RODIUM: HISTORIA, OMINAISUUDET, RAKENNE, KÄYTTÖ, RISKIT - KEMIA - 2026

Rodium on siirtymämetalli, joka kuuluu ryhmään palladiumin ja joiden kemiallinen merkki on Rh. Se on jalo, inertti normaaleissa olosuhteissa, vaikka se on harvinainen ja kallis, koska se on toiseksi vähiten runsas metalli maankuoressa. Ei myöskään ole mineraaleja, jotka edustavat kannattavaa menetelmää tämän metallin saamiseksi.

Vaikka sen ulkonäkö on tyypillinen hopeanhohtoinen valkoinen metalli, suurimmalla osalla sen yhdisteistä on yhteinen punertava väri, sen lisäksi, että niiden ratkaisut vaikuttavat vaaleanpunaisilta sävyiltä. Siksi tälle metallille annettiin nimi ”rodoni”, joka on kreikan kielellä vaaleanpunainen.

Metallinen rodiumhelmi. Lähde: Hi-Res-kuvat kemiallisista elementeistä

Sen seokset ovat kuitenkin hopeaa, samoin kuin kalliita, koska se sekoitetaan platinan, palladiumin ja iridiumin kanssa. Sen korkea jalo luonne tekee siitä metallin, joka on melkein immuuni hapettumiselle, samoin kuin täysin kestävä vahvojen happojen ja emästen hyökkäyksille; siksi niiden pinnoitteet auttavat suojaamaan metalliesineitä, kuten koruja.

Koristekäytön lisäksi rodium voi suojata myös korkeissa lämpötiloissa ja sähkölaitteissa käytettäviä työkaluja.

Se tunnetaan parhaiten auttamalla hajottamaan myrkyllisiä autokaasuja (NO _x) katalysaattoreiden sisällä. Se katalysoi myös orgaanisten yhdisteiden, kuten mentolin ja etikkahapon, tuotantoa.

Mielenkiintoista, että se on olemassa vain luonnossa kuin ¹⁰³ Rh -isotooppi, ja sen yhdisteet ovat helppo pelkistää metalleiksi jaloisuudensa vuoksi. Kaikista hapetusluvuistaan ​​+3 (Rh ³⁺) on vakain ja runsas, jota seuraa +1 ja fluorin läsnä ollessa +6 (Rh ⁶⁺).

Metallisessa tilassaan se on vaaraton terveydellemme, ellei sen ilmaan leviäviä hiukkasia hengitetä sisään. Sen värjättyjä yhdisteitä tai suoloja pidetään kuitenkin syöpää aiheuttavina aineina sen lisäksi, että ne ovat kiinnittyneet voimakkaasti ihoon.

Historia

Rodiumin löytöihin liittyi palladium, molemmat metallit löysi sama tiedemies: englantilainen kemisti William H. Wollaston, joka oli vuoteen 1803 mennessä tutkinut oletettavasti Perunasta peräisin olevaa platinamineraa.

Tiesin ranskalaisen kemian Hippolyte-Victor Collet-Descotilsilta, että platina mineraaleissa oli punertavia suoloja, joiden väri johtui todennäköisesti tuntemattomasta metallisesta elementistä. Joten Wollaston hajotti platinamalminsa vesialueella, neutraloi sitten saadun seoksen happamuus NaOH: lla.

Tästä seoksesta Wollaston oli saostumisreaktioiden avulla erotettava metalliyhdisteet; Hän erotettiin platinaa (NH ₄) ₂, sen jälkeen kun NH ₄ Cl, ja muiden metallien kuin pelkistetään metallinen sinkki. Hän yritti liuottaa nämä sienimäiset metallit HNO _{3: lla}, jättäen kaksi metallia ja kaksi uutta kemiallista alkuainetta: palladium ja rodium.

