РОДИЙ: ИСТОРИЯ, СВОЙСТВА, СТРУКТУРА, ИСПОЛЬЗОВАНИЕ, РИСКИ - ХИМИЯ - 2026

Родия представляет собой переходный металл , принадлежащий к группе палладия и чей химический символ резус. Это благородный, инертный при нормальных условиях, но при этом редкий и дорогой металл, так как это второй наименее распространенный металл в земной коре. Также отсутствуют минералы, которые представляют собой рентабельный метод получения этого металла.

Хотя он выглядит как типичный серебристо-белый металл, большинство его соединений имеют общую красноватую окраску, в дополнение к тому факту, что их растворы имеют розоватый оттенок. Вот почему этот металл получил название «родон», что в переводе с греческого означает розовый.

Металлический родиевый жемчуг. Источник: изображения химических элементов в высоком разрешении.

Однако его сплавы являются серебряными, а также дорогими, поскольку в нем смешаны платина, палладий и иридий. Его высокий благородный характер делает его металлом почти невосприимчивым к окислению, а также полностью устойчивым к воздействию сильных кислот и оснований; поэтому их покрытия помогают защитить металлические предметы, например ювелирные изделия.

Помимо декоративного использования, родий может также защитить инструменты, используемые при высоких температурах и в электрических устройствах.

Он широко известен тем, что помогает расщеплять токсичные автомобильные газы (NO _x ) внутри каталитических нейтрализаторов. Он также катализирует производство органических соединений, таких как ментол и уксусная кислота.

Интересно, что он существует в природе только как изотоп ¹⁰³ Rh, и его соединения легко восстановить до металла из-за его благородных свойств. Из всех степеней окисления +3 (Rh ³⁺ ) является наиболее стабильным и распространенным, за ним следуют +1 и, в присутствии фтора, +6 (Rh ⁶⁺ ).

В металлическом состоянии он безвреден для нашего здоровья, если его частицы, рассеянные в воздухе, не вдыхаются. Однако его цветные соединения или соли считаются канцерогенами, кроме того, что они прочно прикрепляются к коже.

История

Открытие родия сопровождалось открытием палладия, оба металла были открыты одним и тем же ученым: английским химиком Уильямом Х. Волластоном, который к 1803 году исследовал платиновый минерал, предположительно из Перу.

От французского химика Ипполита-Виктора Колле-Дескотиля я узнал, что в минералах платины присутствуют красноватые соли, цвет которых, вероятно, обусловлен неизвестным металлическим элементом. Поэтому Волластон переваривал свою платиновую руду в царской водке, а затем нейтрализовал кислотность полученной смеси с помощью NaOH.

Из этой смеси Волластону пришлось с помощью реакций осаждения отделить металлические соединения; Он отделил платину как (NH ₄ ) ₂ , после добавления NH ₄ Cl, и другие металлы, которые он восстановил металлическим цинком. Он попытался растворить эти губчатые металлы с помощью HNO ₃ , оставив два металла и два новых химических элемента: палладий и родий.

Однако, когда он добавил царскую водку, он заметил, что металл почти не растворяется, в то же время он образует красный осадок с NaCl: Na ₃ nH ₂ O. Отсюда и произошло его название: красный цвет его соединений, обозначенный знаком Греческое слово «родон».

Эту соль снова восстанавливали металлическим цинком, получая таким образом губчатый родий. И с тех пор методы получения улучшились, так же как и спрос и технологические применения, и наконец появились блестящие кусочки родия.

Свойства

Внешность

Твердый серебристо-белый металл практически без оксидного слоя при комнатной температуре. Однако это не очень ковкий металл, а это значит, что при ударе по нему он треснет.

Молярная масса

102,905 г / моль

Температура плавления

1964 ° С. Это значение выше, чем у кобальта (1495 ºC), что отражает увеличение прочности самой прочной металлической связи по мере ее прохождения через группу.

Температура плавления

3695 ° С. Это один из металлов с самой высокой температурой плавления.

плотность

-12,41 г / мл при комнатной температуре

-10,7 г / мл при температуре плавления, то есть только тогда, когда он плавится или плавится

Теплота плавления

26,59 кДж / моль

Теплота испарения

493 кДж / моль

Молярная теплоемкость

24,98 Дж / (моль К)

Электроотрицательность

2,28 по шкале Полинга

Энергии ионизации

-Первый: 719,7 кДж / моль (Rh ⁺ газообразный)

-Второй: 1740 кДж / моль ( газообразный Rh ²⁺ )

-Третий: 2997 кДж / моль ( газообразный Rh ³⁺ )

Теплопроводность

150 Вт / (м · К)

Удельное электрическое сопротивление

43,3 нОм при 0 ° C

Твердость по Моосу

6

Магнитный заказ

Парамагнитный

Химические реакции

Родий, хотя и является благородным металлом, не означает, что это инертный элемент. В обычных условиях практически не ржавеет; но когда он нагревается выше 600 ºC, его поверхность начинает реагировать с кислородом:

Rh (s) + O ₂ (г) → Rh ₂ O ₃ (s)

В результате металл теряет свойственный серебристый блеск.

