RODIJS: VĒSTURE, ĪPAŠĪBAS, STRUKTŪRA, LIETOJUMI, RISKI - ĶĪMIJA - 2025

Rodijs ir pārejas metāls, kas pieder grupai, palādija un, kura ķīmiskā simbols ir Rh. Tas ir cēls, inerts normālos apstākļos, lai gan tas ir reti un dārgs, jo tas ir otrais vismazāk bagātīgais metāls zemes garozā. Nav arī tādu minerālu, kas raksturotu rentablu šī metāla iegūšanas metodi.

Lai arī tā izskats ir tipiska sudrabaini balta metāla izskats, lielākajai daļai tā savienojumu ir raksturīga sarkanīga krāsa, papildus tam, ka to risinājumiem ir sārti toņi. Tāpēc šim metālam tika piešķirts nosaukums “rodons”, kas grieķu valodā nozīmē rozā.

Metāliska rodija pērle. Avots: Ķīmisko elementu Hi-Res attēli

Tomēr tā sakausējumi ir sudraba, kā arī dārgi, jo tas ir sajaukts ar platīnu, pallādiju un iridiju. Tā augsto cēlo īpašību dēļ tas ir metāls, kas ir gandrīz imūns pret oksidāciju, kā arī pilnīgi izturīgs pret spēcīgu skābju un bāzu iedarbību; tāpēc to pārklājumi palīdz aizsargāt metāla priekšmetus, piemēram, rotaslietas.

Papildus tam, ka to izmanto dekoratīvi, rodijs var arī aizsargāt instrumentus, ko izmanto augstā temperatūrā un elektriskās ierīcēs.

Vispopulārāk ir zināms, ka tas palīdz sadalīt toksiskās automašīnu gāzes (NO _x ) katalītiskajos pārveidotājos. Tas arī katalizē organisko savienojumu, piemēram, mentola un etiķskābes, ražošanu.

Interesanti, ka dabā tas pastāv tikai kā ¹⁰³ Rh izotops , un tā savienojumus tā cēlā rakstura dēļ ir viegli reducēt līdz metālam. No visiem tā oksidācijas skaitļiem stabilākais un bagātīgākais ir +3 (Rh ³⁺ ), kam seko +1 un fluora klātbūtnē +6 (Rh ⁶⁺ ).

Metāliskajā stāvoklī tas ir nekaitīgs mūsu veselībai, ja vien gaisā izkliedētās daļiņas netiek ieelpotas. Tomēr tā krāsainos savienojumus vai sāļus uzskata arī par kancerogēniem, turklāt tie ir stingri piesaistīti ādai.

Vēsture

Rodija atklāšanai bija pievienots arī pallādijs - abus metālus atklāja viens un tas pats zinātnieks: angļu ķīmiķis Viljams H. Voltastons, kurš līdz 1803. gadam izmeklēja platīna minerālu, domājams, no Peru.

No franču ķīmiķa Hippolyte-Victor Collet-Descotils es zināju, ka platīna minerālos ir sarkanīgi sāļi, kuru krāsu, iespējams, izraisīja nezināms metālisks elements. Tātad Voltastons sagruva savu platīna rūdu akvareģijā, pēc tam iegūtā maisījuma neitralizēja ar NaOH.

No šī maisījuma Wollaston, izmantojot nokrišņu reakciju, bija atdalījis metāliskos savienojumus; Viņš atdalītas Platinum, kā (NH ₄ ) ₂ , pēc tam pievienojot NH ₄ Cl, un citi metāli viņš samazināts ar metālisko cinku. Viņš mēģināja izšķīdināt šos porainos metālus ar HNO ₃ , atstājot divus metālus un divus jaunus ķīmiskos elementus: pallādiju un rodiju.

