РОДІЙ: ІСТОРІЯ, ВЛАСТИВОСТІ, СТРУКТУРА, ВИКОРИСТАННЯ, РИЗИКИ - ХІМІЯ - 2025

Родію є перехідний метал , належить до групи паладію і чий хімічний символ резус. Він благородний, інертний в нормальних умовах, в той час як він рідкісний і дорогий, оскільки є другим найменш рясним металом у земній корі. Також не існує корисних копалин, які представляють вигідний метод отримання цього металу.

Незважаючи на те, що зовнішній вигляд має типовий сріблястий білий метал, більшість його сполук мають загальне червонувату забарвлення, крім того, що їх розчини мають рожеві відтінки. Ось чому цей метал отримав назву «родон», що грецькою для рожевого кольору.

Перлина з металевого родію. Джерело: Зображення високої здатності хімічних елементів

Однак його сплави є срібними, а також дорогими, оскільки його змішують з платиною, паладієм та іридієм. Його високий благородний характер робить його металом майже несприйнятливим до окислення, а також повністю стійким до нападу сильними кислотами та основами; тому їх покриття допомагають захистити металеві предмети, наприклад, прикраси.

Крім декоративного використання, родій може також захищати інструменти, що застосовуються при високій температурі та в електричних пристроях.

В народі він найкраще відомий для сприяння руйнуванню токсичних автомобільних газів (NO _x ) всередині каталітичних перетворювачів. Він також каталізує виробництво органічних сполук, таких як ментол та оцтова кислота.

Цікаво, що він існує лише в природі як ізотоп ¹⁰³ Rh, а його сполуки легко відновити до металу завдяки своєму благородному характеру. З усіх окислювальних чисел +3 (Rh ³⁺ ) є найбільш стійким і найпоширенішим, за ним слід +1 і, за наявності фтору, +6 (Rh ⁶⁺ ).

У своєму металевому стані це нешкідливо для нашого здоров’я, якщо тільки не вдихати його частинки, що розсіюються у повітрі. Однак його кольорові сполуки або солі вважаються канцерогенами, крім того, що сильно прикріплюються до шкіри.

Історія

Відкриття родию супроводжувалося відкриттям паладію, обидва метали були відкриті одним і тим же вченим: англійським хіміком Вільямом Х. Волластоном, який до 1803 р. Досліджував мінерал платини, нібито з Перу.

Я знав від французького хіміка Іполита-Віктора Колле-Дескотільса, що в платинових мінералах були червонуваті солі, колір яких, мабуть, пояснювався невідомим металевим елементом. Так Волластон перетравив свою платинову руду в акварегії, а потім нейтралізував кислотність отриманої суміші з NaOH.

З цієї суміші Волластон повинен був за допомогою реакцій осадження відокремити металеві сполуки; Він відокремив платину як (NH ₄ ) ₂ , після додавання NH ₄ Cl та інших металів він відновив металевим цинком. Він намагався розчинити ці губчасті метали HNO ₃ , залишивши два метали та два нові хімічні елементи: паладій та родій.

Однак, додавши акварегію, він помітив, що метал майже не розчиняється, в той же час, що він утворює червоний осад з NaCl: Na ₃ nH ₂ O. Ось звідки і походить його назва: червоний колір його сполук, позначений Грецьке слово 'родон'.

Цю сіль знову зменшували металевим цинком, отримуючи таким чином губчастий родій. І з тих пір техніка отримання поліпшилась, як і попит та технологічне застосування, нарешті з'явившись блискучі шматки родію.

Властивості

Зовнішність

Твердий, сріблясто-білий метал практично не має шару оксиду при кімнатній температурі. Однак це не дуже податливий метал, а це означає, що при попаданні в нього він трісне.

Молярна маса

102,905 г / моль

Точка плавлення

1964 ° С. Це значення вище, ніж у кобальту (1495 ºC), що відображає збільшення міцності найміцнішого металевого зв’язку в міру його спуску через групу.

