RHODIUM: HISTORIE, VLASTNOSTI, STRUKTURA, POUŽITÍ, RIZIKA - CHEMIE - 2025

Rhodia je přechodový kov náležející do skupiny palladia a jejichž chemická značka je Rh. Je to ušlechtilý, inertní za normálních podmínek, zatímco je vzácný a drahý, protože se jedná o druhý nejméně hojný kov v zemské kůře. Rovněž neexistují žádné minerály, které by představovaly ziskový způsob získání tohoto kovu.

Ačkoli jeho vzhled je to typického stříbřitě bílého kovu, většina z jeho sloučenin sdílejí načervenalé zabarvení obyčejně, kromě skutečnosti, že jejich řešení se objeví narůžovělé tóny. Proto dostal tento kov název „rhodon“, což je řecké pro růžovou.

Kovová rhodiová perla. Zdroj: Hi-Res obrázky chemických prvků

Jeho slitiny jsou však také stříbrné a drahé, protože se mísí s platinou, palladiem a iridiem. Jeho vysoký ušlechtilý charakter z něj dělá kov téměř imunní vůči oxidaci, stejně jako zcela odolný vůči útoku silnými kyselinami a zásadami; jejich povlaky proto pomáhají chránit kovové předměty, například šperky.

Kromě ozdobného použití může rhodium chránit i nástroje používané při vysokých teplotách a v elektrických zařízeních.

Je známo, že nejlépe pomáhá rozkládat toxické plyny z automobilů (NO _x) uvnitř katalyzátorů. Katalyzuje také produkci organických sloučenin, jako je mentol a kyselina octová.

Je zajímavé, že v přírodě existuje pouze jako izotop ¹⁰³ Rh a jeho sloučeniny se díky své vznešené povaze snadno redukují na kov. Ze všech oxidačních čísel je +3 (Rh ³⁺) nejstabilnější a nejhojnější, následuje +1 a v přítomnosti fluoru +6 (Rh ⁶⁺).

Ve svém kovovém stavu je zdraví neškodné, pokud nedýcháme rozptýlené částice ve vzduchu. Jeho barevné sloučeniny nebo soli se však považují za karcinogeny, kromě toho, že jsou pevně připojeny k pokožce.

Dějiny

Objev rhodia byl doprovázen objevem palladia, oba kovy objevil stejný vědec: anglický chemik William H. Wollaston, který do roku 1803 zkoumal minerál platiny, pravděpodobně z Peru.

Z francouzského lékárníka Hippolyte-Victor Collet-Descotils jsem věděl, že v platinových minerálech jsou načervenalé soli, jejichž barva byla pravděpodobně způsobena neznámým kovovým prvkem. Wollaston tedy strávil svou platinovou rudu v aqua regia, pak neutralizoval kyselost výsledné směsi pomocí NaOH.

Z této směsi musel Wollaston pomocí precipitačních reakcí oddělit kovové sloučeniny; Oddělil platinu jako (NH ₄) ₂, po přidání NH ₄ Cl, a jiné kovy se snižuje s kovovým zinkem. Pokusil se tyto houbovité kovy rozpustit pomocí HNO ₃ a ponechat dva kovy a dva nové chemické prvky: palladium a rhodium.

Nicméně, když se přidal aqua regia, si všiml, že kovová sotva rozpuštěný, současně, že tvořil červená sraženina se NaCl: Na ₃ nH ₂ O. To je, odkud jeho jméno z: červená barva jeho sloučenin, které jsou určeny s Řecké slovo „rhodon“.

Tato sůl byla opět redukována kovovým zinkem, čímž byla získána houba rhodia. A od té doby se techniky získávání zlepšily, stejně jako poptávka a technologické aplikace, nakonec se objevily lesklé rhodiové kusy.

Vlastnosti

Fyzický vzhled

Tvrdý, stříbrný bílý kov s prakticky žádnou vrstvou oxidu při pokojové teplotě. Nejedná se však o velmi kujný kov, což znamená, že když ho zasáhnete, praskne.

Molární hmotnost

102,905 g / mol

Bod tání

1964 ° C Tato hodnota je vyšší než hodnota kobaltu (1495 ° C), což odráží zvýšení pevnosti nejsilnějšího kovového spoje při jeho sestupu skrz skupinu.

