle, zu denen auch Wolfram, Tantal, Niob und Rhenium zählen. Lediglich Wolfram, Remium, Osmium und Tantal schmelzen noch später.

4:53 Der Siedepunkt liegt bei rund 4639 Grad Celsius. Diese thermische Robustheit, kombiniert mit einer geringen thermischen Ausdehnung, einer hohen Wärmeleitfähigkeit und einer ausgezeichneten elektrischen Leitfähigkeit. Macht das Element zum idealen Werkstoff für Anwendungen, bei denen extreme Temperaturen und gleichzeitig hohe Maßhaltigkeit gefordert sind. Die Härte von reinem Molybdän liegt nach Moos bei etwa 5,5, ist also vergleichbar mit der von Stahl, bei Raumtemperatur ist das Metall eher spröde, oberhalb einer kritischen Übergangstemperatur jedoch wird es duktil und lässt sich verformen, die.

5:40 Besonders bemerkenswert ist die Beibehaltung der mechanischen Festigkeit auch bei Temperaturen, bei denen die meisten anderen Metalle längst erweicht sind. Bei 1000 Grad Celsius hat Molybdän immer noch eine höhere Zugfestigkeit als die meisten Stähle bei Raumtemperatur, diese Eigenschaft ist es, die ihm im industriellen Sprachgebrauch den Beinamen Hochtemperaturkrieger einbringt.

6:07 Chemisch gesehen ist Molybdän bei Raumtemperatur an trockener Luft praktisch innert. Es bildet eine dünne, schützende Oxidschicht aus Molybdendioxid, die das darunterliegende Metall passiviert. Oberhalb von etwa 600 Grad Celsius beginnt jedoch ein Problem, das Werkstoffingenieur innen weltweit beschäftigt. Molybdän bildet bei höheren Temperaturen das flüchtige Molybdäntrioxid, das Sublimiert und damit die Schutzschicht verloren gehen lässt.

6:40 Dieses Phänomen, in der Fachsprache als katastrophale Oxidation oder Pesting bezeichnet, schränkt den Einsatz von reinem Molybdän an Luft bei hohen Temperaturen stark ein. In oxidationsfreier Atmosphäre, Atmosphäre, also in Wasserstoff, Stickstoff, Argon, im Vakuum oder in reduzierenden Medien, behält das Metall jedoch seine herausragenden Eigenschaften gegenüber Säuren ist Molybdän relativ widerstandsfähig, verdünnte Salzsäure, Schwefelsäure und Flusssäure greifen das Metall bei Raumtemperatur kaum an.

7:19 Lediglich heiße, konzentrierte Salpetersäure und Königswasser lösen es auf, die Geschichte der Entdeckung von Molybdän ist eng mit der Verwirrung um bleiartige Mineralien verknüpft. Schon im Altertum kannten Bergleute ein weiches dunkelgraues Mineral, das Striche auf Papier hinterließ und sich von Bleiglanz oder Graphit kaum unterscheiden ließ, die. Die alten Griechen nannten alle diese bleiartigen Substanzen molybdos, was schlicht Blei bedeutete. Daraus entwickelte sich der lateinische Begriff Molybdaina, der im Mittelalter noch als Sammelbezeichnung für bleiglanz, Graphit und das heutige Molybdensulfit verwendet wurde, erst im 18 Jahrhundert wurde diese Verwirrung schrittweise aufgelöst.

8:12 Im Jahr 1778 untersuchte der schwedische Chemiker Karl Wilhelm Scheele, einer der bedeutendsten Apotheker und Naturforscher seiner Zeit, ein Mineral, das damals als Wasserblei oder Molybdaena bekannt war. Scheele behandelte es mit konzentrierter Salpetersäure und stellte fest, dass dabei eine weiße Substanz entstand, die sich grundlegend von Blei und Graphit Unterschied.

