RHODIUM: GESCHIEDENIS, EIGENSCHAPPEN, STRUCTUUR, GEBRUIK, RISICO'S - CHEMIE - 2026

Het rhodium is een overgangsmetaal dat tot de groep palladium behoort en waarvan het chemische symbool Rh is. Het is edel, inert onder normale omstandigheden, terwijl het zeldzaam en duur is, aangezien het het op een na minst voorkomende metaal in de aardkorst is. Er zijn ook geen mineralen die een winstgevende methode vertegenwoordigen om dit metaal te verkrijgen.

Hoewel het eruit ziet als een typisch zilverachtig wit metaal, hebben de meeste van de verbindingen een roodachtige kleur gemeen, naast het feit dat hun oplossingen roze tinten lijken. Daarom kreeg dit metaal de naam 'rhodon', wat Grieks is voor roze.

Metallic rhodium parel. Bron: hoge resolutie afbeeldingen van chemische elementen

De legeringen zijn echter zowel zilver als duur, omdat het wordt gemengd met platina, palladium en iridium. Door zijn hoge nobele karakter is het een metaal dat bijna immuun is voor oxidatie en ook volledig bestand is tegen aantasting door sterke zuren en basen; daarom helpen hun coatings metalen voorwerpen, zoals sieraden, te beschermen.

Naast het decoratieve gebruik kan rhodium ook gereedschappen beschermen die worden gebruikt bij hoge temperaturen en in elektrische apparaten.

Het is in de volksmond vooral bekend omdat het helpt bij het afbreken van giftige autogassen (NO _x ) in katalysatoren. Het katalyseert ook de productie van organische verbindingen, zoals menthol en azijnzuur.

Interessant genoeg bestaat het alleen in de natuur als de ¹⁰³ Rh- isotoop , en zijn verbindingen zijn gemakkelijk te reduceren tot metaal vanwege zijn nobele karakter. Van al zijn oxidatiegetallen is +3 (Rh ³⁺ ) het meest stabiel en overvloedig, gevolgd door +1 en, in aanwezigheid van fluor, +6 (Rh ⁶⁺ ).

In zijn metaalachtige toestand is het onschadelijk voor onze gezondheid, tenzij de deeltjes die in de lucht zijn verspreid, worden ingeademd. De gekleurde verbindingen of zouten worden echter als kankerverwekkend beschouwd en zijn bovendien sterk gehecht aan de huid.

Geschiedenis

De ontdekking van rhodium ging gepaard met die van palladium, beide metalen werden ontdekt door dezelfde wetenschapper: de Engelse chemicus William H. Wollaston, die tegen 1803 een platina-mineraal onderzocht, zogenaamd uit Peru.

Ik wist van Hippolyte-Victor Collet-Descotils, een Franse chemicus, dat er roodachtige zouten in platinamineralen zaten, waarvan de kleur waarschijnlijk te wijten was aan een onbekend metallisch element. Dus Wollaston verteerde zijn platina-erts in aqua regia en neutraliseerde vervolgens de zuurgraad van het resulterende mengsel met NaOH.

Uit dit mengsel moest Wollaston door middel van neerslagreacties de metaalverbindingen scheiden; Hij scheidde platina als (NH ₄ ) ₂ , na toevoeging van NH ₄ Cl, en andere metalen reduceerde hij met metallisch zink. Hij probeerde deze sponsachtige metalen op te lossen met HNO ₃ , waardoor er twee metalen en twee nieuwe chemische elementen overbleven: palladium en rhodium.

Toen hij echter aqua regia toevoegde, merkte hij dat een metaal nauwelijks oploste, terwijl het tegelijkertijd een rood neerslag vormde met NaCl: Na ₃ nH ₂ O. Hier komt de naam vandaan: de rode kleur van zijn verbindingen, aangeduid met de Grieks woord 'rhodon'.

Dit zout werd opnieuw gereduceerd met metallisch zink, waardoor sponsachtig rhodium werd verkregen. En sindsdien zijn de verkrijgingstechnieken verbeterd, evenals de vraag en de technologische toepassingen, en zijn er eindelijk glanzende rhodiumstukken verschenen.

Eigendommen

Fysiek uiterlijk

Hard, zilverachtig wit metaal met vrijwel geen oxidelaag bij kamertemperatuur. Het is echter geen erg kneedbaar metaal, wat betekent dat het zal barsten als je erop slaat.

Molaire massa

102,905 g / mol

Smeltpunt

1964 ° C. Deze waarde is hoger dan die van kobalt (1495 ºC), wat een toename weerspiegelt in de sterkte van de sterkste metaalbinding wanneer deze door de groep zakt.

