RODIJ: POVIJEST, SVOJSTVA, STRUKTURA, KORISTI, RIZICI - KEMIJA - 2025

Rodij je prijelazni metal koji pripada skupini paladija i čiji kemijski simbol Rh. Plemenit je, inertan u normalnim uvjetima, dok je rijedak i skup, jer je drugi najmanje obilni metal u zemljinoj kori. Također, ne postoje minerali koji predstavljaju profitabilnu metodu dobivanja ovog metala.

Iako je izgled tipičnog srebrno bijelog metala, većina njegovih spojeva ima zajedničko crvenkasto obojenje, uz činjenicu da njihova rješenja izgledaju ružičasto. Zbog toga je ovom metalu dobio ime 'rhodon', što grčki znači ružičasta.

Metalni rodijski biser. Izvor: Hi-Res slike kemijskih elemenata

Međutim, njegove legure su srebro, kao i skupe, jer se miješaju s platinom, paladijom i iridijem. Njegov visoki plemeniti karakter čini ga metalom gotovo imunim na oksidaciju, kao i potpuno otporan na napad jakih kiselina i baza; stoga njihovi premazi pomažu u zaštiti metalnih predmeta, poput nakita.

Osim svoje ukrasne uporabe, rodijum može zaštititi i alate koji se koriste pri visokim temperaturama i u električnim uređajima.

Popularno je poznato da pomaže razgraditi otrovne automobilske plinove (NO _x) unutar katalitičkih pretvarača. Također katalizira proizvodnju organskih spojeva, poput mentola i octene kiseline.

Zanimljivo je da u prirodi postoji samo kao izotop ¹⁰³ Rh, a njegovi spojevi se zbog svog plemenitog karaktera lako reduciraju u metal. Od svih brojeva oksidacije, +3 (Rh ³⁺) je najstabilnije i najobilnije, a slijedi +1 i, u prisutnosti fluora, +6 (Rh ⁶⁺).

U svom metalnom stanju to je bezopasno za naše zdravlje, osim ako udišemo njegove raspršene čestice u zraku. Međutim, obojeni spojevi ili soli smatraju se kancerogenima, osim što se snažno pričvršćuju na kožu.

Povijest

Otkrivanje rodija popraćeno je paladijom, oba metala otkrio je isti znanstvenik: engleski kemičar William H. Wollaston, koji je 1803. ispitivao mineral platine, navodno iz Perua.

Znao sam od francuskog kemičara Hippolyte-Victor Collet-Descotils da postoje crvenkaste soli u platinskim mineralima, čija je boja vjerojatno posljedica nepoznatog metalnog elementa. Tako je Wollaston kopao svoju platinastu rudu u aqua regia, zatim neutralizirao kiselost dobivene smjese s NaOH.

Iz ove smjese Wollaston je morao pomoću reakcija taloženja odvojiti metalne spojeve; Je odvojen kao platina (NH ₄) ₂, nakon dodatka NH ₄ Cl, te drugi metali on reducira s metalnim cinkom. Pokušao je otopiti ove spužvaste metale s HNO ₃, ostavljajući dva metala i dva nova kemijska elementa: paladij i rodijum.

Međutim, kad je dodao aqua regia, primijetio je da se metal jedva otapa, istodobno da stvara crveni talog s NaCl: Na ₃ nH ₂ O. Po njemu je i nastalo njegovo ime: crvena boja njegovih spojeva, označena s Grčka riječ 'rodon'.

Ta se sol ponovo reducira s metalnim cinkom, dobivajući tako spužvasti rodij. I od tada su se tehnike dobivanja poboljšavale, kao i potražnja i tehnološka primjena, napokon pojavivši sjajni komadi rodija.

Svojstva

Fizički izgled

Tvrdi, srebrno bijeli metal s gotovo nikakvim oksidnim slojem na sobnoj temperaturi. Međutim, to nije vrlo probirljiv metal, što znači da će se, kada ga udarite, puknuti.

Molekulska masa

102,905 g / mol

Talište

1964 ° C. Ova vrijednost veća je od kobalta (1495 ºC), što odražava povećanje snage najjače metalne veze kako se spušta kroz skupinu.

Talište

3695 ° C. To je jedan od metala s najvišim talištem.

