RHODIUM: HISTORIE, EGENSKAPER, STRUKTUR, BRUK, RISIKO - KJEMI - 2026

Den rhodium er et overgangsmetall tilhørende gruppen av palladium og hvis kjemiske symbol er Rh. Det er edelt, inert under normale forhold, mens det er sjeldent og dyrt, siden det er det nest minst tallrike metallet i jordskorpen. Det er heller ingen mineraler som representerer en lønnsom metode for å få tak i dette metallet.

Selv om det ser ut som et typisk sølvfarget hvitt metall, har de fleste forbindelser en rødlig farge til felles, i tillegg til at løsningene deres virker rosa. Derfor fikk metallet navnet 'rhodon', som er gresk for rosa.

Metallisk rhodiumperle. Kilde: Hi-Res Images of Chemical Elements

Imidlertid er legeringene sølv, så vel som dyre, siden den er blandet med platina, palladium og iridium. Den høye edle karakteren gjør det til et metall som nesten er immun mot oksidasjon, så vel som totalt motstandsdyktig mot angrep fra sterke syrer og baser; derfor hjelper beleggene deres med å beskytte metallgjenstander, for eksempel smykker.

I tillegg til dekorativ bruk, kan rhodium også beskytte verktøy som brukes ved høye temperaturer og i elektriske apparater.

Det er populært kjent best for å hjelpe til med å bryte ned giftige bilgasser (NO _x ) inne i katalytiske omformere. Det katalyserer også produksjonen av organiske forbindelser, for eksempel mentol og eddiksyre.

Interessant nok eksisterer den bare i naturen som ¹⁰³ Rh- isotopen , og forbindelsene er enkle å redusere til metall på grunn av dens edle karakter. Av alle oksidasjonstallene er +3 (Rh ³⁺ ) det mest stabile og rikelig, etterfulgt av +1 og, i nærvær av fluor, +6 (Rh ⁶⁺ ).

I sin metalliske tilstand er det ufarlig for helsen vår, med mindre dens partikler spredt i luften pustes inn. Imidlertid anses fargede forbindelser eller salter som kreftfremkallende, i tillegg til at de er sterkt festet til huden.

Historie

Oppdagelsen av rhodium ble ledsaget av palladium, begge metaller ble oppdaget av den samme forskeren: den engelske kjemikeren William H. Wollaston, som i 1803 undersøkte et platinamineral, visstnok fra Peru.

Jeg visste fra Hippolyte-Victor Collet-Descotils, en fransk kjemiker, at det var rødlige salter i platina-mineraler, hvis farge antagelig skyldtes et ukjent metallisk element. Så Wollaston fordøyde sin platinmalm i aqua regia, og nøytraliserte deretter surheten i den resulterende blandingen med NaOH.

Fra denne blandingen hadde Wollaston, ved hjelp av utfellingsreaksjoner, å skille de metalliske forbindelser; Han separeres platina som (NH ₄ ) ₂ , etter tilsetning av NH _4- Cl, og andre metaller han redusert med metallisk sink. Han prøvde å løse opp disse svampete metaller med HNO ₃ , og etterlot to metaller og to nye kjemiske elementer: palladium og rodium.

Imidlertid, når han har lagt kongevann, han merke til at et metall nesten oppløst, samtidig som det dannes et rødt bunnfall med NaCl: Na ₃ nH ₂ O. Det er der navnet kom fra: den røde fargen på forbindelser som er betegnet med den Gresk ord 'rhodon'.

Dette saltet ble redusert med metallisk sink igjen, og oppnådde således svampaktig rodium. Og siden forbedret teknikkene, slik som etterspørselen og de teknologiske bruksområdene, endelig tilsynelatende skinnende rhodiumbiter.

Egenskaper

Fysisk utseende

Hardt, sølvfarget hvitt metall uten praktisk talt ingen oksydlag ved romtemperatur. Imidlertid er det ikke et veldig formbart metall, som betyr at når du treffer det, vil det sprekke.

Molmasse

102,905 g / mol

Smeltepunkt

1964 ° C. Denne verdien er høyere enn kobolt (1495 ºC), noe som gjenspeiler en økning i styrken til den sterkeste metalliske bindingen når den går ned gjennom gruppen.