Kuitenkin, kun hän lisäsi kuningasvettä, hän havaitsi, että metalli tuskin liuennut, samalla, että se on muodostettu punaisen sakan NaCl: Na ₃ nH ₂ O. Tämä on silloin, kun sen nimi on peräisin: punainen väri sen yhdisteet on nimetty kanssa Kreikkalainen sana 'rhodon'.

Tämä suola pelkistettiin taas metallisella sinkillä, jolloin saatiin sienimäinen rodium. Ja siitä lähtien hankintatekniikat ovat parantuneet, samoin kuin kysyntä ja teknologiset sovellukset, lopulta esiintyen kiiltäviä rodiumkappaleita.

ominaisuudet

Fyysinen ulkonäkö

Kova, hopeanhohtoinen valkoinen metalli, jossa ei käytännöllisesti katsoen ole oksidikerrosta huoneenlämpötilassa. Se ei kuitenkaan ole kovin muovattava metalli, mikä tarkoittaa, että osuessasi se halkeilee.

Moolimassa

102,905 g / mol

Sulamispiste

1964 ° C. Tämä arvo on korkeampi kuin koboltin (1495 ºC), mikä heijastaa vahvimman metallisidoksen lujuuden lisääntymistä sen laskeutuessa ryhmän läpi.

Sulamispiste

3695 ° C. Se on yksi metalleista, joiden sulamispisteet ovat korkeimmat.

Tiheys

-12,41 g / ml huoneenlämpötilassa

-10,7 g / ml sulamispisteessä, ts. Heti, kun se sulaa tai sulaa

Fuusion lämpö

26,59 kJ / mol

Höyrystymislämpö

493 kJ / mol

Molaarinen lämpökapasiteetti

24,98 J / (mol K)

elektronegatiivisuus

2,28 Paulingin asteikolla

Ionisaatioenergiat

- ensin: 719,7 kJ / mol (Rh ⁺ kaasumainen)

-Toinen: 1740 kJ / mol (Rh ²⁺ kaasumainen)

-Kolmas: 2997 kJ / mol (Rh ³⁺ kaasumainen)

Lämmönjohtokyky

150 W / (mK)

Sähkövastus

43,3 nm 0 ° C: ssa

Mohsin kovuus

6

Magneettinen järjestys

paramagneettinen

Kemialliset reaktiot

Rodium, vaikka se on jalometallia, ei tarkoita, että se on inertti alkuaine. Se tuskin ruostuu normaaleissa olosuhteissa; mutta kun sitä kuumennetaan yli 600 ºC, sen pinta alkaa reagoida hapen kanssa:

Rh (s) + O ₂ (g) → Rh ₂ O ₃ (s)

Ja seurauksena on, että metalli menettää ominaisen hopeakiillonsa.

Se voi reagoida myös fluorikaasun kanssa:

Rh (s) + F ₂ (g) → RhF ₆ (s)

RhF ₆ on väriltään musta. Kuumennettaessa se voi muuttua RhF ₅: ksi vapauttaen fluoria ympäristöön. Kun fluorausreaktio suoritetaan kuivissa olosuhteissa, muodostumista RHF ₃ (punainen kiinteä aine) suositaan yli että RHF ₆. Muut halogenidit: RhCI ₃, RhBr ₃ ja RHI ₃ on muodostettu samalla tavalla.

Ehkäpä yllättävin asia metallisessa rodiumissa on sen äärimmäinen vastustuskyky syövyttävien aineiden hyökkäyksille: vahvat hapot ja vahvat emäkset. Aqua regia, väkevä suola- ja typpihappojen seos, HCl-HNO ₃, voi liueta vaikeasti, jolloin saadaan vaaleanpunainen liuos.

Sulan suolat, kuten KHSO ₄, ovat tehokkaampia liuottamalla se, koska ne johtavat muodostumista vesiliukoisia rodiumkomplekseja.

