RODIJ: ZGODOVINA, LASTNOSTI, STRUKTURA, UPORABE, TVEGANJA - KEMIJA - 2025

Rodija je prehodna kovina, ki spada v skupino paladija in S kemijski simbol je Rh. Je plemenita, inertna v normalnih pogojih, medtem ko je redka in draga, saj je druga najmanj obilna kovina v zemeljski skorji. Prav tako ni mineralov, ki bi predstavljali donosno metodo pridobivanja te kovine.

Čeprav je po videzu značilna srebrno bela kovina, ima večina njenih spojin skupno rdečkasto obarvanost, poleg tega, da se na njihovih raztopinah pojavljajo rožnati toni. Zato so tej kovini dali ime 'rodon', kar je grško za roza.

Kovinski rodijev biser. Vir: Hi-Res slike kemičnih elementov

Vendar so njegove zlitine srebro, pa tudi drage, saj se mešajo s platino, paladijem in iridijem. Zaradi visokega žlahtnega značaja je kovina skoraj odporna na oksidacijo, pa tudi popolnoma odporna na napad močnih kislin in baz; zato njihovi premazi pomagajo zaščititi kovinske predmete, kot je nakit.

Rodij lahko poleg svoje okrasne zaščite zaščiti tudi orodja, ki se uporabljajo pri visokih temperaturah in v električnih napravah.

V javnosti je najbolj znan, ker pomaga razgraditi strupene avtomobilske pline (NO _x ) znotraj katalitičnih pretvornikov. Prav tako katalizira proizvodnjo organskih spojin, kot sta mentol in ocetna kislina.

Zanimivo je, da v naravi obstaja le kot izotop ¹⁰³ Rh, njegove spojine pa je zaradi žlahtnega značaja enostavno reducirati na kovino. Od vseh oksidacijskih številk je najbolj stabilna in obilna +3 (Rh ³⁺ ), ki ji sledi +1 in ob prisotnosti fluora +6 (Rh ⁶⁺ ).

V svojem kovinskem stanju je za naše zdravje neškodljiv, razen če vdihnemo njegove delce, razpršene v zraku. Vendar se njegove barvne spojine ali soli štejejo za rakotvorne snovi, poleg tega, da so močno pritrjene na kožo.

Zgodovina

Odkritje rodija je spremljalo tudi paladij, obe kovini je odkril isti znanstvenik: angleški kemik William H. Wollaston, ki je do leta 1803 preiskal mineral iz platine, menda iz Perua.

Od francoskega kemika Hippolyte-Victor Collet-Descotils sem vedel, da so v platinastih mineralih rdečkaste soli, katerih barva je verjetno posledica neznanega kovinskega elementa. Torej je Wollaston svojo platinsko rudo prebavil v aqua regia, nato pa nevtraliziral kislost nastale zmesi z NaOH.

Iz te mešanice je Wollaston moral ločiti kovinske spojine s pomočjo padavinskih reakcij; Platino je ločil kot (NH ₄ ) ₂ , po dodajanju NH ₄ Cl, in druge kovine je zmanjšal s kovinskim cinkom. Te spužvaste kovine je skušal raztopiti s HNO ₃ , pri čemer je pustil dve kovini in dva nova kemična elementa: paladij in rodij.

Ko pa je dodal aqua regia, je opazil, da se kovina komaj raztaplja, hkrati pa tvori rdečo oborino z NaCl: Na ₃ nH ₂ O. Od tod tudi njeno ime: rdeča barva spojin, označena z Grška beseda 'rodon'.

Ponovno smo to sol zmanjšali s kovinskim cinkom in tako dobili gobast rodij. In od takrat so se tehnike pridobivanja izboljšale, prav tako povpraševanje in tehnološke aplikacije, končno pa so se pojavili bleščeči kosi rodija.

Lastnosti

Fizični videz

Trda, srebrno bela kovina, pri sobni temperaturi skoraj brez oksidne plasti. Vendar ne gre za zelo kovinsko kovino, kar pomeni, da se bo, ko jo udarite, počilo.

Molarna masa

102.905 g / mol

Tališče

1964 ° C. Ta vrednost je višja od vrednosti kobalta (1495 ºC), kar odraža povečanje trdnosti najmočnejše kovinske vezi, ko se spušča skozi skupino.

