РОДИЙ: ИСТОРИЯ, СВОЙСТВА, СТРУКТУРА, ПРИЛОЖЕНИЯ, РИСКОВЕ - ХИМИЯ - 2026

В родий е преходен метал, принадлежащ към групата на паладий и чието химическо символ е Rh. Той е благороден, инертен при нормални условия, докато е рядък и скъп, тъй като е вторият най-изобилен метал в земната кора. Също така, няма минерали, които представляват печеливш метод за получаване на този метал.

Въпреки че външният му вид е с типично сребристо бял метал, повечето му съединения споделят червеникаво оцветяване, в допълнение към факта, че техните разтвори имат розови тонове. Ето защо този метал получи името „родон“, което е гръцко за розово.

Метална родиева перла. Източник: Hi-Res изображения на химически елементи

Сплавите му обаче са сребърни, както и скъпи, тъй като се смесват с платина, паладий и иридий. Високият му благороден характер го прави метал почти имунен срещу окисляване, както и напълно устойчив на атака от силни киселини и основи; следователно, техните покрития помагат за защита на метални предмети, като бижута.

В допълнение към декоративната си употреба, родий може да защити и инструменти, използвани при високи температури и в електрически устройства.

Той е известен най-добре за подпомагане разграждането на токсични автомобилни газове (NO _x) вътре в каталитичните конвертори. Той също така катализира производството на органични съединения, като ментол и оцетна киселина.

Интересното е, че той съществува само в природата като изотоп ¹⁰³ Rh, а неговите съединения лесно се редуцират до метал поради благородния си характер. От всичките му окислителни числа, +3 (Rh ³⁺) е най-стабилният и най-обилен, следван от +1 и при наличие на флуор +6 (Rh ⁶⁺).

В своето метално състояние той е безвреден за здравето ни, освен ако частиците му, разпръснати във въздуха, не се вдишат. Оцветените му съединения или соли обаче се считат за канцерогени, освен че са силно прикрепени към кожата.

история

Откриването на родий беше придружено от открито на паладий, като двата метала са открити от един и същи учен: английският химик Уилям Х. Уоластън, който до 1803 г. изследва платинен минерал, уж от Перу.

Знаех от Иполит-Виктор Колет-Дескотилс, френски химик, че в платинените минерали има червеникави соли, цветът на които вероятно се дължи на неизвестен метален елемент. Така Уоластън усвоява платиновата си руда в аква регия, след което неутрализира киселинността на получената смес с NaOH.

От тази смес Wollaston трябваше чрез реакции на утаяване да отдели металните съединения; Той отделя платина като (NH ₄) ₂, след добавяне на NH ₄ Cl, и други метали той редуцира с метален цинк. Той се опита да разтвори тези спонгиозни метали с HNO ₃, оставяйки два метала и два нови химични елемента: паладий и родий.

Въпреки това, когато добави aqua regia, той забеляза, че метал почти не се разтваря, в същото време той образува червена утайка с NaCl: Na ₃ nH ₂ O. От тук идва и името му: червеният цвят на съединенията му, обозначен с Гръцка дума ‘родон’.

Тази сол отново се редуцира с метален цинк, като по този начин се получава спонгиоден родий. И оттогава техниките за получаване се подобриха, както и търсенето и технологичните приложения, най-накрая се появиха лъскави парчета родий.

Имоти

Външен вид

Твърд, сребристо бял метал с почти никакъв оксиден слой при стайна температура. Това обаче не е много ковък метал, което означава, че когато го ударите, той ще се напука.

Моларна маса

102.905 g / mol

Точка на топене

1964 ° С. Тази стойност е по-висока от тази на кобалта (1495 ºC), което отразява увеличаване на силата на най-силната метална връзка, докато се спуска през групата.

Точка на топене

3695 ° С. Той е един от металите с най-високи температури на топене.

плътност

-12.41 g / mL при стайна температура

-10.7 g / ml в точката на топене, тоест точно когато се разтопи или разтопи

Топлина от синтез

26,59 kJ / mol

Топлина от изпаряване

493 kJ / mol

Моларен топлинен капацитет

24,98 J / (мол K)

Електроотрицателност

2,28 по скалата на Полинг

Йонизационни енергии

-Първо: 719,7 kJ / mol (Rh ⁺ газообразен)

-Втора: 1740 kJ / mol (Rh ²⁺ газообразни)

-Трето: 2997 kJ / mol (Rh ³⁺ газообразни)

Топлопроводимост

150 W / (m K)

Електрическо съпротивление

43,3 nΩm при 0 ° C

Моос твърдост

6

Магнетичен ред

парамагнитен

Химична реакция

Родият, въпреки че е благороден метал, не означава, че е инертен елемент. Едва ли ръждясва при нормални условия; но когато се нагрява над 600 ºC, повърхността му започва да реагира с кислород:

Rh (s) + O ₂ (g) → Rh ₂ O ₃ (s)

И резултатът е, че металът губи характерния си сребрист блясък.

