רודיום: היסטוריה, תכונות, מבנה, שימושים, סיכונים - כִּימִיָה - 2025

הרודיום הוא מתכת מעבר להשתייכות לקבוצה של פלדיום ואשר סימול כימי הוא Rh. זה אצילי, אינרטי בתנאים רגילים, בעוד שהוא נדיר ויקר, מכיוון שהוא המתכת השנייה הכי פחות בשפע בקרום כדור הארץ. כמו כן, אין מינרלים המייצגים שיטה רווחית להשגת מתכת זו.

למרות שהמראה שלה הוא של מתכת לבנה כסופה טיפוסית, רוב התרכובות שלה חולקות צבע אדום אדמדם, בנוסף לעובדה שהפתרונות שלהן נראים בגוונים ורודים. לכן המתכת הזו קיבלה את השם 'רודון', שהוא יווני עבור ורוד.

פנינת רודיום מטאלית. מקור: תמונות Hi-Res של אלמנטים כימיים

עם זאת, הסגסוגות שלו כסופות, כמו גם יקרות, מכיוון שהיא מעורבת בפלטינה, פלדיום ואירידיום. אופיו האצילי הגבוה הופך אותו למתכת כמעט חסין מפני חמצון, וגם עמיד לחלוטין בפני התקפה של חומצות ובסיסים חזקים; לכן ציפוייהם מסייעים בהגנה על חפצי מתכת, כמו תכשיטים.

בנוסף לשימושו הקישוטי, רודיום יכול גם להגן על כלים המשמשים בטמפרטורות גבוהות ובמכשירים חשמליים.

הוא ידוע בעיקר כמסייע בפירוק גזים רעילים לרכב (NO _x ) בתוך ממירים קטליטיים. זה גם מזרז את הייצור של תרכובות אורגניות, כמו מנטול וחומצה אצטית.

מעניין לציין כי הוא קיים רק בטבע כ איזוטופ ¹⁰³ Rh, והתרכובות שלו קלות להפחתה למתכת בשל אופיו האצילי. מכל מספרי החמצון שלו, +3 (Rh ³⁺ ) הוא היציב ביותר ושופע, ואחריו +1 ובנוכחות פלואור +6 (Rh ⁶⁺ ).

במצב המתכתי, הוא אינו מזיק לבריאותנו, אלא אם כן נשימתו של חלקיקיו המפוזרים באוויר. עם זאת, התרכובות או המלחים הצבעוניים שלו נחשבים למסרטנים, בנוסף לחיבור חזק לעור.

הִיסטוֹרִיָה

תגלית הרודיום לוותה בזו של פלדיום, שתי המתכות התגלו על ידי אותו מדען: הכימאי האנגלי וויליאם ה. וולסטון, שעד 1803 בדק מינרל פלטינה, כביכול מפרו.

ידעתי מהיפוליט-ויקטור קולט-דקוטילים, כימאי צרפתי, שיש מלחים אדמדמים במינרלים מפלטינה, שצבעם ככל הנראה נובע מרכיב מתכתי לא ידוע. אז וולסטון עיכל את עפרות הפלטינה שלו בגוף אקווה, ואז נטרל את החומציות של התערובת שהתקבלה עם NaOH.

מתערובת זו וולסטון נתן, באמצעות תגובות משקעים, להפריד בין התרכובות המטאליות; הוא מופרד פלטינה כמו (NH ₄ ) ₂ , לאחר הוספת NH ₄ Cl, ומתכות אחרות הוא מופחת עם אבץ מתכתי. הוא ניסה להמיס מתכות ספוגיות אלה בעזרת HNO ₃ , והשאיר שתי מתכות ושני יסודות כימיים חדשים: פלדיום ורודיום.