8:42 Er erkannte, dass es sich um die Säure eines neuen Elements handeln musste, da schele selbst kein Labor besaß, in dem er Hochtemperaturreduktionen durchführen konnte, gab er das Mineral und seine Beobachtungen an seinen Kollegen Peter Jakob Jelm weiter. Jelm gelang es 1781 durch Erhitzen einer Mischung aus Molybdäntrioxid und Kohlenstoff in einem geschlossenen Tiegel erstmals reines metallisches Molybdän darzustellen. Damit war ein neues Element offiziell in die Wissenschaft eingeführt, auch wenn es seinen ursprünglich missverständlichen Namen behielt.

9:25 In den folgenden 100 Jahren blieb Molybdän eine Laborsubstanz ohne praktische Bedeutung. Erst zu Beginn des 20 Jahrhunderts erkannten Metalurg innen sein enormes Potential als Legierungsbestandteil während des Ersten Weltkriegs spielte Molybdän erstmals eine entscheidende strategische Rolle. Die deutsche Schwerindustrie verwendete Molybdänlegierten Stahl in den Geschützrohren der berühmten dicken Berta, die mit ihrer Reichweite von über 12 Kilometern damals Revolutionär war. Der Bedarf an Molybdän stieg sprunghaft an und die Klimex Mine im US Bundesstaat Colorado, die 1918 in Produktion ging, deckte für Jahrzehnte einen großen Teil des Weltbedarfs. Wenden wir uns nun dem Vorkommen

10:19 von Molybdän in der Natur zu. Mit einem Anteil von etwa 1,2 Milligramm pro Kilogramm in der kontinentalen Erdkruste ist es ein vergleichsweise seltenes Element. In reiner Form findet es sich praktisch nie, sondern fast ausschließlich gebunden in Mineralien. Das wichtigste molybden Mineral mit Abstand ist Molybdenid, chemisch molybdendisulfid mit der Summenformel mos 2.

10:50 Molybdenid bildet weiche, blättrige Kristalle mit ausgeprägt schichtförmigem Aufbau, ähnlich dem von Graphit. Diese Schichtstruktur ist auch der Grund, warum Molybdendisulfid in der Technik als hochwertiges Schmiermittel dient, ein Aspekt, auf den wir noch zurückkommen werden. Weitere Molybdän Mineralien sind Vulfenit, ein Bleimolybdat sowie Paolith, ein Calciumolybdat, beide jedoch wirtschaftlich von geringerer Bedeutung. Die Hauptproduzenten von Molybdän sind heute China mit etwa 40% der Weltproduktion, gefolgt von Chile mit rund 20%, den Vereinigten Staaten, Peru und Mexiko. Die globale Jahresproduktion lag im Jahr 2024 bei etwa 250000 Tonnen Molybdän gerechnet als Metalläquivalent. Ein bemerkenswerter Anteil

11:50 davon, etwa die Hälfte, wird als Nebenprodukt aus der Kupfergewinnung gewonnen, denn Porphyr Kupferlagerstätten enthalten häufig geringe Mengen Molybdänid, das sich wirtschaftlich mit abbauen lässt. Die Verarbeitung beginnt mit dem Rösten des Molybdänits an Luft, wobei das Sulfid zu Molybdäntrioxid und Schwefeldioxid umgesetzt wird. Aus dem so gewonnenen technischen Molybdäntrioxid werden je nach Verwendungszweck verschiedene Produkte hergestellt, Ammoniumdimolybdat als Vorprodukt für hochreine Verbindungen, Ferromolybdän durch aluminothermische, Reduktion für die Stahlindustrie. Oder reines Molybdänpulver durch Reduktion mit Wasserstoff bei rund 1000 Grad Celsius aus dem Pulver werden anschließend durch Pressen und Sintern bei hohen

12:45 Temperaturen kompakte Halbzeuge wie Stäbe, Bleche und Drähte gefertigt. Kommen wir nun zu den Anwendungen, denn hier zeigt sich, warum Molybdän aus der modernen Industrie nicht mehr wegzudenken ist. Die mit Abstand größte Verwendung, etwa 80% der Weltproduktion, entfällt auf die Stahl und Gusseisenindustrie.