Rakenne ja elektroninen kokoonpano

Rodiumiatomit kiteytyvät kasvokeskittyneessä kuutiorakenteessa, fcc. Rh-atomit pysyvät yhtenäisinä metallisen sidoksensa ansiosta, joka on makro-asteikolla vastuussa metallin mitattavista fysikaalisista ominaisuuksista. Tässä sidoksessa valenssielektronit puuttuvat, jotka annetaan elektronisen konfiguraation mukaisesti:

4d ⁸ 5s ¹

Se on siis poikkeavuus tai poikkeus, koska sillä odotetaan olevan kaksi elektronia 5s: n kiertoradalla ja seitsemän 4d: n kiertoradalla (totteleen Moeller-kaaviota).

Valenssielektroneja on yhteensä yhdeksän, jotka yhdessä atomisäteiden kanssa määrittelevät fcc-kiteen; rakenne, joka näyttää olevan erittäin vakaa, koska muista mahdollisista allotrooppisista muodoista löytyy vain vähän tietoa eri paineissa tai lämpötiloissa.

Nämä Rh-atomit, tai pikemminkin niiden kiteiset jyvänsä, voivat olla vuorovaikutuksessa siten, että ne muodostavat nanohiukkasia, joilla on erilaiset morfologiat.

Kun nämä Rh-nanohiukkaset kasvavat mallineen (esimerkiksi polymeerinen aggregaatti) päälle, ne saavat sen pinnan muodot ja mitat; täten mesopooriset rodiumpallot on suunniteltu korvaamaan metalli tietyissä katalyyttisissä sovelluksissa (jotka nopeuttavat kemiallisia reaktioita kuluttamatta niitä prosessissa).

Hapetusnumerot

Koska valenssielektroneja on yhdeksän, on normaalia olettaa, että rodium voi "menettää ne kaikki" vuorovaikutuksessaan yhdisteen sisällä; toisin sanoen olettaen, että on olemassa Rh ⁹⁺ -kationi, jonka hapetusluku tai tila on 9+ tai (IX).

Yhdisteiden rodiumin positiiviset ja havaitut hapettumislukut ovat välillä +1 (Rh ⁺) - +6 (Rh ⁶⁺). Kaikista niistä +1 ja +3 ovat yleisimmät, +2 ja 0 (metalli rodium, Rh ⁰).

Esimerkiksi Rh ₂ O ₃: ssa rodiumin hapetusluku on +3, koska jos oletat, että Rh ³⁺ on olemassa ja 100% ioninen merkki, varausten summa on nolla (Rh ₂ ³⁺⁾ Tai ₃ ²).

Toista esimerkkiä edustaa RhF ₆, jossa sen hapetusluku on nyt +6. Jälleen vain yhdisteen kokonaisvaraus pysyy neutraalina, jos oletetaan Rh ⁶⁺ (Rh ⁶⁺ F ₆ ^-): n olemassaolo.

Mitä elektronegatiivisempi atomi on, jonka kanssa rodium on vuorovaikutuksessa, sitä suurempi on sen taipumus osoittaa enemmän positiivisia hapettumislukuja; tällainen on tapaus RhF ₆.

Rh ^0: n tapauksessa se vastaa sen kide-fcc-atomeja, jotka on koordinoitu neutraalien molekyylien kanssa; esimerkiksi, CO, Rh ₄ (CO) ₁₂.

Kuinka rodium saadaan?

haittoja

Toisin kuin muut metallit, ei ole saatavana mineraaleja, jotka olisivat tarpeeksi rodiumirikkaita, jotta ne olisivat taloudellisia saadakseen siitä. Siksi se on melko toissijainen tuote muiden metallien teollisuustuotannossa; erityisesti jaloja tai niiden sukulaisia ​​(platinaryhmän elementit) ja nikkeli.

Suurin osa raaka-aineena käytetyistä mineraaleista on peräisin Etelä-Afrikasta, Kanadasta ja Venäjältä.