Gustoća

-12.41 g / ml na sobnoj temperaturi

-10,7 g / ml u trenutku topljenja, odnosno upravo kada se topi ili topi

Toplina fuzije

26,59 kJ / mol

Toplina isparavanja

493 kJ / mol

Molarni toplinski kapacitet

24,98 J / (mol K)

Elektronegativnost

2,28 na Paulingovoj ljestvici

Ionizirajuće energije

-Prvo: 719,7 kJ / mol (Rh ⁺ plinoviti)

-Sekunda: 1740 kJ / mol (Rh ²⁺ plinoviti)

-Treće: 2997 kJ / mol (Rh ³⁺ plinoviti)

Toplinska vodljivost

150 W / (m K)

Električni otpor

43,3 nΩm na 0 ° C

Mohsova tvrdoća

6

Magnetski red

paramagnetičan

Kemijske reakcije

Rodij, iako je plemeniti metal, ne znači da je inertan element. U normalnim uvjetima teško hrđa; ali kada se zagrijava iznad 600 ºC, njegova površina počinje reagirati s kisikom:

Rh (s) + O ₂ (g) → Rh ₂ O ₃ (a)

A rezultat je da metal gubi svoj karakteristični srebrni sjaj.

Može reagirati i s plinom fluora:

Rh (s) + F ₂ (g) → RHF ₆ (e)

RhF ₆ je crne boje. Ako se zagrijava, može se transformirati u RhF ₅, ispuštajući fluor u okoliš. Kada je reakcija fluoriranje provodi pod suhim uvjetima, nastajanje RHF ₃ (crvena krutina) ima prednost nad onom RHF ₆. Ostali: halogenidi RhCI ₃, RhBr ₃ i RJl ₃ nastaju na sličan način.

Možda najviše iznenađuje metalni rodij njegova ekstremna otpornost na napad korozivnih tvari: jake kiseline i jake baze. Aqua regia, koncentrirana mješavina klorovodične i dušične kiseline, HCl-HNO ₃, može se otopiti poteškoće, što rezultira ružičastom otopinom.

Staljene soli, poput KHSO ₄, učinkovitije su u njihovom otapanju, jer dovode do stvaranja u vodi topljivih kompleksa rodija.

Struktura i elektronička konfiguracija

Atomi rodija kristaliziraju se u kubičnoj strukturi u središtu lica, fcc. Rh atomi ostaju sjedinjeni zahvaljujući svojoj metalnoj vezi, silama odgovornom na makro skali za mjerljiva fizička svojstva metala. U ovoj vezi interveniraju valentni elektroni koji su dani prema elektroničkoj konfiguraciji:

4d ⁸ 5s ¹

To je, dakle, anomalija ili izuzetak, jer bi se moglo očekivati ​​da u njenoj orbiti 5s ima dva elektrona i sedam u 4d orbitali (u skladu s Moellerovim dijagramom).

Postoji ukupno devet valentnih elektrona koji zajedno s atomskim polumjerima definiraju fcc kristal; struktura koja se čini vrlo stabilnom jer se pronalazi malo informacija o drugim mogućim alotropnim oblicima pod različitim pritiscima ili temperaturama.

Ti Rh-atomi, točnije njihova kristalna zrna, mogu međusobno djelovati na način da stvore nanočestice s različitim morfologijama.

Kad te Rh nanočestice narastu na vrhu šablone (na primjer polimerni agregat), oni dobivaju oblike i dimenzije njegove površine; stoga su mezoporozne rodijeve kuglice dizajnirane da istiskuju metal u određenim katalitičkim primjenama (koje ubrzavaju kemijske reakcije, a da se pri tome ne potroše).

Oksidacijski brojevi

Budući da postoji devet valentnih elektrona, normalno je pretpostaviti da rodijum može „izgubiti sve“ u svojim interakcijama unutar spoja; to jest, pod pretpostavkom postojanja ^kalija Rh ⁹⁺, s oksidacijskim brojem ili stanjem 9+ ili (IX).

Pozitivni i pronađeni oksidacijski brojevi rodija u njegovim spojevima kreću se od +1 (Rh ⁺) do +6 (Rh ⁶⁺). Od svih njih, +1 i +3 su najčešći, zajedno s +2 i 0 (metalni rodijum, Rh ⁰).

