O molibdénio em destaque Understand article

Tradução de Isabel Queiroz Macedo. De espadas de samurais a plantas de tomate, este elemento pouco conhecido tem muito mais aplicações do que poderíamos pensar. 

Uma amostra de
molibdeniteda mina Climax
no Colorado, EUA

James St. John / Flickr

Dos cerca de 90 elementos químicos que ocorrem na natureza, alguns são muito conhecidos, como os metais preciosos ouro e platina, o oxigénio, presente no ar que respiramos, ou o carbono, que forma o “esqueleto” das biomoléculas. Muitos outros elementos são-nos menos familiares, mas, na qualidade de membros daquele conjunto de 90, merecem a nossa atenção.

Neste artigo, trazemos à ribalta um desses elementos pouco conhecidos, o molibdénio, e revelamos a sua história e as suas características.

Que é o molibdénio?

À primeira vista, o molibdénio não tem nada de especial: um metal duro, cinzento prateado, com densidade cerca de 30% superior à do ferro. Na natureza, ocorre apenas como composto, principalmente na forma de molibdenite, MoS2. E embora o molibdénio seja conhecido desde a antiguidade, a história da sua identificação começou com confusão.

O nome molibdénio deriva do grego molybdos, que significa chumbo. À semelhança do chumbo e da grafite, a molibdenite pode ser usada para marcar superfícies duras, pelo que foi durante séculos considerada apenas mais um mineral de chumbo. Em meados do século 18, nas primeiras décadas da química moderna, começou a suspeitar-se que a molibdenite não era grafite nem continha chumbo. Em 1778, o grande químico sueco Carl Wilhelm Scheele, que teve um papel importante na descoberta do oxigénio e de vários outros elementos químicos, provou que a molibdenite era um composto de enxofre de um elemento novo não identificado. Em 1781, outro químico sueco, Peter Jacob Hjelm, isolou o metal, que só foi devidamente purificado várias décadas depois.

O molibdénio não é muito abundante na Terra: é o 53º elemento mais abundante na crosta terrestre e o 23º mais abundante nos oceanos. Nunca foi encontrado molibdénio puro na Terra, mas a missão russa Luna 24, de 1976, trouxe da Lua um micro-grão de molibdénio puro. Ao contrário dos elementos mais leves do que o ferro, o molibdénio é formado maioritariamente em explosões de supernovas.

A ponte Hélice, de Singapura, construída com uma liga contendo 2% de molibdénio
Nicole Kinsman / IMOA

 

Dados sobre o molibnénio

  • Nome do elemento: molibdénio
  • Número atómico: 42
  • Massa atómica relativa: 95,96
  • Densidade: 10.22 g/cm3
  • Ponto de fusão: 2623°C
  • Coeficiente de expansão térmica:5 x 10-6 K-1 entre 0°C e 1000°C
  • Valência: estados de oxidação de -2 a +6

Características especiais 

As características físicas mais notáveis do molibdénio são o seu ponto de fusão muito elevado, mais de 1000°C superior ao do ferro, e o muito baixo coeficiente de expansão térmica. Isso faz dele um bom material quando se pretende estabilidade a altas temperaturas, por exemplo em fornos. Foi muito usado até há pouco tempo em lâmpadas incandescentes, como suporte do filamento quente de tungsténio.

Quimicamente, o molibdénio é muito semelhante ao tungsténio, que está situado imediatamente abaixo dele na Tabela Periódica. Formam ambos ligas muito duras e resistentes com ferro e outros elementos. O molibdénio é um metal de transição e, tal como os outros elementos de transição, pode adquirir vários estados de oxidação e formar uma vasta gama de compostos. Isso ocorre porque nos átomos de metais de transição os níveis de energia dos electrões das duas camada externas (orbitais d e orbitais s), são muito semelhantes. Este arranjo bastante fluido é a base do papel do molibdénio em organismos vivos como transportador de electrões, pois pode funcionar facilmente como oxidante e como redutor.

