ROD: HISTORIA, WŁAŚCIWOŚCI, STRUKTURA, ZASTOSOWANIA, ZAGROŻENIA - CHEMIA - 2025

Rod jest metalem przejściowym, należącym do grupy palladu i której symbol chemiczny Rh. Jest szlachetny, obojętny w normalnych warunkach, a jednocześnie rzadki i drogi, ponieważ jest drugim najmniej występującym metalem w skorupie ziemskiej. Nie ma też minerałów, które stanowiłyby opłacalną metodę pozyskiwania tego metalu.

Chociaż jego wygląd jest podobny do typowego srebrzystobiałego metalu, większość jego związków ma wspólne zabarwienie czerwonawe, oprócz tego, że ich roztwory mają różowawy odcień. Dlatego metal ten otrzymał nazwę „rodon”, która po grecku oznacza róż.

Metaliczna perła rodowa. Źródło: obrazy o wysokiej rozdzielczości pierwiastków chemicznych

Jednak jego stopy są srebrne, a także drogie, ponieważ miesza się je z platyną, palladem i irydem. Jego wysoki szlachetny charakter sprawia, że ​​jest metalem prawie odpornym na utlenianie, a także całkowicie odpornym na atak silnych kwasów i zasad; dlatego ich powłoki pomagają chronić metalowe przedmioty, takie jak biżuteria.

Oprócz zastosowania ozdobnego rod może również chronić narzędzia używane w wysokich temperaturach oraz w urządzeniach elektrycznych.

Powszechnie wiadomo, że pomaga w rozkładaniu toksycznych gazów samochodowych (NO _x ) wewnątrz katalizatorów. Katalizuje również produkcję związków organicznych, takich jak mentol i kwas octowy.

Co ciekawe, występuje tylko w przyrodzie jako izotop ¹⁰³ Rh, a jego związki są łatwe do zredukowania do metalu ze względu na jego szlachetny charakter. Ze wszystkich stopni utlenienia +3 (Rh ³⁺ ) jest najbardziej stabilny i obfity, za nim znajduje się +1, aw obecności fluoru +6 (Rh ⁶⁺ ).

W stanie metalicznym jest nieszkodliwy dla naszego zdrowia, chyba że wdychane są jego cząsteczki rozproszone w powietrzu. Jednak jego barwne związki lub sole są uważane za substancje rakotwórcze, oprócz tego, że są silnie przyczepione do skóry.

Historia

Odkrycie rodu towarzyszyło odkryciu palladu, oba metale odkrył ten sam naukowiec: angielski chemik William H. Wollaston, który w 1803 r. Badał minerał platyny pochodzący prawdopodobnie z Peru.

Wiedziałem od Hippolyte-Victor Collet-Descotils, francuskiego chemika, że ​​w minerałach platyny występują czerwonawe sole, których kolor był prawdopodobnie spowodowany nieznanym pierwiastkiem metalicznym. Więc Wollaston strawił swoją rudę platyny w wodzie królewskiej, a następnie zneutralizował kwasowość powstałej mieszaniny za pomocą NaOH.

Z tej mieszaniny Wollaston miał za pomocą reakcji strącania oddzielić związki metali; Oddzielił platynę jako (NH ₄ ) ₂ , po dodaniu NH ₄ Cl, a inne metale zredukował metalicznym cynkiem. Próbował rozpuścić te gąbczaste metale za pomocą HNO ₃ , pozostawiając dwa metale i dwa nowe pierwiastki chemiczne: pallad i rod.

Jednak dodając wodę królewską zauważył, że metal prawie się nie rozpuszczał, a jednocześnie tworzył czerwony osad z NaCl: Na ₃ nH ₂ O. Stąd wzięła się jego nazwa: czerwony kolor jego związków, oznaczony Greckie słowo „rodon”.

Sól tę ponownie zredukowano metalicznym cynkiem, uzyskując gąbczasty rod. I od tego czasu poprawiły się techniki otrzymywania, zapotrzebowanie i zastosowania technologiczne, ostatecznie pojawiając się błyszczące kawałki rodu.

Nieruchomości

Wygląd fizyczny

Twardy, srebrzystobiały metal praktycznie bez warstwy tlenku w temperaturze pokojowej. Nie jest to jednak metal bardzo plastyczny, co oznacza, że ​​po uderzeniu w niego pęknie.

Masa cząsteczkowa

102,905 g / mol

Temperatura topnienia

1964 ° C. Wartość ta jest wyższa niż w przypadku kobaltu (1495 ° C), co odzwierciedla wzrost siły najsilniejszego wiązania metalicznego, gdy przechodzi przez grupę.