Smeltpunt

3695 ° C. Het is een van de metalen met de hoogste smeltpunten.

Dichtheid

-12,41 g / ml bij kamertemperatuur

-10,7 g / ml op het smeltpunt, dat wil zeggen, net wanneer het smelt of smelt

Warmte van fusie

26,59 kJ / mol

Warmte van verdamping

493 kJ / mol

Molaire warmtecapaciteit

24,98 J / (mol K)

Elektronegativiteit

2,28 op de schaal van Pauling

Ionisatie-energieën

-Eerste: 719,7 kJ / mol (Rh ⁺ gasvormig)

-Tweede: 1740 kJ / mol (Rh ²⁺ gasvormig)

-Derde: 2997 kJ / mol (Rh ³⁺ gasvormig)

Warmtegeleiding

150 W / (m · K)

Elektrische weerstand

43,3 nΩm bij 0 ° C

Mohs-hardheid

6

Magnetische volgorde

Paramagnetisch

Chemische reacties

Rhodium, hoewel het een edelmetaal is, betekent niet dat het een inert element is. Het roest nauwelijks onder normale omstandigheden; maar wanneer het wordt verwarmd tot boven 600 ºC, begint het oppervlak te reageren met zuurstof:

Rh (s) + O ₂ (g) → Rh ₂ O ₃ (s)

En het resultaat is dat het metaal zijn karakteristieke zilveren glans verliest.

Het kan ook reageren met fluorgas:

Rh (s) + F ₂ (g) → RhF ₆ (s)

De RhF ₆ is zwart van kleur. Als het wordt verwarmd, kan het veranderen in RhF ₅ , waardoor fluoride in het milieu vrijkomt. Wanneer de fluoreringsreactie wordt uitgevoerd onder droge omstandigheden, heeft de vorming van RhF ₃ (rode vaste stof) de voorkeur boven die van RhF ₆ . De andere halogeniden: RhCl ₃ , RhBr ₃ en RhI ₃ worden op een vergelijkbare manier gevormd.

Misschien wel het meest verrassende aan metallisch rhodium is de extreme weerstand tegen aantasting door bijtende stoffen: sterke zuren en sterke basen. Aqua regia, een geconcentreerd mengsel van zoutzuur en salpeterzuur, HCl-HNO ₃ , kan moeilijk oplossen, wat resulteert in een roze oplossing.

Gesmolten zouten, zoals KHSO ₄ , lossen het beter op, aangezien ze leiden tot de vorming van in water oplosbare rhodiumcomplexen.

Structuur en elektronische configuratie

De rhodiumatomen kristalliseren in de vlakgecentreerde kubische structuur, fcc. Rh-atomen blijven verenigd dankzij hun metaalbinding, een kracht die op macroschaal verantwoordelijk is voor de meetbare fysische eigenschappen van metaal. In deze binding grijpen de valentie-elektronen in, die worden gegeven volgens de elektronische configuratie:

4d ⁸ 5s ¹

Het is dus een anomalie of uitzondering, aangezien verwacht wordt dat het twee elektronen in zijn 5s-orbitaal heeft en zeven in de 4d-orbitaal (volgens het Moeller-diagram).

Er zijn in totaal negen valentie-elektronen die samen met de atoomstralen het fcc-kristal bepalen; structuur die erg stabiel lijkt te zijn, aangezien er weinig informatie wordt gevonden over andere mogelijke allotrope vormen onder verschillende drukken of temperaturen.

Deze Rh-atomen, of liever hun kristallijne korrels, kunnen zo interageren dat nanodeeltjes met verschillende morfologieën ontstaan.

Wanneer deze Rh-nanodeeltjes op een sjabloon groeien (bijvoorbeeld een polymeer aggregaat), krijgen ze de vorm en afmetingen van het oppervlak; zo zijn mesoporeuze rhodiumbolletjes ontworpen om het metaal te vervangen in bepaalde katalytische toepassingen (die chemische reacties versnellen zonder dat ze daarbij worden verbruikt).

Oxidatienummers

Aangezien er negen valentie-elektronen zijn, is het normaal om aan te nemen dat rhodium 'ze allemaal kan verliezen' in zijn interacties binnen een verbinding; dat wil zeggen, aangenomen dat het Rh ⁹⁺ -kation bestaat , met een oxidatiegetal of -toestand van 9+ of (IX).