Bod tání

3695 ° C Je to jeden z kovů s nejvyššími teplotami tání.

Hustota

-12,41 g / ml při teplotě místnosti

-10,7 g / ml při teplotě tání, to znamená, když se taví nebo taví

Teplo fúze

26,59 kJ / mol

Odpařovací teplo

493 kJ / mol

Molární tepelná kapacita

24,98 J / (mol K)

Elektronegativita

2,28 v Paulingově stupnici

Ionizační energie

-První: 719,7 kJ / mol (Rh ⁺ plynný)

-Second: 1740 kJ / mol (Rh ²⁺ plynný)

-Third: 2997 kJ / mol (Rh ³⁺ plynný)

Tepelná vodivost

150 W / (m K)

Elektrický odpor

43,3 nΩm při 0 ° C

Mohsova tvrdost

6

Magnetický řád

Paramagnetický

Chemické reakce

Rhodium, i když je to ušlechtilý kov, neznamená, že se jedná o inertní prvek. Za normálních podmínek je téměř nezhrdlá; ale když se zahřeje nad 600 ° C, jeho povrch začne reagovat s kyslíkem:

Rh (y) + O ₂ (g) → Rh ₂ O ₃ (y)

Výsledkem je, že kov ztrácí svůj charakteristický stříbrný lesk.

Může také reagovat s plynným fluorem:

Rh (s) + F ₂ (g) → RhF ₆ (s)

RhF ₆ je černé barvy. Pokud je zahřátý, může se transformovat na RhF ₅ a uvolnit fluorid do životního prostředí. Když se fluorační reakce provádí za sucha, je tvorba RHF ₃ (červená pevná látka) se přednost přes to RHF ₆. Další halogenidy: RhCl ₃, RhBr ₃ a RHI ₃ je vytvořena podobným způsobem.

Asi nejpřekvapivější věcí na kovovém rhodiu je jeho extrémní odolnost vůči útoku žíravých látek: silných kyselin a silných bází. Aqua regia, koncentrovaná směs kyseliny chlorovodíkové a kyseliny dusičné, HCl-HNO ₃, se může obtížně rozpustit, což vede k růžově zbarvenému roztoku.

Roztavené soli, jako je KHSO ₄, jsou účinnější v rozpouštění to, protože vedou ke vzniku ve vodě rozpustných komplexů rhodia.

Struktura a elektronická konfigurace

Atomy rhodia krystalizují v krychlové struktuře zaměřené na obličej, fcc. Atomy Rh zůstávají sjednoceny díky své kovové vazbě, síle zodpovědné v makro měřítku za měřitelné fyzikální vlastnosti kovu. V tomto svazku zasáhnou valenční elektrony, které jsou dány podle elektronické konfigurace:

4d ⁸ 5s ¹

Jedná se tedy o anomálii nebo výjimku, protože by se očekávalo, že budou mít ve svých 5s orbitále dva elektrony a sedm ve 4d orbitále (podle Moellerova diagramu).

Existuje celkem devět valenčních elektronů, které společně s atomovými poloměry definují krystal fcc; Struktura, která se jeví jako velmi stabilní, protože se nachází jen málo informací o dalších možných alotrotropních formách při různých tlacích nebo teplotách.

Tyto atomy Rh, nebo spíše jejich krystalická zrna, mohou interagovat takovým způsobem, že vytvoří nanočástice s různými morfologiemi.

Když tyto Rh nanočástice rostou na templátu (například polymerní agregát), získají tvary a rozměry svého povrchu; proto mezoporézní rhodiové koule byly navrženy tak, aby nahradily kov v určitých katalytických aplikacích (které urychlují chemické reakce, aniž by byly během procesu spotřebovány).

Oxidační čísla

Protože existuje devět valenčních elektronů, je normální předpokládat, že rhodium může „ztratit všechny z nich“ při interakcích uvnitř sloučeniny; to znamená, za předpokladu existence kationtu Rh ⁹⁺, s oxidačním číslem nebo stavem 9+ nebo (IX).