Tomēr, kad viņš pievienoja aqua regia, viņš pamanīja, ka metāls ir gandrīz izšķīdis, tajā pašā laikā veidojot sarkanas nogulsnes ar NaCl: Na ₃ nH ₂ O. Tieši no tā cēlies tā nosaukums: tā savienojumu sarkanā krāsa, kas apzīmēta ar Grieķu vārds “rodons”.

Šis sāls atkal tika reducēts ar metālisku cinku, tādējādi iegūstot porainu rodiju. Kopš tā laika uzlabojās iegūšanas paņēmieni, tāpat kā pieprasījums un tehnoloģiskie pielietojumi, beidzot parādoties spīdīgi rodija gabali.

Īpašības

Ārējais izskats

Ciets, sudrabaini balts metāls, kura istabas temperatūrā praktiski nav oksīda slāņa. Tomēr tas nav ļoti kaļams metāls, kas nozīmē, ka, atsitoties pret to, tas saplaisās.

Molārā masa

102,905 g / mol

Kušanas punkts

1964 ° C. Šī vērtība ir augstāka nekā kobaltam (1495 ºC), kas atspoguļo spēcīgākās metāliskās saites stiprības palielināšanos, kad tā nolaižas caur grupu.

Kušanas punkts

3695 ° C. Tas ir viens no metāliem ar visaugstākajām kušanas temperatūrām.

Blīvums

-12,41 g / ml istabas temperatūrā

-10,7 g / ml kušanas temperatūrā, tas ir, tieši tad, kad tas kūst vai kūst

Saplūšanas karstums

26,59 kJ / mol

Iztvaikošanas siltums

493 kJ / mol

Molārā siltuma jauda

24,98 J / (mol K)

Elektronegativitāte

2,28 pēc Pālinga skalas

Jonizācijas enerģijas

-Pirmkārt: 719,7 kJ / mol (Rh ⁺ gāzveida)

-Otrais: 1740 kJ / mol (Rh ²⁺ gāzveida)

- trešais: 2997 kJ / mol (Rh ³⁺ gāzveida)

Siltumvadītspēja

150 W / (m K)

Elektriskā pretestība

43,3 nΩm pie 0 ° C

Mosa cietība

6

Magnētiskā kārtība

Paramagnētiska

Ķīmiskās reakcijas

Lai arī rodijs ir cēlmetāls, tas nenozīmē, ka tas ir inerts elements. Normālos apstākļos tas gandrīz nerūsē; bet, kad tas tiek uzkarsēts virs 600 ºC, tā virsma sāk reaģēt ar skābekli:

Rh (s) + O ₂ (g) → Rh ₂ O ₃ (s)

Rezultātā metāls zaudē raksturīgo sudraba spīdumu.

Tas var reaģēt arī ar fluora gāzi:

Rh (s) + F ₂ (g) → RhF ₆ (s)

RhF ₆ ir melnā krāsā. Ja tas tiek uzkarsēts, tas var pārveidoties par RhF ₅ , izdalot vidē fluoru. Ja fluorēšanas reakcija tiek veikta sausos apstākļos, priekšroka dodama RhF ₃ (sarkanas cietas vielas) veidošanai, nevis RhF ₆ . Pārējie halogenīdi: RhCl ₃ , RhBr ₃ un RhI ₃ veidojas līdzīgi.

Varbūt visvairāk pārsteidzošā lieta par metālisko rodiju ir tā ārkārtējā izturība pret korozīvu vielu iedarbību: spēcīgas skābes un bāzes. Aqua regia, koncentrēts sālsskābes un slāpekļskābju, HCl-HNO ₃ , maisījums var grūti izšķīst, iegūstot sārtīgu šķīdumu.

Kausēti sāļi, piemēram, KHSO ₄ , daudz efektīvāk to izšķīdina, jo tie noved pie ūdenī šķīstošu rodija kompleksu veidošanās.