Tališče

3695 ° C. Je ena izmed kovin z najvišjimi tališči.

Gostota

-12,41 g / ml pri sobni temperaturi

-10,7 g / ml pri taljenju, torej ravno takrat, ko se topi oz

Vročina fuzije

26,59 kJ / mol

Toplota izparevanja

493 kJ / mol

Molarna toplotna zmogljivost

24,98 J / (mol K)

Elektronegativnost

2,28 po Paulingovi lestvici

Ionizacijske energije

-Prvi: 719,7 kJ / mol (Rh ⁺ plinasti)

-Sekunda: 1740 kJ / mol (Rh ²⁺ plinasti)

-Tretje: 2997 kJ / mol (Rh ³⁺ plinasti)

Toplotna prevodnost

150 W / (m K)

Električni upor

43,3 nΩm pri 0 ° C

Mohsova trdota

6

Magnetni red

Paramagnetno

Kemijske reakcije

Rodij, čeprav je plemenita kovina, še ne pomeni, da je inerten element. V normalnih pogojih komaj rjavi; ko pa se segreje nad 600 ° C, njegova površina začne reagirati s kisikom:

Rh (s) + O ₂ (g) → Rh ₂ O ₃ (s)

Rezultat tega je, da kovina izgubi značilen srebrn lesk.

Prav tako lahko reagira s plinom fluora:

Rh (s) + F ₂ (g) → RhF ₆ (s)

RhF ₆ je črne barve. Če se segreje, se lahko pretvori v RhF ₅ in sprosti fluorid v okolje. Kadar reakcijo fluoriranja izvajamo v suhih pogojih, je tvorba RhF ₃ (rdeča trdna snov) ugodnejša kot pri RhF ₆ . Drugi halidi: RhCl ₃ , RhBr ₃ in RHI ₃ tvorjena na podoben način.

Morda najbolj preseneča kovinski rodij njegova izjemna odpornost proti napadom jedkih snovi: močne kisline in močne baze. Aqua regia, koncentrirana mešanica klorovodikove in dušikove kisline, HCl-HNO ₃ , se lahko raztopi s težavo, kar ima za posledico rožnato raztopino.

Staljene soli, kot je KHSO ₄ , so učinkovitejše pri raztapljanju, saj vodijo do nastanka vodotopnih rodijevih kompleksov.

Struktura in elektronska konfiguracija

Atomi rodija kristalizirajo v obrazno kubični strukturi, fcc. Rh atomi ostajajo združeni zaradi svoje kovinske vezi, sile, ki je na makro lestvici odgovorna za merljive fizične lastnosti kovine. V tej vezi posegajo valenčni elektroni, ki so podani v skladu z elektronsko konfiguracijo:

4d ⁸ 5s ¹

Gre torej za anomalijo ali izjemo, saj naj bi bilo v njeni orbiti 5s dva elektrona, v 4d orbitali pa sedem (v Moellerjevem diagramu) sedem.

Obstaja devet valenčnih elektronov, ki skupaj z atomskimi polmeri definirajo fcc kristal; strukturo, ki se zdi zelo stabilna, saj je malo informacij o drugih možnih alotropnih oblikah pod različnimi pritiski ali temperaturami.

Ti Rh-atomi, natančneje njihova kristalna zrna, lahko medsebojno delujejo tako, da ustvarijo nanodelce z različnimi morfologijami.

Ko ti Rh nanodelci zrastejo na predlogi (na primer polimerni agregat), pridobijo oblike in dimenzije njene površine; zato so bile mezoporozne rodijeve kroglice zasnovane tako, da izpodrivajo kovino v določenih katalitičnih aplikacijah (ki pospešujejo kemične reakcije, ne da bi se pri tem porabile).

Oksidacijske številke

Ker je devet valenčnih elektronov, je normalno domnevati, da lahko rodij "izgubi vse" v svojih interakcijah znotraj spojine; torej ob predpostavki, da obstaja kation Rh ⁹⁺ z oksidacijsko številko ali stanjem 9+ ali (IX).

Pozitivne in najdene oksidacijske številke rodija v njegovih spojinah so od +1 (Rh ⁺ ) do +6 (Rh ⁶⁺ ). Od vseh sta najpogostejši +1 in +3, skupaj z +2 in 0 (kovinski rodij, Rh ⁰ ).