עם זאת, כאשר הוסיף אקווה רג'יה, הוא הבחין כי מתכת כמעט ולא מתמוססת, במקביל ליצירה של משקע אדום עם NaCl: Na ₃ nH ₂ O. מכאן הגיע שמו: הצבע האדום של תרכובותיה, המיועד עם המילה היוונית 'רודון'.

מלח זה הופחת עם אבץ מתכתי, שוב, ובכך השיג רודיום ספוגי. ומאז שפרו טכניקות ההשגה, כמו גם הביקוש והיישומים הטכנולוגיים, ונראו סוף סוף חתיכות רודיום נוצצות.

נכסים

מראה חיצוני

מתכת לבנה קשה כסופה ולמעשה ללא שכבת תחמוצת בטמפרטורת החדר. עם זאת, זו לא מתכת ניתנת במיוחד לגלילה, מה שאומר שכאשר תפגע בה היא תיסדק.

מסה מולארית

102.905 גרם / מול

נקודת המסה

1964 מעלות צלזיוס. ערך זה גבוה יותר מזה של קובלט (1495 מעלות צלזיוס), המשקף עלייה בעוצמת הקשר המתכתי החזק ביותר כאשר הוא יורד דרך הקבוצה.

נקודת המסה

3695 מעלות צלזיוס. זו אחת המתכות עם נקודות ההיתוך הגבוהות ביותר.

צְפִיפוּת

-12.41 גרם / מ"ל ​​בטמפרטורת החדר

-10.7 גרם / מ"ל ​​בנקודת ההתכה, כלומר בדיוק כשהוא נמס או נמס

חום של היתוך

26.59 ק"ג / מול

חום האידוי

493 ק"ג / מול

קיבולת חום טוחנת

24.98 J / (mol K)

אלקטרונגטיביות

2.28 בסולם פאולינג

אנרגיות יינון

ראשונה: 719.7 ק"ג / מול (Rh ⁺ גזי)

-שניה: 1740 ק"ג / מול (Rh ²⁺ גזי)

-שלישי: 2997 ק"ג / מול (Rh ³⁺ גזי)

מוליכות תרמית

150 W / (m K)

התנגדות חשמלית

43.3 ננומטר בטמפרטורה של 0 מעלות צלזיוס

קשיות של מוהס

6

סדר מגנטי

פרמגנטי

תגובה כימית

רודיום, למרות שמדובר במתכת אצילית, לא אומר שהוא אלמנט אינרטי. זה כמעט לא מחליד בתנאים רגילים; אך כאשר הוא מחומם מעל 600 מעלות צלזיוס, פני השטח שלו מתחילים להגיב עם חמצן:

Rh (s) + O ₂ (g) → Rh ₂ O ₃ (s)

והתוצאה היא שהמתכת מאבדת מברק הכסף האופייני שלה.

זה יכול להגיב גם עם גז פלואור:

Rh (ים) + F ₂ (g) → RhF ₆ (s)

RhF ₆ בצבע שחור. אם הוא מחומם, הוא יכול להפוך ל- RhF ₅ , ולשחרר פלואוריד לסביבה. כאשר תגובת ההפלרה מתבצעת בתנאים יבשים, עדיף להיווצר RhF ₃ (מוצק אדום) על פני זו של RhF ₆ . ההלידות האחרות: RhCl ₃ , RhBr ₃ ו- RhI ₃ נוצרות בצורה דומה.

אולי הדבר המפתיע ביותר ברודיום מתכתי הוא העמידות הקיצונית שלו להתקפה על ידי חומרים מאכלים: חומצות חזקות ובסיסים חזקים. אקווה רג'ה, תערובת מרוכזת של חומצות הידרוכלוריות והחנקניות, HCl-HNO ₃ , יכולה להתמוסס בקושי, וכתוצאה מכך תמיסה ורדרדה.

מלחים מותכים, כמו KHSO ₄ , יעילים יותר להמסתם , מכיוון שהם מובילים ליצירת מתחמי רודיום מסיסים במים.

