RHODIUM: HISTORIA, EGENSKAPER, STRUKTUR, ANVÄNDNING, RISKER - KEMI - 2025

Den rodium är en övergångsmetall som hör till gruppen av palladium och vars kemiska symbol är Rh. Det är ädel, inert under normala förhållanden, medan det är sällsynt och dyrt, eftersom det är den näst minst rikliga metallen i jordskorpan. Det finns inte heller några mineraler som representerar en lönsam metod för att få denna metall.

Även om det ser ut som en typisk silvvit metall, har de flesta av dess föreningar en rödaktig färg i allmänhet, utöver det faktum att deras lösningar verkar rosa färgtoner. Det är därför denna metall fick namnet 'rhodon', som är grekiskt för rosa.

Metallisk rodiumpärla. Källa: Hi-Res Images of Chemical Elements

Emellertid är dess legeringar silver såväl som dyra, eftersom de blandas med platina, palladium och iridium. Dess höga ädla karaktär gör den till en metall som nästan är immun mot oxidation och är helt motståndskraftig mot attacker från starka syror och baser; därför hjälper deras beläggningar att skydda metallföremål, till exempel smycken.

Förutom dess prydnadsbruk kan rodium också skydda verktyg som används vid höga temperaturer och i elektriska apparater.

Det är populärt känt bäst för att hjälpa till att bryta ned giftiga bilgaser (NO _x ) i katalytiska omvandlare. Det katalyserar också produktionen av organiska föreningar, såsom mentol och ättiksyra.

Intressant nog finns den endast i naturen som ¹⁰³ Rh- isotop , och dess föreningar är lätta att reducera till metall på grund av dess ädla karaktär. Av alla dess oxidationsnummer är +3 (Rh ³⁺ ) det mest stabila och rikliga, följt av +1 och, i närvaro av fluor, +6 (Rh ⁶⁺ ).

I sitt metalliska tillstånd är det ofarligt för vår hälsa, såvida vi inte andas dess spridda partiklar i luften. Emellertid anses dess färgade föreningar eller salter vara cancerframkallande, förutom att de är starkt bundna till huden.

Historia

Upptäckten av rodium åtföljdes av palladium, båda metallerna upptäcktes av samma forskare: den engelska kemisten William H. Wollaston, som 1803 undersökte ett platinamineral, förmodligen från Peru.

Jag visste från Hippolyte-Victor Collet-Descotils, en fransk kemist, att det fanns rödaktiga salter i platina-mineraler, vars färg troligen berodde på ett okänt metallelement. Så Wollaston smälte sin platinmalm i aqua regia och neutraliserade sedan surheten hos den resulterande blandningen med NaOH.

Från denna blandning hade Wollaston, med hjälp av utfällningsreaktioner, att separera metallföreningarna; Han separerade platina som (NH ₄ ) ₂ , efter tillsats av NH ₄ Cl, och andra metaller han reduceras med metalliskt zink. Han försökte lösa upp dessa svampiga metaller med HNO ₃ och lämnade två metaller och två nya kemiska element: palladium och rodium.

Emellertid, när han lagt kungsvatten, märkte han att en metall knappast upplösning, samtidigt som det bildas en röd fällning med NaCl: Na ₃ nH ₂ O. Det är där dess namn kom från: den röda färgen av dess föreningar, betecknad med Grekiska ordet "rhodon".

Detta salt reducerades igen med metalliskt zink, varigenom man fick svampigt rodium. Och sedan dess förbättrades teknikerna, liksom efterfrågan och de tekniska tillämpningarna, och slutligen verkade glänsande rodiumbitar.

Egenskaper

Fysiskt utseende

Hård, silvrig vit metall med praktiskt taget inget oxidlager vid rumstemperatur. Det är emellertid inte en mycket formbar metall, vilket innebär att när du träffar den kommer den att spricka.

Molmassa

102,905 g / mol

Smältpunkt

1964 ° C Detta värde är högre än kobolt (1495 ºC), vilket återspeglar en ökning i styrkan hos den starkaste metallbindningen när den går ner genom gruppen.