13:08 Bereits geringe Zugaben von 0,2 bis 5 gewichtsprozent Molybdän verändern die Eigenschaften von Stahl tiefgreifend, Molybdän erhöht die Härtbarkeit, die Hochtemperaturfestigkeit und die Korrosionsbeständigkeit. Es verhindert die sogenannte Anlassversprödung, also den Zähigkeitsverlust beim Wiedererwärmen gehärteter Stähle und verbessert die Beständigkeit gegen Lochkorrosion in chloridhaltigen Medien wie Meerwasser. Eine wichtige Klasse sind die Hochlegierten Werkzeugstähle, in denen Molybdän die teure Komponente Wolfram teilweise ersetzt.

13:53 Die berühmten Schnellarbeitsstähle, in der Fachsprache HSS für Highspeed Stil, enthalten oft 5 bis 10% Molybdän und kommen in Bohrern, Fräsern, Sägeblättern und Drehmeißeln zum Einsatz. Auch in nicht rostenden Stälen, etwa in den verbreiteten Sorten 316 und 316. L. Sorgt Molybdän mit Anteilen von 2 bis 3% für die ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit, die diese Stähle in der chemischen Industrie, im Schiffbau, in der Lebensmitteltechnologie und in der Medizintechnik unverzichtbar macht. Wer schon einmal eine hochwertige Edelstahlpfanne oder ein chirurgisches Skalpell in der Hand gehalten hat, hat mit hoher Wahrscheinlichkeit auch Molybdän berührt. In Superlegierungen auf Nickel und Kobaltbasis, wie sie in den heißesten Bereichen von

14:52 Strahltriebwerken und stationären Gasturbinen eingesetzt werden, ist Molybdän ein zentraler Legierungsbestandteil. Es trägt zur Mischkristallhärtung bei und verbessert die Zeitstandfestigkeit, also den Widerstand gegen das langsame Verformen unter hoher Temperatur und mechanischer Last über lange Zeiträume. Reines Molybdän und seine Legierungen finden Verwendung in der Hochtemperaturtechnik Heizleiter in Industrieöfen für die Glasherstellung, die Halbleiterproduktion und die Pulvermetallurgie bestehen oft aus Molybdän, das in Reduzierender oder in ernter Atmosphäre Temperaturen von bis zu 1700 Grad Celsius standhält.

15:41 In der Glasindustrie werden Elektroden aus Molybdän verwendet, um Glasschmelzen elektrisch zu beheizen, ohne dass das Metall im aggressiven Milieu der Schmelze schnell abgetragen wird. Auch in Halbleiterfertigungsanlagen, in Vakuumöfen und in der Beschichtungstechnik kommt das Element zum Einsatz, etwa als Sputtertarget für die Abscheidung dünner Molybdän Schichten in Solarzellen vom Cigs Typ und in Dünnschichttransistoren. Eine besonders interessante Anwendung ist Molybtendisulfid als Schmiermittel.

16:19 Aufgrund seiner schichtförmigen Kristallstruktur, in der die einzelnen Schichten leicht aufeinander abgleiten, weist MOS 2 einen außergewöhnlich niedrigen Reibungskoeffizienten auf. Es wird in Schmierfetten für Motoren, Getriebe und Wälzlager beigemischt, kommt in der Raumfahrttechnik unter Vakuumbedingungen zum Einsatz.

16:43 Wo herkömmliche Öle versagen würden und findet in Hochleistungsbeschichtungen für Schneidwerkzeuge Verwendung. Wer schon einmal ein mehrzweck Schmierspray mit dem Hinweis Mos 2 Haltig verwendet hat, hat dieses Element im Alltag genutzt. In der chemischen Industrie sind Molybdän Verbindungen als Katalysatoren von zentraler Bedeutung. Kobalt, Molybdän und Nickelmolybdänkatalysatoren werden in der Erdölraffination eingesetzt, um Schwefel aus Rohöl zu entfernen.