Той може да реагира и с флуор:

Rh (s) + F ₂ (g) → RhF ₆ (s)

RhF ₆ е черен на цвят. Ако се нагрее, той може да се трансформира в RhF ₅, отделяйки флуор в околната среда. Когато реакцията на флуориране се провежда при сухи условия, формирането на RHF ₃ (червено твърдо вещество) се предпочита пред това на RHF ₆. Другите халогениди: RhCl ₃, RhBr ₃ и RHI ₃ са оформени по подобен начин.

Може би най-изненадващото нещо за металния родий е неговата изключителна устойчивост на атака от корозивни вещества: силни киселини и силни основи. Aqua regia, концентрирана смес от солна и азотна киселина, HCl-HNO ₃, може да се разтвори с трудност, което води до получаване на розов разтвор.

Разтопените соли, като KHSO ₄, са по-ефективни при разтварянето му, тъй като водят до образуване на водоразтворими родиеви комплекси.

Структура и електронна конфигурация

Родиевите атоми кристализират в ориентираната към лицето кубична структура, fcc. Rh атомите остават обединени благодарение на своята метална връзка, сила, отговорна в макромащаб за измеримите физични свойства на метала. В тази връзка се намесват валентните електрони, които се дават в съответствие с електронната конфигурация:

4d ⁸ 5s ¹

Следователно това е аномалия или изключение, тъй като се очаква да има два електрона в своята 5s орбитала и седем в 4d орбитала (подчинявайки се на диаграмата на Moeller).

Има общо девет валентни електрона, които заедно с атомните радиуси определят fcc кристала; структура, която изглежда много стабилна, тъй като се намира малко информация за други възможни алотропни форми при различни налягания или температури.

Тези Rh атоми, или по-скоро техните кристални зърна, могат да взаимодействат по такъв начин, че да създават наночастици с различни морфологии.

Когато тези Rh наночастици растат върху шаблон (полимерен агрегат, например), те придобиват форми и размери на повърхността му; по този начин мезопористите родиеви сфери са проектирани да заместват метала при определени каталитични приложения (които ускоряват химичните реакции, без да се консумират в процеса).

Окислителни числа

Тъй като има девет валентни електрона, е нормално да се предполага, че родий може да „загуби всичките“ при взаимодействията си в рамките на съединение; тоест, ако приемем съществуването на катиона Rh ⁹⁺, с окислително число или състояние 9+ или (IX).

Положителните и открити окислителни числа за родий в неговите съединения варират от +1 (Rh ⁺) до +6 (Rh ⁶⁺). От всички тях +1 и +3 са най-често срещаните, заедно с +2 и 0 (метален родий, Rh ⁰).

Например, в Rh ₂ O ₃ окислителното число на родий е +3, тъй като ако приемете наличието на Rh ³⁺ и 100% йонна характеристика, сумата на зарядите ще бъде равна на нула (Rh ₂ ³⁺ Или ₃ ^2-).

Друг пример е представен от RhF ₆, в който сега окислителното му число е +6. Отново, само общият заряд на съединението ще остане неутрален ако наличието на Rh ⁶⁺ (Rh ⁶⁺ F ₆ ^-) се приема.

Колкото по-електроотрицателен е атомът, с който взаимодейства родий, толкова по-голяма е тенденцията му да показва повече положителни окислителни числа; такъв е случаят с RhF ₆.

В случая на Rh ⁰, той съответства на своите атоми на кристалния fcc, координиран с неутрални молекули; например CO, Rh ₄ (CO) ₁₂.

Как се получава родий?

Недостатъци

За разлика от други метали, няма наличен минерал, който е достатъчно богат на родий, за да бъде икономичен за получаване от него. Ето защо това е по-скоро вторичен продукт от промишленото производство на други метали; по-специално благородните или техните съединения (елементите на платиновата група) и никела.

Повечето минерали, използвани като суровини, идват от Южна Африка, Канада и Русия.

Производственият процес е сложен, тъй като, макар да е инертен, родий се намира в компанията на други благородни метали, освен че има примеси, които трудно се отстраняват. Следователно трябва да се проведат няколко химически реакции, за да се отделят от първоначалната минералогична матрица.

процес

Ниската му химическа реактивност я поддържа непроменена, докато първите метали се извличат; докато останат само благородниците (златото сред тях). След това, тези благородни метали се третират и се топят в присъствието на соли, като натриев бисулфит ₄, да ги има в течна смес от сулфати; в този случай Rh ₂ (SO ₄) ₃.

Към тази смес от сулфати, от която всеки метал се утаява отделно чрез различни химични реакции, се добавя NaOH, за да се образува родиев хидроксид, Rh (OH) _x.

На Rh (ОН) _х се разтваря отново чрез прибавяне на солна киселина за образуване на Н ₃ RhCl ₆, която е все още разтворен и показва розов цвят. След Н ₃ RhCl ₆ взаимодейства с NH ₄ Cl и NaNO ₂ да се утаяват като (NH ₄) ₃.

Отново новото твърдо вещество се разтваря отново в повече НС1 и средата се нагрява, докато гъбата от метален родий се утаи, докато примесите се изгарят.