Struktūra un elektroniskā konfigurācija

Rodija atomi izkristalizējas uz seju vērstajā kubiskajā struktūrā, fcc. Rh atomi paliek vienoti, pateicoties to metāliskajai saitei, kas ir spēks, kas makro mērogā ir atbildīgs par metāla izmērāmām fizikālajām īpašībām. Šajā saitē iejaucas valences elektroni, kas doti atbilstoši elektroniskajai konfigurācijai:

4d ⁸ 5s ¹

Tādējādi tā ir anomālija vai izņēmums, jo sagaidāms, ka tās 5s orbitālē būs divi elektroni un 4d orbitālē septiņi (ievērojot Moellera diagrammu).

Pavisam ir deviņi valences elektroni, kas kopā ar atomu rādiusiem nosaka fcc kristālu; struktūra, kas, šķiet, ir ļoti stabila, jo ir maz informācijas par citām iespējamām alotropām formām dažādos spiedienos vai temperatūrās.

Šie Rh atomi vai drīzāk to kristāliskie graudi var mijiedarboties tā, lai veidotu nanodaļiņas ar atšķirīgu morfoloģiju.

Kad šīs Rh nanodaļiņas aug uz veidnes (piemēram, polimēru agregāta), tās iegūst tās virsmas formas un izmērus; tādējādi mezoporas rodija sfēras ir izstrādātas, lai aizvietotu metālu noteiktos katalītiskos pielietojumos (kas paātrina ķīmiskās reakcijas, pat neizmantojot procesu).

Oksidācijas skaitļi

Tā kā ir deviņi valences elektroni, ir normāli uzskatīt, ka rodijs savās mijiedarbībās savienojumā var “zaudēt visus”; tas ir, pieņemot, ka pastāv Rh ⁹⁺ katjons , ar oksidācijas numuru vai stāvokli 9+ vai (IX).

Pozitīvie un atrastie rodija oksidācijas skaitļi tā savienojumos svārstās no +1 (Rh ⁺ ) līdz +6 (Rh ⁶⁺ ). No visiem tiem visizplatītākie ir +1 un +3, kā arī +2 un 0 (metālisks rodijs, Rh ⁰ ).

Piemēram, Rh ₂ O ₃ rodija oksidācijas skaits ir +3, jo, ja jūs pieņemat Rh ³⁺ un 100% jonu raksturu, lādiņu summa būs vienāda ar nulli (Rh ₂ ³⁺ Vai ₃ ² ).

Citu piemēru attēlo RhF ₆ , kurā tagad tā oksidācijas skaitlis ir +6. Atkal tikai savienojuma kopējā maksa paliks neitrāla, ja tiek pieņemts, ka Rh ⁶⁺ (Rh ⁶⁺ F ₆ ^- ) pastāv .

Jo elektronegatīvāks ir atoms, ar kuru rodijs mijiedarbojas, jo lielāka ir tā tendence uzrādīt vairāk pozitīvu oksidācijas skaitļu; tāds ir RhF ₆ gadījums .

Rh ⁰ gadījumā tas atbilst tā kristāla fcc atomiem, kas koordinēti ar neitrālām molekulām; piemēram, CO, Rh ₄ (CO) ₁₂ .

Kā iegūst rodiju?

Trūkumi

Atšķirībā no citiem metāliem, nav pieejams minerāls, kas būtu pietiekami bagāts ar rodiju, lai būtu ekonomiski izdevīgs no tā iegūt. Tāpēc tas drīzāk ir citu metālu rūpnieciskās ražošanas sekundārais produkts; īpaši cēlie vai viņu radniecīgie (platīna grupas elementi) un niķelis.

Lielākā daļa minerālu, ko izmanto kā izejvielas, nāk no Dienvidāfrikas, Kanādas un Krievijas.

Ražošanas process ir sarežģīts, jo, lai arī rodijs ir inerts, rodijs ir atrodams arī citu cēlmetālu uzņēmumā, turklāt tam ir grūti atdalāmi piemaisījumi. Tāpēc, lai to atdalītu no sākotnējās mineraloģiskās matricas, ir jāveic vairākas ķīmiskās reakcijas.