Na primer, v Rh ₂ O ₃ je oksidacijsko število rodija +3, saj če domnevamo, da obstaja Rh ³⁺ in 100% ionski značaj, bo vsota nabojev enaka nič (Rh ₂ ³⁺ Ali ₃ ^2- ).

Drug primer predstavlja RhF ₆ , v katerem je zdaj njegova oksidacijska številka +6. Spet bo le celotni naboj spojine ostane nevtralna, če je obstoj Rh ⁶⁺ (Rh ⁶⁺ F ₆ ^- ) Predpostavlja .

Bolj ko je elektronegativen atom, s katerim rodij deluje, večja je njegova nagnjenost k večjemu številu pozitivnih oksidacijskih števil; tak primer je RhF ₆ .

V primeru Rh ⁰ ustreza njegovim atomom kristalnega fcc, usklajenega z nevtralnimi molekulami; na primer CO, Rh ₄ (CO) ₁₂ .

Kako se rodij pridobi?

Pomanjkljivosti

Za razliko od drugih kovin ni na voljo minerala, ki bi bil dovolj bogat z rodijem, da bi ga bilo mogoče pridobiti iz njega. Zato gre za stranski proizvod industrijske proizvodnje drugih kovin; posebej plemeniti ali njihovi sorodniki (elementi platinske skupine) in nikelj.

Večina mineralov, ki se uporabljajo kot surovine, prihaja iz Južne Afrike, Kanade in Rusije.

Postopek proizvodnje je zapleten, ker rodil, čeprav je inerten, najdemo v družbi drugih plemenitih kovin, poleg tega, da ima nečistoče, ki jih je težko odstraniti. Zato je treba izvesti več kemičnih reakcij, da se ločijo od začetne mineraloške matrice.

Proces

Njena nizka kemijska reaktivnost ohranja nespremenjeno med pridobivanjem prvih kovin; dokler ne ostanejo samo plemiči (zlato med njimi). Nato se plemenite kovine obdelajo in topijo v prisotnosti soli, kot je NaHSO ₄ , da jih dobimo v tekoči mešanici sulfatov; v tem primeru Rh ₂ (SO ₄ ) ₃ .

Temu zmesu sulfatov, iz katerih vsaka kovina obarva ločeno z različnimi kemijskimi reakcijami, dodamo NaOH, da nastane rodijev hidroksid, Rh (OH) _x .

RH (OH) _x ponovno raztopimo z dodatkom HCl, da se tvori H ₃ RhCl ₆ , ki je še raztopljen in kaže roza barve. Nato H ₃ RhCl ₆ reagira z NH ₄ Cl in NaNO ₂ , da se obori kot (NH ₄ ) ₃ .

Ponovno se nova trdna snov ponovno raztopi v več HCl in medij segreva, dokler se goba kovinskega rodija ne obori, medtem ko se nečistoče zgorejo.

Prijave

Premazi

Majhen, srebrn, rodiran kontrabas. Vir: Mauro Cateb (https://www.flickr.com/photos/mauroescritor/8463024136)

Njen plemeniti značaj se uporablja za pokrivanje kovinskih kosov s prevleko istega. Na ta način so srebrni predmeti prevlečeni z rodijem, da ga zaščitijo pred oksidacijo in potemnitvijo (tvori črno plast AgO in Ag ₂ S), pa tudi postanejo bolj odsevni (sijoči).

Takšni premazi se uporabljajo v nakitnih oblačilih, reflektorjih, optičnih instrumentih, električnih stikih in rentgenskih filtrih v diagnostiki raka dojke.

Zlitine

To ni samo plemenita kovina, ampak tudi trda. K tej trdoti lahko prispevajo zlitine, ki jih sestavljajo, zlasti ko gre za paladij, platino in iridij; od tega so najbolj znani tisti iz Rh-Pt. Prav tako rodij izboljša odpornost teh zlitin na visoke temperature.

Na primer, rodij-platine zlitine se uporabljajo kot material za izdelavo kozarcev, ki lahko oblikujejo staljeno steklo; pri proizvodnji termoparalov, ki lahko merijo visoke temperature (več kot 1000 ºC); lončki, puše za čiščenje steklenih vlaken, tuljave indukcijske peči, letalske turbinske motorje, svečke itd.