De positieve en gevonden oxidatiegetallen voor rhodium in zijn verbindingen variëren van +1 (Rh ⁺ ) tot +6 (Rh ⁶⁺ ). Van alle zijn +1 en +3 de meest voorkomende, samen met +2 en 0 (metallic rhodium, Rh ⁰ ).

In Rh ₂ O _{3 is} het oxidatiegetal van rhodium bijvoorbeeld +3, want als je aanneemt dat Rh ³⁺ en een 100% ionisch karakter bestaat, is de som van de ladingen gelijk aan nul (Rh ₂ ³⁺ Of ₃ ^2- ).

Een ander voorbeeld is RhF ₆ , waarin nu zijn oxidatiegetal +6 is. Ook hier blijft alleen de totale lading van de verbinding neutraal als wordt aangenomen dat Rh ⁶⁺ (Rh ⁶⁺ F ₆ ^- ) aanwezig is .

Hoe elektronegatiever het atoom waarmee rhodium interageert, des te groter de neiging om meer positieve oxidatiegetallen te vertonen; dat is het geval bij RhF ₆ .

In het geval van Rh ⁰ komt het overeen met zijn atomen van het kristal fcc gecoördineerd met neutrale moleculen; bijvoorbeeld CO, Rh ₄ (CO) ₁₂ .

Hoe wordt rhodium verkregen?

Nadelen

In tegenstelling tot andere metalen is er geen mineraal beschikbaar dat rijk genoeg is aan rhodium om er economisch uit te halen. Daarom is het eerder een secundair product van de industriële productie van andere metalen; specifiek de edelen of hun soortgenoten (de elementen van de platinagroep), en nikkel.

De meeste mineralen die als grondstof worden gebruikt, zijn afkomstig uit Zuid-Afrika, Canada en Rusland.

Het productieproces is complex omdat rhodium, hoewel het inert is, wordt aangetroffen in het gezelschap van andere edelmetalen, naast onzuiverheden die moeilijk te verwijderen zijn. Daarom moeten verschillende chemische reacties worden uitgevoerd om het te scheiden van de oorspronkelijke mineralogische matrix.

Werkwijze

Zijn lage chemische reactiviteit houdt het onveranderd terwijl de eerste metalen worden gewonnen; totdat alleen de edelen overblijven (het goud onder hen). Vervolgens worden deze edele metalen behandeld en gesmolten in aanwezigheid van zouten, zoals NaHSO ₄ , om ze in een vloeibaar mengsel van sulfaten te krijgen; in dit geval Rh ₂ (SO ₄ ) ₃ .

Aan dit mengsel van sulfaten, waaruit elk metaal afzonderlijk wordt geprecipiteerd door verschillende chemische reacties, wordt NaOH toegevoegd om rhodiumhydroxide, Rh (OH) _{x, te vormen} .

De Rh (OH) _x wordt opnieuw opgelost door HCl toe te voegen om H ₃ RhCl _{6 te vormen} , dat nog steeds is opgelost en een roze kleur vertoont. Vervolgens reageert H ₃ RhCl ₆ met NH ₄ Cl en NaNO ₂ om neer te slaan als (NH ₄ ) ₃ .

Nogmaals, de nieuwe vaste stof wordt opnieuw opgelost in meer HCl en het medium wordt verwarmd totdat een spons van metallisch rhodium neerslaat terwijl de onzuiverheden worden verbrand.

Toepassingen

Coatings

Kleine, zilveren, gerhodineerde contrabas. Bron: Mauro Cateb (https://www.flickr.com/photos/mauroescritor/8463024136)

Zijn nobele karakter wordt gebruikt om metalen stukken te bedekken met een coating van hetzelfde. Op deze manier worden zilveren voorwerpen gecoat met rhodium om ze te beschermen tegen oxidatie en verdonkering (vorming van een zwarte laag van AgO en Ag ₂ S), en worden ze ook meer reflecterend (glanzend).

Dergelijke coatings worden gebruikt in sieraden, reflectoren, optische instrumenten, elektrische contacten en röntgenfilters bij de diagnostiek van borstkanker.

Legeringen

Het is niet alleen een edel metaal, maar ook een harde. Deze hardheid kan worden bijgedragen aan de legeringen die het vormt, vooral als het gaat om palladium, platina en iridium; waarvan die van Rh-Pt de bekendste zijn. Rhodium verbetert ook de weerstand van deze legeringen tegen hoge temperaturen.