O elemento molibdénio, símbolo Mo, e a sua posição na tabela periódica
Antoine2K / Shutterstock.com

Um elemento vital

O molibdénio é um oligoelemento vestigiário essencial, o único elemento essencial da segunda série de elementos de transição da Tabela Periódica, que vai do ítrio (número atómico 39) ao cádmio (número atómico 48). Há enzimas com molibdénio em bactérias e em archaea, duas das formas de organismos vivos mais primitivas, o que leva a crer que o molibdénio terá sido um dos constituintes das primeiras formas de vida na Terra, e mesmo do “último ancestral comum”.

As plantas necessitam de enzimas com molibdénio (molibdoenzimas). Algumas plantas obtêm o nitrogénio de que precisam através de uma relação simbiótica, nas raízes, com bactérias fixadoras de nitrogénio. Essas bactérias contêm uma molibdoenzima, denominada nitrogenase, que converte  o nitrogénio atmosférico, N2, em amónia, usada depois na biossíntese de compostos orgânicos nitrogenados, como os aminoácidos (Hernandez, 2009),As plantas podem utilizar compostos inorgânicos nitrogenados do solo, por exemplo, nitratos. O nitrato, a principal fonte de nitrogénio em solos fertilizados, é utilizado com ajuda de outra molibdoenzima, a nitrato redutase. O papel essencial do molibdénio no crescimento de plantas de tomate foi estabelecido pela primeira vez em 1939 (Arnon & Stout, 1939).

Plantas de tomate com deficiência de molibdénio. Em A à esquerda e em B no centro e à direita as folhas apresentam deficiência de molibdénio. As folhas normais estão à direita em A e à esquerda em B. (Arnon & Stout, 1939)
American Society of Plant Biologists -impressão autorizada
 

O molibdénio é também um elemento essencial no reino animal. Devemos ingerir cerca de 45 microgramas diariamente; as principais fontes são vegetais (1kg de certos vegetais desidratados contém cerca de 1 mg de Mo) leite e nozes. Este metal é um componente de várias enzimas, incluindo a sulfito oxidase, que oxida sulfito (proveniente principalmente do metabolismo de metionina e cisteína, aminoácidos contendo enxofre) a sulfato, protegendo as células dos danos que resultariam da acumulação de sulfito. Outra molibdoenzima importante é a xantina oxidase, que converte hipoxantina em xantina e esta em ácido úrico, que é eliminado pelos rins. Por esta razão, usam-se inibidores de xantina oxidase para tratar uma doença dolorosa, gota, que surge quando o excesso de ácido úrico se acumula nas articulações e nos tendões. Hipoxantina e xantina são produtos da via de catabolismo (metabolismo de degradação) de purinas (bases do ADN), estando consequentemente também presentes em carne e outros alimentos. 

Muitos vegetais, especialmente feijões, contêm molibdénio; a quantidade depende do solo em que crescem e do tipo de vegetal.
Susan Watt

Tecnologia e indústria

A mais antiga aplicação tecnológica de molibdénio conhecida data do do século XIV, no Japão: a análise de uma espada de samurai dessa época revelou que continha molibdénio, o que terá contribuído para melhorar a força e o excelente desempenho no corte lendários de tais lâminas.

No Ocidente, o molibdénio começou a ser utilizado industrialmente no final do século 19, como substituto do tungsténio no fabrico de aços duros. Durante a Primeira Guerra Mundial houve uma grande procura de tungsténio, que começou a faltar. Isso levou à extracção de molibdnénio em larga escala, particularmente nos EUA. A principal fonte foi a mina em Climax, no Colorado. A partir de 1915 e durante muitos anos esta mina forneceu três quartos do molibdénio mundial.