Он также может реагировать с газообразным фтором:

Rh (т) + F ₂ (г) → RhF ₆ (т)

RhF ₆ имеет черный цвет. При нагревании он может превращаться в RhF ₅ , выделяя фторид в окружающую среду. Когда реакцию фторирования проводят в сухих условиях, образование RhF ₃ (красное твердое вещество) предпочтительнее, чем образование RhF ₆ . Остальные галогениды: RhCl ₃ , RhBr ₃ и RhI ₃ образуются аналогичным образом.

Возможно, самое удивительное в металлическом родии - это его исключительная устойчивость к агрессивным веществам: сильным кислотам и сильным основаниям. Царская водка, концентрированная смесь соляной и азотной кислот, HCl-HNO ₃ , может с трудом растворяться, в результате чего получается розоватый раствор.

Расплавленные соли, такие как KHSO ₄ , более эффективны при его растворении, поскольку они приводят к образованию водорастворимых комплексов родия.

Структура и электронная конфигурация

Атомы родия кристаллизуются в гранецентрированной кубической структуре, ГЦК. Атомы Rh остаются объединенными благодаря своей металлической связи, силе, ответственной на макроуровне за измеримые физические свойства металла. В этой связи вмешиваются валентные электроны, которые задаются в соответствии с электронной конфигурацией:

4д ⁸ 5с ¹

Таким образом, это аномалия или исключение, поскольку ожидается, что на его 5s-орбитали будет два электрона, а на 4d-орбитали - семь (согласно диаграмме Меллера).

Всего имеется девять валентных электронов, которые вместе с атомными радиусами определяют ГЦК кристалл; структура, которая кажется очень стабильной, так как мало информации найдено о других возможных аллотропных формах при различных давлениях или температурах.

Эти атомы Rh, а точнее их кристаллические зерна, могут взаимодействовать таким образом, чтобы создавать наночастицы с различной морфологией.

Когда эти наночастицы Rh растут на поверхности шаблона (например, полимерного агрегата), они приобретают форму и размеры его поверхности; таким образом, мезопористые родиевые сферы были разработаны для замены металла в определенных каталитических приложениях (которые ускоряют химические реакции, не расходясь в процессе).

Числа окисления

Поскольку существует девять валентных электронов, нормально предполагать, что родий может «потерять их все» при взаимодействии внутри соединения; то есть, допуская существование катиона Rh ⁹⁺ со степенью окисления или состоянием 9+ или (IX).

Положительные и найденные степени окисления родия в его соединениях находятся в диапазоне от +1 (Rh ⁺ ) до +6 (Rh ⁶⁺ ). Из всех них наиболее распространены +1 и +3, а также +2 и 0 (металлический родий, Rh ⁰ ).

Например, в Rh ₂ O ₃ степень окисления родия равна +3, поскольку, если предположить существование Rh ³⁺ и его 100% -ный ионный характер, сумма зарядов будет равна нулю (Rh ₂ ³⁺ Или ₃ ^2- ).

Другой пример - RhF ₆ , у которого теперь его степень окисления +6. Опять же, только общий заряд соединения останется нейтральным, если предположить существование Rh ⁶⁺ (Rh ⁶⁺ F ₆ ^- ).

Чем более электроотрицательным является атом, с которым взаимодействует родий, тем выше его тенденция к более положительным степеням окисления; так обстоит дело с RhF ₆ .

В случае Rh ⁰ он соответствует его атомам кристалла ГЦК, координированным с нейтральными молекулами; например, CO, Rh ₄ (CO) ₁₂ .

Как получают родий?

Недостатки

В отличие от других металлов, нет доступных минералов, которые были бы достаточно богаты родием, чтобы их было экономически выгодно получать из него. Поэтому это скорее вторичный продукт промышленного производства других металлов; особенно благородные или их сородичи (элементы платиновой группы) и никель.

Большинство минералов, используемых в качестве сырья, поступают из Южной Африки, Канады и России.

Процесс производства сложен, потому что, несмотря на то, что он инертен, родий находится в компании других благородных металлов, помимо примесей, которые трудно удалить. Следовательно, необходимо провести несколько химических реакций, чтобы отделить его от исходной минералогической матрицы.

Обработать

Его низкая химическая активность сохраняет его неизменным при извлечении первых металлов; пока не останется только знать (золото среди них). Затем эти благородные металлы обрабатывают и плавят в присутствии солей, таких как NaHSO ₄ , чтобы получить их в жидкой смеси сульфатов; в данном случае Rh ₂ (SO ₄ ) ₃ .

К этой смеси сульфатов, из которой каждый металл осаждается отдельно в результате различных химических реакций, добавляют NaOH с образованием гидроксида родия, Rh (OH) _x .

Rh (OH) _x повторно растворяется путем добавления HCl с образованием H ₃ RhCl ₆ , который все еще растворен и имеет розовый цвет. Затем H ₃ RhCl ₆ реагирует с NH ₄ Cl и NaNO ₂ с осаждением в виде (NH ₄ ) ₃ .

И снова новое твердое вещество повторно растворяется в большем количестве HCl, и среда нагревается до тех пор, пока не осаждается губка из металлического родия, а примеси сгорают.