מבנה ותצורה אלקטרונית

אטומי הרודיום מתגבשים במבנה המעוקב במרכז הפנים, fcc. אטומי Rh נותרו מאוחדים בזכות הקשר המתכתי שלהם, כוח האחראי בסולם מאקרו לתכונות הפיזיקליות הניתנות למדידה של מתכת. בקשר זה מתערבים אלקטרוני הערכיות הניתנים על פי התצורה האלקטרונית:

4d ⁸ 5s ¹

לפיכך זוהי חריגה או חריג, מכיוון שצפויים שיהיו לה שני אלקטרונים במסלול ה- 5s שלה, ושבעה באביטל 4d (מציית לתרשים של מולר).

ישנם בסך הכל תשעה אלקטרונים של עריכת ערך, שיחד עם הרדיוסים האטומיים מגדירים את גביש ה- fcc; מבנה שנראה יציב מאוד, מכיוון שמעט מידע נמצא על צורות אלוטרופיות אפשריות אחרות בלחצים או בטמפרטורות שונות.

אטומי Rh אלה, או ליתר דיוק הגרגרים הגבישיים שלהם, יכולים ליצור אינטראקציה באופן שיוצר חלקיקי ננו עם מורפולוגיות שונות.

כאשר חלקיקי Rh אלה גדלים על גבי תבנית (מצרף פולימרי, למשל), הם רוכשים את הצורות והממדים של פני השטח שלה; לפיכך, מרחבי רודיום מזופוריים תוכננו להחליף את המתכת ביישומים קטליטיים מסוימים (אשר מאיצים תגובות כימיות מבלי שנצרך בתהליך).

מספרי חמצון

מכיוון שיש תשעה אלקטרונים של עריכה, זה נורמלי להניח שרודיום יכול "לאבד את כולם" באינטראקציות שלו בתוך מתחם; כלומר, בהנחה שקיים קטיון Rh ⁹⁺ , עם מספר חמצון או מצב של 9+ או (IX).

מספר החמצון החיובי והמוצא עבור רודיום בתרכובותיו נע בין +1 (Rh ⁺ ) ל- +6 (Rh ⁶⁺ ). מבין כולם, +1 ו- +3 הם הנפוצים ביותר, יחד עם +2 ו- 0 (רודיום מתכתי, Rh ⁰ ).

לדוגמה, ב- Rh ₂ O ₃ , מספר החמצון של רודיום הוא +3, מכיוון שאם אתה מניח את קיומו של Rh ³⁺ ותו 100% של יוני, סכום המטענים יהיה שווה לאפס (Rh ₂ ³⁺ או ₃ ^2- ).

דוגמא נוספת מיוצגת על ידי RhF ₆ , שכעת מספר החמצון שלה הוא +6. שוב, רק המטען הכולל של המתחם יישאר ניטרלי אם נניח את קיומו של Rh ⁶⁺ (Rh ⁶⁺ F ₆ ^- ).

ככל שהאטום שאיתו אינטראקציה רודיום הוא אלקטרונגטיבי יותר, כך נטייתו להראות מספר חמצון חיובי יותר; זה המקרה של RhF ₆ .

במקרה של Rh ⁰ , הוא תואם את האטומים שלו של הגביש fcc המתואם עם מולקולות ניטרליות; לדוגמה, CO, Rh ₄ (CO) ₁₂ .

כיצד מתקבל רודיום?

חסרונות

בניגוד למתכות אחרות, אין מינרל זמין שעשיר מספיק ברודיום כדי להיות חסכוני להשיג ממנו. זו הסיבה שהיא תוצר משני מייצור תעשייתי של מתכות אחרות; במיוחד האצילים או מולדיהם (היסודות בקבוצת הפלטינה) וניקל.

מרבית המינרלים המשמשים כחומרי גלם מגיעים מדרום אפריקה, קנדה ורוסיה.