Smeltepunkt

3695 ° C. Det er et av metallene med de høyeste smeltepunktene.

tetthet

-12,41 g / ml ved romtemperatur

-10,7 g / ml ved smeltepunktet, det vil si akkurat når det smelter eller smelter

Fusjonsvarme

26,59 kJ / mol

Fordampingsvarme

493 kJ / mol

Molar varmekapasitet

24,98 J / (mol K)

elektro

2.28 på Pauling-skala

Ioniseringsenergier

-Først: 719,7 kJ / mol (Rh ⁺ gassformig)

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

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

Termisk ledningsevne

150 W / (m K)

Elektrisk resistivitet

43,3 nm ved 0 ° C

Mohs hardhet

6

Magnetisk orden

paramagnetisk

Kjemiske reaksjoner

Rhodium, selv om det er et edelt metall, betyr ikke at det er et inert element. Det ruster knapt under normale forhold; men når den varmes opp over 600 ºC, begynner overflaten å reagere med oksygen:

Rh (s) + O ₂ (g) → Rh ₂ O ₃ (s)

Og resultatet er at metallet mister sin karakteristiske sølvglans.

Det kan også reagere med fluorgass:

Rh (s) + F ₂ (g) → RhF ₆ (s)

RhF ₆ er svart i fargen. Hvis den varmes opp, kan den transformeres til RhF ₅ , og frigjøre fluor i miljøet. Når fluoreringsreaksjon utføres under tørre forhold, dannelsen av RHF ₃ (rødt faststoff) favoriseres over det av RHF ₆ . De andre halogenider: RhCl ₃ , RhBr ₃ og RHI ₃ er utformet på en lignende måte.

Det kanskje mest overraskende ved metallisk rodium er dens ekstreme motstand mot angrep av etsende stoffer: sterke syrer og sterke baser. Aqua regia, en konsentrert blanding av saltsyre og salpetersyre, HCl-HNO ₃ , kan oppløses med vanskeligheter, noe som resulterer i en rosa oppløsning.

Smeltede salter, så som KHSO ₄ , er mer effektive i å oppløse det, da de fører til dannelse av vannløselige rodiumkomplekser.

Struktur og elektronisk konfigurasjon

Rhodiumatomene krystalliserer i den ansiktssentrerte kubiske strukturen, fcc. Rh-atomer forblir forenet takket være deres metalliske binding, en kraft som er ansvarlig i makroskala for de målbare fysiske egenskapene til metall. I denne bindingen griper valenselektronene inn, som er gitt i henhold til den elektroniske konfigurasjonen:

4d ⁸ 5s ¹

Det er således en anomali eller unntak, siden det forventes å ha to elektroner i dets 5-bane, og syv i 4d-bane (adlyde Moeller-diagrammet).

Det er totalt ni valenselektroner som sammen med atomradiene definerer fcc-krystallen; struktur som ser ut til å være veldig stabil, siden det er lite informasjon om andre mulige allotropiske former under forskjellige trykk eller temperaturer.

Disse Rh-atomer, eller rettere sagt deres krystallinske korn, kan samhandle på en slik måte at de lager nanopartikler med forskjellige morfologier.

Når disse Rh-nanopartiklene vokser oppå en mal (for eksempel et polymert aggregat), får de formene og dimensjonene til overflaten; mesoporøse rodiumkuler er således designet for å erstatte metallet i visse katalytiske anvendelser (som akselererer kjemiske reaksjoner uten å bli konsumert i prosessen).

Oksidasjonsnummer

Siden det er ni valenselektroner, er det normalt å anta at rodium kan "miste dem alle" i samspillet i en forbindelse; det vil si under forutsetning av eksistensen av Rh ⁹⁺ kation , med et oksidasjonsnummer eller tilstand på 9+ eller (IX).

De positive og funnet oksidasjonstallene for rodium i forbindelsene varierer fra +1 (Rh ⁺ ) til +6 (Rh ⁶⁺ ). Av dem alle er +1 og +3 de vanligste, sammen med +2 og 0 (metallisk rodium, Rh ⁰ ).

