Molybdène, tungstène : présentation
Éléments
Molybdène et Tungstène
Mo (Z = 42) W (Z = 74)
Structure électronique, configuration de l'état fondamental
Le molybdène a pour structure électronique (1s)2(2s)2(2p)6(3s)2(3p)6(3d)10(4s)2(4p)6 (4d)5(5s)1
et le tungstène : (1s)2(2s)2(2p)6(3s)2(3p)6(3d)10(4s)2(4p)6(4d)10 (4f)14 (5s)2 (5p)6(5d)4 (6s)2
Place dans la classification périodique
Le molybdène et le tungstène appartiennent à la 6ème colonne de la classification périodique, 4ème colonne du bloc d, bloc des éléments de transition (celle du chrome), le molybdène à la 5ème ligne et le tungstène à la 6ème.
Abondance dans la nature
La teneur moyenne en molybdène dans l'écorce terrestre est de 1 ppm, et dans les océans 0,01 ppm.
La teneur moyenne en tungstène dans l'écorce terrestre est de 1 ppm, et est insignifiante dans les océans.
Principaux minerais
La principale source commerciale de molybdène est la molybdénite (MoS2) où le molybdène est souvent un sous produit de la production minière du cuivre. On en trouve aussi dans la wulfénite (PbMoO4) ou la powellite (CaMoO4).
Les minerais de tungstène sont la wolframite (FeMn)WO4 et la scheelite CaWO4.
Le tungstène est souvent associé au molybdène dans les minerais.
Principaux composés
Les composés du molybdène et du tungstène sont très nombreux : oxydes (MO3), sulfures (MS2), halogénures, oxohalogénures. La stabilité du degré d’oxydation (VI) favorise la synthèse de nombreux iso- ou hétéro- polyoxométallates de nucléarités diverses et de structures variables, une chimie créée par P. Souchay (Paris) et M. Pope (USA). Les isopolyoxométallates (par exemple [Mo2O7]2- ([W4O16]8-) comportent un seul métal. Les hétéropolyoxométallates (H3PW12O40, etc …) comportent aussi un ou plusieurs hétéroatomes de phosphore ou d’arsenic, dotés de structures originales (Structures de Keggin, Anderson, Dawson .. ). La réduction partielle de ces composés donne des bronzes de molybdène et de tungstène et des « bleus ».
Les complexes de molybdène et de tungstène sont très nombreux. Parmi les plus importants dans l’histoire de la chimie, on peut citer [Mo2Cl8]4- et des composés analogues (liaisons multiples métal-métal, très étudiées par F.A. Cotton). Parmi les complexes organométalliques, les complexes métal-carbène (molybdène –carbène de Schrock) ont été très importants dans l’élucidation des réactions de métathèse et leur utilisation en catalyse, célébrés par le prix Nobel de chimie 2005 attribué à Yves Chauvin, Richard Schrock et Robert H. Grubbs. (Voir documents à ce sujet dans la sitographie)( "for the development of the metathesis method in organic synthesis".). Les complexes du molybdène sont également nombreux sous forme de métalloenzymes. Les composés de coordination [MIV/V(CN)8]4/3-ont une chimie très riche.
Les carbures de molybdène MoC et de tungstène WC sont très durs et utilisés en conséquence.
Molybdène et tunsgtène sont utilisés dans de nombreux alliages (aciers spéciaux).
Principaux degrés d'oxydation
Molybdène et tungstène existent aux degrés d’oxydation formels -4 (métaux-carbonyles) à + 6. Les degrés d’oxydation les plus répandus vont essentiellement de 0 (métal) à +6. Le degré d’oxydation VI est particulièrement répandu.
Quelques exemples : M représente indifféremment le molybdène ou le tungstène :
-IV : [M(CO)4]4- ;-II : [M(CO)5]2- ; 0 : M(CO)6 ; +II : [Mo2Cl8]4-, [W2Me8]4- ; +III : [M2Cl9]3- ; +IV : [MCl6]2-, [M(CN)8]4-, MS2 ; +V : [M(CN)8]3-, +VI : [MO4]2-, [MO6] dans les polyoxométallates
Isotopes
Le molybdène : sept isotopes naturels 92Mo (14,84% des atomes) ; 94Mo (9,25%) ; 95Mo (15,92%) ; 96Mo (16,68%) ; 97Mo ( 9,55%) ; 98Mo (24,13%) ; 100Mo (9,63%)
Le tungstène : cinq isotopes naturels 180W (0,12% des atomes) ; 182W (26,50%) ; 183W (14,31%) ; 184W (30,64%) ; 186W (28,43%)
Principales propriétés physicochimiques et utilisations
Les données sur les énergies d'ionisation, l'électronégativité, la nature des liaisons figurent dans les adresses données dans la sitographie.
Le molybdène est un métal gris-argenté.