Katalizatorji

Katalizator avtomobila. Vir: Ballista

Rodij lahko katalizira reakcije kot čista kovina ali usklajena z organskimi ligandi (organorodiji). Vrsta katalizatorja je odvisna od specifične reakcije, ki jo je treba pospešiti, pa tudi od drugih dejavnikov.

Na primer, v svoji kovinski obliki lahko katalizira redukcijo dušikovih oksidov, NO _x , v zunanje pline kisik in dušik:

2 NE _x → x O ₂ + N ₂

Ta reakcija se pojavlja nenehno vsakodnevno: v katalitičnih pretvornikih vozil in motociklov. Zahvaljujoč temu zmanjšanju plini NO _x ne onesnažujejo mest v nižji meri. V ta namen so bili uporabljeni mezoporozni nanodelci rodija, ki še izboljšajo razgradnjo plinov NO _x .

Spojina, ki je znana kot katalizator Wilkinson, ki se uporablja za hidrogeniranje (dodajanje H ₂ ) in hidroformiliranje (dodajanje CO in H ₂ ) alkenov, da se tvori alkanov in aldehidov oz.

Rodijevi katalizatorji se na kratko uporabljajo za hidrogeniranje, karbonilat (dodajanje CO) in hidroformilat. Rezultat tega je, da je veliko izdelkov odvisnih od njih, kot je to primer z mentolom, esencialno kemično spojino v žvečilnem gumiju; poleg dušikove kisline, med drugimi tudi cikloheksan, ocetna kislina, organosilicij.

Tveganja

Rodij, ki je plemenita kovina, četudi je prodrl v naše telo, svojih Rh atomov (kolikor ve) ne more metabolizirati. Zato ne predstavljajo nobenega tveganja za zdravje; Razen če je v zraku razpršenih preveč Rh atomov, ki bi se lahko na koncu kopičili v pljučih in kosteh.

Pravzaprav so v procesih rodijnega nakita na draguljarjih ali srebrnih draguljarjih dragulji izpostavljeni tem "puhom" atomov; razlog, zaradi katerega so imeli nelagodje v svojem dihalnem sistemu. Kar zadeva tveganje njene fino razdeljene trdne snovi, ta sploh ni vnetljiva; razen pri gorenju v prisotnosti OF ₂ .

Rodijeve spojine so razvrščene kot strupene in rakotvorne, katerih barve kožo močno obarvajo. Tu je še ena jasna razlika v tem, kako se lastnosti kovinskega kationa razlikujejo v primerjavi s kovino iz njega.

In končno, v ekoloških vprašanjih zaradi pomanjkanja rodija in pomanjkanja asimilacije rastlin postane neškodljiv element v primeru razlitja ali odpadkov; dokler je kovinski rodij.

Reference

1. Lars Öhrström. (12. november 2008). Rodij. Kemija v njenem elementu. Pridobljeno: chemistryworld.com
2. Wikipedija. (2019). Rodij. Pridobljeno: en.wikipedia.org
3. Nacionalni center za informacije o biotehnologiji. (2019). Rodij. Baza podatkov PubChem. CID = 23948. Pridobljeno: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. S. Bale. (1958). Struktura rodija. Johnson Matthey Research Laboratories. Platinum Metals Rev., (2), 21, 61-63
5. Jiang, B. et al. (2017). Mezoporni kovinski nanodelci rodija. Nat Commun. 8, 15581 doi: 10.1038 / ncomms15581
6. Kelacija. (27. junij 2018). Izpostavljenost rodiju. Pridobljeno: chelationcommunity.com
7. Bell Terence. (25. junij 2019). Rhodium, redka kovina iz platinske skupine in njene uporabe. Pridobljeno od: thebalance.com
8. Stanley E. Livingstone. (1973). Kemija rutenija, rodija, paladija, osmija, iridija in platine. SE Livingstone. Pergamon Press.
9. Tokijski tehnološki inštitut. (21. junij 2017). Rodijev katalizator za izdelavo organosilikona z manj plemenitimi kovinami. Pridobljeno: phys.org
10. Pilgaard Michael. (10. maj 2017). Rodij: kemične reakcije. Pridobljeno: pilgaardelements.com
11. Dr. Doug Stewart. (2019). Dejstva o elementu Rodij. Pridobljeno: chemicool.com