Process

Tā zemā ķīmiskā reaktivitāte nemaina to, kamēr tiek iegūti pirmie metāli; kamēr paliek tikai muižnieki (zelts viņu vidū). Pēc tam šos cēlmetālus apstrādā un izkausē sāļu, piemēram, NaHSO ₄ , klātbūtnē , lai tie būtu šķidrā sulfātu maisījumā; šajā gadījumā Rh ₂ (SO ₄ ) ₃ .

Šim sulfātu maisījumam, no kura katrs metāls tiek izgulsnēts atsevišķi dažādās ķīmiskās reakcijās, pievieno NaOH, lai _veidotos rodija hidroksīds, Rh (OH) _x .

Rh (OH) _x ir no jauna izšķīdina, pievienojot HCl, lai veidotu H ₃ RhCl ₆ , kas joprojām izšķīdināts un rāda rozā krāsā. Tad H ₃ RhCl ₆ reaģē ar NH ₄ Cl un NaNO ₂ līdz nogulsnes kā (NH ₄ ) ₃ .

Atkal jauno cietvielu atkārtoti izšķīdina vairāk HCl un barotni karsē, līdz izdalās metāliska rodija sūklis, kamēr piemaisījumi tiek sadedzināti.

Lietojumprogrammas

Pārklājumi

Mazs, sudrabots, rodijs pārklāts kontrabass. Avots: Mauro Cateb (https://www.flickr.com/photos/mauroescritor/8463024136)

Tā cēls raksturs tiek izmantots metālisku gabalu pārklāšanai ar tāda paša pārklājuma pārklājumu. Tādā veidā sudraba priekšmeti tiek pārklāti ar rodiju, lai pasargātu to no oksidēšanās un tumšošanās (veidojot AgO un Ag ₂ S melno slāni ), kā arī kļūst atstarojošāki (spīdīgāki).

Šādi pārklājumi tiek izmantoti rotaslietu apģērbā, reflektoros, optiskajos instrumentos, elektriskajos kontaktos un rentgena filtros krūts vēža diagnostikā.

Sakausējumi

Tas ir ne tikai cēlmetāls, bet arī cietais. Šo cietību var palielināt sakausējumi, no kuriem tas sastāv, it īpaši, ja runa ir par pallādiju, platīnu un iridiju; no kuriem vislabāk zināmi ir Rh-Pt produkti. Arī rodijs uzlabo šo sakausējumu izturību pret augstām temperatūrām.

Piemēram, rodija-platīna sakausējumus izmanto kā materiālu brilles izgatavošanai, kas var veidot izkausētu stiklu; termopāru ražošanā, kas spēj izmērīt augstu temperatūru (vairāk nekā 1000 ºC); tīģeļi, bukses stikla šķiedras tīrīšanai, indukcijas krāsns spoles, lidmašīnu turbīnu dzinēji, aizdedzes sveces utt.

Katalizatori

Automašīnas katalītiskais neitralizators. Avots: Ballista

Rodijs var katalizēt reakcijas vai nu kā tīrs metāls, vai arī saskaņots ar organiskiem ligandiem (organorodijiem). Katalizatora tips ir atkarīgs no konkrētās paātrinātās reakcijas, kā arī no citiem faktoriem.

Piemēram, metāliskā formā tas var katalizēt slāpekļa oksīdu, NO _x , reducēšanu apkārtējās vides skābekļa un slāpekļa gāzēs:

2 NO _x → x O ₂ + N ₂

Šī reakcija notiek pastāvīgi katru dienu: transportlīdzekļu un motociklu katalītiskajos pārveidotājos. Pateicoties šim samazinājumam, NO _x gāzes nepiesārņo pilsētas sliktāk. Šim nolūkam ir izmantotas mezoporas rodija nanodaļiņas, kas vēl vairāk uzlabo NO _x gāzu sadalīšanos .