Точка плавлення

3695 ° С. Це один з металів з найвищими температурами плавлення.

Щільність

-12,41 г / мл при кімнатній температурі

-10,7 г / мл в точці плавлення, тобто саме тоді, коли він плавиться або плавиться

Тепло синтезу

26,59 кДж / моль

Тепло випаровування

493 кДж / моль

Молярна теплоємність

24,98 Дж / (моль К)

Електронегативність

2,28 за шкалою Полінга

Енергії іонізації

-По-перше: 719,7 кДж / моль (Rh ⁺ газоподібний)

-Друге: 1740 кДж / моль (Rh ²⁺ газоподібний)

-Трете: 2997 кДж / моль (Rh ³⁺ газоподібний)

Теплопровідність

150 Вт / (м К)

Електричний опір

43,3 нОм при 0 ° С

Твердість Мооса

6

Магнітний порядок

Парамагнітний

Хімічні реакції

Родій, хоча це благородний метал, не означає, що він є інертним елементом. Він навряд чи іржавіє в нормальних умовах; але при нагріванні вище 600 ºC його поверхня починає реагувати з киснем:

Rh (s) + O ₂ (g) → Rh ₂ O ₃ (s)

І результат - метал втрачає характерний сріблястий блиск.

Він також може реагувати з газом фтору:

Rh (s) + F ₂ (g) → RhF ₆ (s)

RhF ₆ чорного кольору. Якщо його нагріти, він може трансформуватися в RhF ₅ , виділяючи фтор в навколишнє середовище. Коли реакцію фторування проводять у сухих умовах, утворення RhF ₃ (червоного твердого речовини) надає перевагу, ніж у RhF ₆ . Інші галогеніди: RhCl ₃ , RhBr ₃ і RhI ₃ утворюються аналогічно.

Мабуть, найдивніше, що стосується металевого родию - це його надзвичайна стійкість до нападу корозійних речовин: сильних кислот і міцних основ. Aqua regia, концентрована суміш соляної та азотної кислот, HCl-HNO ₃ , може важко розчинятися, в результаті чого утворюється рожевий розчин.

Розплавлені солі, такі як KHSO ₄ , більш ефективні при її розчиненні, оскільки призводять до утворення водорозчинних родієвих комплексів.

Структура та електронна конфігурація

Атоми родію кристалізуються в зосередженій кубічній структурі, фкк. Атоми резус залишаються об'єднаними завдяки їх металевому зв’язку, силі, відповідальній за макромасштабом за вимірювані фізичні властивості металу. У цьому зв’язку втручаються валентні електрони, які задані відповідно до електронної конфігурації:

4d ⁸ 5s ¹

Таким чином, це аномалія або виняток, оскільки, як очікується, у його орбіталі 5s буде два електрона, а в 4d орбіталі - сім (підкоряючись діаграмі Меллера).

Всього є дев'ять валентних електронів, які разом з атомними радіусами визначають кристал fcc; структура, яка видається дуже стійкою, оскільки мало інформації про інші можливі алотропні форми під різним тиском чи температурою.

Ці атоми Rh, а точніше їх кристалічні зерна, можуть взаємодіяти таким чином, щоб створювати наночастинки з різною морфологією.

Коли ці резус-наночастинки виростають поверх шаблону (наприклад, полімерний агрегат), вони набувають форми та розміри його поверхні; таким чином, мезопористі родієві сфери були розроблені для витіснення металу в певних каталітичних застосуваннях (які прискорюють хімічні реакції, не витрачаючись у процесі).

Окислювальні числа

Оскільки є дев'ять валентних електронів, нормально припускати, що родій може «втратити їх усіх» у своїх взаємодіях всередині сполуки; тобто припускаючи існування катіона Rh ⁹⁺ з числом або станом окислення 9+ або (IX).

Позитивні та знайдені числа окислення родію в його сполуках коливаються від +1 (Rh ⁺ ) до +6 (Rh ⁶⁺ ). З усіх них найпоширеніші +1 та +3, поряд із +2 та 0 (металевий родий, Rh ⁰ ).