Pozitivní a nalezená oxidační čísla pro rhodium v ​​jeho sloučeninách se pohybují od +1 (Rh ⁺) do +6 (Rh ⁶⁺). Ze všech nejběžnější jsou +1 a +3, spolu s +2 a 0 (kovové rhodium, Rh ⁰).

Například v Rh ₂ O ₃ je oxidační číslo rhodia +3, protože pokud předpokládáte existenci Rh ³⁺ a 100% iontový charakter, součet poplatků bude roven nule (Rh ₂ ³⁺ Nebo ₃ ^2-).

Další příklad představuje RhF ₆, ve kterém je nyní jeho oxidační číslo +6. Opět platí, že celkový náboj sloučeniny zůstane neutrální, pokud se předpokládá existence Rh ⁶⁺ (Rh ⁶⁺ F ₆ ^-).

Čím více elektronegativní je atom, se kterým rhodium interaguje, tím větší je jeho tendence vykazovat více pozitivních oxidačních čísel; takový je případ RhF ₆.

V případě Rh ⁰ odpovídá jeho atomům krystalu fcc koordinovaným s neutrálními molekulami; například, CO, Rh ₄ (CO) ₁₂.

Jak se získává rhodium?

Nevýhody

Na rozdíl od jiných kovů není k dispozici žádný minerál, který je dostatečně bohatý na rhodium, aby byl ekonomický, aby se z něj získalo. Proto je to spíše vedlejší produkt průmyslové výroby jiných kovů; konkrétně šlechtici nebo jejich kongenery (prvky platinové skupiny) a nikl.

Většina nerostů používaných jako suroviny pochází z Jižní Afriky, Kanady a Ruska.

Výrobní proces je složitý, protože i když je inertní, rhodium se nachází ve společnosti jiných ušlechtilých kovů, kromě nečistot, které je obtížné odstranit. Proto je nutné provést několik chemických reakcí, aby se oddělily od počáteční mineralogické matrice.

Proces

Jeho nízká chemická reaktivita udržuje to nezměněné, zatímco první kovy jsou extrahovány; dokud nezůstanou jen šlechtici (zlato mezi nimi). Potom se tyto vzácné kovy jsou upraveny a taví v přítomnosti solí, jako jsou například NaHSO ₄, aby je v kapalné směsi síranů; v tomto případě, Rh ₂ (SO ₄) ₃.

K této směsi síranů, ze kterých je každý kov vysrážen odděleně různými chemickými reakcemi, se přidá NaOH za vzniku hydroxidu rhodia, Rh (OH) _x.

Rh (OH) _x se znovu rozpustí přidáním HCl za vzniku H ₃ RhCl ₆, která je stále ještě rozpustí a vykazuje růžovou barvu. Pak H ₃ RhCl ₆ reaguje s NH ₄ Cl a NaNO ₂, aby se vysrážel jako (NH ₄) ₃.

Znovu se nová pevná látka znovu rozpustí ve více HC1 a médium se zahřívá, dokud se nespalí houba kovového rhodia.

Aplikace

Obaly

Malé, postříbřené, rhodiované kontrabasy. Zdroj: Mauro Cateb (https://www.flickr.com/photos/mauroescritor/8463024136)

Jeho ušlechtilý charakter se používá k zakrytí kovových kusů jejich povlakem. Tímto způsobem jsou stříbrné předměty potaženy rhodiem, aby byly chráněny před oxidací a ztmavnutím (vytvářením černé vrstvy AgO a Ag ₂ S), a také aby se staly více reflexní (lesklé).

Takové povlaky se používají v klenotnických oděvech, reflektorech, optických nástrojích, elektrických kontaktech a rentgenových filtrech v diagnostice rakoviny prsu.

Slitiny

Není to jen ušlechtilý kov, ale také tvrdý. Tato tvrdost může být přispěna ke slitinám, které tvoří, zejména pokud jde o palladium, platinu a iridium; z nichž ty z Rh-Pt jsou nejznámější. Také rhodium zlepšuje odolnost těchto slitin vůči vysokým teplotám.

Například slitiny rhodia a platiny se používají jako materiál pro výrobu skel, které mohou tvarovat roztavené sklo; při výrobě termočlánků schopných měřit vysoké teploty (více než 1 000 ºC); kelímky, průchodky pro čištění skleněných vláken, indukční pece, motory leteckých turbín, zapalovací svíčky atd.