Le tungstène est un métal gris à blanc cassé
Leur point de fusion très élevé (3422°C pour W et 2623°C pour Mo), leur grande dureté, (et pour le tungstène, la plus faible tension de vapeur de tous les métaux et la densité très élevée : 19,35) les rendent particulièrement adaptés à la constitution des aciers spéciaux à haute résistance mécanique et utilisés aux hautes températures telles que : applications spatiales, aéronautiques, militaires (munitions), anti cathodes, éléments de chauffage des fours, filaments de lampes (utilisation en baisse !!). C’est là, leur plus grande et plus ancienne utilisation.
Leur faible coefficient de dilatation (W : 4.5 x 10-6 K-1, Mo : 4.8 x 10-6 K-1) proche de celui du verre, les fait utiliser pour les jonctions verre-métal.
Grâce à leurs structures cristallines lamellaires et à leur haut point de fusion, les sulfures de molybdène et tungstène MoS2 et WS2 sont d’excellents lubrifiants secs, adaptés aux hautes températures et résistant à certaines agressions chimiques
Le carbure de tungstène WC est très apprécié dans tous les outils de coupe nécessitant une haute résistance mécanique.
Des catalyseurs à base de molybdène ou tungstène pour la désulfuration de gaz ou pour la conversion des oxydes d’azote NOx. On les retrouve dans la réaction de métathèse qui a acquis une grande importance dans la synthèse d’oléfines (voir prix Nobel de chimie 2005).
La structure en feuillets du sulfure de molybdène MoS2 en fait un semi conducteur qui suscite des espoirs d’utilisation en électronique.
Importance biologique
Le molybdène en tant qu’oligo–élément ou co-enzyme est essentiel pour la vie et notamment pour la santé humaine. On le trouve dans plusieurs dizaines d’enzymes (xanthine oxidase, xanthyne dehydrogénase, qui conduisent à l’élimination d’acide urique, et bien d’autres). Le molybdène est transporté dans le corps sous forme de [MoO4]2-.
La nitrogénase, dont le centre actif est constitué d’un cluster de soufre, de fer et de molybdène [Fe3MoS3] permet la fixation de l’azote par certaines bactéries (transformation du diazote en ammoniac).
Le rôle biologique du tungstène – élément moins répandu -est plus limité. Il peut se substituer au molybdène dans certains enzymes en y jouant le même rôle.
Se reporter aux adresses des §§ 3.1 et 3.2 dans la sitographie associée
Toxicité
Aucune toxicité n’est signalée dans les fiches de l'INERIS
Se reporter aux adresses suivantes dans la sitographie associée :
http://www.ilo.org/safework_bookshelf/french?content&;nd=857170735 pour le molybdène
http://www.ilo.org/safework_bookshelf/french?content&;nd=857170750 pour le tungstène
http://www.atousante.com/actualites/cobalt-carbure-tungstene-cancerogene/#lien1 pour le carbure de tungstène
Histoire, date de la mise en évidence
En 1778, Carl Wilhem Scheele identifie le molybdène en le séparant du plomb. En 1782, Peter Jacob Hjelm obtient le métal impur. En1894, Henri Moissan l’obtient pur.
En 1779 Peter Woulfe, examine un minerai (dont on sait maintenant que c’était la wolframite) et conclut qu’il pourrait contenir un nouvel élément. En 1782, Carl Wilhelm Scheele prépare l’acide tungstique. En 1783 : les frères Don Juan José and Don Fausto Elhuyar, chimistes espagnols (d’origine basque et française), redécouvrent l’acide tungstique et obtiennent le tungstène par réduction par le charbon. C’est à eux qu’on attribue la découverte du métal.
Origine du nom et du symbole
Molybdène vient du grec molybdos, signifiant « qui ressemble au plomb », nom générique pour les métaux de même aspect, élément avec lequel il fut confondu jusqu’au XVIIIème siècle).
Tungstène vient du suédois « tung » (lourd) et « sten » (pierre) pour qualifier un minerai, la tungsténite qui fut par la suite appelée scheelite.
Le symbole W, vient de son appellation allemande « wolfram », provenant de son minerai wolframite (de wolf rahm, bave du loup – de Lupi spuma en latin, applellation de Georg Agricola).
Les deux éléments en un clin d'œil ou deux …
Informations essentielles sur l’élément molybdène
Nom : molybdène |
Dans la classification périodique |
Symbole : Mo |
Nom du groupe : aucun |
Numéro atomique : 42 |
Période : 5 |
État standard : solide |
Bloc : d |
Couleur : gris-argenté |
Classification : éléments de transition |
Informations essentielles sur l’élément tungstène
Nom : tungstène |
Dans la classification périodique |
Symbole : W |
Nom du groupe : aucun |
Numéro atomique : 74 |
Période : 6 |
État standard : solide |
Bloc : d |
Couleur : gris à blanc cassé |
Classification : éléments de transition |
Pour en savoir davantage :
- les produits du jour sur le site de la SCF (Société chimique de France)
http://www.societechimiquedefrance.fr/produit-du-jour/molybdene.html
http://www.societechimiquedefrance.fr/produit-du-jour/tungstene.html
http://www.societechimiquedefrance.fr/produit-du-jour/nitrogenases.html
- Le site des prix Nobel
http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2005/
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