RÓDIUM: TÖRTÉNELEM, TULAJDONSÁGOK, SZERKEZET, FELHASZNÁLÁSOK, KOCKÁZATOK - KÉMIA - 2025

A ródium egy átmeneti fém, amely a palládium csoportjába tartozik és amelynek kémiai szimbóluma Rh. Nemes, normál körülmények között közömbös, ritka és drága, mivel a földkéreg második legkevésbé előforduló féme. Nincs olyan ásványi anyag, amely e fém előállításának jövedelmező módszerét képviseli.

Noha megjelenése egy tipikus ezüstös fehér fém, a legtöbb vegyület vöröses színezettel rendelkezik, amellett, hogy megoldásai rózsaszínűek. Ezért adták ennek a fémnek „rodon” nevet, amely görögül a rózsaszín.

Fém ródium gyöngy. Forrás: Kémiai elemek nagy felbontású képei

Az ötvözetek ezüst és drágák is, mivel platinával, palládiummal és irídiummal vannak keverve. Magas nemes jellege miatt fémből szinte immunitást élvez az oxidációval szemben, valamint teljesen ellenálló az erős savak és lúgok támadásainak; ezért bevonatuk segít megvédeni a fémtárgyakat, például az ékszereket.

Díszítő felhasználása mellett a ródium megvédi a magas hőmérsékleten és az elektromos készülékekben használt eszközöket is.

Ez közismert legjobb segít lebontani mérgező gázok autó (NO _x) belsejében katalizátoros. Emellett katalizálja a szerves vegyületek, például a mentol és az ecetsav képződését.

Érdekes, hogy csak a természetben létezik, mint a ¹⁰³ Rh izotóp, és vegyületei nemes jellege miatt könnyen fémekké redukálhatók. Az összes oxidációs szám közül a legstabilabb és legszélesebb ^{körben a} +3 (Rh ³⁺), ezt követi +1, és fluortartalom mellett +6 (Rh ⁶⁺).

Fémes állapotában egészségre ártalmatlan, kivéve, ha a levegőbe szétszóródott részecskéket belélegzik. Színes vegyületeit vagy sóit azonban rákkeltőnek is tekintik, amellett, hogy erõsen kapcsolódnak a bőrhöz.

Történelem

A ródium felfedezését a palládium fedezte. A két fémet ugyanaz a tudós fedezte fel: az angol vegyész, William H. Wollaston, aki 1803-ra 1808-ra állítólag Peruból származó platina ásványt vizsgált.

A Hippolyte-Victor Collet-Descotils francia vegyésztől tudtam, hogy vöröses sók vannak a platina-ásványokban, amelyek színét valószínűleg egy ismeretlen fémes elem okozta. Így Wollaston emésztette a platinaércét aqua regia-ban, majd a kapott keverék savasságát NaOH-val semlegesítette.

Ebből a keverékből Wollastonnak csapadék-reakciók útján el kellett választania a fémvegyületeket; Ő elválasztjuk platina (NH ₄) ₂, hozzáadása után NH ₄ Cl, és más fémek is redukáljuk fém cink. Megpróbálta feloldani ezeket a szivacsos fémeket HNO _3- dal, két fémet és két új kémiai elemet hagyva: palládiumot és ródiumot.

Amikor hozzáadott egy aqua regia-t, észrevette, hogy egy fém alig oldódik, miközben vörös csapadékot képez NaCl: Na ₃ nH ₂ O-val. Erről származik a neve: a vegyületeinek piros színe, amelyet a Görög „rhodon” szó.

Ezt a sót ismét fémes cinkkel redukáltuk, így szivacsos ródiumot kaptunk. Azóta az előállítási technikák javultak, csakúgy, mint a kereslet és a technológiai alkalmazások, és végül fényes ródiumdarabok jelentkeztek.

Tulajdonságok

Fizikai megjelenés

Kemény, ezüstös fehér fém szobahőmérsékleten gyakorlatilag nincs oxidréteg. Ez azonban nem egy nagyon formázható fém, ami azt jelenti, hogy amikor megüt, repedhet.

Moláris tömeg

102,905 g / mol

Olvadáspont

1964 ° C. Ez az érték magasabb, mint a kobalté (1495 ºC), ami a legerősebb fémkötés erősségének növekedését tükrözi, amikor a csoporton keresztül leereszkedik.

