RODIS: ISTORIJA, SAVYBĖS, STRUKTŪRA, PANAUDOJIMAS, RIZIKA - CHEMIJA - 2025

Rodis yra pereinamasis metalas, priklausančių paladžio grupės ir kurio cheminis simbolis yra Rh. Jis yra kilnus, inertiškas normaliomis sąlygomis, tuo tarpu yra retas ir brangus, nes tai yra antras pagal dydį žemės plutos metalas. Taip pat nėra mineralų, kurie apibūdintų pelningą šio metalo gavimo būdą.

Nors jo išvaizda yra tipiško sidabriškai balto metalo, dauguma jo junginių turi bendrą rausvos spalvos atspalvį, be to, kad jų tirpalai turi rausvos spalvos tonus. Štai kodėl šiam metalui buvo suteiktas vardas „rodonas“, kuris graikiškai reiškia rožinę.

Metalinis rodžio perlas. Šaltinis: Hi-Res vaizdai iš cheminių elementų

Tačiau jo lydiniai yra sidabriniai, taip pat brangūs, nes yra sumaišyti su platina, paladžiu ir iridžiu. Dėl aukšto kilmingumo jis tampa metalu, beveik neatspariu oksidacijai, taip pat yra visiškai atsparus stiprių rūgščių ir bazių poveikiui; todėl jų dangos padeda apsaugoti metalinius daiktus, tokius kaip papuošalai.

Kartu su dekoratyviniu naudojimu, rodis taip pat gali apsaugoti įrankius, naudojamus aukštoje temperatūroje ir elektriniuose prietaisuose.

Populiaru, kad jis geriausiai padeda suskaidyti nuodingas automobilių dujas (NO _x ) katalizinių konverterių viduje. Tai taip pat katalizuoja organinių junginių, tokių kaip mentolis ir acto rūgštis, gamybą.

Įdomu tai, kad gamtoje jis egzistuoja tik kaip ¹⁰³ Rh izotopas , o jo junginius dėl kilnaus charakterio lengva redukuoti į metalą. Iš visų jo oksidacijos skaičių stabiliausias ir gausiausias yra +3 (Rh ³⁺ ), po jo eina +1, o esant fluorui - +6 (Rh ⁶⁺ ).

Esant metalinei būsenai, jis yra nekenksmingas mūsų sveikatai, nebent jo ore esančios dalelės būtų įkvėptos. Tačiau jo spalvoti junginiai ar druskos laikomi kancerogenais, be to, kad jie stipriai prisitvirtina prie odos.

Istorija

Rodo radimą lydėjo paladžio, abu metalus atrado tas pats mokslininkas: anglų chemikas Williamas H. Wollastonas, kuris iki 1803 m. Tyrė platinos mineralą, neva iš Peru.

Iš „Hippolyte-Victor Collet-Descotils“, prancūzų chemiko, žinojau, kad platinos mineraluose yra rausvų druskų, kurių spalvą greičiausiai lėmė nežinomas metalinis elementas. Taigi Wollastonas suardė savo platinos rūdą aqua regia, po to gauto mišinio rūgštingumą neutralizavo NaOH.

Iš šio mišinio Wollaston, nusodinimo būdu, turėjo atskirti metalinius junginius; Jis atskyrė platiną kaip (NH ₄ ) ₂ , pridėjęs NH ₄ Cl ir kitus metalus, kuriuos redukuodavo metaliniu cinku. Jis bandė ištirpinti šiuos neriebius metalus HNO ₃ , palikdamas du metalus ir du naujus cheminius elementus: paladžio ir rodžio.

Tačiau pridėjęs aqua regia, jis pastebėjo, kad metalas sunkiai ištirpsta, tuo pačiu metu susidaręs raudonas nuosėdas su NaCl: Na ₃ nH ₂ O. Štai iš kur kilo jo pavadinimas: raudona jo junginių spalva, žymima Graikų kalbos žodis „rodonas“.

Ši druska vėl buvo redukuota metaliniu cinku, taip gaunant rupinį rodį. Ir nuo to laiko pagerėjo gavimo būdai, taip pat ir paklausa bei technologiniai pritaikymai, pagaliau pasirodžius blizgantiems rodžio gabalėliams.

Savybės

Fizinė išvaizda

Kietas, sidabrinis baltas metalas, kurio kambario temperatūroje beveik nėra oksido sluoksnio. Tačiau tai nėra labai kalusis metalas, o tai reiškia, kad kai pataikysite, jis įtrūks.

Molinė masė

102,905 g / mol

Lydymosi temperatūra

1964 ° C. Ši vertė yra didesnė nei kobalto (1495 ºC), o tai rodo stipriausio metalo jungties stiprumo padidėjimą, kai jis nusileidžia per grupę.

