Химический элемент родий относят к группе благородных металлов платиновой группы с атомным номером 45 и условным обозначением Rh. Родий представляет собой серебристо-белый, твёрдый, инертный переходный металл, который является самым редким из драгоценных металлов и соответственно самым дорогим.
Открытие
История такого химического элемента как родий начинается в самом начале XIX века. Он был открыт в 1803 году Уильямом Хайдом Волластоном в сырой платиновой руде, которую предположительно добыли в Южной Америке. Плюс ко всему из данной руды были добыты еще три металла платиновой группы, которые включали палладий, иридий и осмий. Они были обнаружены в той же в ходе совместной работы с Смитсоном Теннантом. Технология извлечения родия началась с растворения руды в царской водке. В результате химической реакции образовалась растворимая фракция и черный остаток, в котором Теннант обнаружил осмий и иридий. Волластон, в свою очередь, осадил родий и некоторые другие компоненты из раствора царской водки, используя цинковый порошок. После разделения меди и свинца разбавленной азотной кислотой, а так же повторного растворения получившегося раствора в царской водке и добавления хлорида натрия образовалось соединение Na3[RhCl6] nH2O, которое осталось в виде розовато-красной соли, когда жидкость испарилась. Волластон смог получить из него элементарный родий путем экстракции этанолом и восстановления цинком. Название было выбрано Волластоном от греческого ῥόδεος rhódeos, что в переводе означает розовый, поскольку многие соединения родия имеют именно этот цвет. Он представил свое открытие Королевскому обществу 21 июня 1803 года и к этому моменту название было уже утверждено.
Характеристики
| Физические характеристики | |
|---|---|
| Состояние при Н.У. | Твердое |
| Температура плавления | 1964 ° С |
| Точка кипения | 3727 °С |
| Плотность при Н.У. | 12,38 г/см 3 |
| Твердость по шкале Мооса | 6 |
| Критическая точка | — |
| Мол. теплота плавления | 21,7 кДж/моль |
| Мол. теплота испарения | 531 кДж/моль |
| Мол. теплоемкость | 24,98 Дж/(моль·К) |
| Молярный объем | 8,28 см 3 ·моль -1 |
| Химические характеристики | |
|---|---|
| Атомный номер(Z) | 45 |
| Атомная масса | 102,90549 |
| Электронная конфигурация | 4d85s1 |
| Радиус атома | 135 пм |
| Ковалентный радиус | 142 пм |
| Степени окисления | ±0, +1 , +2, +3 , +4 |
| Радиус иона | 68 пм |
| Электроотрицательность | 2,28 (шкала Полинга) |
| Энергия ионизации | 719,5 кДж/моль |
| Изотопы | ¹⁰¹Rh; ¹⁰²Rh; ¹⁰³Rh; ¹⁰⁴Rh; ¹⁰⁵Rh; ¹⁰⁶Rh; |
Добыча и производство
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 целях. Концентрация родия в никелевых метеоритах обычно составляет 1 часть на миллиард. Содержание родия в некоторых сортах картофеля составляет от 0,8 до 30 частей на миллиард.
Родиевые руды представляют собой смесь с другими металлами, такими как палладий, серебро, платина и золото. Известно очень немного родиевых минералов. Отделение родия от других металлов представляет собой достаточно сложную задачу. Исходным материалом для извлечения родия служит анодный шлам, образующийся в качестве побочного продукта электролиза при производстве меди и никеля. Сначала его растворяют в царской водке и при этом золото, платина и палладий растворяются, а рутений, осмий, родий, иридий и серебро остаются нерастворенными в виде хлорида серебра. Хлорид серебра нагревают с карбонатом свинца и азотной кислотой, превращая его в растворимый нитрат серебра, и таким образом разделяют.