Na primjer, u Rh ₂ O ₃ oksidacija broj rodija je 3, jer ako pretpostavimo postojanje Rh ³⁺ i 100% ionske karakter, zbroj naknada će biti jednak nuli (Rh ₂ ³⁺ Ili ₃ ^2-).

Drugi primjer je prikazan sa RhF ₆, gdje je sada njegov oksidacijski broj +6. Opet samo ukupni naboj spoja će ostati neutralna ako se postojanje Rh ⁶⁺ (Rh ⁶⁺ F ₆ ^-) pretpostavlja.

Što je atom više negativan na atomu s kojim rodij djeluje, to je veća njegova sklonost pokazivanju više pozitivnih oksidacijskih brojeva; takav je slučaj RhF ₆.

U slučaju Rh ⁰, odgovara njegovim atomima kristalnog fcc koordiniranog s neutralnim molekulama; na primjer CO, Rh ₄ (CO) ₁₂.

Kako se dobiva rodij?

Nedostaci

Za razliku od drugih metala, nema dostupnih minerala koji su dovoljno bogati rodijumom da bi se od njega moglo dobiti ekonomično. Zato je radije sekundarni proizvod industrijske proizvodnje drugih metala; posebno plemenitih ili njihovih kongenera (elementi platinske skupine) i nikla.

Većina minerala koji se koriste kao sirovine dolazi iz Južne Afrike, Kanade i Rusije.

Proces proizvodnje je složen, jer iako je inertan, rodijum se nalazi u društvu drugih plemenitih metala, osim što ima nečistoće koje je teško ukloniti. Stoga se mora provesti nekoliko kemijskih reakcija da bi se odvojilo od početnog mineraloškog matriksa.

Postupak

Niska kemijska reaktivnost održava ga nepromijenjenim tijekom ekstrakcije prvih metala; dok ne ostanu samo plemići (zlato među njima). Nadalje, ti plemeniti metali su tretirane i tali u prisutnosti soli kao što su NaHSOi ₄, da ih u tekućoj smjesi sulfata; u ovom slučaju Rh ₂ (SO ₄) ₃.

Ovoj mješavini sulfata, iz kojih se svaki metal odvojeno taloži, kroz različite kemijske reakcije, dodaje se NaOH, tako da _nastaje rodijev hidroksid, Rh (OH) _x.

RH je (OH) _x se ponovo otopi dodavanjem HCl da se dobije H ₃ RhCI ₆, koji se dalje otopi i pokazuje ružičastu boju. Zatim H ₃ RhCI ₆ reagira s NH ₄ Cl i nano ₂ da se istaloži kao (NH ₄) ₃.

Opet je nova kruta tvar ponovno otopljena u više HCl, a medij je zagrijavan sve dok se spužva metalnog rodija ne taloži dok se nečistoće sagorijevaju.

Prijave

premazi

Mali, posrebreni, rodirani kontrabas. Izvor: Mauro Cateb (https://www.flickr.com/photos/mauroescritor/8463024136)

Njegov plemeniti karakter koristi se za oblaganje metalnih komada prevlakom od iste. Na ovaj način, srebrni predmeti su prevučene s rodijem radi zaštite od oksidiranja i tamnije (formiranje crni sloj prije i Ag ₂ S), kao i sve više reflektirajuća (sjajne).

Takvi se premazi koriste u odjeći za nakit, reflektorima, optičkim instrumentima, električnim kontaktima i rendgenskim filterima u dijagnostici karcinoma dojke.

legure

To nije samo plemeniti metal, već i tvrdi. Ovoj tvrdoći mogu doprinijeti legure koje čine, posebno ako su paladij, platina i iridij; od kojih su najpoznatije one iz Rh-Pt-a. Također, rodij poboljšava otpornost ovih legura na visoke temperature.

Na primjer, rodije-platina-legure koriste se kao materijal za izradu čaša koje mogu oblikovati staljeno staklo; u proizvodnji termoelemera koji mogu mjeriti visoke temperature (više od 1000 ºC); lonci, čahure za čišćenje stakloplastike, zavojnice indukcijske peći, zrakoplovi turbina, svjećice itd.

katalizatori

Katalitički pretvarač automobila. Izvor: Ballista

Rodij može katalizirati reakcije bilo kao čisti metal ili koordiniran s organskim ligandima (organorodijima). Vrsta katalizatora ovisi o specifičnoj reakciji koju treba ubrzati, kao i drugim faktorima.