תהליך הייצור מורכב מכיוון שלמרות שהוא אינרטי, רודיום נמצא בחברה של מתכות אצילות אחרות, בנוסף לכך שיש בו זיהומים שקשה להסירם. לכן, יש לבצע מספר תגובות כימיות על מנת להפריד אותה מהמטריקס המינרלוגי הראשוני.

תהליך

התגובה הכימית הנמוכה שלה שומרת עליו ללא שינוי כאשר מתכות הראשונות מיוצרות; עד שנשארו רק האצילים (הזהב שביניהם). לאחר מכן, מתכות אצילות אלה מטופלות ונמסות בנוכחות מלחים, כמו NaHSO ₄ , בכדי להכניס אותן לתערובת נוזלית של גופרת; במקרה זה, Rh ₂ (SO ₄ ) ₃ .

לתערובת זו של סולפטים, שממנה כל מתכת נפוצה בנפרד באמצעות תגובות כימיות שונות, מתווספת NaOH ליצירת רודיום הידרוקסיד, Rh (OH) _x .

ה- Rh (OH) _x ממוסס מחדש על ידי הוספת HCl ליצירת H ₃ RhCl ₆ , שעדיין מומס ומראה צבע ורוד. ואז H ₃ RhCl ₆ מגיב עם NH ₄ Cl ו- Nano ₂ כדי לזרז כמו (NH ₄ ) ₃ .

שוב, המוצק החדש נמס מחדש ב- HCl רב יותר והמדיום מחומם עד שנוצץ ספוג של רודיום מתכתי תוך כדי הבעירה של הזיהומים.

יישומים

ציפויים

קונטרבס קטן, כסף, בציפוי רודיום. מקור: מאורו קאטב (https://www.flickr.com/photos/mauroescritor/8463024136)

אופיו האצילי משמש לכיסוי חתיכות מתכתיות בציפוי זהה. באופן זה, חפצי כסף מצופים ברודיום כדי להגן עליו מפני חמצון והתכהות (ויוצרים שכבה שחורה של AgO ו- Ag ₂ S), כמו גם הופכים לשקף יותר (מבריק).

ציפויים כאלה משמשים בבגדי תכשיטים, מחזירי אור, מכשירים אופטיים, קשרים חשמליים ומסנני רנטגן באבחון סרטן השד.

סגסוגות

זו לא רק מתכת אצילית אלא גם קשה. ניתן לתרום לקשיות זו לסגסוגות שהיא ממציאה, במיוחד כשמדובר בפלדיום, פלטינה ואירידיום; מהם Rh-Pt הם הידועים ביותר. כמו כן, רודיום משפר את ההתנגדות של סגסוגות אלה לטמפרטורות גבוהות.

לדוגמה, סגסוגות רודיום-פלטינה משמשות כחומר לייצור משקפיים שיכולים לעצב זכוכית מותכת; בייצור צמד תרמי המסוגל למדוד טמפרטורות גבוהות (מעל 1000 מעלות צלזיוס); כור היתוך, תותבים לניקוי פיברגלס, סלילי תנור אינדוקציה, מנועי טורבינת מטוסים, מצתים וכו '.

זרזים

ממיר קטליטי של מכונית. מקור: בליסטה

רודיום יכול לזרז תגובות בין אם כמתכת טהורה או מתואם עם ליגנדים אורגניים (אורגנודיומים). סוג הזרז תלוי בתגובה הספציפית שיש להאיץ, כמו גם בגורמים אחרים.

לדוגמה, בצורתו המתכתית הוא יכול לזרז את הפחתת תחמוצות החנקן, NO _x , לגזי הסביבה חמצן וחנקן:

2 NO _x → x O ₂ + N ₂

תגובה זו מתרחשת כל העת על בסיס יומי: בממירים הקטליטיים של כלי רכב ואופנועים. הודות להפחתה זו, גזי NO _x אינם מזהמים ערים במידה גרועה יותר. למטרה זו נעשה שימוש בחלקיקים ננו-רודיום מזופוריים המשפרים עוד יותר את הפירוק של גזי NO _x .

