RHODIUM: HISTORIE, EGENSKABER, STRUKTUR, ANVENDELSER, RISICI - KEMI - 2025

Den rhodium er et overgangsmetal, der tilhører gruppen af palladium og hvis kemiske symbol er Rh. Det er ædel, inert under normale forhold, mens det er sjældent og dyrt, da det er det næst mindst rigelige metal i jordskorpen. Der er heller ingen mineraler, der repræsenterer en rentabel metode til opnåelse af dette metal.

Selvom det ser ud som et typisk sølvfarvet hvidt metal, har de fleste af dets forbindelser en rødlig farve til fælles, ud over det faktum, at deres opløsninger ser lyserøde farver ud. Derfor fik dette metal navnet 'rhodon', som er græsk til lyserød.

Metallisk rhodiumperle. Kilde: Hi-Res-billeder af kemiske elementer

Imidlertid er legeringerne sølv såvel som dyre, da det er blandet med platin, palladium og iridium. Dets høje ædle karakter gør det til et metal, der næsten er immun mod oxidation, såvel som totalt modstandsdygtigt over for angreb fra stærke syrer og baser; derfor er deres overtræk med til at beskytte metalgenstande, såsom smykker.

Ud over dets dekorative brug kan rhodium også beskytte værktøjer, der bruges ved høje temperaturer og i elektriske apparater.

Det er populært kendt bedst til at hjælpe med at nedbryde giftige bilgasser (NO _x) inde i katalytiske omformere. Det katalyserer også produktionen af ​​organiske forbindelser, såsom menthol og eddikesyre.

Interessant nok findes den kun i naturen som ¹⁰³ Rh- isotopen, og dens forbindelser er lette at reducere til metal på grund af dens ædle karakter. Af alle dets oxidationsnumre er +3 (Rh ³⁺) det mest stabile og rigelige, efterfulgt af +1 og, i nærvær af fluor, +6 (Rh ⁶⁺).

I sin metalliske tilstand er det ufarligt for vores helbred, medmindre dens partikler, der er spredt i luften, indåndes. Imidlertid betragtes dets farvede forbindelser eller salte som kræftfremkaldende stoffer ud over at være stærkt bundet til huden.

Historie

Opdagelsen af ​​rodium blev ledsaget af palladium, begge metaller blev opdaget af den samme videnskabsmand: den engelske kemiker William H. Wollaston, der i 1803 undersøgte et platinamineral, angiveligt fra Peru.

Jeg vidste fra Hippolyte-Victor Collet-Descotils, en fransk kemiker, at der var rødlige salte i platinmineraler, hvis farve sandsynligvis skyldtes et ukendt metallisk element. Så Wollaston fordøjede sin platinmalm i aqua regia og neutraliserede derefter surhedsgraden af ​​den resulterende blanding med NaOH.

Fra denne blanding havde Wollaston ved hjælp af udfældningsreaktioner at adskille de metalliske forbindelser; Han adskilt platin som (NH ₄) ₂, efter tilsætning af NH ₄ Cl og andre metaller han reduceret med metallisk zink. Han forsøgte at opløse disse svampede metaller med HNO ₃ og efterlod to metaller og to nye kemiske elementer: palladium og rhodium.

Men da han tilføjede kongevand, han bemærket, at et metal næppe opløst, på samme tid, at det dannede en rød bundfald med NaCl: Na ₃ nH ₂ O. Det er her sit navn kom fra: den røde farve af dets forbindelser, betegnet med Græsk ord 'rhodon'.

Dette salt blev igen reduceret med metallisk zink, hvilket således opnåede svampet rodium. Og siden da blev opnåelsesteknikkerne forbedret, ligesom efterspørgslen og de teknologiske anvendelser gjorde sig til sidst tilsyneladende skinnende rhodiumstykker.

Ejendomme

Fysisk fremtoning

Hårdt, sølvfarvet hvidt metal uden stort set intet oxidlag ved stuetemperatur. Det er dog ikke et meget formbart metal, hvilket betyder, at når du rammer det, vil det revne.