17:17 Ein Prozess, der als Hydrodesulfurierung bezeichnet wird und für die Herstellung schwefelarmer Kraftstoffe unverzichtbar ist. Bismuth Molybdate katalysieren die selektive Oxidation von Proppen zu Acrolain und weiter zu Acrylsäure, einem wichtigen Vorprodukt für Kunststoffe und Superabsorber. Doch nun zu einer ganz anderen Seite des Molybdäns, die mindestens ebenso faszinierend ist wie seine technologische Bedeutung, seine Rolle als Spurenelement in der Biologie. Molybdän ist für nahezu alle lebenden Organismen essentiell, von Bakterien über Pflanzen bis zum Menschen. Das Element ist Bestandteil mehrerer Enzyme, in denen es als sogenannter Molybdän cofaktor wirkt, einer komplexen Verbindung aus Molybdän und

18:14 einem speziellen organischen Liganden namens Molybdopterin. Beim Menschen sind 4 molybdänhaltige Enzyme bekannt. Die Sulfit Oxidase, die Aldehyd Oxidase, die Xanthinoxidase und die mitochondriale amidoxym reduzierende Komponente. Diese Enzyme katalysieren wichtige Stoffwechselreaktionen, etwa den Abbau schwefelhaltiger Aminosäuren und den Purinabbau, ein angeborener Mangel an Molybdän Cofaktor ist eine seltene. Aber schwere Erkrankung, die ohne Behandlung im frühen Kindesalter tödlich verläuft.

18:57 Noch spektakulärer ist die Rolle von Molybdän in einer der wichtigsten nächsten biochemischen Reaktionen überhaupt, der biologischen Stickstofffixierung. Bestimmte Bakterien wie Rhizobium in den Wurzelknöllchen von Hülsenfrüchten oder freilebende Cyanobakterien sind in der Lage, den molekularen Luftstickstoff in Ammoniak umzuwandeln und damit für andere Lebewesen verwertbar zu machen.

19:27 Das zentrale Enzym dieser Reaktion, die Nitrogenase, enthält in seinem aktiven Zentrum einen einzigartigen Eisen Molybdän cofaktor. Den sogenannten Femoco ohne diesen winzigen Komplex aus 7 Eisen, einem Molybdän und 9 schwefelatomen wäre die natürliche Stickstoffversorgung der Biosphäre nicht möglich. Etwa die Hälfte des gesamten biologisch fixierten Stickstoffs auf der Erde wird durch Molybdänhaltige Nitrogenasen bereitgestellt, die.

20:02 Auch wenn die industrielle Ammoniak Synthese nach Haber und Bosch heute riesige Mengen stickstoffdünger produziert, bleibt die biologische Fixierung durch molybdänhaltige Enzyme die ökologisch nachhaltigere Variante. Für Pflanzen ist Molybdän neben Eisen, Mangan, Zink, Kupfer, Bor, Chlor und Nickel eines der essentiellen Mikronährelemente.

20:30 Ein Molybdänmangel führt zur sogenannten Peitschenschossigkeit, bei Blumenkohl zu chlorotischen Verfärbungen und zu wachstumsstörungen, weil die Pflanze ohne ausreichend Molybdän kein Nitrat zu Ammonium reduzieren kann. In landwirtschaftlich genutzten Böden, insbesondere in sauren und sandigen Gebieten, wird Molybdän daher gelegentlich in geringen Mengen als Dünger ausgebracht. Beim Menschen liegt der tägliche Bedarf an Molybdän bei etwa 45 Mikrogramm für Erwachsene.

21:06 Diese Menge wird in einer normalen Mischkost in der Regel problemlos gedeckt. Besonders reich an Molybdän sind Hülsenfrüchte wie Bohnen, Linsen und Erbsen, ferner Vollkornprodukte, Nüsse und Innereien, ein klinisch relevanter Molybdänmangel tritt beim gesunden Menschen praktisch nicht auf. Ist jedoch in seltenen Fällen bei langjähriger künstlicher Ernährung beobachtet worden.