Lydymosi temperatūra

3695 ° C. Tai yra vienas iš metalų, turinčių aukščiausią lydymosi temperatūrą.

Tankis

-12,41 g / ml kambario temperatūroje

-10,7 g / ml lydymosi taške, tai yra, kai tik jis tirpsta ar tirpsta

Lydymosi šiluma

26,59 kJ / mol

Garinimo šiluma

493 kJ / mol

Molinės šilumos talpa

24,98 J / (mol K)

Elektronegatyvumas

2,28 pagal Paulingo skalę

Jonizacijos energijos

-Pirma: 719,7 kJ / mol (Rh ⁺ dujinis)

-Antra: 1740 kJ / mol (Rh ²⁺ dujinis)

- Trečiasis: 2997 kJ / mol (Rh ³⁺ dujinis)

Šilumos laidumas

150 W / (mK)

Elektrinė varža

43,3 nΩm esant 0 ° C

Mocso kietumas

6

Magnetinė tvarka

Paramagnetinis

Cheminės reakcijos

Rodis, nors ir yra taurusis metalas, dar nereiškia, kad jis yra inertiškas elementas. Normaliomis sąlygomis jis sunkiai rūdija; tačiau kai jis įkaista daugiau kaip 600 ºC, jo paviršius pradeda reaguoti su deguonimi:

Rh (s) + O ₂ (g) → Rh ₂ O ₃ (s)

Rezultatas yra tas, kad metalas praranda būdingą sidabro blizgesį.

Jis taip pat gali reaguoti su fluoro dujomis:

Rh (s) + F ₂ (g) → RhF ₆ (s)

„RhF _6“ yra juodos spalvos. Kai jis kaitinamas, jis gali virsti RhF ₅ , išleisdamas į aplinką fluoridą. Kai fluoravimo reakcija atliekama sausomis sąlygomis, RhF ₃ (raudona kieta medžiaga) susidaro pirmenybė, palyginti su RhF ₆ . Kiti halogenidai: RhCl ₃ , RhBr ₃ ir RhI ₃ susidaro panašiai.

Ko gero, labiausiai stebinantis metalinio rodžio dalykas yra jo ypatingas atsparumas ėsdinančioms medžiagoms: stiprioms rūgštims ir stiprioms bazėms. „Aqua regia“, koncentruotas druskos ir azoto rūgščių, HCl-HNO ₃ , mišinys gali sunkiai ištirpti ir gauti rausvą tirpalą.

Išlydytos druskos, tokios kaip KHSO ₄ , yra efektyvesnės jį ištirpinant, nes dėl jų susidaro vandenyje tirpūs rodžio kompleksai.

Struktūra ir elektroninė konfigūracija

Rodžio atomai kristalizuojasi į veidą orientuotoje kubinėje struktūroje, fcc. Rh atomai išlieka vieningi dėl savo metalinio ryšio, jėgos, makro mastu atsakingos už išmatuojamas metalo fizikines savybes. Į šią jungtį įsikiša valentiniai elektronai, kurie pateikiami pagal elektroninę konfigūraciją:

4d ⁸ 5s ¹

Taigi tai yra anomalija ar išimtis, nes tikimasi, kad jos 5s orbitoje bus du elektronai, o 4d orbitoje - septyni (laikantis Moellero diagramos).

Iš viso yra devyni valentiniai elektronai, kurie kartu su atominiais spinduliais nusako fcc kristalą; struktūra atrodo labai stabili, nes mažai informacijos apie kitas galimas alotropines formas esant skirtingiems slėgiams ar temperatūroms.

Šie Rh atomai, tiksliau sakant, jų kristaliniai grūdai, gali sąveikauti taip, kad susidarytų nanodalelės, turinčios skirtingą morfologiją.

Kai šios Rh nanodalelės išauga ant šablono (pavyzdžiui, polimerinio užpildo), jie įgyja jo paviršiaus formas ir matmenis; taigi mezoporinės rodžio rutulys buvo suprojektuotas tam, kad katalizuojant metalą būtų galima išstumti (kuris pagreitina chemines reakcijas, jo nenaudojant procesui).

Oksidacijos skaičiai

Kadangi yra devyni valentiniai elektronai, normalu manyti, kad rodis gali „prarasti juos visus“ sąveikoje su junginiu; tai yra, darant prielaidą, kad egzistuoja Rh ⁹⁺ katijonas , kurio oksidacijos skaičius arba būsena yra 9+ arba (IX).

Teigiami ir rasti jo junginių rodžio oksidacijos skaičiai yra nuo +1 (Rh ⁺ ) iki +6 (Rh ⁶⁺ ). Iš visų jų dažniausiai pasitaiko +1 ir +3, kartu su +2 ir 0 (metalinis rodis, Rh ⁰ ).