Molar masse

102,905 g / mol

Smeltepunkt

1964 ° C Denne værdi er højere end kobolt (1495 ºC), hvilket afspejler en stigning i styrken af ​​den stærkeste metalliske binding, når den falder gennem gruppen.

Smeltepunkt

3695 ° C Det er et af metaller med de højeste smeltepunkter.

Massefylde

-12,41 g / ml ved stuetemperatur

-10,7 g / ml ved smeltepunktet, dvs. netop når det smelter eller smelter

Fusionsvarme

26,59 kJ / mol

Fordampningsvarme

493 kJ / mol

Molær varmekapacitet

24,98 J / (mol K)

elektronegativitet

2.28 i Pauling-skala

Ioniseringsenergier

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

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

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

Varmeledningsevne

150 W / (mK)

Elektrisk modstand

43,3 nm ved 0 ° C

Mohs hårdhed

6

Magnetisk orden

paramagnetisk

Kemiske reaktioner

Rhodium, selvom det er et ædelmetal, betyder ikke, at det er et inert element. Det ruster næppe under normale forhold; men når det opvarmes over 600 ºC, begynder dens overflade at reagere med ilt:

Rh (r) + O ₂ (g) → Rh ₂ O ₃ (r)

Og resultatet er, at metallet mister sin karakteristiske sølvglans.

Det kan også reagere med fluorgas:

Rh (r) + F ₂ (g) → RhF ₆ (r)

RhF ₆ er sort i farve. Hvis det opvarmes, kan det omdannes til RhF ₅ og frigive fluor i miljøet. Når fluoreringsreaktionen udføres under tørre betingelser, dannelsen af RHF ₃ (rødt fast stof) begunstiges forhold til den af RHF ₆. De andre halogenider: RhCl ₃, RhBr ₃ og RHI ₃ er udformet på tilsvarende måde.

Det mest overraskende ved metallisk rodium er måske dens ekstreme modstand mod angreb fra ætsende stoffer: stærke syrer og stærke baser. Aqua regia, en koncentreret blanding af saltsyre og salpetersyre, HCl-HNO ₃, kan opløses med vanskeligheder, hvilket resulterer i en lyserød opløsning.

Smeltede salte, såsom kaliumhydrogensulfat ₄, er mere effektive til at opløse det, da de fører til dannelsen af vandopløselige rhodiumkomplekser.

Struktur og elektronisk konfiguration

Rhodiumatomer krystalliseres i den ansigt-centrerede kubiske struktur, fcc. Rh-atomer forbliver forenede takket være deres metalliske binding, en kraft, der er ansvarlig i en makroskala for de målbare fysiske egenskaber af metal. I denne binding griber valenselektroner ind, som er givet i henhold til den elektroniske konfiguration:

4d ⁸ 5s ¹

Det er således en afvigelse eller undtagelse, da det forventes at have to elektroner i dets 5-orbital og syv i 4d-orbitalen (adlyder Moeller-diagrammet).

Der er i alt ni valenselektroner, der sammen med atomradierne definerer fcc-krystallen; struktur, der ser ud til at være meget stabil, da der kun findes lidt information om andre mulige allotropiske former under forskellige tryk eller temperaturer.

Disse Rh-atomer eller rettere deres krystallinske kerner kan interagere på en sådan måde, at de skaber nanopartikler med forskellige morfologier.

Når disse Rh-nanopartikler vokser oven på en skabelon (f.eks. Et polymert aggregat), får de formene og dimensionerne på dens overflade; mesoporøse rhodiumkugler er således designet til at erstatte metallet i visse katalytiske anvendelser (som accelererer kemiske reaktioner uden at blive konsumeret i processen).

Oxidationsnumre

Da der er ni valenselektroner, er det normalt at antage, at rodium kan "miste dem alle" i dets interaktioner i en forbindelse; det vil sige, hvis man antager eksistensen af ​​Rh ⁹⁺ -kationen med et oxidationsnummer eller -tilstand på 9+ eller (IX).

