Родий - Rhodium
 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Родий | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Произношение |
/ Г oʊ д я ə м / ( ROH -dee-əm ) |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Появление | серебристо-белый металлик | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Стандартный атомный вес A r, std (Rh) | 102,905 49 (2) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Родий в периодической таблице | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Атомный номер ( Z ) | 45 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Группа | группа 9 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Период | период 5 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Блокировать | d-блок | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Электронная конфигурация | [ Kr ] 4д 8 5с 1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Электронов на оболочку | 2, 8, 18, 16, 1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Физические свойства | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Фаза на СТП | твердый | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Температура плавления | 2237 К (1964 ° С, 3567 ° F) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Точка кипения | 3968 К (3695 ° С, 6683 ° F) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Плотность (около rt ) | 12,41 г / см 3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| в жидком состоянии (при т. пл. ) | 10,7 г / см 3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Теплота плавления | 26,59 кДж / моль | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Теплота испарения | 493 кДж / моль | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Молярная теплоемкость | 24,98 Дж / (моль · К) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Давление газа
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Атомные свойства | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Состояния окисления | −3, −1, 0, +1, +2, +3 , +4, +5, +6 ( амфотерный оксид) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Электроотрицательность | Шкала Полинга: 2,28 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Энергии ионизации | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Радиус атома | эмпирический: 134 пм | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Ковалентный радиус | 142 ± 19 часов | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Прочие свойства | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Естественное явление | изначальный | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Кристальная структура | гранецентрированной кубической (ГЦК) |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Скорость звука тонкого стержня | 4700 м / с (при 20 ° C) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Тепловое расширение | 8,2 мкм / (м⋅K) (при 25 ° C) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Теплопроводность | 150 Вт / (м⋅K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Удельное электрическое сопротивление | 43,3 нОм⋅м (при 0 ° C) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Магнитный заказ | парамагнитный | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Молярная магнитная восприимчивость | +111,0 × 10 −6 см 3 / моль (298 К) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Модуль для младших | 380 ГПа | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Модуль сдвига | 150 ГПа | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Объемный модуль | 275 ГПа | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| коэффициент Пуассона | 0,26 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Твердость по шкале Мооса | 6.0 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Твердость по Виккерсу | 1100–8000 МПа | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Твердость по Бринеллю | 980–1350 МПа | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Количество CAS | 7440-16-6 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| История | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Открытие и первая изоляция | Уильям Хайд Волластон (1804) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Основные изотопы родия | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Родий - химический элемент с символом Rh и атомным номером 45. Это чрезвычайно редкий, серебристо-белый, твердый, коррозионно-стойкий и химически инертный переходный металл . Это благородный металл, входящий в платиновую группу . Он имеет только один встречающийся в природе изотоп - 103 Rh. Встречающийся в природе родий обычно встречается в виде свободного металла, в виде сплава с аналогичными металлами и редко в виде химического соединения в таких минералах, как боуиит и родплумзит . Это один из самых редких и ценных драгоценных металлов .
Родий содержится в платиновых или никелевых рудах вместе с другими металлами платиновой группы . Он был обнаружен в 1803 году Уильямом Хайдом Волластоном в одной из таких руд и назван в честь розового цвета одного из содержащихся в нем соединений хлора .
Основное применение элемента (примерно 80% мирового производства родия) - это один из катализаторов в трехкомпонентных каталитических нейтрализаторах в автомобилях. Поскольку родий металл является инертным в отношении коррозии и наиболее агрессивных химических веществ, и из - за свою редкость, родий, как правило , легированный с платиной или палладием и применяется в условиях высокой температуры и коррозионно-резистивные покрытиях. Белое золото часто покрывают тонким слоем родия, чтобы улучшить его внешний вид, в то время как стерлинговое серебро часто покрывают родием для защиты от потускнения. Родий иногда используется для отверждения силиконов; двухкомпонентный силикон, в котором одна часть содержит гидрид кремния, а другая - силикон с концевыми виниловыми группами. Одна из этих жидкостей содержит комплекс родия.
Родиевые детекторы используются в ядерных реакторах для измерения уровня нейтронного потока . Другие применения родия включают асимметричное гидрирование, используемое для образования предшественников лекарств, и процессы производства уксусной кислоты .