Pavyzdžiui, Rh ₂ O ₃ rodžio oksidacijos skaičius yra +3, nes jei manote, kad egzistuoja Rh ³⁺ ir 100% joninis pobūdis, krūvių suma bus lygi nuliui (Rh ₂ ³⁺ Arba ₃ ^2- ).

Kitas pavyzdys pateiktas RhF ₆ , kuriame dabar jo oksidacijos skaičius yra +6. Vėlgi, tik darant prielaidą, kad Rh ⁶⁺ (Rh ⁶⁺ F ₆ ^- ) egzistuoja, bendras junginio krūvis išliks neutralus .

Kuo elektronegatyvesnis atomas, su kuriuo rodis sąveikauja, tuo didesnis jo polinkis parodyti daugiau teigiamų oksidacijos skaičių; toks yra „RhF _6“ atvejis .

Rh ⁰ atveju jis atitinka jo kristalo fcc atomus, suderintus su neutraliomis molekulėmis; pavyzdžiui, CO, Rh ₄ (CO) ₁₂ .

Kaip gaunamas rodis?

Trūkumai

Skirtingai nuo kitų metalų, nėra tokio mineralo, kuriame būtų pakankamai turtingo rodžio, kad būtų ekonomiškai naudinga jį gauti. Štai kodėl tai yra antrinis pramoninių kitų metalų gamybos produktas; ypač kilmingieji ar jų giminingieji (platinos grupės elementai) ir nikelis.

Didžioji dalis mineralų, naudojamų kaip žaliavos, yra iš Pietų Afrikos, Kanados ir Rusijos.

Gamybos procesas yra sudėtingas, nes, net jei jis yra inertiškas, rodis yra ir kitų tauriųjų metalų įmonėje, be to, jame yra priemaišų, kurias sunku pašalinti. Todėl norint atskirti jį nuo pradinės mineraloginės matricos, reikia atlikti keletą cheminių reakcijų.

Procesas

Mažas cheminis reaktyvumas nekinta, kol išgaunami pirmieji metalai; kol liks tik didikai (auksas tarp jų). Tada šie taurieji metalai yra apdorojami ir išlydomi esant druskoms, tokioms kaip NaHSO ₄ , kad jie būtų skystame sulfatų mišinyje; šiuo atveju Rh ₂ (SO ₄ ) ₃ .

Į šį sulfatų mišinį, iš kurio kiekvienas metalas atskirai nusodinamas per skirtingas chemines reakcijas, pridedama NaOH, kad susidarytų rodžio hidroksidas, Rh (OH) _x .

Rh (OH) _x tirpinamos pridedant HCl, kad sudarytų H ₃ RhCl ₆ , kuris yra vis dar ištirpinamas ir rodo rožinės spalvos. Tada H ₃ RhCl ₆ reaguoja su NH ₄ Cl ir NaNO ₂ nusodinti kaip (NH ₄ ) ₃ .

Naujas kietas tirpalas vėl ištirpinamas daugiau HCl ir terpė kaitinama, kol nusėda metalinio rodžio kempinė, o deginant priemaišas.

Programos

Dangos

Mažas, sidabrinis, rodžiu padengtas kontrabosas. Šaltinis: „Mauro Cateb“ (https://www.flickr.com/photos/mauroescritor/8463024136)

Jo kilnusis pobūdis naudojamas padengti metalo gabalus tuo pačiu danga. Tokiu būdu sidabro daiktai yra padengiami rodžiu, kad apsaugotų jį nuo oksidacijos ir patamsėjimo (sudarydami juodą AgO ir Ag ₂ S sluoksnį ), taip pat tapdami labiau atspindintys (blizgantys).

Tokios dangos naudojamos papuošalų drabužiuose, atšvaituose, optiniuose prietaisuose, elektriniuose kontaktuose ir rentgeno filtruose atliekant krūties vėžio diagnostiką.

Lydiniai

Tai ne tik taurusis metalas, bet ir kietas. Šį kietumą gali lemti lydiniai, kuriuos jis sudaro, ypač kai kalbama apie paladžio, platinos ir iridžio kiekius; iš kurių Rh-Pt yra geriausiai žinomi. Taip pat rodis pagerina šių lydinių atsparumą aukštai temperatūrai.

Pavyzdžiui, rodžio-platinos lydiniai naudojami kaip medžiaga stiklams, galintiems formuoti išlydytą stiklą, gaminti; gaminant termoelementus, galinčius išmatuoti aukštą temperatūrą (daugiau kaip 1000 ºC); tigliai, įvorės stiklo pluoštui valyti, indukcinių krosnių ritės, orlaivių turbinų varikliai, žvakės ir kt.