21:34 Eine Überdosierung ist ebenfalls selten, kann aber zu gichtartigen Beschwerden führen, da hohe Molybdänspiegel den Harnsäurestoffwechsel beeinflussen. In der Nuklearmedizin spielt Molybdän eine zentrale Rolle, die Millionen Patient innen weltweit jährlich zugute kommt. Das Radionuklid Molybdän 99 zerfällt mit einer Halbwertszeit von rund 66 Stunden zu metastabilem technetium 99 metche, dem mit Abstand wichtigsten Diagnostik Radionuklid der Welt. Technetium 99 wird in der Sintigraphie zur Untersuchung von Knochen, Schilddrüse, Herz, Nieren und vielen weiteren Organen eingesetzt.

22:24 Pro Jahr werden weltweit etwa 30 bis 40000000 Untersuchungen mit Technetium 99 Meter durchgeführt, das aus sogenannten Molybdän, Technetium, Generatoren in den Krankenhäusern direkt vor Ort gewonnen wird. Die Versorgungssicherheit mit Molybdän 99 ist ein globales Thema. Denn nur wenige Forschungsreaktoren weltweit sind in der Lage, dieses Isotop in ausreichender Menge zu produzieren.

22:56 Ausfälle einzelner Reaktoren haben in der Vergangenheit zu Engpässen in der medizinischen Versorgung geführt, Toxikologisch gilt Molybdän als vergleichsweise wenig problematisch, akute Vergiftungen sind beim Menschen extrem selten und nur bei massiven industriellen Expositionen beschrieben. Bei Wiederkäuern hingegen, etwa bei Rindern auf Molybdänreichen Weiden, kann ein Überangebot zu einer sekundären Kupfermangelkrankheit führen, der sogenannten Molybdenose. Die Tiere zeigen dann wachstumsstörungen, Durchfall und Fellveränderungen, da hohe Molybdänspiegelimpansen die Aufnahme von Kupfer behindern.

23:41 Wirtschaftlich ist der Molybdänmarkt eng mit dem Kupfermarkt verknüpft. Da ein großer Teil des Metalls als Nebenprodukt der Kupferproduktion anfällt, der Molybdän Preis schwankt entsprechend mit den Bewegungen der Kupferproduktion und der Stahlnachfrage und liegt typischerweise zwischen 15 und 40 US Dollar pro Kilogramm.

24:04 Recycling spielt eine wichtige Rolle, vor allem bei hochlegierten Stählen, Werkzeugstählen und Superlegierungen, in denen die Molybdänkonzentrationen hoch genug sind, um eine wirtschaftliche Rückgewinnung zu ermöglichen. Etwa ein Drittel des in Westeuropa eingesetzten Molybdäns stammt heute aus Recyclingquellen. Wenn wir all diese Aspekte zusammenfassen, dann zeigt sich Molybdän als ein Element von beeindruckender Vielseitigkeit. Es ist gleichzeitig der robuste Werkstoff, der unsere Bohrer, Härten und unsere Pipelines schützen lässt. Und das filigrane Spurenelement, ohne dass keine Sojabohne wachsen und kein menschlicher Stoffwechsel funktionieren könnte.

24:51 Es trägt zu recht den Beinamen Hochtemperaturkrieger. Weil es dort besteht, wo andere Werkstoffe längst versagen. Und es ist gleichzeitig ein stiller Helfer in den Wurzelknöllchen der Hülsenfrüchte und in den Enzymen unseres Körpers. Vielen Dank, dass du dir Zeit genommen hast für diese Folge der Wissensreise durch das Periodensystem der Elemente bis zum nächsten Mal.

25:17 Wenn wir uns gemeinsam einem weiteren faszinierenden Element auf unserer Reise durch die Welt der Atome zuwenden.