История
Родий ( греч. Rhodon (ῥόδον) означает «роза») был открыт в 1803 году Уильямом Хайдом Волластоном , вскоре после открытия им палладия . Он использовал сырую платиновую руду, предположительно полученную из Южной Америки . Его процедура заключалась в растворении руды в царской водке и нейтрализации кислоты гидроксидом натрия (NaOH). Затем он осаждал платину в виде хлороплатината аммония , добавляя хлорид аммония ( NH
4Cl ). Большинство других металлов, таких как медь , свинец , палладий и родий, были осаждены цинком . Разбавленная азотная кислота растворила все, кроме палладия и родия. Из них палладий растворялся в царской водке, а родий - нет, и родий осаждали добавлением хлорида натрия в виде Na
3[RhCl
6] · N H
2O . После промывки этанолом розово-красный осадок прореагировал с цинком, который вытеснил родий в ионном соединении и тем самым высвободил родий в виде свободного металла.
После открытия этот редкий элемент нашел лишь незначительное применение; например, на рубеже веков родийсодержащие термопары использовались для измерения температуры до 1800 ° C. Они обладают исключительно хорошей стабильностью в диапазоне температур от 1300 до 1800 ° C.
Первым крупным применением было гальваническое покрытие для декоративных целей и в качестве антикоррозийного покрытия. Введение трехходового каталитического нейтрализатора с помощью Volvo в 1976 году увеличился спрос на родий. В предыдущих каталитических нейтрализаторах использовались платина или палладий, в то время как в трехкомпонентном каталитическом нейтрализаторе использовался родий для уменьшения количества NO x в выхлопных газах.
Характеристики
| Z | Элемент | Кол-во электронов на оболочку |
|---|---|---|
| 27 | кобальт | 2, 8, 15, 2 |
| 45 | родий | 2, 8, 18, 16, 1 |
| 77 | иридий | 2, 8, 18, 32, 15, 2 |
| 109 | мейтнерий | 2, 8, 18, 32, 32, 15, 2 (прогноз) |
Родий - твердый, серебристый, прочный металл с высокой отражательной способностью . Металлический родий обычно не образует оксид даже при нагревании. Кислород поглощается из атмосферы только при температуре плавления родия, но выделяется при затвердевании. Родий имеет более высокую температуру плавления и более низкую плотность, чем платина . Он не подвержен воздействию большинства кислот : полностью не растворяется в азотной кислоте и слабо растворяется в царской водке .
Химические свойства
Родий принадлежит к группе 9 периодической таблицы, но конфигурация электронов во внешних оболочках нетипична для этой группы. Эта аномалия наблюдается также у соседних элементов: ниобия (41), рутения (44) и палладия (46).
| Степени окисления родия |
|
|---|---|
| +0 |
Rh 4(CO) 12 |
| +1 |
RhCl (PH 3) 2 |
| +2 |
Rh 2(O 2CCH 3) 4 |
| +3 |
RhCl 3, Rh 2О 3 |
| +4 |
RhO 2 |
| +5 |
RhF 5, Sr 3LiRhO 6 |
| +6 |
RhF 6 |
Обычная степень окисления родия +3, но также наблюдаются степени окисления от 0 до +6.
В отличие от рутения и осмия , родий не образует летучих кислородных соединений. К известным стабильным оксидам относятся Rh
2О
3, RhO
2, RhO
2· X H
2О , На
2RhO
3, Sr
3LiRhO
6и Sr
3NaRhO
6. Галогеновые соединения известны почти во всем диапазоне возможных степеней окисления. Родий (III) хлорид , родий трифторид , родий пятифтористый и родий гексафторид являются примерами. Более низкие степени окисления стабильны только в присутствии лигандов.
Наиболее известным родий-галогеновым соединением является катализатор Уилкинсона хлортрис (трифенилфосфин) родий (I). Этот катализатор используют в гидроформилирования или гидрирования из алкенов .
Изотопы
Встречающиеся в природе родий состоит только из одного изотопа , 103 Rh. Наиболее стабильными радиоизотопами являются 101 Rh с периодом полураспада 3,3 года, 102 Rh с периодом полураспада 207 дней, 102m Rh с периодом полураспада 2,9 года и 99 Rh с периодом полураспада 16,1 дня. Двадцать других радиоизотопов были охарактеризованы с атомными массами в диапазоне от 92.926 u ( 93 Rh) до 116.925 u ( 117 Rh). У большинства из них период полураспада короче часа, за исключением 100 Rh (20,8 часа) и 105 Rh (35,36 часа). Родий имеет множество мета-состояний , наиболее стабильным из которых является 102m Rh (0,141 МэВ) с периодом полураспада около 2,9 года и 101m Rh (0,157 МэВ) с периодом полураспада 4,34 дня (см. Изотопы родия ).
В изотопах массой менее 103 (стабильный изотоп) первичной модой распада является захват электронов, а первичным продуктом распада является рутений . В изотопах более 103 первичной модой распада является бета-излучение, а первичным продуктом является палладий .
