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本文是《自然-化学》元素故事系列的第53篇文章：造物于钼 原文作者：Anders Lennartson，瑞典查尔姆斯理工大学化学与生物工程学院 Anders Lennartson在本文中探究了钼元素的发现、应用以及它在微生物尺度到工业规模的催化反应中至关重要的角色。 历史上被称作方铅矿、辉钼矿和石墨的三种矿物有几个共同特点——它们都是柔软、黑色的、具有金属光泽的材料。在现代化学方法出现之前，这三种物质经常被混淆。当时人们已经知道方铅矿——即硫化铅（二价）是有开发价值的铅矿石，所以辉钼矿和石墨也普遍被认为含有铅。然而，辉钼矿（英文旧称molybdena，意为氧化钼）实际上是硫化钼（四价）。石墨的英文名称也由plumbago（源自拉丁文plumbum：铅）演变为graphite。历史上的这个误解也是为什么直到今天铅笔中的石墨、粘土混合物被称为“铅”的原因。 毋庸置疑，从辉钼矿或石墨中获取铅的早期尝试必然都失败了，于是人们的关注点转向了进一步研究这些矿物的成分。1776年，有人向瑞典小城市雪平的药剂师Carl Wilhelm Scheele（卡尔·威廉·舍勒）呈献了一小块辉钼矿。当时Scheele虽然年仅33岁，但是他不仅发现了氢氟酸、氯、酒石酸、砷酸和尿酸，而且还表征了第一种锰钡化合物。如果有谁能解开前述相似矿石带来的困惑，那么非他莫属。 Scheele拿到的辉钼矿样品在外观上和他药房里的石墨确实十分相像，但不同之处也足够明显，值得进一步分析。他向朋友们征集更多这种物质，直到样品量足以做一次彻底的化学分析。Scheele没能在辉钼矿中找到铅，但却有了意外发现：他分离出了一种未知物质——钼酸（MoO3·H2O）。除了对辉钼矿的正确认识，他也指出石墨是碳的一种形态，但这就是另一个故事了。 从钼酸中还原钼所需要的设备远比小型药房所能配备的复杂得多。Scheele求助于在斯德哥尔摩的Peter Jacob Hjelm，后者将钼酸、木炭和亚麻籽油混合，然后用烈火加热。密封的坩埚被打开时，他看到了呈小颗粒状的、最早的金属钼样品。以这种方式得到的金属钼因含碳量过高而变脆，几乎没什么用，这导致它直至十九世纪结束都只出现在化学实验室的样品架上。20世纪初期，大批量获取纯钼的方法得到发展，钼钢由此也越来越被人们看重。这类材料被应用到汽车框架和工具中；在两次世界大战期间，也被大量用于防弹钢板。近来，金属钼也被用作X光管靶材，用于医学诊疗和科研项目中；Mo-Kα辐射则被晶体学家广泛使用。 钼的用途并不限于材料科学，它在催化反应中也有重要地位。现代汽油和柴油燃料之所以对环境的影响远小于几十年前，正是由于使用了硫化钼催化剂对石油进行脱硫。工业领域的化学家使用基于氧化钼的催化剂来选择性地将醇氧化成醛，否则该氧化反应会进一步形成羧酸。 2005年，Richard Schrock因研制烯烃复分解反应催化剂（包括钼的卡宾络合物）而获得诺贝尔化学奖。 然而，利用钼化合物进行催化不是人类首创。早在人类在地球繁衍之前，含钼酶就已经在催化推进几个关键反应了——而且至今仍在继续。其中一个反应是将大气中的氮气转化为氨。 在工业上实现该转换需要反应温度高于300℃并且压力大于200帕。与之形成鲜明对比的是，与某些植物共生的固氮细菌利用固氮酶在生理条件下就能实现这个过程。大多数固氮酶在其活性位点具有一个钼原子，该活性位点是由七个铁原子、九个硫原子、一个被高柠檬酸配体封端的钼原子和组氨酸残基组成的团簇。 钼酶不仅可以将氮气还原成铵离子，某些厌氧微生物——被称为产乙酸菌——使用其他含钼酶可以将二氧化碳和氢转化为甲酸根离子，并最终转化为乙酰辅酶A。据估计，这些生物每年从二氧化碳中转化出约1011吨乙酸盐。换句话说，没有钼，我们的世界将截然不同！ⓝ 原文以Made by molybdenum为标题 发布在2014年7月23日的《自然-化学》In Your Element上 nchem|doi:10.1038/nchem.2011 |
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