Наприклад, у Rh ₂ O ₃ число окислення родію дорівнює +3, оскільки якщо припустити існування Rh ³⁺ та 100% іонного характеру, сума зарядів буде дорівнює нулю (Rh ₂ ³⁺ Або ₃ ^2- ).

Інший приклад представлений RhF ₆ , в якому зараз його число окислення становить +6. Знову ж таки, тільки загальний заряд сполуки залишиться нейтральним, якщо припустити існування Rh ⁶⁺ (Rh ⁶⁺ F ₆ ^- ).

Чим більше електронегативний атом, з яким взаємодіє родій, тим більша його тенденція проявляти більше позитивних чисел окислення; такий випадок RhF ₆ .

У випадку Rh ⁰ це відповідає його атомам кристалічного fcc, узгодженого з нейтральними молекулами; наприклад, CO, Rh ₄ (CO) ₁₂ .

Як отримують родий?

Недоліки

На відміну від інших металів, не існує мінералу, який є достатньо багатим родієм, щоб отримати його з економії. Ось чому це скоріше вторинний продукт промислового виробництва інших металів; конкретно шляхетні або їхні споріднені (елементи платинової групи) та нікель.

Більшість корисних копалин, що використовуються як сировина, надходять з Південної Африки, Канади та Росії.

Процес виробництва складний, тому що, хоч він інертний, родий знаходиться в компанії інших благородних металів, окрім того, що домішки важко видалити. Тому необхідно провести кілька хімічних реакцій, щоб відокремити її від початкової мінералогічної матриці.

Процес

Його низька хімічна реакційна здатність зберігає її незмінною під час видобутку перших металів; доки не залишаються лише дворяни (золото серед них). Потім ці благородні метали обробляють і плавлять у присутності солей, таких як NaHSO ₄ , щоб мати їх у рідкій суміші сульфатів; у цьому випадку Rh ₂ (SO ₄ ) ₃ .

До цієї суміші сульфатів, з якої кожен метал осаджується окремо через різні хімічні реакції, додають NaOH для утворення гідроксиду родію, Rh (OH) _x .

Rh (OH) _x повторно розчиняють, додаючи HCl до утворення H ₃ RhCl ₆ , який все ще розчиняється і проявляє рожевий колір. Потім H ₃ RhCl ₆ вступає в реакцію з NH ₄ Cl та NaNO ₂ для осадження у вигляді (NH ₄ ) ₃ .

Знову ж таки, нове тверде речовина повторно розчиняється у більшій кількості HCl і середовище нагрівається до тих пір, поки губка металевого родію не осадить при спалюванні домішок.

Програми

Покриття

Маленький, сріблястий, родієвий контрабас. Джерело: Mauro Cateb (https://www.flickr.com/photos/mauroescritor/8463024136)

Його благородний характер використовується для покриття металевих деталей з таким же покриттям. Таким чином срібні предмети покривають родієм для захисту його від окислення та потемніння (утворюючи чорний шар AgO та Ag ₂ S), а також стають більш відбивними (блискучими).

Такі покриття застосовуються в ювелірному одязі, рефлекторах, оптичних інструментах, електричних контактах та рентгенівських фільтрах у діагностиці раку молочної залози.

Сплави

Це не тільки благородний метал, але і жорсткий. Цю твердість можуть сприяти сплави, що входять до неї, особливо якщо мова йде про паладій, платину та іридій; з них найбільш відомі ті, що знаходяться в Rh-Pt. Також родій підвищує стійкість цих сплавів до високих температур.

Наприклад, родиєво-платинові сплави використовуються як матеріал для виготовлення склянок, які можуть формувати розплавлене скло; у виробництві термопар, здатних вимірювати високі температури (понад 1000 ºC); тиглі, втулки для очищення склопластику, котушки індукційної печі, літаки турбінних двигунів, свічки запалювання тощо.