Smältpunkt

3695 ° C Det är en av metallerna med de högsta smältpunkterna.

Densitet

-12,41 g / ml vid rumstemperatur

-10,7 g / ml vid smältpunkten, det vill säga just när det smälter eller smälter

Smältvärme

26,59 kJ / mol

Förångningsvärme

493 kJ / mol

Molär värmekapacitet

24,98 J / (mol K)

Elektronnegativitet

2.28 på Pauling-skalan

Ioniseringsenergier

-Först: 719,7 kJ / mol (Rh ⁺ gasformig)

-Sekund: 1740 kJ / mol (Rh ²⁺ gasformig)

-Tredde: 2997 kJ / mol (Rh ³⁺ gasformig)

Värmeledningsförmåga

150 W / (mK)

Elektrisk resistans

43,3 nm vid 0 ° C

Mohs hårdhet

6

Magnetisk ordning

para

Kemiska reaktioner

Rhodium, även om det är en ädel metall, betyder inte att det är ett inert element. Det rostar knappast under normala förhållanden; men när det värms upp över 600 ºC börjar ytan att reagera med syre:

Rh (s) + O ₂ (g) → Rh ₂ O ₃ (s)

Och resultatet är att metallen förlorar sin karakteristiska silverglans.

Det kan också reagera med fluorgas:

Rh (s) + F ₂ (g) → RhF ₆ (s)

RhF ₆ är svart i färg. Om den värms upp kan den förvandlas till RhF ₅ och släpper fluor i miljön. När fluoreringsreaktionen utföres under torra förhållanden, bildandet av RHF _tre (rött, fast ämne) gynnas jämfört med den för RHF ₆ . De andra halider: RhCl ₃ , RhBr ₃ och RHI ₃ är bildade på ett liknande sätt.

Det kanske mest överraskande med metalliskt rodium är dess extrema motståndskraft mot attack av frätande ämnen: starka syror och starka baser. Aqua regia, en koncentrerad blandning av saltsyra och salpetersyra, HCl-HNO ₃ , kan lösas upp med svårigheter, vilket resulterar i en rosa färglösning.

Smälta salter, såsom KHSO ₄ , är mer effektiva i att lösa upp det, eftersom de leder till bildningen av vattenlösliga rodiumkomplex.

Struktur och elektronisk konfiguration

Rhodiumatomerna kristalliseras i den ansiktscentrerade kubiska strukturen, fcc. Rh-atomer förblir förenade tack vare deras metalliska bindning, en kraft som är ansvarig i en makroskala för de mätbara fysiska egenskaperna hos metall. I denna bindning ingriper valenselektronerna, vilka ges enligt den elektroniska konfigurationen:

4d ⁸ 5s ¹

Det är alltså en avvikelse eller ett undantag, eftersom det kan förväntas ha två elektroner i dess 5s-omloppsbana och sju i 4d-omloppsbotten (följer Moeller-diagrammet).

Det finns totalt nio valenselektroner som tillsammans med atomradierna definierar fcc-kristallen; struktur som verkar vara mycket stabil, eftersom lite information hittas om andra möjliga allotropiska former under olika tryck eller temperaturer.

Dessa Rh-atomer, eller snarare deras kristallina korn, kan samverka på ett sådant sätt att de skapar nanopartiklar med olika morfologier.

När dessa Rh-nanopartiklar växer ovanpå en mall (ett polymeraggregat, till exempel), får de former och dimensioner på dess yta; således har mesoporösa rodiumsfärer utformats för att ersätta metallen i vissa katalytiska applikationer (som påskyndar kemiska reaktioner utan att konsumeras i processen).

Oxidationsnummer

Eftersom det finns nio valenselektroner är det normalt att anta att rodium kan "förlora dem alla" i sina interaktioner i en förening; det vill säga om ^vi antar förekomsten av Rh ^9+-katjonen , med ett oxidationsnummer eller -tillstånd på 9+ eller (IX).