Valmistusprosessi on monimutkainen, koska rodiumia, vaikka se on inerttiä, löytyy muiden jalometallien joukosta sen lisäksi, että siinä on epäpuhtauksia, joita on vaikea poistaa. Siksi on suoritettava useita kemiallisia reaktioita sen erottamiseksi alkuperäisestä mineralogisesta matriisista.

Prosessi

Sen matala kemiallinen reaktiivisuus pitää sen muuttumattomana ensimmäisiä metalleja uutettaessa; kunnes vain aatelisia on jäljellä (kulta heidän joukossaan). Sitten nämä jalometallit käsitellään ja sulatetaan, kun läsnä on suoloja, kuten NaHSO ₄, on ne nestemäinen seos sulfaatteja; tässä tapauksessa Rh ₂ (SO ₄) ₃.

Tähän sulfaattiseokseen, josta kukin metalli saostetaan erikseen erilaisten kemiallisten reaktioiden kautta, lisätään NaOH: ta rodiumhydroksidin, Rh (OH) _{x, muodostamiseksi}.

Rh (OH) _x liuotetaan uudelleen lisäämällä HCI: a, jolloin muodostuu H- ₃ RhCI ₆, joka on edelleen liuotetaan ja osoittaa vaaleanpunainen väri. Sitten H ₃ RhCI ₆ reagoi NH ₄: lla ja NaNO ₂ saostua (NH ₄) ₃.

Uusi kiinteä aine liuotetaan jälleen uudestaan ​​HCl: ään ja väliainetta kuumennetaan, kunnes metallisen rodiumin sieni saostuu, kun epäpuhtaudet palavat.

Sovellukset

pinnoitteet

Pieni, hopeoitu, rodiumilla päällystetty kontrabasso. Lähde: Mauro Cateb (https://www.flickr.com/photos/mauroescritor/8463024136)

Sen jaloa luonnetta käytetään peittämään metalliosat saman päällysteen kanssa. Tällä tavalla, hopea esineet päällystetään rodiumin suojella sitä hapetetaan ja tummuminen (muodostaen mustan kerroksen AgO ja Ag ₂ S), samoin kuin yhä heijastava (kiiltävä).

Sellaisia ​​päällysteitä käytetään koruvaatteissa, heijastimissa, optisissa instrumentissa, sähkökoskettimissa ja röntgensuodattimissa rintasyövän diagnostiikassa.

Alloys

Se ei ole vain jalometallia, vaan myös kovaa. Tätä kovuutta voidaan lisätä sen muodostamiin seoksiin, varsinkin kun kyse on palladiumista, platinasta ja iridiumista; joista tunnetuimpia ovat Rh-Pt-proteiinit. Lisäksi rodium parantaa näiden lejeeringien kestävyyttä korkeille lämpötiloille.

Esimerkiksi rodium-platina-seoksia käytetään materiaalina lasien valmistukseen, jotka voivat muokata sulaa lasia; termoelementtien valmistuksessa, jotka kykenevät mittaamaan korkeita lämpötiloja (yli 1000 ºC); upokkaat, holkit lasikuitujen puhdistamiseksi, kelat induktiouuneihin, lentokoneiden turbiinimoottorit, sytytystulpat jne.

katalysaattorit

Auton katalysaattori. Lähde: Ballista

Rodium voi katalysoida reaktioita joko puhtaana metallina tai koordinoituna orgaanisten ligandien (organorodiumien) kanssa. Katalyytin tyyppi riippuu kiihtyvästä spesifisestä reaktiosta, samoin kuin muista tekijöistä.

Esimerkiksi, sen metallisessa muodossa se voi katalysoida typen oksidien pelkistymistä, NO _x, ympäristön kaasujen hapen ja typen:

2 NO _x → x O ₂ + N ₂

Tämä reaktio tapahtuu jatkuvasti päivittäin: ajoneuvojen ja moottoripyörien katalysaattoreissa. Tämän vähentämisen ansiosta NO _x -kaasut eivät saastuta kaupunkeja huonommassa määrin. Tätä tarkoitusta varten, mesohuokoinen rodium nanopartikkeleita on käytetty, mikä edelleen parantaa hajoamista NO _x kaasujen.

