RODIU: ISTORIC, PROPRIETĂȚI, STRUCTURĂ, UTILIZĂRI, RISCURI - CHIMIE - 2025

Rodiul este un metal de tranziție din grupa de paladiu și al cărui simbol chimic este Rh. Este nobil, inert în condiții normale, în timp ce este rar și scump, deoarece este al doilea cel mai puțin abundent metal din scoarța terestră. De asemenea, nu există minerale care să reprezinte o metodă profitabilă de obținere a acestui metal.

Deși aspectul său este un metal tipic alb-argintiu, majoritatea compușilor săi au o colorație roșiatică în comun, pe lângă faptul că soluțiile lor apar tonuri de roz. Acesta este motivul pentru care acestui metal a primit numele de „rodon”, care este grecesc pentru roz.

Perla de rodiu metalic. Sursa: Imagini Hi-Res ale elementelor chimice

Cu toate acestea, aliajele sale sunt argintii, la fel de scumpe, deoarece sunt amestecate cu platină, paladiu și iridiu. Caracterul său ridicat nobil îl face un metal aproape imun la oxidare, precum și total rezistent la atacul acizilor și bazelor puternice; prin urmare, acoperirile lor ajută la protejarea obiectelor din metal, cum ar fi bijuteriile.

Pe lângă utilizarea sa ornamentală, rodiul poate proteja instrumentele utilizate la temperaturi ridicate și în dispozitivele electrice.

Este cunoscut în mod popular cel mai bine pentru a ajuta la descompunerea gazelor toxice (NO _x ) din interiorul convertoarelor catalitice. De asemenea, catalizează producția de compuși organici, cum ar fi mentolul și acidul acetic.

Interesant este că există în natură doar ca izotop ¹⁰³ Rh, iar compușii săi sunt ușor de redus în metal, datorită caracterului său nobil. Dintre toate numerele sale de oxidare, +3 (Rh ³⁺ ) este cel mai stabil și abundent, urmat de +1 și, în prezența fluorului, +6 (Rh ⁶⁺ ).

În starea sa metalică, este inofensiv pentru sănătatea noastră, cu excepția cazului în care particulele sale dispersate în aer sunt respirați. Cu toate acestea, compușii sau sărurile sale colorate sunt considerate cancerigene, pe lângă faptul că sunt puternic atașate de piele.

Istorie

Descoperirea rodiului a fost însoțită de cea a paladiului, ambele metale au fost descoperite de același om de știință: chimistul englez William H. Wollaston, care în 1803 examina un mineral de platină, presupus din Peru.

Știam de la Hippolyte-Victor Collet-Descotils, un chimist francez, că există săruri roșiatice în minerale de platină, a căror culoare se datora probabil unui element metalic necunoscut. Astfel Wollaston și-a digerat minereul de platină în aqua regia, apoi a neutralizat aciditatea amestecului rezultat cu NaOH.

Din acest amestec, Wollaston a avut, prin reacții de precipitare, să separe compușii metalici; El a separat platina (NH ₄ ) ₂ , după adăugarea de NH ₄ Cl, și alte metale a redus cu zinc metalic. A încercat să dizolve aceste metale spongioase cu HNO ₃ , lăsând două metale și două noi elemente chimice: paladiu și rodiu.

Cu toate acestea, când a adăugat aqua regia, a observat că un metal cu greu s-a dizolvat, în același timp în care acesta a format un precipitat roșu cu NaCl: Na ₃ nH ₂ O. De aici i-a venit numele: culoarea roșie a compușilor săi, desemnați cu Cuvânt grecesc „rodon”.

Această sare a fost redusă cu zinc metalic, obținând astfel rodiu spongios. Și de atunci tehnicile de obținere s-au îmbunătățit, la fel ca și cererea și aplicațiile tehnologice, în final apar piese strălucitoare de rodiu.

Proprietăți

Aspectul fizic

Metal alb dur, argintiu, fără niciun strat de oxid la temperatura camerei. Cu toate acestea, nu este un metal foarte maleabil, ceea ce înseamnă că atunci când îl lovești, acesta va crăpa.

Masă molară

102,905 g / mol

Punct de topire

1964 ° C. Această valoare este mai mare decât cea a cobaltului (1495 ºC), ceea ce reflectă o creștere a rezistenței celei mai puternice legături metalice pe măsură ce coboară prin grup.