De positive og fundne oxidationstal for rhodium i dets forbindelser spænder fra +1 (Rh ⁺) til +6 (Rh ⁶⁺). Af dem alle er +1 og +3 de mest almindelige sammen med +2 og 0 (metallisk rhodium, Rh ⁰).

For eksempel i Rh ₂ O ₃ oxidation antal rhodium er +3, eftersom hvis man antager eksistensen af Rh ³⁺ og en 100% ionisk karakter, vil summen af ladningerne er lig med nul (Rh ₂ ³⁺ Eller ₃ ^2-).

Et andet eksempel er repræsenteret af RhF ₆, hvor dets oxidationsnummer nu er +6. Igen vil kun den totale ladning af forbindelsen forblive neutral, hvis eksistensen af ​​Rh ⁶⁺ (Rh ⁶⁺ F ₆ ^-) antages.

Jo mere elektronegativt atomet, som rhodium interagerer med, jo større er tendensen til at vise mere positive oxidationstal; sådan er tilfældet med RhF ₆.

I tilfælde af Rh ⁰ svarer det til dets atomer i krystal fcc koordineret med neutrale molekyler; for eksempel CO, Rh ₄ (CO) ₁₂.

Hvordan opnås rhodium?

Ulemper

I modsætning til andre metaller er der ikke noget mineral tilgængeligt, der er rig nok på rodium til at være økonomisk at få fra det. Derfor er det snarere et sekundært produkt af den industrielle produktion af andre metaller; specifikt de ædle eller deres kongenere (elementerne i platinagruppen) og nikkel.

De fleste mineraler, der bruges som råvarer, kommer fra Sydafrika, Canada og Rusland.

Produktionsprocessen er kompleks, fordi rhodium findes i selskab med andre ædelmetaller, selvom det er inert, ud over at have urenheder, der er vanskelige at fjerne. Derfor skal flere kemiske reaktioner udføres for at adskille den fra den indledende mineralogiske matrix.

Behandle

Dens lave kemiske reaktivitet holder den uændret, mens de første metaller udvindes; indtil kun adelige er tilbage (guldet blandt dem). Derefter er disse ædelmetaller behandles, og smeltes i nærværelse af salte, såsom NaHSO ₄, at have dem i en flydende blanding af sulfater; i dette tilfælde Rh ₂ (SO ₄) ₃.

Til denne blanding af sulfater, hvorfra hvert metal udfældes separat gennem forskellige kemiske reaktioner, tilsættes NaOH til dannelse af rhodiumhydroxid, Rh (OH) _x.

Rh (OH) _x genopløses ved tilsætning af HCI til dannelse af H ₃ RhCl ₆, som stadig opløses og viser en lyserød farve. Derefter H ₃ RhCl ₆ reagerer med NH ₄ Cl og NaNO ₂ til udfældning som (NH ₄) ₃.

Igen opløses det nye faste stof i mere HCI, og mediet opvarmes, indtil en svamp af metallisk rodium udfældes, mens urenhederne forbrændes.

Applikationer

Belægninger

Lille, sølvbelagt, rhodineret kontrabas. Kilde: Mauro Cateb (https://www.flickr.com/photos/mauroescritor/8463024136)

Dets ædle karakter bruges til at dække metalliske stykker med en belægning af det samme. På denne måde er sølvgenstande belagt med rhodium for at beskytte dem mod at oxidere og mørke (danner et sort lag af AgO og Ag ₂ S) såvel som at de bliver mere reflekterende (skinnende).

Sådanne belægninger bruges i smykketøj, reflekser, optiske instrumenter, elektriske kontakter og røntgenfilter til brystkræftdiagnostik.

Legeringer

Det er ikke kun et ædelmetal, men også et hårdt. Denne hårdhed kan bidrage til de legeringer, den udgør, især når det kommer til palladium, platin og iridium; hvoraf Rh-Pt er de bedst kendte. Rhodium forbedrer også disse legeringers modstand mod høje temperaturer.