Приложения

Покрития

Малък, сребърен, родиев контрабас. Източник: Mauro Cateb (https://www.flickr.com/photos/mauroescritor/8463024136)

Благородният му характер се използва за покриване на метални парчета с покритие от същото. По този начин сребърните предмети се покриват с родий, за да го предпазят от окисляване и потъмняване (образувайки черен слой от AgO и Ag ₂ S), както и да станат по-отразяващи (лъскави).

Такива покрития се използват в дрехи за бижута, отражатели, оптични инструменти, електрически контакти и рентгенови филтри в диагностиката на рака на гърдата.

сплави

Той е не само благороден метал, но и твърд. Тази твърдост може да се допринесе за сплавите, които съставя, особено когато става дума за паладий, платина и иридий; от които тези на Rh-Pt са най-известни. Също така, родий подобрява устойчивостта на тези сплави срещу високи температури.

Например, родиево-платинените сплави се използват като материал за направата на очила, които могат да оформят разтопено стъкло; при производството на термодвойки, способни да измерват високи температури (повече от 1000 ºC); тигели, втулки за почистване на фибростъкло, намотки на индукционни пещи, двигатели на самолети, турбини, свещи и др.

Катализатори

Каталитичен преобразувател на автомобил. Източник: Балиста

Родий може да катализира реакциите като чист метал или координиран с органични лиганди (органородии). Видът на катализатора зависи от конкретната реакция, която трябва да се ускори, както и от други фактори.

Например, в своята метална форма той може да катализира редукцията на азотни оксиди, NO _x, до околните газове кислород и азот:

2 NO _x → x O ₂ + N ₂

Тази реакция се проявява постоянно ежедневно: в каталитичните конвертори на превозни средства и мотоциклети. Благодарение на това намаление, NO _x газовете не замърсяват градовете в по-лоша степен. За тази цел са използвани мезопорни наночастици родий, които допълнително подобряват разграждането на NO _x газове.

Съединението, известен като катализатор на Wilkinson, се използва за Хидрира (добавете Н ₂) и hydroformylate (ADD СО и Н ₂) алкени да образуват алкани и алдехиди, съответно.

Родиевите катализатори се използват за кратко за хидрогениране, карбонилат (добавяне на СО) и хидроформатилат. Резултатът е, че много продукти зависят от тях, какъвто е случаят с ментола, основно химично съединение в дъвката; в допълнение към азотната киселина, циклохексан, оцетна киселина, органосилиций, наред с други.

Рискове

Родий, бидейки благороден метал, дори да проникне в тялото ни, неговите Rh атоми не биха могли да бъдат метаболизирани (доколкото знае). Следователно те не представляват риск за здравето; Освен ако няма твърде много Rh атоми, разпръснати във въздуха, което може да се натрупа в белите дробове и костите.

В действителност, в процесите на покритие на родий върху бижута или сребърни бижута бижутери са изложени на тези „пухчета“ от атоми; причина, поради която са страдали от дискомфорт в дихателната си система. По отношение на риска от неговото фино разделено твърдо вещество, той дори не е запалим; освен при изгаряне в присъствие на OF ₂.

Родиевите съединения са класифицирани като токсични и канцерогенни, чиито цветове оцветяват дълбоко кожата. Ето още една ясна разлика в това как свойствата на металния катион варират в сравнение с метала от него.

И накрая, по екологични въпроси, оскъдното изобилие от родий и липсата на асимилация от растенията го превръща в безобиден елемент в случай на разливи или отпадъци; стига да е метален родий.

Препратки

1. Lars Öhrström. (12 ноември 2008 г.). Родий. Химия в своя елемент. Възстановено от: chemistryworld.com
2. Wikipedia. (2019). Родий. Възстановено от: en.wikipedia.org
3. Национален център за информация за биотехнологиите. (2019). Родий. PubChem база данни. CID = 23948. Възстановени от: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. С. Бейл. (1958). Структурата на Родий. Johnson Matthey Research Laboratories. Platinum Metals Rev., (2), 21, 61-63
5. Jiang, B. et al. (2017). Мезопорни метални родиеви наночастици. Nat. Commun. 8, 15581 doi: 10.1038 / ncomms15581
6. Хелацията. (27 юни 2018 г.). Излагане на родий. Възстановена от: chelationcommunity.com
7. Бел Теренс. (25 юни 2019 г.). Родий, рядък платинен метал метал и неговите приложения. Възстановени от: thebalance.com
8. Стенли Е. Ливингстън. (1973). Химията на рутений, родий, паладий, осмий, иридий и платина. SE Ливингстън. Pergamon Press.
9. Токио Технологичен институт. (21 юни 2017 г.). Родиев базиран катализатор за получаване на органосилиций с по-малко благороден метал. Възстановено от: phys.org
10. Пилгард Майкъл. (10 май 2017 г.). Родий: химични реакции. Възстановени от: pilgaardelements.com
11. Д-р Дъг Стюарт. (2019). Факти на родиевия елемент. Възстановено от: chemicool.com