Na primjer, u svom metalnom obliku može katalizirati redukciju dušikovih oksida, NO _x, u okolišne plinove kisik i dušik:

2 NO _x → x O ₂ + N ₂

Ta se reakcija svakodnevno događa stalno: u katalitičkim pretvaračima vozila i motocikla. Zahvaljujući ovom smanjenju, NO _x plinovi ne zagađuju gradove u još većoj mjeri. U tu svrhu korišteni su mezoporozni nanočestice rodija koji dodatno poboljšavaju razgradnju NO _x plinova.

Spoj, poznat kao Wilkinsonov katalizator, koristi se hidrogenirati (dodavanje H ₂) i (hydroformylate dodati i H CO ₂) kako bi se dobilo alkena alkana i aldehida, respektivno.

Rodijevi katalizatori se ukratko upotrebljavaju za hidrogenaciju, karbonilaciju (dodavanje CO) i hidroformilat. Rezultat toga je da mnogi proizvodi ovise o njima, kao što je to slučaj sa mentolom, bitnim kemijskim spojem u žvakaćim gumama; pored dušične kiseline, između ostalih, cikloheksan, octena kiselina, organosilikon.

rizici

Rhodium, kao plemeniti metal, čak i ako upada u naše tijelo, njegovi Rh-atomi se ne mogu (koliko zna) metabolizirati. Stoga ne predstavljaju nikakav zdravstveni rizik; Ako nije previše Rh atoma raspršenih u zraku, što bi moglo završiti nakupljanjem u plućima i kostima.

U stvari, u postupcima rodiranja na nakitu ili srebrnim nakitima dragulji su izloženi tim „nakupinama“ atoma; razlog zbog kojeg su patili od nelagode u svom dišnom sustavu. Što se tiče rizika njegove fino razdvojene krute tvari, ona nije ni zapaljiva; osim ako gori u prisustvu OF ₂.

Rodijevi spojevi klasificirani su kao toksični i kancerogeni, čije boje duboko oboje kožu. Evo još jedne jasne razlike u tome kako svojstva metalnog kationa variraju u odnosu na metal iz njega.

I na kraju, u ekološkim pitanjima, oskudno obilje rodija i njegovo pomanjkanje asimilacije od biljaka, čine ga bezopasnim elementom u slučaju izlijevanja ili otpada; sve dok je metalni rodij.

Reference

1. Lars Öhrström. (12. studenog 2008.). Rodij. Kemija u svom elementu. Oporavilo od: chemistryworld.com
2. Wikipedia. (2019). Rodij. Oporavilo sa: en.wikipedia.org
3. Nacionalni centar za biotehnološke informacije. (2019). Rodij. PubChem baza podataka. CID = 23948. Oporavak od: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. S. Bale. (1958). Struktura rodija. Johnson Matthey Research Laboratories. Platinum Metals Rev., (2), 21, 61-63
5. Jiang, B. i sur. (2017). Mesoporozni metalni nanočestice rodija. Nat Commun. 8, 15581 doi: 10.1038 / ncomms15581
6. Chelation. (27. lipnja 2018.). Izlaganje rodija. Oporavilo od: chelationcommunity.com
7. Bell Terence. (25. lipnja 2019.). Rhodium, rijetki metal platinske grupe i njegove primjene. Oporavilo od: thebalance.com
8. Stanley E. Livingstone. (1973). Kemija rutenija, rodija, paladija, osmija, iridija i platine. SE Livingstone. Pergamon Press.
9. Tokijski tehnološki institut. (21. lipnja 2017.). Rodij na bazi katalizatora za dobivanje organosilikona upotrebom manje plemenitih metala. Oporavilo sa: phys.org
10. Pilgaard Michael. (10. svibnja 2017.). Rodij: kemijske reakcije. Oporavilo od: pilgaardelements.com
11. Dr. Doug Stewart. (2019). Činjenice rodijskog elementa. Oporavilo od: chemicool.com