Punct de topire

3695 ° C. Este unul dintre metalele cu cele mai mari puncte de topire.

Densitate

-12,41 g / ml la temperatura camerei

-10,7 g / ml în punctul de topire, adică exact când se topește sau se topește

Căldură de fuziune

26,59 kJ / mol

Căldură de vaporizare

493 kJ / mol

Capacitate termică molară

24,98 J / (mol K)

electronegativitate

2.28 pe scara Pauling

Energii de ionizare

-Primul: 719,7 kJ / mol (Rh ⁺ gazos)

-Secunda: 1740 kJ / mol (Rh ²⁺ gazos)

-Tird: 2997 kJ / mol (Rh ³⁺ gazos)

Conductivitate termică

150 W / (m K)

Rezistență electrică

43,3 nΩm la 0 ° C

Duritate Mohs

6

Ordine magnetică

paramagnetica

Reacții chimice

Rodiul, deși este un metal nobil, nu înseamnă că este un element inert. Cu greu ruginește în condiții normale; dar atunci când este încălzit peste 600 ºC, suprafața sa începe să reacționeze cu oxigenul:

Rh (s) + O ₂ (g) → Rh ₂ O ₃ (s)

Iar rezultatul este că metalul își pierde strălucirea caracteristică de argint.

De asemenea, poate reacționa cu gazul fluor:

Rh (s) + F ₂ (g) → RhF ₆ (s)

RhF ₆ este de culoare neagră. Dacă este încălzit, se poate transforma în RhF ₅ , eliberând fluorura în mediu. Atunci când reacția de fluorizare este realizată în condiții de uscare, formarea RhF ₃ (solid roșu) este favorizată față de cea a RhF ₆ . Celelalte haluri : RhCl ₃ , RhBr ₃ și RhI ₃ sunt formate într-un mod similar.

Poate cel mai surprinzător lucru despre rodiul metalic este rezistența sa extremă la atacul substanțelor corozive: acizi puternici și baze puternice. Aqua regia, un amestec concentrat de acizi clorhidric și azotici, HCl-HNO ₃ , se poate dizolva cu dificultate, rezultând o soluție de culoare roz.

Sărurile topite, cum ar fi KHSO ₄ , sunt mai eficiente în dizolvarea acesteia, deoarece acestea conduc la formarea complexelor de rodiu solubile în apă.

Structura și configurația electronică

Atomii de rodiu se cristalizează în structura cubică centrată pe față, fcc. Atomii Rh rămân uniți datorită legăturii lor metalice, o forță responsabilă la scară macro pentru proprietățile fizice măsurabile ale metalului. În această legătură intervin electronii de valență, care sunt acordați conform configurației electronice:

4d ⁸ 5s ¹

Prin urmare, este o anomalie sau o excepție, deoarece este de așteptat să aibă doi electroni în orbitalul său 5s și șapte în orbitalul 4d (ascultând diagrama Moeller).

Există un număr de nouă electroni de valență care, împreună cu razele atomice, definesc cristalul fcc; structură care pare a fi foarte stabilă, deoarece se găsesc puține informații despre alte forme alotrope posibile sub diferite presiuni sau temperaturi.

Acești atomi Rh, sau mai degrabă boabele lor cristaline, pot interacționa astfel încât să creeze nanoparticule cu morfologii diferite.

Când aceste nanoparticule Rh cresc deasupra unui șablon (un agregat polimeric, de exemplu), dobândesc formele și dimensiunile suprafeței sale; astfel, sferele de rodiu mezoporos au fost proiectate pentru a suplanta metalul în anumite aplicații catalitice (care accelerează reacțiile chimice fără a fi consumate în proces).

Numere de oxidare

Deoarece există nouă electroni de valență, este normal să presupunem că rodiul le poate „pierde pe toate” în interacțiunile sale dintr-un compus; adică presupunând existența cationului Rh ⁹⁺ , cu un număr sau o stare de oxidare de 9+ sau (IX).

Numerele de oxidare pozitive și găsite pentru rodiu în compușii săi variază de la +1 (Rh ⁺ ) până la +6 (Rh ⁶⁺ ). Dintre toate, +1 și +3 sunt cele mai frecvente, împreună cu +2 și 0 (rodiu metalic, Rh ⁰ ).