For eksempel, i Rh ₂ O ₃ oksydasjon antall rhodium er 3, fordi dersom man antar eksistensen av Rh ³⁺ og en 100% ionisk karakter, vil summen av ladningene være lik null (Rh ₂ ³⁺ Eller ₃ ^2- ).

Et annet eksempel er representert av RhF ₆ , der oksidasjonsnummeret nå er +6. Igjen vil bare den totale ladningen av forbindelsen forbli nøytral hvis eksistensen av Rh ⁶⁺ (Rh ⁶⁺ F ₆ ^- ) antas .

Jo mer elektronegativt atomet som rodium interagerer med, jo større er tendensen til å vise mer positive oksidasjonsnummer; slik er tilfellet med RhF ₆ .

Når det gjelder Rh ⁰ , tilsvarer det atomene i krystallfcc koordinert med nøytrale molekyler; for eksempel CO, Rh ₄ (CO) ₁₂ .

Hvordan oppnås rodium?

ulempene

I motsetning til andre metaller er det ikke noe mineral tilgjengelig som er rik nok på rodium til å være økonomisk å få fra det. Derfor er det snarere et sekundært produkt av industriell produksjon av andre metaller; spesielt de adelige eller deres kongener (elementene i platinagruppen) og nikkel.

De fleste mineralene som brukes som råvarer kommer fra Sør-Afrika, Canada og Russland.

Produksjonsprosessen er sammensatt fordi, selv om den er inert, finnes rodium i selskap med andre edelmetaller, i tillegg til at det er urenheter som er vanskelige å fjerne. Derfor må det utføres flere kjemiske reaksjoner for å skille den fra den opprinnelige mineralogiske matrisen.

Prosess

Den lave kjemiske reaktiviteten holder den uendret mens de første metallene blir utvunnet; inntil bare adelsmennene er igjen (gullet blant dem). Deretter blir disse edelmetaller behandles og smeltet i nærvær av salter, så som NaHSO ₄ , for å få dem i en flytende blanding av sulfater; i dette tilfellet Rh ₂ (SO ₄ ) ₃ .

Til denne blanding av sulfater, hvorfra hvert metall utfelles separat gjennom forskjellige kjemiske reaksjoner, tilsettes NaOH for å danne rodiumhydroksyd, Rh (OH) _x .

Rh (OH) _x gjenoppløses ved tilsetning av HCl under dannelse av H ₃ RhCl ₆ , som fortsatt er oppløst, og viser en rosa farge. Deretter H ₃ RhCl ₆ reagerer med NH ₄ Cl og NaNO ₂ for å felle ut som (NH ₄ ) ₃ .

Igjen blir det nye faste stoffet oppløst i mer HCl, og mediet blir oppvarmet til en svamp av metallisk rodium faller ut mens urenhetene forbrennes.

applikasjoner

belegg

Liten, sølvbelagt, rhodiumbelagt kontrabass. Kilde: Mauro Cateb (https://www.flickr.com/photos/mauroescritor/8463024136)

Den edle karakteren brukes til å dekke metalliske deler med et belegg av det samme. På denne måten blir sølvgjenstander belagt med rodium for å beskytte den mot oksidering og mørklegging (danner et svart lag med AgO og Ag ₂ S), i tillegg til at de blir mer reflekterende (skinnende).

Slike belegg brukes i smykkeklær, reflekser, optiske instrumenter, elektriske kontakter og røntgenfilter i diagnostisering av brystkreft.

legeringer

Det er ikke bare et edelt metall, men også et hardt. Denne hardheten kan bidra til legeringene den utgjør, spesielt når det gjelder palladium, platina og iridium; hvorav de fra Rh-Pt er de mest kjente. Rhodium forbedrer også disse legeringers motstand mot høye temperaturer.

For eksempel brukes rhodium-platina-legeringer som et materiale for å lage glass som kan forme smeltet glass; ved fremstilling av termoelementer, som er i stand til å måle høye temperaturer (mer enn 1000 ºC); digler, gjennomføringer for rengjøring av glassfiber, induksjonsovnsspiral, turbinmotor for fly, tennplugger, etc.