Olvadáspont

3695 ° C Ez a legmagasabb olvadáspontú fém.

Sűrűség

-12,41 g / ml szobahőmérsékleten

-10,7 g / ml az olvadáspontban, azaz éppen akkor, amikor megolvad vagy megolvad

A fúziós hő

26,59 kJ / mol

A párolgás hője

493 kJ / mol

Moláris hőkapacitás

24,98 J / (mol K)

elektronegativitás

2,28 Pauling skálán

Ionizációs energiák

-Első: 719,7 kJ / mol (Rh ⁺ gáznemű)

-Második: 1740 kJ / mol (Rh ²⁺ gáznemű)

-Harmadik: 2997 kJ / mol (Rh ³⁺ gáznemű)

Hővezető

150 W / (mK)

Elektromos ellenállás

43,3 nΩm 0 ° C-on

Mohs keménysége

6

Mágneses sorrend

Paramágneses

Kémiai reakciók

A ródium, bár nemesfém, nem azt jelenti, hogy közömbös elem. Normál körülmények között alig rozsdásodik; de amikor 600 ºC fölé hevítik, a felülete reagálni kezd oxigénnel:

Rh (s) + O ₂ (g) → Rh ₂ O ₃ (s)

Ennek eredményeként a fém elveszíti jellegzetes ezüst fényét.

Fluor-gázzal is reagál:

Rh (s) + F ₂ (g) → RhF ₆ (s)

Az RhF ₆ fekete színű. Melegítve átalakul RhF _5- ként, és szabadíthatja fel a fluort a környezetbe. Amikor a fluorozási reakciót vízmentes körülmények között, a formáció a RHF ₃ (vörös szilárd anyag) kedvez fölött, hogy a RHF ₆. A többi halogenid: az RhCl ₃, az RhBr ₃ és az RhI ₃ hasonló módon képződnek.

A fém ródium esetében talán a legmeglepőbb: a korróziós anyagokkal szembeni rendkívüli ellenállás: erős savak és erős bázisok. Az Aqua regia, sósav és salétromsav, HCl-HNO ₃ koncentrált keveréke nehézkesen oldódhat, rózsaszínű oldatot eredményezve.

Az olvadt sók, mint például a KHSO ₄, hatékonyabban oldják fel, mivel vízben oldódó ródium-komplexek kialakulásához vezetnek.

Felépítés és elektronikus konfiguráció

A ródiumatomok az arc-központú köbös struktúrában kristályosodnak, fcc. Az Rh-atomi egyesülnek fémes kötésüknek köszönhetően, amely erő a makroskálán felelős a fém mérhető fizikai tulajdonságaiért. Ebben a kötésben a valencia elektronok beavatkoznak, amelyeket az elektronikus konfiguráció szerint adnak meg:

4d ⁸ 5s ¹

Ez tehát anomália vagy kivétel, mivel elvárható, hogy két elektronja legyen az 5s-es keringőben, és hét elektron a 4d-es keringésben (engedelmeskedve a Moeller diagramnak).

Összesen kilenc valencia elektron van, amelyek az atom sugaraival együtt meghatározzák az fcc kristályt; A szerkezet nagyon stabilnak tűnik, mivel kevés információ található az egyéb lehetséges allotrop formákról különböző nyomásokon vagy hőmérsékleteken.

Ezek az Rh-atomok, vagy inkább kristályos szemcséik, kölcsönhatásba léphetnek, így különböző morfológiájú nanorészecskék képződhetnek.

Amikor ezek az Rh nanorészecskék egy sablon tetején növekednek (például egy polimer aggregátum), megszerzik a felületének alakját és méretét; így a mezopórusos ródiumgömböket úgy tervezték, hogy bizonyos fémek katalitikus alkalmazásaiban felfüggesszék a fémet (amely felgyorsítja a kémiai reakciókat anélkül, hogy a folyamatba kerülne).

Oxidációs számok

Mivel kilenc valencia-elektron létezik, normális feltételezés, hogy a ródium egy-egy vegyületen belüli interakcióiban „mindet elveszíti”; vagyis feltételezve az Rh ⁹⁺ kation létezését, amelynek oxidációs száma vagy állapota 9+ vagy (IX).

A vegyületekben lévő ródium pozitív és talált oxidációs száma +1 (Rh ⁺) és +6 (Rh ⁶⁺) között van. Ezek közül a +1 és a +3 a leggyakoribbak, +2 és 0 mellett (fém ródium, Rh ⁰).