Katalizatoriai

Automobilio katalizinis konverteris. Šaltinis: Ballista

Rodis gali katalizuoti reakcijas kaip grynas metalas arba suderintas su organiniais ligadais (organorodiumais). Katalizatoriaus tipas priklauso nuo konkrečios greitintinos reakcijos, taip pat nuo kitų veiksnių.

Pavyzdžiui, savo metalo pavidalu jis gali katalizuoti azoto oksidų, NO _x , redukavimą į aplinkos dujas: deguonį ir azotą:

2 NO _x → x O ₂ + N ₂

Ši reakcija vyksta nuolat kiekvieną dieną: transporto priemonių ir motociklų kataliziniuose konverteriuose. Dėl šio sumažinimo NO _x dujos neteršia miestų blogiau. Tam tikslui buvo naudojamos mezoporinės rodžio nanodalelės, kurios dar labiau pagerina NO _x dujų skilimą .

Junginys, žinomas kaip Wilkinson katalizatorius, naudojamas HYDROGENATE (pridėti H ₂ ) ir hydroformylate (pridėti CO ir H ₂ ) alkenų mišinys, kurio forma alkanai ir aldehidų, atitinkamai.

Rodžio katalizatoriai trumpai naudojami hidrinti, karbonilinti (pridėti CO) ir hidroformilinti. Rezultatas yra tai, kad nuo jų priklauso daug produktų, kaip kad yra mentolio, kramtomosios gumos esminio cheminio junginio; be azoto rūgšties, cikloheksano, acto rūgšties, organinio silicio, be kitų.

Pavojai

Rodis, būdamas taurusis metalas, net jei jis pateko į mūsų kūną, jo Rh atomai negalėjo (kiek jis žino) metabolizuotas. Todėl jie nekelia jokio pavojaus sveikatai; Jei ore nėra per daug Rh atomų, kurie gali kauptis plaučiuose ir kauluose.

Tiesą sakant, juodųjų papuošalų arba sidabro papuošalų rodinio padengimo procese juvelyrai yra veikiami šių atomų „pūslių“; priežastis, dėl kurios jie patyrė diskomfortą kvėpavimo sistemoje. Atsižvelgiant į smulkiai suskaidytos kietos medžiagos riziką, jis net nėra degus; išskyrus atvejus, kai dega esant OF ₂ .

Rodžio junginiai klasifikuojami kaip toksiški ir kancerogeniniai, kurių spalvos giliai nudažo odą. Čia yra dar vienas aiškus skirtumas, kaip skiriasi metalo katijono savybės, palyginti su metalu iš jo.

Galiausiai, kalbant apie ekologinius dalykus, dėl nedidelio rodžio gausos ir jo nepakankamo augalų įsisavinimo, jis tampa nekenksmingu elementu išsiliejus ar atliekoms; tol, kol jis yra metalinis rodis.

Nuorodos

1. Larsas Öhrströmas. (2008 m. Lapkričio 12 d.). Rodis. Chemija jos elemente. Atkurta iš: chemistryworld.com
2. Vikipedija. (2019 m.). Rodis. Atkurta iš: en.wikipedia.org
3. Nacionalinis biotechnologijų informacijos centras. (2019 m.). Rodis. „PubChem“ duomenų bazė. CID = 23948. Atkurta iš: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. S. Bale'as. (1958). Rodžio struktūra. Johnsono Matthey tyrimų laboratorijos. Platinum Metals Rev., (2), 21, 61-63
5. Jiang, B. ir kt. (2017 m.). Mezoporinės metalinės rodžio nanodalelės. Nat. Komun. 8, 15581 doi: 10.1038 / ncomms15581
6. Chelatas. (2018 m. Birželio 27 d.). Rodžio ekspozicija. Atkurta iš: chelationcommunity.com
7. Varpas Terence'as. (2019 m. Birželio 25 d.). Rodis, retos platinos grupės metalas, ir jo pritaikymai. Atkurta iš: thebalance.com
8. Stanley E. Livingstone'as. (1973). Rutenio, rodžio, paladžio, osmio, iridžio ir platinos chemija. SE Livingstone. „Pergamon Press“.
9. Tokijo technologijos institutas. (2017 m. Birželio 21 d.). Rodio pagrindo katalizatorius organinio silicio gamybai naudojant mažiau tauriųjų metalų. Atkurta iš: fiz.org
10. Pilgaardas Mykolas. (2017 m. Gegužės 10 d.). Rodis: cheminės reakcijos. Atkurta iš: pilgaardelements.com
11. Dr Doug Stewart. (2019 m.). Rodžio elemento faktai. Atkurta iš: chemicool.com