Каталізатори

Каталітичний перетворювач автомобіля. Джерело: Балліста

Родій може каталізувати реакції як у чистому металі, так і узгоджені з органічними лігандами (органородіями). Тип каталізатора залежить від конкретної реакції, яку потрібно прискорити, а також інших факторів.

Наприклад, у своїй металевій формі він може каталізувати відновлення оксидів азоту, NO _x , до навколишніх газів киснем та азотом:

2 NO _x → x O ₂ + N ₂

Ця реакція відбувається постійно щодня: у каталітичних перетворювачах транспортних засобів та мотоциклів. Завдяки цьому зменшенню гази NO _x не забруднюють міста гіршою мірою. З цією метою використовуються мезопористі наночастинки родию, які ще більше покращують розкладання газів NO _x .

З'єднання, відоме як каталізатор Вілкінсона, використовується для гідрогенації (додавання Н ₂ ) та гідроформілату (додавання СО та Н ₂ ) алкенів для утворення відповідно алканів та альдегідів.

Родієві каталізатори коротко використовуються для гідрогенації, карбонілату (додавання СО) та гідроформілату. Результат полягає в тому, що багато продуктів залежать від них, як це стосується ментолу, найважливішої хімічної сполуки в жувальній гумці; крім азотної кислоти, циклогексану, оцтової кислоти, органосиліцію, серед інших.

Ризики

Родій, будучи благородним металом, навіть якщо він проник в наше тіло, його атоми Rh не можуть (наскільки це відомо) метаболізуватися. Тому вони не становлять ніякого ризику для здоров'я; Якщо не буде занадто багато атомів резус, розсіяних у повітрі, що може закінчитися накопиченням в легенях та кістках.

Насправді, в процесі покриття родієм на ювелірних виробах або срібних прикрасах ювелірні вироби піддаються цим «пухам» атомів; причина, через яку вони страждали від дискомфорту в дихальній системі. Щодо ризику його тонкодисперсного твердого речовини, він навіть не горючий; за винятком опіку в присутності OF ₂ .

Родієві сполуки класифікуються як токсичні та канцерогенні, кольори яких глибоко забарвлюють шкіру. Ось ще одна чітка відмінність у тому, як змінюються властивості катіона металу порівняно з металом, що з нього.

І нарешті, в екологічних питаннях дефіцитна кількість родію та його відсутність засвоєння рослинами роблять його нешкідливим елементом у разі розливу чи відходів; до тих пір, поки це металевий родій.

Список літератури

1. Lars Öhrström. (12 листопада 2008 р.). Родій. Хімія в її стихії. Відновлено з: chemistryworld.com
2. Вікіпедія. (2019). Родій. Відновлено з: en.wikipedia.org
3. Національний центр інформації про біотехнології. (2019). Родій. PubChem База даних. CID = 23948. Відновлено з: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. С. Бейл. (1958). Структура Родію. Johnson Matthey Research Laboratories. Платинові метали Rev., (2), 21, 61-63
5. Цзян, Б. та ін. (2017). Мезопористі металеві наночастинки родию. Нат. Комун. 8, 15581 doi: 10.1038 / ncomms15581
6. Хеляція. (27 червня 2018 р.). Родієві експозиції. Відновлено з сайту: chelationcommunity.com
7. Белл Теренс. (25 червня 2019 р.). Родій, рідкісний метал з платинової групи та його застосування. Відновлено з: thebalance.com
8. Стенлі Е. Лівінгстон. (1973). Хімія рутенію, родію, паладію, осмію, іридію та платини. SE Лівінгстон. Пергамоновий прес.
9. Токійський технологічний інститут. (21 червня 2017 р.). Каталізатор на основі родію для отримання органосиліцію з використанням менш дорогоцінного металу. Відновлено з: phys.org
10. Пільгард Майкл. (10 травня 2017 р.). Родій: хімічні реакції. Відновлено з: pilgaardelements.com
11. Доктор Дуг Стюарт. (2019). Факти родию. Відновлено з: chemicool.com