Temperatura topnienia

3695 ° C. Jest to jeden z metali o najwyższych temperaturach topnienia.

Gęstość

-12,41 g / ml w temperaturze pokojowej

-10,7 g / ml w temperaturze topnienia, to znaczy właśnie wtedy, gdy topi się lub topi

Ciepło topnienia

26,59 kJ / mol

Ciepło parowania

493 kJ / mol

Molowa pojemność cieplna

24,98 J / (mol K)

Elektroujemność

2,28 w skali Paulinga

Energie jonizacji

-Pierwszy: 719,7 kJ / mol (Rh ⁺ gaz)

-Druga: 1740 kJ / mol ( gazowy Rh ²⁺ )

-Trzecie: 2997 kJ / mol ( gazowy Rh ³⁺ )

Przewodność cieplna

150 W / (m · K)

Rezystancja

43,3 nm przy 0 ° C

Twardość Mohsa

6

Porządek magnetyczny

Paramagnetyczny

Reakcje chemiczne

Rod, choć jest metalem szlachetnym, nie oznacza, że ​​jest pierwiastkiem obojętnym. W normalnych warunkach prawie nie rdzewieje; ale po podgrzaniu powyżej 600 ºC jego powierzchnia zaczyna reagować z tlenem:

Rh (s) + O ₂ (g) → Rh ₂ O ₃ (s)

W rezultacie metal traci swój charakterystyczny srebrny połysk.

Może również reagować z gazem fluoru:

Rh (s) + F ₂ (g) → RhF ₆ (s)

RhF ₆ jest w kolorze czarnym. Po podgrzaniu może przekształcić się w RhF ₅ , uwalniając fluor do środowiska. Gdy reakcję fluorowania prowadzi się w suchych warunkach, preferowane jest tworzenie RhF ₃ (czerwone ciało stałe) w porównaniu z RhF ₆ . Pozostałe halogenki: RhCl ₃ , RhBr ₃ i RhI ₃ powstają w podobny sposób.

Być może najbardziej zaskakującą cechą rodu metalicznego jest jego wyjątkowa odporność na działanie substancji korozyjnych: mocnych kwasów i mocnych zasad. Aqua regia, skoncentrowana mieszanina kwasu solnego i azotowego HCl-HNO ₃ , może się z trudem rozpuszczać, tworząc różowawy roztwór.

Stopione sole, takie jak KHSO ₄ , są skuteczniejsze w jego rozpuszczaniu, ponieważ prowadzą do tworzenia rozpuszczalnych w wodzie kompleksów rodu.

Struktura i konfiguracja elektroniczna

Atomy rodu krystalizują w regularnej strukturze centralnej, fcc. Atomy Rh pozostają zjednoczone dzięki metalicznemu wiązaniu, sile odpowiedzialnej w skali makro za mierzalne właściwości fizyczne metalu. W tym wiązaniu interweniują elektrony walencyjne, które są podane zgodnie z konfiguracją elektronową:

4d ⁸ 5s ¹

Jest to zatem anomalia lub wyjątek, ponieważ oczekuje się, że będzie miał dwa elektrony na orbicie 5s i siedem na orbicie 4d ​​(zgodnie z diagramem Moellera).

W sumie istnieje dziewięć elektronów walencyjnych, które razem z promieniami atomów definiują kryształ fcc; struktura, która wydaje się być bardzo stabilna, ponieważ niewiele informacji na temat innych możliwych form alotropowych pod różnymi ciśnieniami lub temperaturami.

Te atomy Rh, a raczej ich krystaliczne ziarna, mogą oddziaływać w taki sposób, że tworzą nanocząstki o różnej morfologii.

Kiedy te nanocząstki Rh rosną na szczycie szablonu (na przykład agregatu polimerowego), uzyskują kształty i wymiary jego powierzchni; w związku z tym mezoporowate kulki rodu zostały zaprojektowane w celu zastąpienia metalu w niektórych zastosowaniach katalitycznych (które przyspieszają reakcje chemiczne bez ich zużycia w procesie).

Liczby utleniania

Ponieważ istnieje dziewięć elektronów walencyjnych, normalne jest założenie, że rod może „stracić je wszystkie” w swoich interakcjach w związku; to znaczy, zakładając istnienie kationu Rh ⁹⁺ , ze ^stopniem utlenienia lub stopniem utlenienia 9+ lub (IX).