De exemplu, în Rh ₂ O ₃ numărul de oxidare de rodiu este 3, deoarece , dacă presupunem existența Rh ³⁺ și un caracter ionic 100%, suma tarifelor va fi egal cu zero (Rh ₂ ³⁺ Sau ₃ ^2- ).

Un alt exemplu este reprezentat de RhF ₆ , în care acum numărul său de oxidare este +6. Din nou, numai încărcarea totală a compusului va rămâne neutră dacă se presupune existența Rh ⁶⁺ (Rh ⁶⁺ F ₆ ^- ).

Cu cât atomul este mai electronegativ cu care rodează interacțiunea, cu atât este mai mare tendința sa de a afișa numere de oxidare mai pozitive; acesta este cazul RhF ₆ .

În cazul Rh ⁰ , acesta corespunde atomilor săi de cristal fcc coordonați cu molecule neutre; de exemplu, CO, Rh ₄ (CO) ₁₂ .

Cum se obține rodiu?

Inconvenientele

Spre deosebire de alte metale, nu există niciun mineral disponibil suficient de bogat în rodiu pentru a fi economic pentru a obține din acesta. De aceea este mai degrabă un produs secundar al producției industriale a altor metale; în special cei nobili sau congenerii lor (elementele grupului de platină) și nichel.

Majoritatea mineralelor utilizate ca materii prime provin din Africa de Sud, Canada și Rusia.

Procesul de producție este complex deoarece, deși este inert, rodiul se găsește în compania altor metale nobile, pe lângă faptul că are impurități greu de îndepărtat. Prin urmare, trebuie efectuate mai multe reacții chimice pentru a-l separa de matricea mineralogică inițială.

Proces

Reactivitatea sa chimică scăzută îl menține neschimbat în timp ce primele metale sunt extrase; până când rămân doar nobilii (aurul dintre ei). Apoi, aceste metale nobile sunt tratate și topite în prezența sărurilor, cum ar fi NaHSO ₄ , pentru a le avea într-un amestec lichid de sulfați; în acest caz, Rh ₂ (SO ₄ ) ₃ .

La acest amestec de sulfați, din care fiecare metal este precipitat separat prin reacții chimice diferite, se adaugă NaOH pentru a forma hidroxid de rodiu, Rh (OH) _x .

Rh (OH) _x este redisolvat adăugând HCl pentru a forma H ₃ RhCl ₆ , care este încă dizolvat și prezintă o culoare roz. Apoi , H ₃ RhCl ₆ reacționează cu NH ₄ Cl și NaNO ₂ pentru a precipita ca (NH ₄ ) ₃ .

Din nou, noul solid este redizolvat în mai mult HCl și mediul este încălzit până când un burete de rodiu metalic precipită în timp ce impuritățile sunt arse.

Aplicații

Materiale de acoperire

Contrabas mic, argintat, placat cu rodiu. Sursa: Mauro Cateb (https://www.flickr.com/photos/mauroescritor/8463024136)

Caracterul său nobil este folosit pentru acoperirea pieselor metalice cu o acoperire a acestora. În acest fel, obiectele de argint sunt acoperite cu rodiu pentru a-l proteja de oxidare și întunecare (formând un strat negru de AgO și Ag ₂ S), precum și de a deveni mai reflectorizante (strălucitoare).

Astfel de acoperiri sunt utilizate în haine de bijuterii, reflectoare, instrumente optice, contacte electrice și filtre cu raze X în diagnosticarea cancerului de sân.

aliaje

Nu este doar un metal nobil, ci și unul dur. Această duritate poate fi contribuită la aliajele pe care le alcătuiește, în special atunci când vine vorba de paladiu, platină și iridiu; dintre care, cele ale Rh-Pt sunt cele mai cunoscute. De asemenea, rodiul îmbunătățește rezistența acestor aliaje la temperaturi ridicate.

De exemplu, aliajele de rodiu-platină sunt utilizate ca material pentru a realiza pahare care pot forma sticla topită; la fabricarea de termocuple, capabile să măsoare temperaturi ridicate (mai mult de 1000 ºC); creuzete, bucse pentru curățarea fibrei de sticlă, bobine de cuptor cu inducție, motoare cu turbină pentru aeronave, bujii etc.

catalizatori

Convertizor catalitic al unei mașini. Sursa: Ballista

Rodiul poate cataliza reacțiile fie ca un metal pur sau coordonat cu liganzi organici (organorodii). Tipul de catalizator depinde de reacția specifică care trebuie accelerată, precum și de alți factori.