A mina de molibdénio em Climax, Colorado, EUA
Gord McKenna / Flickr
 

O molibdénio foi usado na Alemanha durante a Primeira Guerra Mundial no fabrico de aço para material militar – canos de armas, material de protecção, projécteis e peças de submarinos. A adição de uma pequena quantidade (1-2%) de molibdénio melhorou de tal modo a resistência do aço, que projécteis que penetravam facilmente em placas de 75 mm de aço com manganês tornaram-se impotentes contra revestimentos de aço de molibdénio de 25 mm. Este “segredo do aço alemão” levou ao desenvolvimento de aço de molibdénio em outros países.

Molibdénio hoje

Actualmente a principal aplicação do molibdénio ainda é no fabrico de ligas, particularmente aço. Uma liga muito utilizada (aço inoxidável 316L) contém 2-3% de molibdénio e é dura, resistente à corrosão e não provoca alergia, pelo que é usada numa grande variedade de produtos, como construção civil, estojos de smartphones e jóias de piercing.

Os compostos de molibdénio são também usados em electrónica; estão em ecrãs tácteis de smartphones e tablets, em ecrãs de cristal líquido (LCD) e em painéis solares.

O molibdénio é um dos componentes de alguns materiais “permalloy“, ligas metálicas de níquel, ferro e baixos teores de outros metais, que protegem os circuitos eléctricos de perturbações causadas por campos magnéticos exteriores. São usadas em dispositivos electrónicos, de fontes de alimentação e transformadores a componentes microelectrónicos. As agências espaciais NASA e ESA usaram materiais de molypermalloy (MPP) em missões a Júpiter, Saturno e Marte. A missão Cassini-Huygens usou esses materiais para proteger o espectrómetro de massa a bordo, que enviou dados sobre a atmosfera de Saturno e das suas luas. Talvez o molibdénio nos ajude um dia a detectar vida em outros planetas.

Imagem que ilustra a nave espacial Cassini a atravessar os anéis de Saturno
ESA

Agradecimentos

Os autores agradecem ao Dr. Ulrike Kappler os preciosos conselhos. 

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References

Resources

  • Para uma introdução abrangente ao tema molibdénio,consulte: 
  • Lepora N (2007) The Elements: Molybdenum. New York, USA; Marshall Cavendish. ISBN: 0761422013
  • Para saber mais sobre o elemento químico molibdénio e a sua posição na tabela periódica, consulte:chemical element molybdenum and its place in the periodic table.
  • O website da International Molybdenum Association tem muita informação sobre este elemento, incluindo função biológica e aplicações. 
  • O website de HC Starck contém informação sobre a utilização de molibdénio na indústria.
  • Para saber mais sobre a produção de elementos pesados nas estrelas, consulte: 
  • Rebusco P, Boffin H, Pierce-Price D (2007) Fusão no Universo: a origem das jóias. Science in School 4: 52-56.

Author(s)

Anastasiia Batsmanova é estudante e Mikhail Liabin é professor associado, ambos no Departamento de Bioengenharia e Bioinformática da Universidade Estadual de Volgograd, Rússia. Stepanova Yelizaveta Dmitrievna é professora no Departamento de Comunicação em Língua Estrangeira da mesma universidade.

Susan Watt é editora da Science in School e escritora de ciência. Tem formação académica em ciências naturais e escreveu vários livros escolares sobre elementos químicos.


Review

Este artigo tem muita informação sobre o molibdénio, um dos elementos naturais menos conhecidos, e desperta a curiosidade dos alunos, permitindo-lhes ir mais além neste tema. Também pode ser ponto de partida para discussões sobre o papel essencial dos elementos pouco conhecidos e sobre a importância da investigação no desenvolvimento tecnológico.

Exemplos de questões para discussão:

  • Cite dois cientistas envolvidos na descoberta do molibdénio e explique o seu papel na descoberta deste elemento.
  • O molibdénio é adequado quando se pretende estabilidade a altas temperaturas. Porquê?
  • As plantas contêm enzimas de molibdénio que são essenciais. Porquê?
  • Que vantagens trouxe o molibdénio às espadas de samurai?
  • Mencione três produtos de uso quotidiano que contêm molibdénio.

Mireia Güell Serra, professor de química, INS Cassà de la Selva, Espanha




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