Dodatnie i stwierdzone stopnie utlenienia rodu w jego związkach wynoszą od +1 (Rh ⁺ ) do +6 (Rh ⁶⁺ ). Spośród nich najczęściej występuje +1 i +3, a także +2 i 0 (rod metaliczny, Rh ⁰ ).

Na przykład w Rh ₂ O ₃ stopień utlenienia rodu wynosi +3, ponieważ jeśli założymy istnienie Rh ³⁺ i 100% jonowego charakteru, suma ładunków będzie równa zero (Rh ₂ ³⁺ Lub ₃ ^2- ).

Innym przykładem jest RhF ₆ , w którym obecnie jego stopień utlenienia wynosi +6. Ponownie, tylko całkowity ładunek związku pozostanie neutralny, jeśli założymy istnienie Rh ⁶⁺ (Rh ⁶⁺ F ₆ ^- ).

Im bardziej elektroujemny atom, z którym rod oddziałuje, tym większa jego tendencja do wykazywania bardziej dodatnich stopni utlenienia; tak jest w przypadku RhF ₆ .

W przypadku Rh ⁰ odpowiada to atomom kryształu fcc skoordynowanym z cząsteczkami obojętnymi; na przykład CO, Rh ₄ (CO) ₁₂ .

Jak pozyskuje się rod?

Wady

W przeciwieństwie do innych metali nie ma minerału, który byłby na tyle bogaty w rod, aby jego pozyskiwanie było opłacalne. Dlatego jest raczej produktem ubocznym przemysłowej produkcji innych metali; szczególnie szlachetnych lub ich kongenerów (elementy z grupy platynowców) oraz nikiel.

Większość minerałów używanych jako surowce pochodzi z Republiki Południowej Afryki, Kanady i Rosji.

Proces produkcji jest złożony, ponieważ rod, mimo że jest obojętny, występuje w towarzystwie innych metali szlachetnych, oprócz trudnych do usunięcia zanieczyszczeń. Dlatego należy przeprowadzić kilka reakcji chemicznych, aby oddzielić go od początkowej matrycy mineralogicznej.

Proces

Jego niska reaktywność chemiczna utrzymuje go w niezmienionym stanie podczas ekstrakcji pierwszych metali; dopóki nie zostaną tylko szlachcice (wśród nich złoto). Następnie te metale szlachetne są poddawane obróbce i topieniu w obecności soli, takich jak NaHSO ₄ , w celu uzyskania ich w ciekłej mieszaninie siarczanów; w tym przypadku Rh ₂ (SO ₄ ) ₃ .

Do tej mieszaniny siarczanów, z której każdy metal jest wytrącany oddzielnie w różnych reakcjach chemicznych, dodaje się NaOH w celu utworzenia wodorotlenku rodu, Rh (OH) _x .

Rh (OH) _x rozpuszcza się ponownie przez dodanie HCl, tworząc H ₃ RhCl ₆ , który jest nadal rozpuszczony i ma różowy kolor. Następnie H ₃ RhCl ₆ reaguje z NH ₄ Cl i NaNO _2, wytrącając się jako (NH ₄ ) ₃ .

Ponownie, nowe ciało stałe jest ponownie rozpuszczane w większej ilości HCl i medium jest podgrzewane do wytrącenia się gąbki metalicznego rodu, podczas gdy zanieczyszczenia są spalane.

Aplikacje

Powłoki

Mały, posrebrzany, rodowany kontrabas. Źródło: Mauro Cateb (https://www.flickr.com/photos/mauroescritor/8463024136)

Jej szlachetny charakter służy do pokrywania metalowych elementów taką samą powłoką. W ten sposób srebrne przedmioty są pokrywane rodem, który chroni go przed utlenianiem i ciemnieniem (tworząc czarną warstwę AgO i Ag ₂ S), a także staje się bardziej odblaskowy (błyszczący).

Takie powłoki są stosowane w odzieży jubilerskiej, reflektorach, przyrządach optycznych, stykach elektrycznych i filtrach rentgenowskich w diagnostyce raka piersi.

Stopy

Jest to metal nie tylko szlachetny, ale i twardy. Tę twardość można przypisać stopom, z których się składa, zwłaszcza jeśli chodzi o pallad, platynę i iryd; z których te z Rh-Pt są najbardziej znane. Ponadto rod poprawia odporność tych stopów na wysokie temperatury.

Na przykład stopy rodu i platyny są używane jako materiał do produkcji szkieł, które mogą kształtować stopione szkło; do produkcji termopar, zdolnych do pomiaru wysokich temperatur (powyżej 1000 ° C); tygle, tuleje do czyszczenia włókna szklanego, cewki pieców indukcyjnych, lotnicze silniki turbinowe, świece zapłonowe itp.