De positiva och hittade oxidationsnumren för rodium i dess föreningar sträcker sig från +1 (Rh ⁺ ) till +6 (Rh ⁶⁺ ). Av dem alla är +1 och +3 de vanligaste, tillsammans med +2 och 0 (metalliskt rodium, Rh ⁰ ).

Till exempel, i Rh ₂ O ₃ oxidationstalet av rodium är 3, eftersom om man antar att det finns Rh ³⁺ och en 100% jonisk karaktär, kommer summan av laddningarna vara lika med noll (Rh ₂ ³⁺ Eller ₃ ^2- ).

Ett annat exempel representeras av RhF ₆ , där dess oxidationsnummer nu är +6. Återigen kommer endast den totala laddningen av föreningen att förbli neutral om existensen av Rh ⁶⁺ (Rh ⁶⁺ F ₆ ^- ) antas .

Ju mer elektronegativ atomen som rodium interagerar med, desto större är dess tendens att visa mer positiva oxidationsnummer; detta är fallet med RhF ₆ .

I fallet med Rh ⁰ motsvarar det dess atomer i kristallen fcc samordnas med neutrala molekyler; till exempel CO, Rh ₄ (CO) ₁₂ .

Hur erhålls rodium?

nackdelar

Till skillnad från andra metaller finns det inget mineral tillgängligt som är tillräckligt rik på rodium för att vara ekonomiskt att få från det. Det är därför det snarare är en sekundärprodukt av industriell produktion av andra metaller; särskilt de ädla eller deras kongener (elementen i platinagruppen) och nickel.

De flesta mineraler som används som råvaror kommer från Sydafrika, Kanada och Ryssland.

Produktionsprocessen är komplex eftersom, även om den är inert, finns rodium i företaget av andra ädelmetaller, förutom att det har svårt att ta bort föroreningar. Därför måste flera kemiska reaktioner genomföras för att separera den från den initiala mineralogiska matrisen.

Bearbeta

Dess låga kemiska reaktivitet håller den oförändrad medan de första metallerna extraheras; tills bara adelsmännen är kvar (guldet bland dem). Då, är dessa ädla metaller behandlas och smälts i närvaro av salter, såsom NaHSO ₄ , att ha dem i en flytande blandning av sulfater; i detta fall Rh ₂ (SO ₄ ) ₃ .

Till denna blandning av sulfater, från vilken varje metall fälls ut separat genom olika kemiska reaktioner, tillsätts NaOH, så att rodiumhydroxid, Rh (OH) _{x, bildas} .

Rh (OH) _x återupplöses genom tillsats av HCl till bildning av H ₃ RhCl ₆ , som fortfarande är upplöst och visar en rosa färg. Och sedan H ₃ RhCl ₆ reagerar med NH ₄ Cl och NaNOs ₂ för utfällning som (NH ₄ ) ₃ .

Återigen upplöses det nya fasta ämnet i mer HCl och mediet upphettas tills en svamp av metalliskt rodium fälls ut medan föroreningarna förbränns.

tillämpningar

beläggningar

Liten, silver, rhodinerad kontrabass. Källa: Mauro Cateb (https://www.flickr.com/photos/mauroescritor/8463024136)

Dess ädla karaktär används för att täcka metalliska bitar med en beläggning av densamma. På detta sätt beläggs silverföremål med rodium för att skydda det från att oxidera och mörkna (bildar ett svart lager av AgO och Ag ₂ S), samt att de blir mer reflekterande (glänsande).

Sådana beläggningar används i smyckekläder, reflektorer, optiska instrument, elektriska kontakter och röntgenfilter vid bröstcancerdiagnostik.

Alloys

Det är inte bara en ädel metall utan också en hård. Denna hårdhet kan bidra till de legeringar som den utgör, särskilt när det gäller palladium, platina och iridium; varav Rh-Pt är de mest kända. Dessutom förbättrar rodium motståndet hos dessa legeringar mot höga temperaturer.

