Union des Professeurs de Physique et de Chimie

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 6^ème colonne de la classification périodique, 4^ème colonne du bloc d, bloc des éléments de transition (celle du chrome), le molybdène à la 5^ème ligne et le tungstène à la 6^ème.

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 [M^IV/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.

http://www.webelements.com

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 NO_x. 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 XVIII^ème 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