Katalizatory

Katalizator samochodu. Źródło: Ballista

Rod może katalizować reakcje jako czysty metal lub skoordynowany z organicznymi ligandami (organorodium). Rodzaj katalizatora zależy od konkretnej przyspieszonej reakcji, a także od innych czynników.

Na przykład w swojej metalicznej postaci może katalizować redukcję tlenków azotu, NO _x , do tlenu i azotu z gazów otoczenia:

2 NO _x → x O ₂ + N ₂

Ta reakcja zachodzi stale, codziennie: w katalizatorach pojazdów i motocykli. Dzięki tej redukcji gazy NO _x nie zanieczyszczają miast w gorszym stopniu. W tym celu zastosowano mezoporowate nanocząsteczki rodu, które dodatkowo poprawiają rozkład gazów NO _x .

Związek ten, znany jako katalizator Wilkinsona, jest używany do uwodorniania (dodawania H ₂ ) i hydroformylowania (dodawania CO i H ₂ ) alkenów w celu utworzenia odpowiednio alkanów i aldehydów.

Katalizatory rodowe są krótko używane do uwodorniania, karbonylowania (dodawania CO) i hydroformylowania. W rezultacie wiele produktów jest od nich zależnych, tak jak w przypadku mentolu, podstawowego związku chemicznego w gumie do żucia; oprócz kwasu azotowego, cykloheksanu, kwasu octowego, krzemoorganicznego m.in.

Ryzyka

Rod, będąc metalem szlachetnym, nawet gdyby przeniknął do naszego organizmu, jego atomy Rh nie mogłyby (o ile wiadomo) zostać zmetabolizowane. Dlatego nie stanowią żadnego zagrożenia dla zdrowia; Chyba że w powietrzu jest zbyt wiele atomów Rh rozproszonych, które mogą gromadzić się w płucach i kościach.

W rzeczywistości w procesach rodowania biżuterii lub biżuterii srebrnej jubilerzy są narażeni na działanie tych „chmur” atomów; powód, dla którego cierpieli z powodu dyskomfortu w układzie oddechowym. Jeśli chodzi o ryzyko związane z drobno rozdrobnioną substancją stałą, nie jest nawet łatwopalna; z wyjątkiem palenia w obecności OF ₂ .

Związki rodu klasyfikowane są jako toksyczne i rakotwórcze, których kolory silnie plamią skórę. Oto kolejna wyraźna różnica w tym, jak różnią się właściwości kationu metalu w porównaniu z metalem z niego.

I wreszcie, w kwestiach ekologicznych, rzadka obfitość rodu i jego brak przyswajania przez rośliny sprawia, że ​​jest on nieszkodliwym pierwiastkiem w przypadku wycieków lub odpadów; o ile jest to rod metaliczny.

Bibliografia

1. Lars Öhrström. (12 listopada 2008). Rod. Chemia w swoim żywiole. Źródło: chemistryworld.com
2. Wikipedia. (2019). Rod. Odzyskane z: en.wikipedia.org
3. Narodowe Centrum Informacji Biotechnologicznej. (2019). Rod. Baza danych PubChem. CID = 23948. Odzyskany z: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. S. Bale. (1958). Struktura rodu. Johnson Matthey Research Laboratories. Platinum Metals Rev., (2), 21, 61–63
5. Jiang, B. i in. (2017). Mezoporowate nanocząsteczki rodu metalicznego. Nat. Commun. 8, 15581 doi: 10.1038 / ncomms15581
6. Chelatacja. (27 czerwca 2018). Ekspozycja na rod. Odzyskany z: chelationcommunity.com
7. Bell Terence. (25 czerwca 2019). Rod, rzadki metal z grupy platynowców i jego zastosowania. Odzyskane z: thebalance.com
8. Stanley E. Livingstone. (1973). Chemia rutenu, rodu, palladu, osmu, irydu i platyny. SE Livingstone. Pergamon Press.
9. Tokyo Institute of Technology. (21 czerwca 2017). Katalizator na bazie rodu do wytwarzania krzemu organicznego przy użyciu mniejszej ilości metali szlachetnych. Odzyskany z: phys.org
10. Pilgaard Michael. (10 maja 2017). Rod: reakcje chemiczne. Odzyskane z: pilgaardelements.com
11. Dr Doug Stewart. (2019). Fakty dotyczące pierwiastka rodu. Źródło: chemicool.com