Till exempel används rodium-platina-legeringar som ett material för att tillverka glas som kan forma smält glas; vid tillverkning av termoelement, som kan mäta höga temperaturer (mer än 1000 ºC); deklaringar, bussningar för rengöring av glasfiber, induktionsugnsspolar, flygplansturbinmotorer, tändstift etc.

katalysatorer

Katalysator för en bil. Källa: Ballista

Rhodium kan katalysera reaktioner antingen som en ren metall eller koordineras med organiska ligander (organorodium). Katalysatortypen beror på den specifika reaktionen som ska accelereras, liksom andra faktorer.

Till exempel, i dess metalliska form den kan katalysera reduktionen av kväveoxider, NO _x , till den omgivande gaserna syre och kväve:

2 NO _x → x O ₂ + N ₂

Denna reaktion sker kontinuerligt dagligen: i de katalytiska omvandlarna för fordon och motorcyklar. Tack vare denna minskning, NO _x gaser inte förorenar städer till en sämre grad. För detta ändamål har mesoporösa rodium nanopartiklar använts, vilket ytterligare förbättrar nedbrytningen av NO _x gaser .

Föreningen, känd som en Wilkinson-katalysator, används för att hydrogenera (lägg H ₂ ) och hydroformylering (lägg CO och H ₂ ) alkener under bildning av alkaner och aldehyder, respektive.

Rhodiumkatalysatorer används kort för att hydrera, karbonylat (tillsätt CO) och hydroformylat. Resultatet är att många produkter är beroende av dem, som är fallet med mentol, en essentiell kemisk förening i tuggummi; förutom salpetersyra, cyklohexan, ättiksyra, organosilikon, bland andra.

risker

Rhodium, som är en ädel metall, även om den sipprade in i vår kropp, kunde dess Rh-atomer inte (så vitt det vet) metaboliseras. Därför utgör de ingen hälsorisk; Om det inte finns för många Rh-atomer spridda i luften, vilket kan hamna i lungorna och benen.

I processerna med rodiumbeläggning på smycken eller silversmycken utsätts faktiskt juvelerare för dessa "puffar" av atomer; anledning till att de har drabbats av obehag i andningsorganen. När det gäller risken för dess finfördelade fasta ämnen är den inte ens brandfarlig; utom vid bränning i närvaro av OF ₂ .

Rhodiumföreningar klassificeras som giftiga och cancerframkallande, vars färger djupt fläckar huden. Här är ytterligare en tydlig skillnad i hur egenskaperna hos en metallkation varierar jämfört med metallen från den.

Slutligen, i ekologiska frågor, gör det knappa antalet rodium och dess brist på assimilering av växter det till ett ofarligt element i händelse av spill eller avfall; så länge det är metalliskt rodium.

referenser

1. Lars Öhrström. (12 november 2008). Rodium. Kemi i dess element. Återställd från: chemistryworld.com
2. Wikipedia. (2019). Rodium. Återställd från: en.wikipedia.org
3. National Center for Biotechnology Information. (2019). Rodium. PubChem-databas. CID = 23948. Återställd från: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. S. Bale. (1958). Rhodiums struktur. Johnson Matthey Research Laboratories. Platinum Metals Rev., (2), 21, 61-63
5. Jiang, B. et al. (2017). Mesoporösa metalliska rodium-nanopartiklar. Nat. Commun. 8, 15581 doi: 10.1038 / ncomms15581
6. Chela. (27 juni 2018). Rhodium exponering. Återställd från: chelationcommunity.com
7. Bell Terence. (25 juni 2019). Rhodium, en sällsynt platinagruppmetall och dess tillämpningar. Återställd från: thebalance.com
8. Stanley E. Livingstone. (1973). Ruthenium, Rhodium, Palladium, Osmium, Iridium och platina. SE Livingstone. Pergamon Press.
9. Tokyo Institute of Technology. (21 juni 2017). En rodiumbaserad katalysator för framställning av organosilikon med mindre ädelmetall. Återställd från: phys.org
10. Pilgaard Michael. (10 maj 2017). Rhodium: kemiska reaktioner. Återställd från: pilgaardelements.com
11. Dr Doug Stewart. (2019). Rhodium Element Facts. Återställd från: chemicool.com