Rhodium-platina-legeringen worden bijvoorbeeld gebruikt als materiaal om glas te maken dat gesmolten glas kan vormen; bij de vervaardiging van thermokoppels, geschikt voor het meten van hoge temperaturen (meer dan 1000 ºC); smeltkroezen, bussen voor het reinigen van glasvezel, inductieovenspoelen, vliegtuigturbinemotoren, bougies, enz.

Katalysatoren

Katalysator van een auto. Bron: Ballista

Rhodium kan reacties katalyseren als puur metaal of gecoördineerd met organische liganden (organorodiums). Het type katalysator hangt af van de specifieke reactie die moet worden versneld, evenals van andere factoren.

In zijn metallische vorm kan het bijvoorbeeld de reductie van stikstofoxiden, NO _x , tot de omgevingsgassen zuurstof en stikstof katalyseren :

2 NO _x → x O ₂ + N ₂

Deze reactie vindt constant plaats op dagelijkse basis: in de katalysatoren van voertuigen en motorfietsen. Dankzij deze reductie vervuilen NO _x -gassen steden niet slechter. Hiervoor zijn mesoporeuze rhodiumnanodeeltjes gebruikt, die de afbraak van NO _x -gassen verder verbeteren .

De verbinding, bekend als Wilkinson's katalysator, wordt gebruikt om hydrogenaat (add H ₂ ) en hydroformyleren (voeg CO en H ₂ ) alkenen tot alkanen en aldehyden respectievelijk te vormen.

Rhodiumkatalysatoren worden kort gebruikt om te hydrogeneren, carbonyleren (CO toevoegen) en hydroformyleren. Het resultaat is dat veel producten hiervan afhankelijk zijn, zoals het geval is met menthol, een essentiële chemische verbinding in kauwgom; naast salpeterzuur, cyclohexaan, azijnzuur, organosilicium, onder anderen.

Risico's

Omdat rhodium een ​​edelmetaal is, konden de Rh-atomen, voor zover het weet, niet worden gemetaboliseerd, zelfs als het in ons lichaam sijpelde. Daarom vormen ze geen enkel gezondheidsrisico; Tenzij er te veel Rh-atomen in de lucht zijn verspreid, die zich kunnen ophopen in de longen en botten.

In feite worden juweliers tijdens de processen van rhodiumplateren op sieraden of zilveren sieraden blootgesteld aan deze "trekjes" van atomen; reden waarom ze last hebben gehad van ongemak in hun ademhalingssysteem. Wat betreft het risico van zijn fijn verdeelde vaste stof, het is zelfs niet ontvlambaar; behalve bij verbranding in aanwezigheid van OF ₂ .

Rhodiumverbindingen zijn geclassificeerd als giftig en kankerverwekkend, waarvan de kleuren de huid diep bevlekken. Hier is nog een duidelijk verschil in hoe de eigenschappen van een metaalkation variëren in vergelijking met het metaal ervan.

En tot slot, in ecologische kwesties, maakt de schaarse overvloed aan rhodium en het gebrek aan assimilatie door planten het een onschadelijk element in geval van morsen of verspilling; zolang het metallisch rhodium is.

Referenties

1. Lars Öhrström. (12 november 2008). Rhodium. Chemie in zijn element. Hersteld van: chemistryworld.com
2. Wikipedia. (2019). Rhodium. Hersteld van: en.wikipedia.org
3. Nationaal centrum voor informatie over biotechnologie. (2019). Rhodium. PubChem-database. CID = 23948. Hersteld van: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. S. Bale. (1958). De structuur van Rhodium. Johnson Matthey Research Laboratories. Platinum Metals Rev., (2), 21, 61-63
5. Jiang, B. et al. (2017). Mesoporeuze metallische rhodium nanodeeltjes. Nat. Commun. 8, 15581 doi: 10.1038 / ncomms15581
6. Chelatie. (27 juni 2018). Rhodium-blootstelling. Hersteld van: chelationcommunity.com
7. Bell Terence. (25 juni 2019). Rhodium, een zeldzaam metaal uit de platinagroep en zijn toepassingen. Hersteld van: thebalance.com
8. Stanley E. Livingstone. (1973). De chemie van ruthenium, rhodium, palladium, osmium, iridium en platina. SE Livingstone. Pergamon Press.
9. Tokyo Institute of Technology. (21 juni 2017). Een op rhodium gebaseerde katalysator voor het maken van organosilicium met minder edelmetaal. Hersteld van: phys.org
10. Pilgaard Michael. (10 mei 2017). Rhodium: chemische reacties. Hersteld van: pilgaardelements.com
11. Dr. Doug Stewart. (2019). Rhodium Element Feiten. Hersteld van: chemicool.com