De exemplu, în forma sa metalică, poate cataliza reducerea oxizilor de azot, NO _x , la gazele din mediu oxigen și azot:

2 NO _x → x O ₂ + N ₂

Această reacție apare constant în fiecare zi: la catalizatoarele de vehicule și motociclete. Datorită acestei reduceri, gazele NO _x nu poluează orașele într-un grad mai rău. În acest scop, au fost utilizate nanoparticule mezopore de rodiu, care îmbunătățesc în continuare descompunerea gazelor NO _x .

Compusul, cunoscut drept catalizator Wilkinson, este folosit pentru a hidrogena (add H ₂ ) și hidroformilarea (adăugați CO și H ₂ ) alchenelor pentru a forma alcani și aldehide, respectiv.

Catalizatorii de rodiu sunt utilizați pe scurt pentru hidrogenare, carbonilat (adăugați CO) și hidroformilat. Rezultatul este că multe produse sunt dependente de ele, cum este cazul mentolului, un compus chimic esențial în guma de mestecat; pe lângă acidul azotic, ciclohexanul, acidul acetic, organosiliconul, printre altele.

riscuri

Rodiul, fiind un metal nobil, chiar dacă s-a scufundat în corpul nostru, atomii săi Rh nu au putut (din câte știe) să fie metabolizați. Prin urmare, acestea nu prezintă niciun risc pentru sănătate; Cu excepția cazului în care există prea mulți atomi de Rh dispersați în aer, care ar putea ajunge să se acumuleze în plămâni și oase.

De fapt, în procesele de placare cu rodiu pe bijuterii sau bijuterii din argint, bijutierii sunt expuși acestor „pufuri” de atomi; motiv pentru care au suferit de disconfort în sistemul lor respirator. În ceea ce privește riscul solidului său fin divizat, acesta nu este chiar inflamabil; cu excepția cazului în care arde în prezența OF ₂ .

Compușii de rodiu sunt clasificați ca toxici și cancerigeni, ale căror culori petrec profund pielea. Iată o altă diferență clară în modul în care proprietățile unui cation metalic variază în comparație cu metalul din acesta.

Și în sfârșit, în materie ecologică, abundența rară de rodiu și lipsa acestuia de asimilare de către plante îl fac un element inofensiv în caz de deversare sau deșeuri; atâta timp cât este rodiu metalic.

Referințe

1. Lars Öhrström. (12 noiembrie 2008). Rodiu. Chimia în elementul său. Recuperat de la: chemistryworld.com
2. Wikipedia. (2019). Rodiu. Recuperat de la: en.wikipedia.org
3. Centrul Național de Informații Biotehnologice. (2019). Rodiu. Baza de date PubChem. CID = 23948. Recuperat din: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. S. Bale. (1958). Structura Rodiului. Laboratoarele de cercetare Johnson Matthey Platinum Metals Rev., (2), 21, 61-63
5. Jiang, B. și colab. (2017). Nanoparticule metalice de rodiu mezopore. Nat. Comun. 8, 15581 doi: 10.1038 / ncomms15581
6. Chelation. (27 iunie 2018). Expunerea la rodiu. Recuperat de la: chelationcommunity.com
7. Bell Terence. (25 iunie 2019). Rhodium, un metal rar de platină și aplicațiile sale. Recuperat de la: thebalance.com
8. Stanley E. Livingstone. (1973). Chimia Ruteniu, Rodiu, Paladiu, Osmiu, Iridiu și platină. SE Livingstone. Pergamon Press.
9. Institutul de Tehnologie din Tokyo. (21 iunie 2017). Un catalizator pe bază de rodiu pentru fabricarea organosiliconului folosind metale mai puțin prețioase. Recuperat de la: phys.org
10. Pilgaard Michael. (10 mai 2017). Rodiu: reacții chimice. Recuperat de la: pilgaardelements.com
11. Dr. Doug Stewart. (2019). Rhodium Element Facts. Recuperat de la: chemicool.com