Katalyzátory

Katalyzátor automobilu. Zdroj: Ballista

Rhodium může katalyzovat reakce buď jako čistý kov, nebo koordinované s organickými ligandy (organorodium). Typ katalyzátoru závisí na specifické reakci, která má být urychlena, a na dalších faktorech.

Například ve své kovové formě může katalyzovat redukci oxidů dusíku, NO _x, na okolní plyny kyslík a dusík:

2 NO _x → x O ₂ + N ₂

K této reakci dochází denně: v katalyzátorech vozidel a motocyklů. Díky této redukci plyny NO _x neznečišťují města v horším stupni. Pro tento účel se mezoporézní nanočástice na bázi rhodia byla použita, což dále zlepšit rozklad NO _x plynů.

Sloučenina, známá jako katalyzátor Wilkinson, se použije pro hydrogenaci (přidat H ₂) a hydroformylaci (přidat CO a H ₂), alkeny tvořit alkany a aldehydů, v tomto pořadí.

Katalyzátory na bázi rhodia se krátce používají k hydrogenaci, karbonylátu (přidání CO) a hydroformylátu. Výsledkem je, že na nich závisí mnoho produktů, jako je tomu u mentolu, základní chemické sloučeniny v žvýkačce; kromě kyseliny dusičné, cyklohexanu, kyseliny octové, organického křemíku.

Rizika

Rhodium, jako ušlechtilý kov, i když proniklo do našeho těla, jeho atomy Rh nemohly (pokud je známo) být metabolizovány. Nepředstavují tedy žádné zdravotní riziko; Pokud není ve vzduchu rozptýlen příliš mnoho atomů Rh, které by se nakonec mohly hromadit v plicích a kostech.

Ve skutečnosti jsou v procesu rhodia pokovování šperků nebo stříbrných šperků klenotníci vystaveni těmto „obuškům“ atomů; důvod, pro který trpěli nepohodlí v jejich dýchacím systému. Pokud jde o riziko jemně rozmělněné pevné látky, není ani hořlavá; kromě hoření v přítomnosti OF ₂.

Sloučeniny rhodia jsou klasifikovány jako toxické a karcinogenní, jejichž barvy hluboce zašpiní pokožku. Zde je další jasný rozdíl v tom, jak se mění vlastnosti kovového kationtu ve srovnání s kovem z něj.

A konečně, v ekologických záležitostech, vzácné množství rhodia a jeho nedostatek asimilace rostlinami činí z neškodného prvku v případě rozlití nebo odpadu; pokud je to kovové rhodium.

Reference

1. Lars Öhrström. (12. listopadu 2008). Rhodium. Chemie ve svém živlu. Obnoveno z: chemistryworld.com
2. Wikipedia. (2019). Rhodium. Obnoveno z: en.wikipedia.org
3. Národní centrum pro biotechnologické informace. (2019). Rhodium. PubChem Database. CID = 23948. Obnoveno z: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. S. Bale. (1958). Struktura Rhodia. Johnson Matthey Research Laboratories. Platinum Metals Rev., (2), 21, 61-63
5. Jiang, B. a kol. (2017). Mesoporézní kovové rhodiové nanočástice. Nat. Commun. 8, 15581 doi: 10,1038 / ncomms15581
6. Chelatace. (27. června 2018). Expozice Rhodium. Obnoveno z: chelationcommunity.com
7. Bell Terence. (25. června 2019). Rhodium, vzácný kov platinové skupiny a jeho aplikace. Obnoveno z: thebalance.com
8. Stanley E. Livingstone. (1973). Chemie ruthenia, rhodia, palladia, osmium, iridia a platiny. SE Livingstone. Pergamon Press.
9. Tokijský technologický institut. (21. června 2017). Katalyzátor na bázi rhodia pro výrobu organokřemíku za použití méně drahých kovů. Obnoveno z: phys.org
10. Pilgaard Michael. (10. května 2017). Rhodium: chemické reakce. Obnoveno z: pilgaardelements.com
11. Dr. Doug Stewart. (2019). Fakta o prvku Rhodium. Obnoveno z: chemicool.com