Приложения

Покрытия

Небольшой посеребренный контрабас с родиевым покрытием. Источник: Мауро Катеб (https://www.flickr.com/photos/mauroescritor/8463024136)

Его благородный характер используется для покрытия металлических деталей аналогичным покрытием. Таким образом, серебряные предметы покрываются родием, чтобы защитить их от окисления и потемнения (образуя черный слой AgO и Ag ₂ S), а также чтобы они стали более отражающими (блестящими).

Такие покрытия используются в ювелирных изделиях, отражателях, оптических приборах, электрических контактах и ​​рентгеновских фильтрах при диагностике рака груди.

сплавы

Это не только благородный металл, но и твердый. Эта твердость может быть связана с сплавами, которые она составляет, особенно когда речь идет о палладии, платине и иридии; из которых наиболее известны Rh-Pt. Кроме того, родий улучшает стойкость этих сплавов к высоким температурам.

Например, сплавы родия с платиной используются в качестве материала для изготовления стекол, которые могут формировать расплавленное стекло; при изготовлении термопар, способных измерять высокие температуры (более 1000 ºC); тигли, втулки для очистки стеклопластика, змеевики индукционных печей, авиационные газотурбинные двигатели, свечи зажигания и т. д.

Катализаторы

Каталитический нейтрализатор авто. Источник: Баллиста

Родий может катализировать реакции либо в чистом виде, либо в координации с органическими лигандами (натрийорганические соединения). Тип катализатора зависит от конкретной реакции, которую необходимо ускорить, а также от других факторов.

Например, в своей металлической форме он может катализировать восстановление оксидов азота NO _x до кислорода и азота из окружающей среды:

2 NO _x → x O ₂ + N ₂

Эта реакция происходит постоянно, ежедневно: в каталитических нейтрализаторах автомобилей и мотоциклов. Благодаря такому снижению газы NO _x не загрязняют города в большей степени. Для этой цели были использованы мезопористые наночастицы родия, которые дополнительно улучшают разложение газов NO _x .

Соединение, известное как катализатор Уилкинсона, используется для гидрирования (добавление H ₂ ) и гидроформилата (добавление CO и H ₂ ) алкенов с образованием алканов и альдегидов соответственно.

Родиевые катализаторы кратковременно используются для гидрирования, карбонилирования (добавления CO) и гидроформилата. В результате от них зависят многие продукты, как в случае с ментолом, важным химическим соединением жевательной резинки; помимо азотной кислоты, циклогексана, уксусной кислоты, кремнийорганического соединения и других.

риски

Родий, будучи благородным металлом, даже если он просочился в наш организм, его атомы Rh не могли (насколько ему известно) метаболизироваться. Следовательно, они не представляют опасности для здоровья; Если в воздухе не рассеяно слишком много атомов Rh, которые могут накапливаться в легких и костях.

Фактически, в процессах родиевого покрытия ювелирных изделий или серебряных украшений ювелиры подвергаются воздействию этих «затяжек» атомов; причина, по которой они страдают от дискомфорта в дыхательной системе. Что касается риска мелкодисперсного твердого вещества, то он даже не воспламеняется; кроме случаев горения в присутствии OF ₂ .

Соединения родия классифицируются как токсичные и канцерогенные, цвета которых сильно окрашивают кожу. Вот еще одно явное различие в том, как меняются свойства катиона металла по сравнению с металлом из него.

И, наконец, в экологических вопросах скудное изобилие родия и его недостаточная усвояемость растениями делают его безвредным элементом в случае разливов или отходов; пока это металлический родий.

Ссылки

1. Ларс Эрстрём. (12 ноября 2008 г.). Родий. Химия в своей стихии. Получено с: chemistryworld.com
2. Wikipedia. (2019). Родий. Получено с: en.wikipedia.org
3. Национальный центр биотехнологической информации. (2019). Родий. База данных PubChem. CID = 23948. Получено с: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. С. Бэйл. (1958). Строение родия. Исследовательские лаборатории Джонсона Матти. Платиновые металлы Ред., (2), 21, 61-63
5. Jiang, B. et al. (2017). Мезопористые наночастицы металлического родия. Nat. Commun. 8, 15581 DOI: 10.1038 / ncomms15581
6. Хелатирование. (27 июня 2018 г.). Воздействие родия. Получено с: chelationcommunity.com
7. Белл Теренс. (25 июня 2019 г.). Родий, редкий металл платиновой группы, и его применение. Получено с: thebalance.com
8. Стэнли Э. Ливингстон. (1973). Химия рутения, родия, палладия, осмия, иридия и платины. С.Э. Ливингстон. Pergamon Press.
9. Токийский технологический институт. (21 июня 2017 г.). Катализатор на основе родия для получения кремнийорганического соединения с использованием менее драгоценных металлов. Получено с: Phys.org
10. Пилгаард Майкл. (10 мая 2017 г.). Родий: химические реакции. Получено с: pilgaardelements.com
11. Доктор Дуг Стюарт. (2019). Факты о родиевом элементе. Получено с: chemicool.com