Вхождение
Родий - один из самых редких элементов в земной коре , его содержание оценивается в 0,0002 частей на миллион (2 × 10 −10 ). Его редкость влияет на его цену и использование в коммерческих приложениях. Концентрация родия в никелевых метеоритах обычно составляет 1 часть на миллиард . Родий был обнаружен в некоторых картофелях с концентрацией от 0,8 до 30 ppt.
Майнинг и цена
Промышленная добыча родия сложна, потому что руды смешаны с другими металлами, такими как палладий , серебро , платина и золото, и очень мало родийсодержащих минералов . Он содержится в платиновых рудах и извлекается как белый инертный металл, который трудно плавить. Основные источники находятся в Южной Африке; в речных песках Уральских гор в России; и в Северной Америке, в том числе медь - никель сульфидных горнорудной области Садбери , Онтарио , регион. Хотя содержание родия в Садбери очень невелико, большое количество переработанной никелевой руды делает извлечение родия рентабельным.
Основным экспортером родия является Южная Африка (примерно 80% в 2010 г.), за которой следует Россия. Ежегодное мировое производство составляет 30 тонн . Цена на родий сильно варьируется. В 2007 году родий стоил примерно в восемь раз дороже золота, в 450 раз дороже серебра и в 27 250 раз дороже меди по весу. В 2008 году цена ненадолго превысила 10 000 долларов за унцию (350 000 долларов за килограмм). Замедление экономического роста в 3-м квартале 2008 г. привело к резкому снижению цен на родий ниже 1000 долларов за унцию (35 000 долларов за килограмм); цена выросла до 2750 долларов к началу 2010 года (97 000 долларов за килограмм) (более чем вдвое дороже золота), но в конце 2013 года цены были менее 1000 долларов. Политические и финансовые проблемы привели к очень низким ценам на нефть и избыточному предложению, что привело к падению цен на большинство металлов. Экономика Китая, Индии и других развивающихся стран замедлилась в 2014 и 2015 годах. Только в 2014 году в Китае было произведено 23 722 890 автомобилей, не считая мотоциклов. В результате в конце ноября 2015 года цена на родий составила 740,00 долларов США за тройскую унцию (31,1 грамма).
Владельцы родия - металла с очень нестабильной рыночной ценой - периодически оказываются в чрезвычайно выгодном положении на рынке: извлечение большего количества родийсодержащей руды из недр обязательно также приведет к извлечению других, гораздо более распространенных драгоценных металлов, в частности платины и палладия, что приведет к избыточное предложение на рынке этих других металлов, что снижает их цены. Поскольку экономически нецелесообразно просто извлекать эти другие металлы только для получения родия, рынок часто безнадежно ограничен поставками родия, что приводит к резкому росту цен. Выход из этой ситуации дефицита предложения может быть довольно проблематичным в будущем по многим причинам, в частности потому, что неизвестно, сколько родия (и других драгоценных металлов) фактически было помещено в каталитические преобразователи в течение многих лет, когда программное обеспечение производителей, ограничивающее выбросы, был в употреблении. Большая часть мировых поставок родия производится из переработанных каталитических нейтрализаторов, полученных из списанных автомобилей. По состоянию на начало ноября 2020 года спотовая цена на родий составляла 14 700 долларов США за тройскую унцию. В начале марта 2021 года цена на родий достигла 29 400 долларов США за тройскую унцию на Metals Daily (товарный листинг драгоценных металлов).
Использованное ядерное топливо
Родий является продуктом деления урана-235 : каждый килограмм продукта деления содержит значительное количество более легких металлов платиновой группы. Таким образом, отработанное ядерное топливо является потенциальным источником родия, но его извлечение является сложным и дорогостоящим, а присутствие радиоизотопов родия требует периода хранения в холодильнике для нескольких периодов полураспада наиболее долгоживущего изотопа ( 101 Rh с периодом полураспада). 3,3 года и 102m Rh с периодом полураспада 2,9 года), или около 10 лет. Эти факторы делают источник непривлекательным, и попытки крупномасштабной добычи не предпринимались.
Приложения
В основном этот элемент используется в автомобилях в качестве каталитического нейтрализатора , преобразуя вредные несгоревшие углеводороды, оксид углерода и выхлопные газы оксида азота в менее вредные газы. Из 30 000 кг родия, потребленного во всем мире в 2012 году, 81% (24 300 кг) пошел на это приложение, а 8 060 кг было извлечено из старых конвертеров. Около 964 кг родия было использовано в стекольной промышленности, в основном для производства стекловолокна и листового стекла, а 2520 кг было использовано в химической промышленности.