התרכובת, הידועה כזרז של ווילקינסון, משמשת להידרדרות (להוסיף H ₂ ) והידרפורמילט (להוסיף CO ו- H ₂ ) אלקנים ליצירת אלקנים ואלדהידים, בהתאמה.

זרזי רודיום משמשים בקצרה למימן מימן, קרבונט (להוסיף CO) והידרפורמילט. התוצאה היא שמוצרים רבים תלויים בהם, כמו שקורה במנטול, תרכובת כימית חיונית במסטיקים; בנוסף חומצה חנקתית, ציקלוהקסאן, חומצה אצטית, אורגנו-סיליקון, בין היתר.

סיכונים

רודיום, בהיותו מתכת אצילית, גם אם חלחל לגופנו, אטומי ה- Rh שלו לא יכלו (ככל הידוע) לחילוף חומרים. לכן הם אינם מהווים שום סיכון בריאותי; אלא אם כן ישנם יותר מדי אטומי Rh המפוזרים באוויר, שעלולים בסופו של דבר להצטבר לריאות ובעצמות.

למעשה, בתהליכי ציפוי רודיום על תכשיטים או תכשיטים מכסף נחשפים תכשיטים ל"פחזניות "אטומים אלה; הסיבה שהם סבלו מאי נוחות במערכת הנשימה שלהם. בנוגע לסיכון של מוצק מחולק דק, הוא אפילו לא דליק; למעט בעת צריבה בנוכחות OF ₂ .

תרכובות רודיום מסווגות כרעילות ומסרטנות, שצבעיהן מכתים את העור בצורה עמוקה. להלן הבדל ברור נוסף באופן שבו תכונותיו של קטיון מתכת משתנות בהשוואה למתכת ממנו.

ולבסוף, בעניינים אקולוגיים, השפע הקשה של רודיום וחוסר ההטמעה שלו על ידי צמחים הופך אותו ליסוד לא מזיק במקרה של נשפכים או פסולת; כל עוד מדובר ברודיום מתכתי.

הפניות

1. לארס אסטרסטרום. (12 בנובמבר 2008). רודיום. כימיה באלמנט שלה. התאושש מ: chemistryworld.com
2. ויקיפדיה. (2019). רודיום. התאושש מ: en.wikipedia.org
3. המרכז הלאומי למידע ביוטכנולוגי. (2019). רודיום. מאגר PubChem. CID = 23948. התאושש מ: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. ש 'בייל. (1958). מבנה הרודיום. מעבדות המחקר של ג'ונסון מת'י. מתכות פלטינה, (2), 21, 61-63
5. ג'יאנג, ב 'ואח'. (2017). חלקיקי ננודי רודיום מתכתי. נ 'קומון. 8, 15581 doi: 10.1038 / ncomms15581
6. קלציה. (27 ביוני 2018). חשיפה לרודיום. התאושש מ: chelationcommunity.com
7. בל טרנס. (25 ביוני 2019). רודיום, מתכת נדירה מקבוצת פלטינה, ויישומיה. התאושש מ: thebalance.com
8. סטנלי אי ליווינגסטון. (1973). הכימיה של רותניום, רודיום, פלדיום, אוסמיום, אירידיום ופלטינה. SE ליווינגסטון. הוצאת פרגמון.
9. מכון הטכנולוגיה של טוקיו. (21 ביוני 2017). זרז מבוסס רודיום לייצור אורגנו-סיליקון באמצעות מתכת פחות יקרה. התאושש מ: phys.org
10. פילגארד מייקל. (10 במאי 2017). רודיום: תגובות כימיות. התאושש מ: pilgaardelements.com
11. ד"ר דאג סטיוארט. (2019). עובדות על רודיום. התאושש מ: chemicool.com