Чтобы отделить родий от других элементов, остаток расплавляют с гидросульфатом натрия. При этом образуется водорастворимый сульфат родия(III) Rh2(SO4)3, который можно выщелачивать водой. Растворенный родий сначала осаждают гидроксидом натрия в виде гидроксида родия Rh(OH)3. Следующие стадии реакции — растворение в соляной кислоте в виде H3[ RhCl6] и осаждение нитритом натрия и хлоридом аммония в виде (NH4)3[Rh(NO2)6]. Для получения элементарного родия из остатка путем разложения соляной кислотой образуется растворимый комплекс (NH4)3[RhCl6]. После удаления воды выпариванием родий можно восстановить до металлического порошка с помощью водорода.
2(NH4)3[RhCl6] + 3H2 → 2Rh + 6NH4 + 6Cl— + 6HCl
Основные месторождения расположены в Южной Африке, речных песках Уральских гор в России и в Северной Америке, особенно в районе добычи сульфидов меди и никеля в районе Садбери, провинция Онтарио. Хотя содержание родия в Садбери очень мало, большое количество перерабатываемой никелевой руды делает его извлечение экономически эффективным. Основным экспортёром родия является Южная Африка (около 80% в 2010 году), за которой следует Россия. Годовое мировое производство родия составляет порядка 30 тонн.
Применение
Как и другие металлы платиновой группы, родий действует каталитически во многих процессах. Как сам металл, так и его соединения и сплавы с другими металлами платиновой группы используются соответствующим образом. Существуют и другие специфические применения родия, однако их применение ограничено его высокой ценой. Наиболее важной областью применения родия являются автомобильные катализаторы. Он служит катализатором восстановления монооксида азота до элементарного азота. Использование платины или палладия привело бы к увеличению производства аммиака и закиси азота.
Некоторое количество родия используется в катализаторах для производства азотной кислоты. В так называемом процессе Оствальда сетки из сплава платины и родия с содержанием родия около 10% используются для каталитического сжигания аммиака для получения оксида азота. Использование родия увеличивает прочность и выход по сравнению с чистой платиной. Сплав родия и платины также используется в качестве катализатора в процессе Андрусова для производства цианида водорода.
Металлический родий может использоваться в качестве покрытия. Поверхности, покрытые родием, обладают высокой отражающей способностью, что делает их пригодными для высококачественных зеркал. В то же время эти покрытия очень твёрдые и химически стойкие. Родий также используется в качестве покрытия для ювелирных изделий, оправ для очков и часов. Он предотвращает потускнение металла. Это особенно важно для ювелирных изделий из серебра или белого золота. Процесс нанесения покрытия называется родированием.
Другие возможные области применения включают высоконагруженное лабораторное оборудование, нагревательные спирали и термопары из платино-родиевых сплавов. Поскольку драгоценные металлы вновь стали объектом внимания международных финансовых инвесторов, появились и инвестиционные продукты из физического родия. В связи с тем, что родий впоследствии используется в промышленности после выкупа, он обычно предлагается в форме порошка. С 2012 года инвестиционный родий также доступен в форме слитков.
Безопасность
Чистый родий безвреден благодаря своей низкой реакционной способности, но в виде мелкодисперсного порошка он легко воспламеняется и горюч. Поскольку горящий родий реагирует с водой, для тушения пожара разрешается использовать только металлические огнетушители (класса D). В связи с некоторыми признаками канцерогенного действия родий и его соединения классифицированы комиссией по контролю качества пищевых продуктов и лекарственных средств (MAK) как канцерогены категории 3. Как и ионы других тяжёлых металлов, растворённые ионы родия токсичны в высоких концентрациях. В исследовании с эпителиальными клетками лёгких значение LC50 для ионов родия(III) составило 1,2 ммоль/л.
Люди могут подвергаться воздействию родия на рабочем месте путем вдыхания. Управление по охране труда и здоровья (OSHA) установило допустимый предел (предел допустимого воздействия) для воздействия родия на рабочем месте на уровне 0,1 мг/м³ в течение 8-часового рабочего дня, а Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH) установил рекомендуемый предел воздействия (REL) на том же уровне. При уровнях 100 мг/м³ родий представляет непосредственную опасность для жизни или здоровья. Для растворимых соединений PEL и REL оба равны 0,001 мг/м³.