Például az Rh ₂ O _3-ban a ródium oxidációs száma +3, mivel ha feltételezzük, hogy Rh ³⁺ létezik és egy 100% -os ion karakter, akkor a töltések összege nulla (Rh ₂ ³⁺⁾ Vagy ₃ ²).

Egy másik példát az RhF ₆ képvisel, amelyben az oxidációs száma +6. Ismét csak a vegyület teljes töltése marad semleges, ha feltételezzük, hogy létezik Rh ⁶⁺ (Rh ⁶⁺ F ₆ ^-).

Minél elektronegatívabb az atom, amellyel a ródium kölcsönhatásba lép, annál inkább hajlamos pozitív oxidációs számot mutatni; ilyen az RhF ₆ eset.

Az Rh ⁰ esetében ez megfelel a semleges molekulákkal koordinált fcc kristály atomjainak; például CO, Rh ₄ (CO) ₁₂.

Hogyan nyerik a ródiumot?

hátrányai

Más fémektől eltérően nincs olyan ásványi anyag, amely elegendő ródiumban gazdag ahhoz, hogy gazdaságos legyen. Ezért inkább más fémek ipari termelésének másodlagos terméke; különösen a nemesek vagy rokonok (a platinacsoport elemei) és a nikkel.

A nyersanyagként használt ásványok nagy része Dél-Afrikából, Kanadából és Oroszországból származik.

A gyártási folyamat bonyolult, mivel annak ellenére, hogy inert, a ródium más nemesfémek társaságában található meg, amellett, hogy nehezen eltávolíthatók szennyeződések. Ezért számos kémiai reakciót kell elvégezni, hogy elválaszthassa azt a kezdeti ásványtani mátrixtól.

Folyamat

Alacsony kémiai reakcióképessége tartja változatlanul az első fémek kinyerésekor; amíg csak a nemesek maradnak (köztük az arany). Ezután ezek a nemesfémeket kezelt és megolvasztjuk sók jelenlétében, mint például a NaHSO ₄, hogy azokat egy folyékony keveréket szulfátok; ebben az esetben Rh ₂ (SO ₄) ₃.

A szulfátkeverékhez, amelyből az egyes fém külön-külön kicsapódik különböző kémiai reakciók során, NaOH-t adunk hozzá ródium-hidroxid, Rh (OH) _x képződéséhez.

A Rh (OH) _x újraoldjuk hozzáadásával HCI alkotnak H ₃ RhCl ₆, amely még mindig oldjuk, és azt mutatja, egy rózsaszín színű. Ezután H ₃ RhCl ₆ reagál NH ₄ Cl és NaNO ₂ kicsapódni (NH ₄) ₃.

Az új szilárd anyagot ismét feloldjuk több sósavban, és a közeget addig melegítjük, amíg egy fém ródiumszivacs kicsapódik, miközben a szennyeződések elégetik.

Alkalmazások

Coatings

Kicsi, ezüst, ródiummal bevont nagybőgő. Forrás: Mauro Cateb (https://www.flickr.com/photos/mauroescritor/8463024136)

Nemes jellege arra szolgál, hogy a fém darabokat azonos bevonattal fedje le. Ily módon az ezüst tárgyakat ródiummal vonják be, hogy megvédjék az oxidációtól és a sötétedéstől (AgO és Ag ₂ S fekete rétegét képezik), és tükrözőbbé (fényesebbé) váljanak.

Az ilyen bevonatokat ékszer-ruházatban, reflektorokban, optikai műszerekben, elektromos érintkezőkben és röntgenszűrőkben használják az emlőrák diagnosztikájában.

ötvözetek

Ez nem csak nemesfém, hanem kemény is. Ez a keménység hozzájárul az alkotó ötvözetekhez, különösen palládium, platina és iridium esetében; ezek közül az Rh-Pt ismertek. A ródium javítja ezen ötvözetek magas hőmérsékleti ellenállását is.