Yhdiste, joka tunnetaan Wilkinsonin katalyyttinä käytetään hydrata (lisätä H ₂), ja hydroformyloimiseksi (lisätä CO ja H ₂), alkeenien muodostamiseksi alkaanit ja aldehydejä, vastaavasti.

Rodiumkatalyyttejä käytetään lyhyesti hydraamaan, karbonyloimaan (lisäämään CO) ja hydroformylaattiin. Seurauksena on, että monet tuotteet ovat riippuvaisia ​​niistä, kuten mentolille, joka on välttämätön kemiallinen yhdiste purukumissa; typpihapon, sykloheksaanin, etikkahapon, orgaanisen piin lisäksi mm.

riskit

Rodium, koska se on jalometallia, vaikka se vuotaisi kehomme, sen Rh-atomeja ei voitu metaboloida (sikäli kuin se tietää). Siksi ne eivät aiheuta terveysriskiä; Ellei ilmassa hajota liian paljon Rh-atomeja, jotka voivat päätyä kertymään keuhkoihin ja luihin.

Itse asiassa korujen tai hopeakorujen rodiumpinnoitusprosessissa jalokivikauppiaat altistetaan näille atomien “suihkut”; syy, jonka vuoksi he ovat kärsineet epämukavuuksista hengityselimissä. Hienojakoisen kiinteän aineen riskin suhteen se ei ole edes tulenarkaa; paitsi poltettaessa OF ₂: n läsnä ollessa.

Rodiumyhdisteet luokitellaan myrkyllisiksi ja syöpää aiheuttaviksi, joiden värit värjäävät syvästi ihoa. Tässä on toinen selvä ero siinä, kuinka metallikationin ominaisuudet vaihtelevat siitä peräisin olevan metallin suhteen.

Ja lopuksi, ekologisissa kysymyksissä, rodiumin vähäinen runsaus ja sen puute kasveissa ei ole sitä rinnastanut, tekee siitä vaarattoman elementin vuotojen tai jätteiden tapauksessa; niin kauan kuin se on metallinen rodium.

Viitteet

1. Lars Öhrström. (12. marraskuuta 2008). Rodium. Kemia sen elementissä. Palautettu osoitteesta: chemistryworld.com
2. Wikipedia. (2019). Rodium. Palautettu osoitteesta: en.wikipedia.org
3. Kansallinen bioteknologiatietokeskus. (2019). Rodium. PubChem-tietokanta. CID = 23948. Palautettu: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. S. Bale. (1958). Rodiumin rakenne. Johnson Matthey Research Laboratories. Platinum Metals Rev., (2), 21, 61-63
5. Jiang, B. et ai. (2017). Mesopooriset metalliset rodiumnanohiukkaset. Nat. 8, 15581 doi: 10,1038 / ncomms15581
6. Chelation. (27. kesäkuuta 2018). Rodiumialtistus. Palautettu osoitteesta: chelationcommunity.com
7. Bell Terence. (25. kesäkuuta 2019). Rhodium, harvinaisen platinaryhmän metalli, ja sen sovellukset. Palautettu osoitteesta: thebalance.com
8. Stanley E. Livingstone. (1973). Ruteniumin, rodiumin, palladiumin, osmiumin, iridiumin ja platinan kemia. SE Livingstone. Pergamon Press.
9. Tokion teknillinen instituutti. (21. kesäkuuta 2017). Rodiumipohjainen katalyytti orgaanisen piin valmistamiseksi vähemmän jalometallia käyttämällä. Palautettu osoitteesta: phys.org
10. Pilgaard Michael. (10. toukokuuta 2017). Rodium: kemialliset reaktiot. Palautettu sivustolta: pilgaardelements.com
11. Dr. Doug Stewart. (2019). Rhodium-elementti. Palautettu osoitteesta: chemicool.com