For eksempel bruges rhodium-platinlegeringer som et materiale til at fremstille briller, der kan forme smeltet glas; ved fremstilling af termoelementer, der er i stand til at måle høje temperaturer (mere end 1000 ºC) digler, bøsninger til rengøring af glasfiber, induktionsovnsspiraler, turbinemotorer til fly, tændrør osv.

Katalysatorer

Katalysator i en bil. Kilde: Ballista

Rhodium kan katalysere reaktioner enten som et rent metal eller koordineret med organiske ligander (organorodium). Katalysatortypen afhænger af den specifikke reaktion, der skal accelereres, såvel som andre faktorer.

For eksempel i dets metalliske form den kan katalysere reduktionen af nitrogenoxider, NO _x, til den omgivende gasser oxygen og nitrogen:

2 NO _x → x O ₂ + N ₂

Denne reaktion finder sted konstant på daglig basis: i de katalytiske omformere af køretøjer og motorcykler. Takket være denne reduktion forurener NO _x- gasser ikke byerne i værre grad. Til dette formål har mesoporøse rhodium nanopartikler blevet anvendt, hvilket yderligere forbedrer nedbrydningen af NO _x gasser.

Forbindelsen, er kendt som en Wilkinson-katalysator, der anvendes til hydrogenering (tilføj H ₂) og hydroformylere (indsæt CO og H ₂) alkener til dannelse af alkaner og aldehyder henholdsvis.

Rhodium-katalysatorer bruges kort til hydrogenering, carbonylat (tilsæt CO) og hydroformylat. Resultatet er, at mange produkter er afhængige af dem, som det er tilfældet med menthol, en essentiel kemisk forbindelse i tyggegummi; ud over salpetersyre, cyclohexan, eddikesyre, organosilicium, blandt andre.

Risici

Rhodium er et ædelmetal, selvom det siver ind i vores krop, kunne dets Rh-atomer ikke (så vidt det ved) metaboliseres. Derfor udgør de ikke nogen sundhedsrisiko; Medmindre der er for mange Rh-atomer spredt i luften, hvilket kan ende med at ophobes i lungerne og knoglerne.

I processerne med rhodiumbelægning på smykker eller sølvsmykker udsættes juvelerere for disse "puffer" af atomer; grund, som de har lidt af ubehag i deres åndedrætsorganer. Hvad angår risikoen for det findelte faste stof, er det ikke engang brandfarligt; undtagen ved afbrænding i nærvær af OF ₂.

Rhodiumforbindelser klassificeres som giftige og kræftfremkaldende, hvis farver dybt pletter huden. Her er en anden klar forskel i, hvordan egenskaberne ved en metalkation varierer sammenlignet med metallet derfra.

Og endelig i økologiske spørgsmål gør den knappe overflod af rodium og dens manglende assimilering af planter det til et ufarligt element i tilfælde af spild eller affald; så længe det er metallisk rodium.

Referencer

1. Lars Öhrström. (12. november 2008). Rhodium. Kemi i sit element. Gendannes fra: chemistryworld.com
2. Wikipedia. (2019). Rhodium. Gendannet fra: en.wikipedia.org
3. National Center for Biotechnology Information. (2019). Rhodium. PubChem-database. CID = 23948. Gendannes 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. Commun. 8, 15581 doi: 10.1038 / ncomms15581
6. Chelat. (27. juni 2018). Rhodium-eksponering. Gendannes fra: chelationcommunity.com
7. Bell Terence. (25. juni 2019). Rhodium, et sjældent platinagruppe-metal og dets applikationer. Gendannes fra: thebalance.com
8. Stanley E. Livingstone. (1973). Ruthenium, Rhodium, Palladium, Osmium, Iridium og platina. SE Livingstone. Pergamon Press.
9. Tokyo Institute of Technology. (21. juni 2017). En rhodiumbaseret katalysator til fremstilling af organosilicium ved hjælp af mindre ædle metaller. Gendannet fra: phys.org
10. Pilgaard Michael. (10. maj 2017). Rhodium: kemiske reaktioner. Gendannes fra: pilgaardelements.com
11. Dr. Doug Stewart. (2019). Rhodium Element Facts. Gendannes fra: chemicool.com