Például ródium-platina ötvözeteket használnak anyagként olyan üveg készítéséhez, amely megolvasztott üveget alakíthat ki; olyan hőelem gyártásánál, amely képes megmérni a magas hőmérsékletet (több mint 1000 ºC); tégelyek, perselyek üvegszál tisztításához, indukciós kemencetekercsek, repülőgép-turbina motorok, gyújtógyertyák stb.

katalizátorok

Egy autó katalitikus átalakítója. Forrás: Ballista

A ródium akár tiszta fémként, akár szerves ligandumokkal (organorodiumok) koordinálva képes katalizálni a reakciókat. A katalizátor típusa a gyorsítandó specifikus reakciótól, valamint más tényezőktől függ.

Például fémes formájában képes katalizálni a nitrogén-oxidok, az NO _x redukcióját a környezeti gázok oxigénné és nitrogénné:

2 NO _x → x O ₂ + N ₂

Ez a reakció naponta folyamatosan zajlik: a járművek és motorkerékpárok katalizátorában. Ennek a csökkentésnek köszönhetően az NO _x gázok nem szennyezik a városokat rosszabb mértékben. Erre a célra, mezopórusos ródium nanorészecskék használtak, ami tovább javítja a bomlás NO _x gázok.

A vegyületet, ismert Wilkinson-féle katalizátor, használják hidrogenát (add H ₂) és hidroformilezésére (add CO és H ₂) alkéneket alkotnak alkánok és aldehidek, ill.

A ródium-katalizátorokat röviden hidrogénezzük, karboniláljuk (hozzáadunk CO-t) és hidroformilezzük. Ennek eredményeként sok termék függ tőlük, mint például a mentol esetében, amely a rágógumiban alapvető kémiai vegyület; salétromsav, ciklohexán, ecetsav, szerves szilícium mellett, többek között.

kockázatok

A ródium, mivel nemesfém, még ha a testünkbe is beszivárog, Rh atomjai nem tudnak metabolizálódni (amennyire tudja). Ezért nem jelentenek semmilyen egészségügyi kockázatot; Hacsak nincs túl sok Rh atom diszpergálva a levegőben, amelyek felhalmozódhatnak a tüdőben és a csontokban.

Valójában az ékszerek vagy ezüst ékszerek ródiummal történő bevonása során az ékszerészek ki vannak téve az atomok ezen „puffaságainak”; Ennek oka a légzőrendszer diszkomfortja. A finom eloszlású szilárd anyag kockázatát tekintve még csak nem is gyúlékony; kivéve, ha OF ₂ jelenlétében égnek.

A ródiumvegyületeket toxikus és karcinogén besorolásokba sorolják, amelyek színe mélyen elszínezi a bőrt. Itt van egy egyértelmű különbség abban, hogy a fémkation tulajdonságai hogyan változnak, összehasonlítva a belőle levő fémet.

És végül: ökológiai kérdésekben a ródium ritka előfordulása és a növények általi asszimiláció hiánya ártalmatlan elemré teszi kiömlés vagy hulladék esetén; mindaddig, amíg fém ródium.

Irodalom

1. Lars Öhrström. (2008. november 12.). Ródium. Kémia az elemében. Helyreállítva: chemistryworld.com
2. Wikipedia. (2019). Ródium. Helyreállítva: en.wikipedia.org
3. Országos Biotechnológiai Információs Központ. (2019). Ródium. PubChem adatbázis. CID = 23948. Helyreállítva: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. S. Bale. (1958). A ródium felépítése. Johnson Matthey Research Laboratories. Platinum Metals Rev., (2), 21, 61-63
5. Jiang, B. és mtsai. (2017). Mezopórusos fém ródium nanorészecskék. Nat. Commun. 8, 15581 doi: 10.1038 / ncomms15581
6. Fémlekötés. (2018. június 27.) Ródium expozíció. Helyreállítva: chelationcommunity.com
7. Bell Terence. (2019. június 25.) Ródium, egy ritka platinacsoport fém, és alkalmazásai. Helyreállítva: thebalance.com
8. Stanley E. Livingstone. (1973). A ruténium, ródium, palládium, ozmium, irídium és platina kémiai összetétele. SE Livingstone. Pergamon Press.
9. Tokiói Technológiai Intézet. (2017. június 21.) Ródium-alapú katalizátor a szilícium-dioxid kevésbé nemesfémek felhasználásával történő előállításához. Helyreállítva: fiz.org
10. Pilgaard Michael. (2017. május 10.). Ródium: kémiai reakciók. Helyreállítva: pilgaardelements.com
11. Dr. Doug Stewart. (2019). Ródium-tények. Helyreállítva: chemicool.com