Katalysatorer

Katalysator av en bil. Kilde: Ballista

Rhodium kan katalysere reaksjoner enten som et rent metall eller koordinert med organiske ligander (organorodiums). Katalysatortypen avhenger av den spesifikke reaksjonen som skal akselereres, så vel som andre faktorer.

I sin metalliske form kan den for eksempel katalysere reduksjonen av nitrogenoksider, NO _x , til omgivelsesgassene oksygen og nitrogen:

2 NO _x → x O ₂ + N ₂

Denne reaksjonen skjer kontinuerlig på daglig basis: i de katalytiske omformerne til kjøretøyer og motorsykler. Takket være denne reduksjonen forurenser ikke NO _x- gasser byene i dårligere grad. For dette formål har mesoporøse rhodium-nanopartikler er brukt, noe som ytterligere forbedrer nedbryting av NO _x gasser .

Forbindelsen er kjent som Wilkinsons katalysator, anvendes for å hydrogenere (legg H ₂ ) og hydroformylere (legg til CO og H ₂ ) alkener for dannelse av alkaner og aldehyder, henholdsvis.

Rhodium-katalysatorer blir kort brukt til hydrogenering, karbonylat (tilsett CO) og hydroformylat. Resultatet er at mange produkter er avhengige av dem, som tilfellet er med mentol, en essensiell kjemisk forbindelse i tyggegummi; i tillegg til salpetersyre, cykloheksan, eddiksyre, organosilisium, blant andre.

risiko

Rhodium er et edelt metall, selv om det sivet inn i kroppen vår, kunne Rh-atomer ikke (så vidt det vet) metaboliseres. Derfor utgjør de ingen helserisiko; Med mindre det er for mange Rh-atomer spredt i luften, som kan ende opp i lungene og beinene.

I prosessene med rhodiumbelegg på smykker eller sølvsmykker blir faktisk gullsmeder utsatt for disse "puffene" av atomer; grunnen til at de har lidd av ubehag i luftveiene. Når det gjelder risikoen for det finfordelte faste stoffet, er det ikke engang brannfarlig; Bortsett fra når brenning i nærvær av OF ₂ .

Rhodiumforbindelser er klassifisert som giftige og kreftfremkallende, hvis farger dypt flekker huden. Her er en annen tydelig forskjell i hvordan egenskapene til en metallkation varierer sammenlignet med metallet fra det.

Og til slutt, i økologiske forhold, gjør den knappe overfloden av rodium og dens manglende assimilering av planter det til et ufarlig element i tilfelle søl eller avfall; så lenge det er metallisk rodium.

referanser

1. Lars Öhrström. (12. november 2008). Rhodium. Kjemi i sitt element. Gjenopprettet fra: chemistryworld.com
2. Wikipedia. (2019). Rhodium. Gjenopprettet fra: en.wikipedia.org
3. Nasjonalt senter for informasjon om bioteknologi. (2019). Rhodium. PubChem-databasen. CID = 23948. Gjenopprettet fra: 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). Mesoporøse metalliske rhodium nanopartikler. Nat. Kommun. 8, 15581 doi: 10.1038 / ncomms15581
6. Chelation. (27. juni 2018). Rhodium Exposure. Gjenopprettet fra: chelationcommunity.com
7. Bell Terence. (25. juni 2019). Rhodium, et sjeldent platinagruppemetall, og bruksområdene. Gjenopprettet fra: thebalance.com
8. Stanley E. Livingstone. (1973). The Chemistry of Ruthenium, Rhodium, Palladium, Osmium, Iridium and platinum. SE Livingstone. Pergamon Press.
9. Tokyo Institute of Technology. (21. juni 2017). En rhodiumbasert katalysator for fremstilling av organosilisium ved bruk av mindre edelt metall. Gjenopprettet fra: phys.org
10. Pilgaard Michael. (10. mai 2017). Rhodium: kjemiske reaksjoner. Gjenopprettet fra: pilgaardelements.com
11. Dr. Doug Stewart. (2019). Rhodium Element Facts. Gjenopprettet fra: chemicool.com