Катализатор
Родий предпочтительнее других платиновых металлов в сокращении от оксидов азота до азота и кислорода :
Икс→ x O
2+ N
2
Родиевые катализаторы используются в ряде промышленных процессов, особенно в каталитическом карбонилировании метанола для производства уксусной кислоты с помощью процесса Monsanto . Он также используется для катализирования присоединения гидросиланов к двойным молекулярным связям - процесса, важного при производстве некоторых силиконовых каучуков. Родиевые катализаторы также используются для восстановления бензола до циклогексана .
Комплекс иона родия с BINAP является широко используемым хиральным катализатором для хирального синтеза , как и при синтезе ментола .
Декоративное использование
Родий находит применение в ювелирных изделиях и украшениях. Он нанесен гальваническим способом на белое золото и платину, чтобы придать ему светоотражающую белую поверхность во время продажи, после чего тонкий слой стирается по мере использования. В ювелирном бизнесе это известно как родиевое вспыхивание. Его также можно использовать для покрытия стерлингового серебра для защиты от потускнения ( сульфид серебра Ag 2 S, полученный из атмосферного сероводорода H 2 S). Ювелирные изделия из твердого (чистого) родия встречаются очень редко, в большей степени из-за сложности изготовления (высокая температура плавления и плохая пластичность), чем из-за высокой цены. Высокая стоимость гарантирует, что родий применяется только в качестве гальваники . Родий также использовался для награждения или обозначения элитного статуса, когда более часто используемые металлы, такие как серебро, золото или платина, считались недостаточными. В 1979 году Книга рекордов Гиннеса подарила Полу Маккартни диск с родиевым покрытием за то, что он был самым продаваемым автором песен и артистом в истории.
Другое использование
Родий используется в качестве легирующего агента для упрочнения и повышения коррозионной стойкости платины и палладия . Эти сплавы используются в обмотках печей, втулках для производства стекловолокна, элементах термопар , электродах для свечей зажигания самолетов и лабораторных тиглях. Другие варианты использования включают:
- Электрические контакты , где это ценится за небольшое электрическое сопротивление , небольшое и стабильное контактное сопротивление и большую коррозионную стойкость.
- Родий, нанесенный методом гальваники или испарения, чрезвычайно твердый и полезен для оптических инструментов.
- Фильтры в маммографических системах для характерных рентгеновских лучей, которые они производят.
- Детекторы нейтронов с родием используются в ядерных реакторах для измерения уровней нейтронного потока - этот метод требует цифрового фильтра для определения текущего уровня нейтронного потока, генерирующего три отдельных сигнала: немедленный, с задержкой в несколько секунд и с минутной задержкой, каждый со своим собственным сигналом. уровень; все три объединяются в сигнале родиевого детектора. Каждый из трех ядерных реакторов Пало-Верде имеет 305 детекторов родиевых нейтронов, 61 детектор на каждом из пяти вертикальных уровней, что обеспечивает точную трехмерную «картину» реактивности и позволяет производить точную настройку для наиболее экономичного потребления ядерного топлива.
В автомобилестроении родий также используется в конструкции отражателей фар.
Образец родия весом 78 г
В разрезе каталитического нейтрализатора с металлическим сердечником
Обручальное кольцо из белого золота с родиевым покрытием
Родиевая фольга и проволока
Меры предосторожности
| Опасности | |
|---|---|
| H413 | |
| P273 , P501 | |
| NFPA 704 (огненный алмаз) | |
Будучи благородным металлом , чистый родий инертен и безвреден в элементарной форме. Однако химические комплексы родия могут быть реактивными. Для хлорида родия средняя летальная доза (LD 50 ) для крыс составляет 198 мг ( RhCl
3) на килограмм массы тела. Как и другие благородные металлы, родий не выполняет какой-либо биологической функции.
Люди могут подвергнуться воздействию родия на рабочем месте при вдыхании. Управление по безопасности и гигиене труда (OSHA) установило законный предел ( допустимый предел воздействия ) для воздействия родия на рабочем месте на уровне 0,1 мг / м 3 в течение 8-часового рабочего дня, а Национальный институт безопасности и гигиены труда (NIOSH) установил рекомендуемый предел воздействия (REL) на том же уровне. При уровне 100 мг / м 3 родий немедленно опасен для жизни или здоровья . Для растворимых соединений PEL и REL равны 0,001 мг / м 3 .
Смотрите также
использованная литература
внешние ссылки
- Родий в Периодической таблице видео (Ноттингемский университет)
- Родий Технические данные и данные по безопасности
- CDC - Карманный справочник NIOSH по химическим опасностям