Savienojums, kas pazīstams kā Wilkinson katalizatoru, tiek izmantota, lai hidrogenētu (pievienot H ₂ ) un hydroformylate (pievienot CO un H ₂ ) alkēnus, lai veidotu alkāniem un aldehīdu, attiecīgi.

Rodija katalizatorus īsi izmanto, lai hidrogenētu, karbonilētu (pievienotu CO) un hidroformilētu. Rezultātā daudzi produkti ir atkarīgi no tiem, tāpat kā mentols - būtisks ķīmiskais savienojums košļājamā gumijā; papildus slāpekļskābei, cita starpā, cikloheksānam, etiķskābei, silīcija organiskajam savienojumam.

Riski

Rodijs, kas ir cēlmetāls, pat ja tas nokļūst mūsu ķermenī, tā Rh atomus nevarēja metabolizēt (ciktāl tas zina). Tāpēc tie nerada nekādu risku veselībai; Ja vien gaisā nav izkliedēts pārāk daudz Rh atomu, kas varētu uzkrāties plaušās un kaulos.

Faktiski rodija pārklāšanas procesos uz juvelierizstrādājumiem vai sudraba juvelierizstrādājumiem juvelieri tiek pakļauti šiem atomu “uzpūkumiem”; iemesls, kā dēļ viņi ir cietuši no diskomforta elpošanas sistēmā. Runājot par smalki sadalīta cietā materiāla risku, tas nav pat viegli uzliesmojošs; izņemot dedzināšanu OF ₂ klātbūtnē .

Rodija savienojumus klasificē kā toksiskus un kancerogēnus, kuru krāsas dziļi iekrāso ādu. Šeit ir vēl viena skaidra atšķirība starp to, kā atšķiras metāla katjona īpašības salīdzinājumā ar metālu no tā.

Visbeidzot, ekoloģiskos jautājumos neliels rodija pārpilnība un tā nepietiekama asimilācija augos padara to par nekaitīgu elementu noplūdes vai atkritumu gadījumā; kamēr tas ir metālisks rodijs.

Atsauces

1. Larss Öhrstrēms. (2008. gada 12. novembris). Rodijs. Ķīmija savā elementā. Atgūts no: chemistryworld.com
2. Wikipedia. (2019. gads). Rodijs. Atgūts no: en.wikipedia.org
3. Nacionālais biotehnoloģijas informācijas centrs. (2019. gads). Rodijs. PubChem datu bāze. CID = 23948. Atgūts no: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. S. Bāle. (1958). Rodija uzbūve. Džonsona Metjū pētījumu laboratorijas. Platinum Metals Rev., (2), 21, 61-63
5. Dzjana, B. et al. (2017). Mezoporas metāla rodija nanodaļiņas. Nat. Komun. 8, 15581 doi: 10.1038 / ncomms15581
6. Helāti. (2018. gada 27. jūnijs). Rodija iedarbība. Atgūts no: chelationcommunity.com
7. Bells Terence. (2019. gada 25. jūnijs). Rodijs, reti sastopams platīna grupas metāls, un tā pielietojumi. Atgūts no: thebalance.com
8. Stenlijs E. Livingstons. (1973). Rutēnija, rodija, pallādija, osmija, irīdija un platīna ķīmija. SE Livingstone. Pergamon Press.
9. Tokijas Tehnoloģiju institūts. (2017. gada 21. jūnijs). Uz rodija balstīts katalizators silīcija organiskā savienojuma iegūšanai, izmantojot mazāk dārgmetālus. Atgūts no: phys.org
10. Pilgaards Mihaels. (2017. gada 10. maijs). Rodijs: ķīmiskās reakcijas. Atgūts no: pilgaardelements.com
11. Dr Doug Stewart. (2019. gads). Rodija elementa fakti. Atgūts no: chemicool.com